Výrobci průtokoměrů: Průvodce výběrem běžných kapalinových průtokoměrů

Jako výrobce průtokoměrů máme zkušenosti z průmyslové výroby, dodávek městské vodárenské soustavy, energetiky a chemického průmyslu atd. Níže uvádíme shrnutí nákupního průvodce pro průtokoměry:

Přesné měření průtoku kapalin je klíčové pro zajištění efektivity výroby, kontroly nákladů a bezpečnosti. Turbinové průtokoměry, elektromagnetické průtokoměry, ultrazvukové průtokoměry a vířivé průtokoměry jsou čtyři nejrozšířenější měřicí přístroje používané v oblasti kapalin. Každý z nich pracuje na odlišném principu, což vede k různým výhodám z hlediska výkonu a omezením v aplikacích.

Analýza základních charakteristik 1,4 hlavních typů kapalinových průtokoměrů

(1) Turbínový přívodní čítač

1.1 Případy použití

Turbínové průtokoměry, díky svým výhodám přesného měření, jsou široce využívány v aplikacích s čistými kapalinami, kde je vyžadována vysoká přesnost měření průtoku. Patří sem měření dodávek rafinovaných olejů, jako je lehký olej a nafta, v petrochemickém průmyslu, plnění a dávkování sterilních kapalin, jako je čištěná voda a mléko, v potravinářském a nápojovém průmyslu, a přesné dávkování kapalných léků ve farmaceutickém průmyslu. Jsou také široce používány pro monitorování průtoku mazacích médií, jako je mazací olej a hydraulický olej, v průmyslových chladicích systémech a jsou zvláště vhodné pro středně až nízkoviskózní kapaliny bez nečistot.

1.2 Výhody

Vysoká přesnost měření : V rámci jmenovitého rozsahu průtoku dosahuje přesnost obvykle hodnot ±0,2 % až ±1,0 %. Patří mezi nejpřesnější typy měření průtoku kapalin a splňují požadavky na vysokou přesnost měření.

Rychlá odezva : Lopatky turbíny jsou velmi citlivé na změny toku a dokážou rychle zachytit okamžité kolísání průtoku, což je činí vhodnými pro dynamické scénáře vyžadující reálné sledování změn průtoku.

Kompaktní konstrukce a snadná instalace : Je relativně malá ve velikosti a lehká, vyžaduje méně instalačního prostoru a nabízí flexibilní způsoby instalace. Může být připojena pomocí příruby, svorky nebo závitu, aby vyhovovala různým rozvodům potrubí.

Malý ztrátový tlak : Při běžném provozním průtoku je tlaková ztráta kapaliny procházející turbínovým průtokoměrem relativně malá a nepůsobí výrazný vliv na tlakovou rovnováhu celého potrubního systému.

1.3 Nevýhody

Vysoké požadavky na čistotu média : Lopatky turbíny se mohou snadno opotřebovat nebo zaseknout kvůli nečistotám a částicím v médiu, což vede ke snížení přesnosti měření nebo dokonce k poškození zařízení, proto je nutné použít přísná filtrační zařízení.

Velký vliv viskozity média : Při měření kapalin s vysokou viskozitou bude viskozita kapaliny snižovat rychlost lopatek turbíny, což má za následek nižší naměřené hodnoty.

Náchylné k mechanickému opotřebení : Lopatky turbíny a ložiska jsou ve styku, což způsobí opotřebení po dlouhodobém používání. Vyžaduje se pravidelná údržba a výměna, životnost je relativně krátká.

(2)Elektromagnetický přístroj na měření průtoku

2.1 Případy použití

Elektromagnetické průtokoměry pracují na principu elektromagnetické indukce a nejsou ovlivněny fyzikálními parametry, jako je hustota, viskozita a teplota média. Jsou vhodné pro měření elektricky vodivých kapalin a jsou široce používány při čištění komunálních odpadních vod, měření průtoku průmyslových odpadních vod, monitorování dopravy agresivních kapalin, jako jsou kyselé a alkalické roztoky a solné roztoky v chemickém průmyslu, a při měření průtoku kapalin obsahujících pevné částice, jako jsou suspenze a bahno v metalurgickém průmyslu. Dále dobře fungují i v potravinářském průmyslu pro měření viskózních vodivých kapalin, jako jsou omáčky a sirupy.

