流量計および計器の選定：種類と適用条件の理解

流量計（フローセンサまたはフローインジケータとも呼ばれる）は、液体、気体、または蒸気の流量を正確に測定するために使用される産業環境において重要な計器です。購買担当者やアプリケーションエンジニアにとって、ガス用、空気用、水用、ベンチュリ、電磁式、コリオリ、および挟み込み式の流量計など、さまざまな種類の流量計について深く理解することは非常に重要です。これらの装置は、多くの産業分野において運転効率性、生産安全性、コスト管理の両立を確実にする上で中心的な役割を果たしています。

1. はじめに：流量計とは何か、そしてなぜ重要なのか

流量計は、システム内の流体の流量を測定する装置であり、気体、液体、またはその組み合わせのいずれかを対象とします。これらの機器は、石油・ガス、水処理、化学プロセス、製造業界などで基本となるものです。流量計はプロセス効率の監視に役立つだけでなく、製品品質の維持、安全性の確保、リソースの最適利用においても重要な役割を果たしています。

流量計の主な重要性：

• 運用効率: 流量の正確な監視により、プロセスがスムーズかつ効率的に運転されることを保証します。
• 安全性の適合: 危険な環境では、漏洩や爆発を防ぐために正確な測定が不可欠です。
• コスト管理： 適切な流量測定により廃棄物を削減し、コスト削減を実現します。

2. 測定原理：流量計はどのように動作するのか？

さまざまな流量計の動作原理を理解することは、用途に合った機器を選定するために重要です。以下に一般的なタイプの比較を示します：

ベンチュリ流量計

ベンチュリ流量計は、配管内の流れを絞り込み、流量に比例する圧力降下を測定することによって流量を測定します。この流量計は液体および気体に対して非常に信頼性が高く、水処理や化学プロセスにおいて広く使用されています。

磁気流量計

磁気式流量計（マグメーター）は、電磁誘導の原理に基づいて動作します。これらは水などの導電性液体の流量測定に最適であり、下水処理や化学工業分野で頻繁に使用されています。

コリオリ流量計

コリオリ流量計は、振動する管を流れる流体によって発生するねじり力を検出することにより質量流量を測定します。これらの流量計は高精度であり、石油・ガス業界のように液体または気体の流量を正確に測定する必要がある用途に適しています。

クランプオン式流量計

クランプオン流量計は、配管の外側から超音波センサーを使用して流量を測定するため、非接触での測定が可能であり、HVACや水処理などさまざまな業界で利用されています。

3. 流量計が必要な理由：正確な流量測定の重要性

正確な流量測定が重要な理由として、以下の点が挙げられます：

• 品質管理： 正確な測定は、食品・飲料や医薬品などの業界において、製品品質の一貫性を保証します。
• 規制の遵守: 多くの業界では、安全や環境保護の観点から、正確な流量測定が厳格な規制により求められています。
• コスト効率: 適切な流量測定により、材料の廃棄量やエネルギー消費、メンテナンスコストを削減できます。

4. 高精度と高精密度：さまざまな流量計の性能差

高精度と高精密度は、流量計の種類によって大きく異なる重要な指標です。

コリオリ流量計

コリオリ流量計は、実際の流量に対して±0.1％以内の高精度と正確さで知られており、高精度が要求される用途においては「ゴールドスタンダード」とされています。

磁気流量計

マグ流量計は一般的に流量の±0.5％以内の精度を達成し、精度が重要であるが極めて厳密ではない多くの産業用途に適しています。

ベンチュリ流量計

ベンチュリ流量計は、流量の±1％以内の精度を提供します。コリオリ式や磁気流量計ほど正確ではありませんが、信頼性が高く耐久性があるため、多くの業界において費用対効果の高い選択肢となっています。

クランプオン流量計

クランプオン流量計は、設置状況や測定媒体によって異なりますが、一般的に流量の±1～2％以内の精度を持っています。配管システムを変更できない場合や一時的な設置用途には柔軟な選択肢です。

