การวัดอัตราการไหลในกระบวนการแช่แข็งและไฮโดรคาร์บอน

เหตุใดการจัดเก็บและการแปรรูปไฮโดรคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำจึงจัดการได้ยากนัก?

ผู้ที่เคยทำงานด้านการจัดเก็บและการแปรรูปไฮโดรคาร์บอนในอุณหภูมิต่ำจะทราบดีว่างานนี้ไม่ใช่เรื่องง่าย อุณหภูมิอาจลดลงต่ำถึงลบ 100 องศาเซลเซียส และมีก๊าซปิโตรเลียมเหลว (LPG) ไหลผ่านท่อส่ง ความผิดพลาดเพียงเล็กน้อยอาจนำไปสู่อุบัติเหตุร้ายแรงได้ การที่เครื่องวัดการไหลจะวัดได้อย่างแม่นยำภายใต้สภาวะอุณหภูมิต่ำจัดเช่นนี้ไม่ใช่เรื่องง่ายเลย

อุตสาหกรรมการจัดเก็บด้วยความเย็นจัดและการแปรรูปไฮโดรคาร์บอน

โรงงานแปรรูปก๊าซและถังเก็บก๊าซอุณหภูมิต่ำในปัจจุบันพึ่งพาเครื่องวัดอัตราการไหลแบบไครโอเจนิกเหล่านี้อย่างเต็มที่ เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัย การส่งมอบที่แม่นยำ และการควบคุมกระบวนการ การเลือกเครื่องมือที่เหมาะสมจะช่วยประหยัดเวลาและแรงงาน หากเลือกผิด ปัญหาจะตามมาเรื่อยๆ

สื่อหลักสามประเภท แต่ละประเภทมีลักษณะเฉพาะตัว

อีเทนเหลวเป็นของเหลวที่วัดปริมาณได้ยากที่สุด

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบไครโอเจนิก ของอีเทน

อีเทนเมื่ออยู่ในรูปของเหลว สามารถเย็นตัวลงได้ถึง -116 องศาเซลเซียส โดยมีความหนาแน่นผันผวนระหว่าง 552-568 กิโลกรัม/ลูกบาศก์เมตร และความหนืดเปลี่ยนแปลงไปตามนั้น สิ่งที่น่ากังวลยิ่งกว่าคือ อีเทนสามารถอยู่ในสถานะของเหลวในบางครั้งและเป็นก๊าซในบางครั้ง โดยมีความดันตั้งแต่ 3.5 ถึง 29 กิโลกรัมแรง โรงงานปิโตรเคมีใช้อีเทนเป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทิลีน ดังนั้นการวัดอัตราการไหลจึงไม่ใช่เรื่องที่มองข้ามได้

การวัดอัตราการไหลของก๊าซโพรเพนเหลวนั้นค่อนข้างดีกว่า แต่ก็ไม่ใช่เรื่องง่ายเช่นกัน

เครื่องวัดอัตราการไหลของโพรเพน

อุณหภูมิใช้งานของโพรเพนเหลวอยู่ระหว่าง -50 °C ถึง 40 °C ซึ่งอ่อนกว่าอีเทน ความหนาแน่น 581-585 กก./ลบ.ม. ความหนืด 0.19-0.21 cp ดูค่อนข้างคงที่ แต่ปัญหาคืออัตราการไหลแปรผันอย่างมาก ตั้งแต่เล็กน้อยไปจนถึงมากกว่า 30,000 กิโลกรัมต่อชั่วโมง ซึ่งต้องใช้ช่วงการวัดของเครื่องวัดการไหลที่กว้างพอ แรงดันออกแบบอาจสูงถึง 35 กิโลกรัม และวัสดุที่ใช้ต้องทนทานต่อแรงดันนี้ได้ด้วย

ท่อขนาดใหญ่เป็นปัญหาสำหรับก๊าซไฮโดรคาร์บอน

เครื่องวัดอัตราการไหลของก๊าซไฮโดรคาร์บอน

ระบบวัดปริมาณก๊าซในหัวเผาใช้ท่อขนาดใหญ่ถึง 24 นิ้วหรือ 36 นิ้ว น้ำหนักโมเลกุลของก๊าซอยู่ที่ประมาณ 21:00 สัมประสิทธิ์การอัดอยู่ที่ 0.9887 และอัตราการไหลอยู่ในช่วง 0.1 ล้านลูกบาศก์เมตรมาตรฐานถึง 330 ล้านลูกบาศก์เมตรมาตรฐานต่อวัน อุณหภูมิไม่สูงมากนัก อยู่ที่ประมาณ 30-40 องศาเซลเซียส และความดันเพียง 6-8 กิโลกรัม

เครื่องวัดอัตราการไหลหลักสองรุ่น แต่ละรุ่นมีข้อดีแตกต่างกันไป

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิส - ราคาแพงแต่มีประโยชน์สำหรับก๊าซโพรเพนและอีเทนเหลว