2.2 Výhody

Silná přizpůsobivost médiím : Pokud vodivost média dosahuje ≤20 μS/cm, lze dosáhnout přesného měření bez ohledu na změny jeho viskozity a hustoty. Lze měřit kapaliny obsahující částice, suspendované látky i agresivní kapaliny, jako je bahno a kaša.

Stabilní přesnost měření : V rámci měřicího rozsahu může být přesnost až ±0,5 % až ±1,0 % a je méně ovlivněna změnami průtoku.

Žádné mechanické opotřebení a dlouhá životnost : V měřicí trubce nejsou žádné pohyblivé části, měření probíhá výhradně pomocí elektromagnetické indukce, čímž se eliminuje mechanické opotřebení a snižují náklady na údržbu.

Minimální ztráta tlaku : Vnitřní stěna měřicí trubky je hladká a při průtoku kapaliny dochází téměř k žádné ztrátě tlaku. Je vhodná pro systémy s přísnými požadavky na ztrátu tlaku v potrubí.

Měřitelný zpětný tok : Díky dvousměrným měřicím schopnostem dokáže přesně zachytit tok kapaliny vpřed i vzad, což ji činí vhodnou pro aplikace, kde je nutné sledovat zpětný tok kapaliny.

2.3 Nevýhody

Neschopnost měřit nevodivé kapaliny : Kapaliny s vodivostí ≤20 μS/cm (např. benzin, nafta, lih, destilovaná voda atd.) nelze efektivně měřit, což je jejich nejvýznamnější aplikační omezení.

Ovlivněno externím elektromagnetickým rušením : Pokud se v blízkosti instalačního prostředí nacházejí silná magnetická pole nebo zdroje vysokofrekvenčního rušení (např. velké motory a transformátory), bude ovlivněna měřicí přesnost a je třeba provést stínící opatření.

(3)Ultrazvukový tokoměr

3.1 Případy použití

Ultrazvukové průtokoměry využívají bezkontaktní metodu měření, která eliminuje potřebu přímého kontaktu s měřeným médiem. Tyto průtokoměry jsou vhodné pro řadu složitých aplikací, například pro monitorování průtoku ve velkoprůměrových potrubích v městských vodovodních a tepelných soustavách, měření průtoku hořlavých, výbušných a koroze odolných kapalin v petrochemickém průmyslu a měření hygienicky náročných kapalin v potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Dále nabízejí významnou výhodu při rekonstrukcích toků na starších potrubích, protože mohou být instalovány bez přerušení potrubí.

3.2 Výhody

Bezkontaktní měření, vysoká adaptabilita : Snímač je nainstalován na vnější stěně potrubí a nemusí přicházet do kontaktu s měřeným médiem, čímž se vyhne problémům s korozí média a znečištěním snímače. Může měřit hořlavé, výbušné, vysoce toxické, silně koroze odolné a další speciální kapaliny.

Snadná instalace bez ovlivnění provozu potrubí : instalace může být dokončena bez přerušení potrubí nebo zastavení výroby. Je zvláště vhodná pro rekonstrukci monitorování průtoku u starších potrubí nebo potrubí s velkým průměrem, která nelze vypnout.

3.3 Nevýhody

Výrazně ovlivněno podmínkami potrubí : vložky, koroze a rez na vnitřní stěně potrubí mohou způsobit oslabení ultrazvukového odrazového signálu, což ovlivňuje přesnost měření; některé materiály potrubí mohou ovlivnit měření.

Je významně ovlivněn vlastnostmi média : pokud médium obsahuje velké množství bublin a suspendovaných částic, dojde k rozptylu ultrazvuku a zvýší se chyba měření; přesnost měření kapalin s vysokou viskozitou se také sníží.

Přesnost měření je relativně nízká : přesnost běžných ultrazvukových průtokoměrů je ±1 % až ±1,5 %, což je nižší než u turbínových a elektromagnetických průtokoměrů, a obtížně tak splňují požadavky na přesné měření.