5. 信頼性と耐久性：流量計はどのくらいまで使えるか？

産業分野において、正確さと同様に信頼性と耐久性は極めて重要です。以下に、各種流量計の比較を示します：

コリオリ流量計

これらの流量計は耐久性が高く、メンテナンス頻度が少なく、過酷な環境下でも数年間使用可能な製品が多くあります。

磁気流量計

マグメーター（電磁流量計）もまた、長寿命でメンテナンスが少ないので信頼性が高いです。非接触式のため、流体が腐食性や研磨性を持つ用途に最適です。

ベンチュリ流量計

ベンチュリーメーターは非常に頑丈で、適切なメンテナンスを行えば数十年にわたって使用可能です。シンプルな設計により可動部分が少なく、故障の可能性が低くなります。

クランプオン流量計

これらの流量計は据え置き型モデルほど耐久性がないものの、柔軟性とメンテナンスの容易さを備えているため、一時的な設置や配管材質を加工できない用途に適しています。

6. コスト要因：費用対効果の評価

流量計を選ぶ際には、初期費用だけでなく、メンテナンスや運用コストを含む所有総コストを考慮することが重要です。

初期購入費用

• コリオリ流量計： 高精度かつ高度な技術を備えているため、初期費用が高額になります。
• 磁気式流量計： サイズや用途によって異なりますが、初期費用は中程度から高額になります。
• ベンチュリ流量計： 大規模なインストール用途に適しており、初期費用は一般的に低額です。
• 挟持式流量計： 初期費用は中程度ですが、配管の改造を必要としないため、設置に際して追加的な節約が可能です。

メンテナンスコスト

• コリオリ式および磁気式流量計： 可動部分がないため、保守作業が少ない。
• ベンチュリ流量計： 保守作業は少ないが、定期的なキャリブレーションが必要なため、長期的にはコストが増加する可能性がある。
• 挟持式流量計： 保守コストが非常に低く、主にセンサーの整備に関連する。

7. 用途：アプリケーションに適した流量計の選定

さまざまな流量計は、それぞれ異なる環境や用途で優れた性能を発揮します。以下に、それぞれの流量計が好ましく使用されるシナリオを示します：

コリオリ流量計

• 応用： 高精度の化学薬品計量、石油・ガス custody transfer（量の引渡し）
• 原因: 困難な条件でも質量流量の測定において他に類を見ない精度と信頼性を提供。

磁気流量計

• 応用： 下水処理、化学プロセス処理
• 原因: 腐食性環境においても堅牢な性能を発揮し、導電性液体の流量測定に最適。

ベンチュリ流量計

• 応用： 水道、大規模な工業プロセス
• 原因: コストパフォーマンスが良く、耐久性に優れており、大口径パイプや高流量の流量測定に適しています

クランプオン流量計

• 応用： HVACシステム、一時的な流量測定セットアップ
• 原因: 非接触式の設置。改修工事や配管の健全性を維持する必要がある場合に最適

結論：ニーズに応じた正しい流量計の選定方法

適切な流量計を選定するには、流体の種類、必要な精度、設置条件、予算など、さまざまな要因が関係します。調達担当者やアプリケーションエンジニアにとっては、これらの要因をバランスさせながら、最も費用対効果が高く信頼性のあるソリューションを見つけることが極めて重要です。

1. 情報要件：

• 連続または積算流量 ：リアルタイムデータが必要ですか、それとも累積測定が必要ですか？
• ローカルまたはリモートデータ : リモートの場合、データの送信方法（アナログ／デジタル）と更新頻度を決定します。

2. 流体および流動特性：

• 圧力、温度、密度、粘度などの物理的性質を理解します。
• また、流体の組成や運転中の挙動（気泡の発生傾向、固体を含むこと、表面を被覆する傾向など）を考慮します。

3. 圧力および温度範囲：

• 最大値および最小値と通常値を含め、圧力および温度の運転範囲を定義します。
• 逆流、スラグフロー、または脈動の可能性など、その他の流動条件を特定します。

4. 配管および設置エリア：

• 直管部の要件を含む配管寸法、材質、配管レイアウトを検討します。
• また、振動、磁界、または危険区域など、設置および性能に影響を与える可能性のある環境条件にも注意してください。

5. 重要な質問：

• 流体の種類は？測定速度または総量のデータが必要ですか？
• 必要な流量範囲、圧力、温度は？
• 必要な表示および出力オプションは？

6. 流量と精度：

• 最小および最大流量と、必要な精度（%AR、%CS、または%FS）を定義してください。
• 特定の用途に基づき、精度と再現性のどちらが重要かを理解してください。

7. 精度と再現性：

• 可動部分のない流量計を選定することで、摩耗や校正に関連する問題を軽減します。
• 全流量範囲にわたる精度が重要である場合は、ポイントセンサーではなくフル流量計を選択してください。

8. 質量流量または体積流量の単位：

• 流体に適した測定方法が質量流量か体積流量かを決定してください。
• 圧縮性流体の場合、質量流量の測定がより信頼性が高いことが多いですが、液体の場合、気泡の混入や密度の変動により体積流量の精度に影響が出る可能性があります。

判断に迷った場合は、 流量計メーカー 専門家に相談するか、製品のデモを依頼して、特定の装置があなたの産業環境でどのように動作するかを確認してください。適切な流量計への投資により、運転効率を高め、コストを削減し、業界標準への準拠を確実にすることができます。