Μέτρηση της κατανάλωσης φυσικού αερίου: Θερμική εναλλακτική λύση έναντι των μετρητών με στροβιλοτροχό και των ποσομετρητών

Με μια ματιά: Οι θερμικοί μετρητές μαζικής ροής της CS INSTRUMENTS καταγράφουν την κατανάλωση φυσικού αερίου χωρίς κινούμενα μέρη μέτρησης και παρέχουν απευθείας την τυποποιημένη ροή όγκου – για την παρακολούθηση της κατανάλωσης, την κατανομή κόστους και τη διαχείριση ενέργειας. Τα μοντέλα VA 550 και VA 570 διατίθενται, ανάλογα με την έκδοση, με πιστοποίηση ATEX/IECEx ή με πιστοποίηση DVGW για φυσικό αέριο (έως 16 bar).

Πότε αξίζει να χρησιμοποιηθεί ένας θερμικός αισθητήρας ροής μάζας;

Στα βιομηχανικά δίκτυα φυσικού αερίου χρησιμοποιούνται συνήθως μετρητές με στροβιλοτροχό, μετρητές αερίου με έμβολο και Quantometer· οι χρήστες αναφέρονται εν μέρει γενικά σε μετρητές με πτερυγιοτροχό. Όταν οι χαμηλές ροές δεν καταγράφονται επαρκώς, τα κινούμενα μέρη του μετρητή απαιτούν συντήρηση ή λείπουν ψηφιακά δεδομένα κατανάλωσης, ένας θερμικός αισθητήρας μάζας ροής για φυσικό αέριο αποτελεί μια εναλλακτική λύση που αξίζει να εξεταστεί.

Πώς λειτουργούν οι μετρητές αερίου με στροβιλοτροχό και περιστρεφόμενο έμβολο – και πού βρίσκονται τα όριά τους. Στον μετρητή αερίου με στροβιλοτροχό, η ροή αερίου συναντά έναν μηχανικά στηριγμένο στροβιλοτροχό και τον κινεί· η ταχύτητα περιστροφής είναι ανάλογη της ταχύτητας ροής και, μέσω της γνωστής διατομής του σωλήνα, της παροχής όγκου. Στον μετρητή αερίου με περιστρεφόμενους εμβόλους, η διαφορά πίεσης κινεί ρότορες σε έναν θάλαμο μέτρησης, οι οποίοι περικλείουν ο καθένας μια ακριβώς καθορισμένη ποσότητα αερίου και τη μεταφέρουν προς τον καταναλωτή. Το χρήσιμο εύρος μέτρησης των μηχανικών μετρητών αερίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο κατασκευής, το μέγεθος, την πίεση λειτουργίας και την εκτέλεση: οι απλοί ποσομετρητές λειτουργούν συχνά με σημαντικά μικρότερη δυναμική από έναν θερμικό αισθητήρα.

Τα όρια που απορρέουν από την αρχή λειτουργίας και των δύο τύπων αφορούν τα κινούμενα μέρη: τα ρουλεμάν φθείρονται λόγω ρύπων ή τριβής και προκαλούν αποκλίσεις στη μέτρηση, η υπέρβαση του εύρους μέτρησης μπορεί να προκαλέσει βλάβες στα ρουλεμάν, ορισμένα ρουλεμάν πρέπει να λιπαίνονται τακτικά – κάτι που στην πράξη παραμελείται εύκολα –, όταν το αέριο είναι μολυσμένο προκύπτουν μεγαλύτερες αποκλίσεις και ο καθαρισμός είναι σχεδόν αδύνατος· στον μετρητή αερίου με περιστρεφόμενο έμβολο προστίθεται η απώλεια πίεσης που οφείλεται στον τύπο κατασκευής.