Omezená přizpůsobivost prostředí : v prostředí s vysokou teplotou, vysokou vlhkostí a silným otřesem se snižuje stabilita senzoru a je nutné provést dodatečná ochranná opatření.

(4) Vórový tokoměr

4.1 Případy použití

Vířivé průtokoměry pracují na základě Karmanova vírového principu a jsou vhodné pro měření čistých kapalin v určitém rozsahu Reynoldsova čísla. Jsou široce používány pro monitorování toku chladicí vody v průmyslových chladicích systémech, měření dodávky nízkoviskózních a středně viskózních kapalin, jako jsou rozpouštědla a reagencie, v chemickém průmyslu a pro měření toku kapalin, jako je lehký olej a tepelný olej, v energetickém průmyslu. Dále jsou běžně používány pro monitorování toku chlazené a horké vody v klimatizačních systémech a jsou zvláště vhodné pro měření středních až vysokých rychlostí kapalin.

4.2 Výhody

Jednoduchá konstrukce a vysoká spolehlivost : V měřicí trubce je pouze jedno vírové zařízení, žádné pohyblivé části, nízké riziko mechanického poškození, nízké provozní náklady a dlouhá životnost.

Středný ztrátový tlak : Ve srovnání s turbínovým průtokoměrem je tlaková ztráta poněkud vyšší, ale nižší než u škrticího průtokoměru, a má malý vliv na tlak v potrubním systému.

Vysoká měřicí teplota : Může měřit horká média a podporuje až 350° pro horká média.

4.3 Nevýhody

Jsou kladeny určité požadavky na čistotu média : Pokud je vírový generátor znečištěn nebo ucpán nečistotami nebo částicemi v médiu, ovlivní to stabilitu tvorby vírů a zvýší se chyba měření. Proto není vhodný pro kapaliny obsahující velké množství suspendovaných částic.

Výrazně ovlivněn nízkým průtokem : Při nízké rychlosti toku kapaliny je obtížné vytvořit stabilní Karmánovu vírovou ulici, přesnost měření se výrazně sníží, nebo dokonce může přístroj přestat normálně fungovat, proto existuje minimální požadavek na průtok.

Slabá odolnost proti vibracím externí vibrace mohou snadno ovlivnit frekvenci vírové ulice, což vede k nesprávnému měření. Proto musí být instalován v prostředí s minimálními vibracemi nebo vybaven zařízením pro kompenzaci vibrací.

2.4 Typy průtokoměrů – porovnání základních parametrů a analýza vhodnosti

(1) Porovnání základních parametrů

Typ parametru	turbínový přívodní čítač	Elektromagnetický přístroj na měření průtoku	Ultrazvukový tokoměr	Vórový tokoměr
Přesnost měření	±0.2%~±1.0%	±0.5%~±1.0%	±1%~±1.5%	±1%~±2.5%
Požadavky na dielektrickou vodivost	Žádné požadavky	≤20 µS/cm	Žádné požadavky	Žádné požadavky
Požadavky na čistotu média	Vysoké (vyžaduje filtraci)	Nízké (může obsahovat částice)	Vysoké (částice ovlivňují přesnost)	Vysoká (vyhýbání se adhezi nečistot)
Tlaková ztráta	Malého	Velmi malá	žádný	Malého
Náklady na údržbu	Vysoká (vyžaduje pravidelnou výměnu čepelí/ložisek)	Nízká	Nízká	Nízká

(2) Analýza vhodnosti scénáře

Na základě výše uvedeného srovnání parametrů a výkonových charakteristik jednotlivých průtokoměrů lze přizpůsobitelnost v různých scénářích rozdělit na tři úrovně: „vysoce přizpůsobitelné“, „obecně přizpůsobitelné“ a „nevhodné“. Konkrétní přizpůsobitelnost je následující:

2.1 Scénáře měření vysoké přesnosti čistých kapalin (např. plnění hotových olejů a dávkování léčivých kapalin)

2.1.1 Vysoce přizpůsobitelné: Turbinový průtokoměr. Jeho vysoká přesnost ±0,2 % až ±1,0 % a vysoká opakovatelnost splňují požadavky na měření a vykazuje vynikající stabilitu u čistých, nízkoviskózních kapalin.