เมื่อพูดถึงการวัดปริมาณของเหลวอีเทนและโพรเพน เครื่องวัดการไหลแบบโคริโอลิสมีความน่าเชื่อถือที่สุด มันวัดอัตราการไหลของมวลโดยตรงโดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความหนาแน่น ด้วยความแม่นยำ ± 0.05% หรือสูงกว่านั้น ทำให้เหมาะที่สุดสำหรับการถ่ายโอนสินค้า เมื่อทำการขนถ่ายวัสดุ สามารถวัดได้ทั้งสองด้าน ซึ่งสะดวกมากเป็นพิเศษ

เหตุใดวิศวกรเครื่องมือวัดจึงนิยมใช้เครื่องมือนี้?

-ไม่ว่าความหนาแน่นของโพรเพนหรืออีเทนเหลวจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร อัตราการไหลของมวลที่วัดได้ก็ยังคงแม่นยำและตรงไปตรงมาเสมอ
-ช่วงการวัดกว้าง ความแม่นยำสูง ตั้งแต่ปริมาณการไหลน้อยไปจนถึงปริมาณการไหลมาก
-เซ็นเซอร์วัดการไหลเพียงตัวเดียวสามารถวัดความหนาแน่น อุณหภูมิ และความหนืดได้ ช่วยประหยัดเซ็นเซอร์หลายตัว
-เนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว จึงแทบไม่ต้องบำรุงรักษาเลย
-เครื่องวัดอัตราการไหลแบบไครโอเจนิกทำงานได้อย่างเสถียรแม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าลบ 100 องศาเซลเซียส

สามารถบรรจุท่อได้ตั้งแต่ขนาด 3/8 นิ้ว ถึง 10 นิ้ว โดยมีปริมาตรของเหลว 800 ถึง 2000 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง และปริมาตรก๊าซมากกว่า 60,000 กิโลกรัมต่อชั่วโมง

เครื่องวัดอัตราการไหลของมวลความร้อน

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวลความร้อน - ทางเลือกที่ประหยัดสำหรับท่อขนาดใหญ่

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบใช้ความร้อนเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพคุ้มค่าที่สุดสำหรับการวัดก๊าซ โดยเฉพาะก๊าซในท่อขนาดใหญ่ การติดตั้งแบบเสียบเข้าทำได้สะดวกและแทบไม่มีการสูญเสียแรงดัน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบหัวเชื่อมแรงดันต่ำ หลักการทำงานคือการใช้หัววัดความร้อนเพื่อวัดความเร็วในการกระจายความร้อนเพื่อคำนวณอัตราการไหล และแสดงผลอัตราการไหลเป็นมวลโดยตรงโดยไม่จำเป็นต้องชดเชยแรงดันและอุณหภูมิ

การใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบมวลความร้อนสำหรับไฮโดรคาร์บอนมีประโยชน์อย่างไรบ้าง
-วัดคุณภาพก๊าซโดยตรง ช่วยประหยัดเวลา
-แม้ในอัตราการไหลต่ำก็สามารถวัดได้อย่างแม่นยำ
-สามารถวัดได้ตั้งแต่ 0.1 ล้านลูกบาศก์เมตรมาตรฐานต่อวัน ไปจนถึงหลายร้อยล้านลูกบาศก์เมตรมาตรฐาน
-ติดตั้งง่าย ราคาไม่แพง และดูแลรักษาง่าย
-สามารถเชื่อมต่อกับระบบ DCS โดยใช้โปรโตคอล HART ได้
-นอกจากนี้ยังสามารถแสดงน้ำหนักโมเลกุลแบบเรียลไทม์ได้ ซึ่งมีประโยชน์มากทีเดียว

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบใช้ความร้อนเหมาะที่สุดสำหรับสถานที่ที่มีความดันใกล้เคียงกับความดันบรรยากาศ เช่น ถังแยกสารด้วยเปลวไฟ

โปรดพิจารณาประเด็นเหล่านี้เมื่อเลือกซื้อเครื่องวัดอัตราการไหล

ความดันและอุณหภูมิไม่ควรขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานเพียงอย่างเดียว

อย่าพิจารณาแค่เพียงอุณหภูมิและความดันในระหว่างการทำงานปกติเท่านั้น คุณต้องคำนึงถึงขีดจำกัดการออกแบบด้วย แม้ว่าเครื่องวัดการไหลของอีเทนเหลวจะทำงานที่อุณหภูมิ -116 °C แต่ก็ได้รับการออกแบบให้ทนต่อความดัน 43.5 กิโลกรัม ตั้งแต่ -118 °C ถึง 65 °C ส่วนโพรเพนเหลวก็ใช้เช่นกัน โดยมีช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ -52 °C ถึง 115 °C และแรงดัน 35.7 กิโลกรัม วัสดุที่ใช้ต้องได้รับการเลือกอย่างถูกต้องและต้องไม่เปราะแตกง่ายที่อุณหภูมิต่ำ