Μέτρηση μερικού φορτίου και αιχμών: Τα μοντέλα VA 550 και VA 570 προσφέρουν εύρος μέτρησης έως 1:1000. Καθοριστικά παραμένουν η πραγματική ελάχιστη και μέγιστη παροχή (Qmin/Qmax). Στα μοντέλα VA 550 και VA 570, το εύρος μέτρησης μπορεί να επιλεγεί ανάλογα με την εφαρμογή (Low Speed, Standard, Max και High Speed). Περαιτέρω πλεονεκτήματα της θερμικής αρχής είναι η αμελητέα απώλεια πίεσης και η καταγραφή ελάχιστων κατανάλωσης: Πολύ συχνά τα μοντέλα VA 550 και VA 570 χρησιμοποιούνται σε αγωγούς μεγάλης διατομής με χαμηλή κατανάλωση αερίου, όπου οι μηχανικοί μετρητές αερίου φτάνουν στα όριά τους.

Αποφυγή φθοράς του ρότορα: Η θερμική αρχή λειτουργίας μετρά μέσω της εκπομπής θερμότητας ενός θερμαινόμενου αισθητήρα – χωρίς έδρανα ρότορα, με ελάχιστη πρόσθετη απώλεια πίεσης. Οι αισθητήρες (θερμαντήρας και αισθητήρας θερμοκρασίας) έχουν σχεδιαστεί για σκληρές βιομηχανικές συνθήκες λειτουργίας και είναι ενσωματωμένοι σε ένα λεπτό, ανθεκτικό σωλήνα από ανοξείδωτο χάλυβα: χωρίς ρουλεμάν, χωρίς φθορά, εύκολα προσβάσιμοι και εύκολοι στον καθαρισμό σε περίπτωση ρύπανσης. Οι συσκευές είναι πολύ ανθεκτικές και σχεδόν δεν χρειάζονται συντήρηση.

Άμεση ένδειξη τυποποιημένου όγκου: Οι μηχανικοί μετρητές αερίου είναι συνήθως μετρητές λειτουργικού όγκου· η μετατροπή σε τυποποιημένο όγκο πραγματοποιείται μέσω εξωτερικών μετατροπέων όγκου με πρόσθετους αισθητήρες πίεσης και θερμοκρασίας. Προκειμένου να επιτευχθεί η απαιτούμενη ακρίβεια, οι αισθητήρες αυτοί πρέπει να είναι εξαιρετικά ακριβείς και να βρίσκονται μέσα ή κοντά στον μετρητή – τα σφάλματα μέτρησής τους προστίθενται στην ακρίβεια του μετρητή, η οποία συνήθως αναφέρεται σε όγκο λειτουργίας. Τα μοντέλα VA 550 και VA 570 καταγράφουν τη θερμική ροή μάζας και, με βάση την κατάλληλη παραμετροποίηση αερίου και καθορισμένες συνθήκες αναφοράς, εκπέμπουν απευθείας τη ροή κανονικού όγκου· δεν απαιτείται ξεχωριστός μετατροπέας ποσότητας με πρόσθετη μέτρηση πίεσης και θερμοκρασίας. Για συγκρίσεις, οι συνθήκες αναφοράς πρέπει να είναι ίδιες (π.χ. 0 °C· 1.013,25 mbar (a) σύμφωνα με το πρότυπο DIN 1343 – γνωστές και ως τυπικά m³/Nm³)· για τους υπολογισμούς σε kWh προστίθεται η θερμογόνος δύναμη.

Όγκος λειτουργίας ή κανονικός όγκος: Γιατί η διαφορά είναι καθοριστική στο φυσικό αέριο

Όταν η πίεση λειτουργίας είναι αυξημένη, ο κανονικός όγκος είναι μεγαλύτερος από τον όγκο λειτουργίας – σε αναλογία με τις απόλυτες πιέσεις, με επιπλέον διόρθωση βάσει της θερμοκρασίας. Εάν ένας όγκος λειτουργίας αναφερθεί εσφαλμένα ως κανονικός όγκος ή υποβληθεί σε περαιτέρω επεξεργασία, η πραγματική κατανάλωση αερίου υποτιμάται συστηματικά και ο ισολογισμός σε kWh ακολουθεί το σφάλμα κατά ένα προς ένα, επειδή εξαρτάται γραμμικά από τον όγκο:

