Diseño y aplicación de medidores de flujo de gas de tipo insertable

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Este mensaje fue editado por última vez por liaifeng el 4 de junio de 2020, a las 18:49. Resumen: Con el fin de resolver los problemas que presentan los medidores de caudal de tipo restrictor en la medición del flujo de gas, se diseñó un medidor de caudal de gas de tipo insertable, que consta de tres partes: un dispositivo para tomar la presión, un dispositivo para transmitir esa presión y un dispositivo de sellado y fijación. Tras la implementación de los medidores de caudal de gas de tipo insertable en la planta de Laifu de Shandong Iron & Steel Group, para la medición del caudal de gas de los altos hornos, del gas de coquificación y del gas mixto, los datos de medición del gas se han vuelto más precisos. Esto ha permitido una producción más estable y una reducción en los costos de producción. 1 Introducción. Actualmente, los dispositivos utilizados para medir el caudal de gas son principalmente medidores de caudal de tipo restrictivo, como placas orificiales, elementos integrados en la estructura del sistema, conos en forma de V, etc. Estos dispositivos presentan varios inconvenientes en su uso: es necesario detener la producción para su instalación, generan una gran pérdida de presión, se obstruyen fácilmente y resulta difícil limpiarlos. Tomando como ejemplo el gas de los altos hornos, la insuficiente capacidad de purificación del gas, la presencia de numerosas impurezas y la formación de naftaleno a bajas temperaturas causan obstrucciones en los dispositivos de restricción del flujo. Esto afecta gravemente la medición del caudal de gas e incluso puede provocar obstrucciones en las tuberías cercanas a dichos dispositivos. Cuando el dispositivo de restricción se obstruye, solo se puede desobstruir durante la parada del proceso. Hay pocas oportunidades para realizar mantenimiento, y la tarea es difícil, especialmente en tuberías de gran diámetro. Para su desmontaje e instalación se necesitan equipos de elevación de gran tamaño, lo que hace que el proceso sea lento y laborioso. Para ello, es necesario desarrollar un medidor de caudal de gas de tipo insertable que sea capaz de evitar obstrucciones, tenga bajas pérdidas de presión y pueda ser instalado y mantenido en línea. 2 Principio de funcionamiento del medidor de caudal de tipo insertable. El medidor de caudal de tipo insertable es un dispositivo que utiliza el principio del tubo Pitot para determinar la velocidad del flujo en el centro del conducto, y posteriormente convierte esa información en datos sobre el caudal volumétrico y masivo del fluido. Se utiliza para medir la velocidad del flujo en el centro de los conductos por donde fluye el medio. Está compuesto por un tubo de medición y una cabeza de medición. Dentro del tubo de medición existen canales para medir la presión total y la presión estática. En la cara frontal de la cabeza de medición hay orificios que conectan con los canales de presión total, mientras que en la cara posterior hay orificios que conectan con los canales de presión estática. Durante el funcionamiento, se introduce la sonda de medición de caudal en el centro del tubo. El orificio para medir la presión total está alineado con la dirección de flujo del fluido, mientras que el orificio para medir la presión estática está alineado con la dirección opuesta al flujo. La diferencia entre la presión total y la presión estática representa la diferencia de presión real en el centro del tubo. A partir de esta diferencia de presión, y utilizando la curva de calibración del túnel de viento asociada a esa sonda, se puede determinar la diferencia de presión estándar en ese punto. Finalmente, se calcula el caudal del fluido basándose en esta diferencia de presión estándar ； Al mismo tiempo, es necesario utilizar transmisores de presión para medir la presión del fluido, y resistencias térmicas para medir su temperatura. Las señales de diferencia de presión estándar, las señales de presión y las señales de temperatura deben ser introducidas simultáneamente en el contador de caudal o en el sistema DCS. De esta manera, por un lado, se puede calcular la ecuación de caudal a partir de las lecturas de las sondas de presión; por otro lado, se puede compensar la presión y la temperatura del fluido, con el fin de garantizar la precisión de las mediciones, al igual que en el caso de los medidores de nivel con flotador magnético. 3 Diseño e instalación de los medidores de caudal de tipo insertable 3.1 Sensores de presión Los sensores de presión son un componente esencial de los medidores de caudal de tipo insertable; se utilizan para obtener la señal de diferencia de presión generada por el fluido. La cabeza de medición cuenta con un diseño curvo; al insertarla en el centro del tubo, la pared lateral frontal y los orificios para la medición de la presión total se alinean con la dirección de flujo del fluido. Por su parte, la pared lateral posterior y los orificios para la medición de la presión estática se alinean con la dirección opuesta al flujo del fluido. La zona de bloqueo se encuentra en el lado curvo de los orificios para la medición de la presión total; esta zona permite que el fluido fluya en dirección alejada de la pared lateral posterior. De este modo, disminuye la cantidad de fluido que fluye hacia esa pared lateral, lo que a su vez reduce la cantidad de fluido que fluye hacia los orificios para la medición de la presión estática. Esto aumenta la diferencia de presión, mejorando así la estabilidad y precisión de las mediciones. Dado que el orificio de presión total está orientado en la dirección del flujo, se forma una zona de alta presión dentro del orificio; esta presión es ligeramente superior a la presión dentro del tubo. De este modo, se evita que las impurezas presentes en el gas ingresen al orificio de presión total, lo que a su vez previene que el sensor de presión se obstruya. 