2.1.2 Obecně přizpůsobitelné: Elektromagnetický průtokoměr vyžaduje vodivost kapaliny a dosahuje přesnosti vyhovující požadavkům. Je velký a u nevodivých kapalin nefunguje.

2.1.3 Nekompatibilita: Ultrazvukové průtokoměry mají nedostatečnou přesnost a vířivé průtokoměry vykazují špatnou stabilitu při nízkých průtocích.

2.2 Měřicí scénáře pro koroze aktivní kapaliny obsahující částice (např. chemické kyselé a alkalické roztoky, čištění odpadních vod)

2.2.1 Vysoká přizpůsobivost: Elektromagnetické průtokoměry jsou odolné proti korozi a dokáží se přizpůsobit médiím obsahujícím částice.

2.2.2 Obecná přizpůsobivost: Ultrazvukový průtokoměr umožňuje bezkontaktní měření, čímž se vyhne korozi, ale přesnost klesá při velkém množství bublin nebo částic.

2.2.3 Nehodné: Turbinové průtokoměry jsou náchylné ke korozi a ucpání, vířivé průtokoměry jsou náchylné k usazování nečistot.

2.3 Scénáře pro potrubí velkých průměrů nebo rekonstrukce starých potrubí (např. městské zásobování vodou a topením)

2.3.1 Vysoká přizpůsobivost: Ultrazvukové průtokoměry. Bezkontaktní instalace nevyžaduje řezání potrubí a je vhodná pro potrubí velkých průměrů; elektromagnetické průtokoměry lze vkládat.

2.3.2 Obecná adaptace: Elektromagnetický průtokoměr má vysokou přesnost, ale pro instalaci vyžaduje řezání potrubí, což komplikuje úpravy.

2.3.3 Nekompatibilní: Turbinové průtokoměry se používají u potrubí malého průměru a nejsou vhodné pro potrubí s průměry nad DN200. Vířivé průtokoměry nejsou vhodné pro potrubí s průměry nad DN300.

3. Základní rozhodovací logika výběru průtokoměru

V praktických aplikacích musí být výběr průtokoměrů proveden podle zásady „priorita scénáře a shoda parametrů“. Konkrétní kroky rozhodování jsou následující:

3.1 Identifikace vlastností média : Nejprve určete vodivost kapaliny (zda je vodivá), čistotu (kontaminaci) a viskozitu (vysokou/střední/nízkou viskozitu). To je klíčové pro vyloučení nekompatibilních průtokoměrů. Například nevodivé kapaliny by měly být přímo vyloučeny u elektromagnetických průtokoměrů, zatímco kapaliny obsahující velké množství částic by měly být vyloučeny u turbínových průtokoměrů.

3.2 Požadavky na přesnost měření : Pro vysoce přesné aplikace, jako je obchodní vyúčtování a přesné plnění, jsou upřednostňovány turbínové průtokoměry nebo elektromagnetické průtokoměry; pro střední a nízkou přesnost, jako je běžné monitorování a řízení procesů, lze vybrat vířivé průtokoměry nebo ultrazvukové průtokoměry.

3.3 Podmínky potrubí a okolí : Podle průměru potrubí mají ultrazvukové průtokoměry přednost u potrubí větších než DN200 a turbínové průtokoměry a ultrazvukové průtokoměry jsou upřednostňovány pro instalaci v omezeném prostoru; vibrační/teplotní podmínky prostředí: vyhýbejte se volbě vířivých průtokoměrů při silných vibracích a zvolte vířivé průtokoměry pro vysokoteplotní prostředí.

4. Doporučení výrobců průtokoměrů

Turbínové, elektromagnetické, ultrazvukové a vířivé průtokoměry mají každý své výhody i nevýhody při měření toku kapalin a neexistuje taková věc jako „univerzální“ průtokoměr. Pro dosažení přesného, stabilního a efektivního měření průtoku je nutné provést komplexní hodnocení na základě vlastností média, požadavků na měření, podmínek v potrubí a rozpočtu nákladů.