Σε αυτό προστίθεται η αναφορά στη θερμοκρασία: μεταξύ της θερμοκρασίας αερίου 20 °C και της τυπικής αναφοράς 0 °C υπάρχει διαφορά περίπου 7 %. Οι τιμές χρησιμεύουν για επεξήγηση με βάση το ιδανικό αέριο· για τη χρέωση ή τον εξαιρετικά ακριβή υπολογισμό της κατάστασης πρέπει να λαμβάνονται υπόψη, μεταξύ άλλων, η θερμοκρασία, οι ιδιότητες του αερίου και η συμπιεστότητα (κανονισμός DVGW G 685). Η συχνότερη πηγή σφάλματος στους ενεργειακούς ισολογισμούς δεν είναι η ακρίβεια της μέτρησης, αλλά μια απαρατήρητη λανθασμένη αναφορά όγκου.

Πού αξίζει ιδιαίτερα η θερμική μέτρηση φυσικού αερίου;

Σε κύριους αγωγούς και αγωγούς διανομής, ένας σταθμός μέτρησης παρακολουθεί συνεχώς τη συνολική κατανάλωση ενός κτιρίου, ενός χώρου ή ενός λεβητοστασίου – σε περιπτώσεις μεγαλύτερων υφιστάμενων αγωγών, ο αισθητήρας VA 550 αποτελεί ενδιαφέρουσα επιλογή ως αισθητήρας εισχώρησης, καθώς δεν απαιτείται η εγκατάσταση πλήρους ενσωματωμένου τμήματος μέτρησης στην ονομαστική διάμετρο. Ακριβώς πριν από μεμονωμένους καταναλωτές (λέβητες, καυστήρες, εγκαταστάσεις παραγωγής) γίνεται ορατό ποιος καταναλωτής χρειάζεται πότε και πόσο φυσικό αέριο – η βάση για τα προφίλ φορτίου και τα κέντρα κόστους. Το πιο ενδεικτικό είναι ο συνδυασμός: η κύρια μέτρηση συν οι δευτερεύοντες μετρητές δείχνουν τη συνολική κατανάλωση και την κατανομή της.

Πώς μεταφέρονται οι τιμές μέτρησης στο σύστημα διαχείρισης ενέργειας;

Σε πολλούς εγκατεστημένους μηχανικούς μετρητές, η διαβίβαση της τιμής κατανάλωσης πραγματοποιείται αποκλειστικά μέσω εξόδου παλμών· οι σύγχρονοι ηλεκτρονικοί μετρητές μπορούν επίσης να προσφέρουν ψηφιακές διεπαφές. Τα μοντέλα VA 550 και VA 570 μπορούν – ανάλογα με την παραγγελθείσα έκδοση – να ενσωματωθούν απευθείας μέσω Modbus TCP μέσω Ethernet στο κεντρικό σύστημα ελέγχου ή σε ένα λογισμικό παρακολούθησης ενέργειας (ροή, συνολική κατανάλωση, θερμοκρασία αερίου)· δεν απαιτείται πύλη RTU/TCP. Το προαιρετικό PoE συνδυάζει τη μεταφορά δεδομένων και την τροφοδοσία σε ένα καλώδιο δικτύου – αυτό μειώνει τον κόπο της εγκατάστασης, ειδικά όταν υπάρχουν πολλά σημεία μέτρησης. Εναλλακτικά, διατίθενται τα πρωτόκολλα Modbus RTU, 4–20 mA, παλμός, M-Bus, IO Link ή HART.