3.2 Dispositivo de transmisión de la presión: Según los operadores de los caudalímetros electromagnéticos, el dispositivo de transmisión de la presión es aquel que permite transmitir la diferencia de presión generada por la sonda de medición al transmisor de diferencia de presión, lo cual permite realizar la conversión de la señal física. La sonda de medición se conecta a través de dos tubos de transmisión con el grupo de tres válvulas que se encuentra en la parte superior; este grupo de válvulas, a su vez, está conectado al transmisor de diferencia de presión. De esta manera, se puede medir la diferencia de presión estándar entre los dos lados de la sonda de medición. El grupo de tres válvulas utiliza el modelo 3051, y puede conectarse directamente con la gran mayoría de los transmisores de diferencia de presión disponibles en el mercado. El tubo de transmisión de presión está diseñado con un diámetro reducido; su diámetro exterior es de solo 30 mm. Esto permite que el flujo de gas dentro del tubo no se vea prácticamente afectado, lo que reduce las pérdidas de presión del gas en su interior. 3.3 Dispositivos de sellado y fijación. La base de sellado se utiliza principalmente para fijar y sellar los medidores de caudal de tipo insertable. Dado que el gas presente en las tuberías puede ser tóxico, una fuga de gas podría causar accidentes graves; por lo tanto, el sellado del medidor de caudal es muy importante. El dispositivo de fijación y sellado está compuesto principalmente por una base de soldadura para tuberías, una válvula de bola, anillos de sellado elásticos y un mecanismo de presión para el sellado. Su estructura se muestra en la Figura 1. En este caso, la base de soldadura de la tubería se suelda directamente a ella, lo que permite conectar el medidor de flujo al equipo de la tubería ； La válvula de bola se utiliza para sellar el gas dentro de las tuberías, logrando así el sellado del gas en las mismas antes de insertar el medidor de flujo y después de extraerlo ； El anillo de sellado elástico está fabricado en grafito elástico resistente a la corrosión y a altas temperaturas. Su diámetro interno coincide con el diámetro exterior del tubo de transmisión de presión. Una vez que el medidor de flujo se inserta, un dispositivo de presión sirve para ejercer fuerza sobre el anillo de sellado elástico. Bajo esta presión, el anillo se deforma y se adhiere firmemente al tubo de transmisión de presión, lo que permite el sellado del gas. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/d8de62bdf1791e4cca5c868cafdd4ed6.jpg 3.4 Método de cálculo: Antes de que el medidor de caudal de tipo insertable salga de fábrica, es necesario calibrarlo en un túnel de viento. A partir del caudal estándar y de la diferencia de presión estándar, se calcula el factor de escala K del medidor. En la práctica, es necesario realizar compensaciones en función de la densidad, la presión y la temperatura del fluido. Para calcular el caudal, se utiliza un modelo basado en la diferencia de presiones. La fórmula de cálculo es la siguiente: Donde: M representa el caudal de masa, en kg ； K es el factor de caudal ； ΔP es el valor de la diferencia de presión, en kPa ； ρ es la densidad del medio, en kg/m³ ； ρ representa la densidad del medio en condiciones normales, en kg/m³. 3.5 Método de instalación: El medidor de caudal de tipo insertable puede instalarse sin interrumpir el flujo del fluido, o bien puede instalarse en funcionamiento, utilizando herramientas especiales para hacer agujeros bajo presión. Durante la instalación, basta con hacer un orificio circular de 30 mm de diámetro en la tubería, soldar un dispositivo de sellado encima de dicho orificio y luego insertar el medidor de flujo. Gracias a su capacidad de conexión y desconexión en línea, se evita que la interrupción del suministro de gas afecte la producción, lo que permite su instalación en algunos puntos de medición donde, por requisitos del proceso de producción, no es posible interrumpir el suministro de gas. Antes de insertar la tubería, es necesario calcular las dimensiones de inserción y verificar la dirección de los orificios para medir la presión total y la presión estática. De esta manera, se asegura que, una vez instalada, los extremos de los dos orificios estén alineados con la línea central de la tubería. Además, el orificio para medir la presión total debe estar orientado en la dirección del flujo del fluido, mientras que el orificio para medir la presión estática debe estar orientado en la dirección opuesta al flujo del fluido. El método general de instalación se muestra en la Figura 2. http://www.jssanchang.com/d/file/jishu/f61276622ee67925cacc6689bdd7cc0b.jpg 4 Conclusión: Los medidores de flujo de gas de tipo insertable ya se utilizan en la filial de Laiwu de Shandong Iron & Steel Group para medir el flujo de gas proveniente de altos hornos, coqueras y otros tipos de gas. Estos dispositivos resuelven por completo los problemas relacionados con la instalación, medición y mantenimiento de los elementos de restricción como las placas de orificio. Ofrecen datos de medición precisos, además de ventajas como la capacidad de evitar obstrucciones, bajas pérdidas de presión y posibilidad de instalación y mantenimiento en línea. Son, por lo tanto, un dispositivo ideal para reemplazar a los medidores de flujo tradicionales. Al utilizar medidores de flujo de tipo insertable para medir el gas, los datos de medición son más precisos, la producción se vuelve más estable y se reducen los costos ； Proporciona a las empresas datos de monitoreo y medición precisos y fiables para su producción y operaciones, lo que les permite gestionar de manera eficiente el gas, mejorar el cálculo de costos, reducir el consumo energético y aumentar la rentabilidad.