Πλεονεκτήματα κατά την εγκατάσταση, τη συντήρηση και την επαναβαθμονόμηση

Εγκατάσταση του VA 550 ως αισθητήρα εισχώρησης: Ο αισθητήρας εγκαθίσταται μέσω κατάλληλης πρόσβασης στη διαδικασία ή σφαιρικής βαλβίδας. Η κλίμακα βάθους και ο καθορισμένος προσανατολισμός εξασφαλίζουν την αναπαραγώγιμη θέση του αισθητήρα. Ο VA 550 έχει σχεδιαστεί για πιέσεις λειτουργίας έως 50 bar (έκδοση DVGW έως 16 bar), ενώ η τοποθέτηση και η αφαίρεση υπό πίεση πραγματοποιούνται μέσω σφαιρικής βαλβίδας ½" με δακτύλιο ασφάλισης.

VA 570 ως ενσωματωμένη λύση: Κατά τον καθαρισμό ή την επαναβαθμονόμηση, το τμήμα μέτρησης παραμένει στη σωλήνωση – αφαιρείται μόνο η μονάδα αισθητήρα. Για την επαναβαθμονόμηση, ο αισθητήρας αποστέλλεται· μπορούν να τοποθετηθούν αισθητήρες αντικατάστασης για τη διάρκεια της βαθμονόμησης, ώστε να μην προκύψει διακοπή της λειτουργίας.

Χειρισμός: Στα μοντέλα VA 550 και VA 570, τα οπτικά κουμπιά επιτρέπουν ρυθμίσεις χωρίς να ανοίγεται το περίβλημα – ο χειρισμός και των δύο συσκευών είναι πανομοιότυπος. Οι ψηφιακές πληροφορίες συσκευής και κατάστασης (καταχωρητές Modbus) διευκολύνουν τον εντοπισμό σφαλμάτων και την τεκμηρίωση παράδοσης.

Παράδειγμα εφαρμογής: Από την τιμή κατανάλωσης στον δείκτη διεργασίας

Σε μια εφαρμογή λέβητα καταγράφονται 330 Nm³/h φυσικού αερίου και 5.000 kg/h ατμού. Από την κατανάλωση αερίου, την θερμογόνο δύναμη και τα δεδομένα ατμού προκύπτει η απόδοση του λέβητα – στο τεκμηριωμένο παράδειγμα 84 %. Έτσι, η απλή μέτρηση της κατανάλωσης μετατρέπεται σε ένα αξιόπιστο δείκτη για την απόδοση και τη συντήρηση. (→ Έκθεση εφαρμογής ατμολέβητα)

Ποιος μετρητής ροής φυσικού αερίου ταιριάζει στην εφαρμογή;

Τι ισχύει για την ATEX και την εγκατάσταση αερίου;

Τα μοντέλαVA 550 και VA 570 διατίθενται, ανάλογα με την παραλλαγή, με πιστοποίηση ATEX/IECEx· η σήμανση Ex αυτών των εκδόσεων, σύμφωνα με το φύλλο δεδομένων, είναι: ATEX II 2G Ex db IIC T4 Gb (αέριο) καθώς και II 2D Ex tb IIIC T90 °C Db (σκόνη)· IECEx Ex db IIC T4 Gb / Ex tb IIIC T90 °C Db. Στην έκδοση Ex ισχύει θερμοκρασία μέσου έως 120 °C και βαθμός προστασίας IP 65. Το πιστοποιητικό δοκιμής τύπου της ΕΕ βρίσκεται στην ενότητα «Λήψεις». Η αξιολόγηση της καταλληλότητας για τη συγκεκριμένη ζώνη προστασίας από εκρήξεις αποτελεί ευθύνη του χειριστή. Η CS INSTRUMENTS παρέχει για το σκοπό αυτό τεχνικά δελτία και πιστοποιητικά Ex, αλλά δεν αναλαμβάνει συμβουλευτικό ρόλο όσον αφορά την κατάταξη σε ζώνες ή την καταλληλότητα για μια συγκεκριμένη εγκατάσταση.