เครื่องวัดอัตราการไหล ATEX มักเป็นสิ่งจำเป็น

สถานการณ์นี้เป็นพื้นที่อันตรายโซน 1 โดยมีกลุ่มก๊าซ IIA และกลุ่มอุณหภูมิ T3 เครื่องวัดอัตราการไหลต้องได้รับการรับรอง ATEX และระดับป้องกันการระเบิด Ex'd' นอกจากนี้ยังต้องมีระดับการป้องกัน IP 67 ด้วย มิเช่นนั้นจะเสียหายจากน้ำและฝุ่นในที่สุด

สัญญาณที่ส่งออกมาจากเครื่องวัดการไหลควรจะสามารถเชื่อมต่อได้

ปัจจุบันอุปกรณ์เหล่านี้เชื่อมต่อกับระบบ DCS แล้ว และโปรโตคอล HART ก็เป็นมาตรฐาน โดยการเพิ่มสัญญาณอนาล็อก 4-20mA และสัญญาณดิจิทัล HART หรือ MODBUS RTU จะสามารถตั้งค่าพารามิเตอร์และดูข้อมูลการวินิจฉัยจากระยะไกลได้ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบดิจิทัลขั้นสูงหรือเครื่องวัดอัตราการไหลแบบอนาล็อกที่อุณหภูมิต่ำสามารถส่งข้อมูลหลายอย่างพร้อมกันได้ รวมถึงอัตราการไหล ความหนาแน่น อุณหภูมิ และการวัดสะสม ทำให้ควบคุมได้ง่าย

ข้อควรพิจารณาหลายประการในการติดตั้ง

อย่ามุ่งเน้นเฉพาะอัตราการไหลสูงสุดเพียงอย่างเดียวเมื่อเลือกเครื่องวัดอัตราการไหลที่เหมาะสม

วิศวกรหลายคนมักพิจารณาเพียงแค่ว่าอัตราการไหลสูงสุดเพียงพอหรือไม่ ซึ่งไม่ถูกต้อง ความแม่นยำขึ้นอยู่กับสามปัจจัย ได้แก่ อัตราการไหลต่ำสุด อัตราการไหลปกติ และอัตราการไหลสูงสุด โดยทั่วไปแล้วเครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิสจะมีความแม่นยำสูงสุดในช่วง 20% ถึง 100% ในขณะที่เครื่องวัดอัตราการไหลแบบความร้อนจะมีช่วงความแม่นยำที่กว้างกว่า ตารางนี้จะถือว่าเลือกใช้ได้อย่างถูกต้องก็ต่อเมื่อค่าอัตราการไหลทั้งสามค่าอยู่ในช่วงความแม่นยำที่กำหนดเท่านั้น

การลดลงของความดันเป็นสิ่งที่มองข้ามไม่ได้

โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบการไหลตามแรงโน้มถ่วงหรือระบบความดันต่ำ การลดลงของความดันนั้นเป็นอันตรายอย่างยิ่ง เครื่องวัดการไหลแบบโคริโอลิสสามารถลดแรงดันได้ถึง 0.3 กิโลกรัม ในขณะที่แบบความร้อนแทบจะไม่ลดแรงดันเลย เมื่อคำนวณเสร็จแล้ว ควรเลือกเครื่องวัดการไหลที่เหมาะสมอีกครั้ง มิฉะนั้นของเหลวจะระเหยได้ง่าย ความดันปลายทางจะไม่เพียงพอ และระบบทั้งหมดจะเกิดความวุ่นวาย

ใบรับรองการสอบเทียบต้องครบถ้วน

ต้องมั่นใจในความแม่นยำ และการสอบเทียบอย่างสม่ำเสมอเป็นสิ่งสำคัญ เครื่องวัดอัตราการไหลแบบโคริโอลิสโดยทั่วไปจะได้รับการสอบเทียบด้วยน้ำหรือไฮโดรคาร์บอนเบา ก่อนออกจากโรงงาน และจะมีการให้ใบรับรองการสอบเทียบ ซึ่งรวมถึงเงื่อนไขการทดสอบ บันทึกความดัน และการตรวจสอบช่วงการวัด สำหรับการส่งมอบสินค้า ใบรับรองนี้จะต้องมีอยู่และสามารถตรวจสอบย้อนกลับได้

โดยสรุป

การเลือกเครื่องวัดอัตราการไหลสำหรับของเหลวอีเทน ของเหลวโพรเพน และก๊าซไฮโดรคาร์บอน จำเป็นต้องมีความเข้าใจอย่างชัดเจนเกี่ยวกับสภาวะกระบวนการ คุณสมบัติของของเหลว และความต้องการที่แท้จริง

สำหรับการส่งมอบของเหลว แม้ว่าเครื่องวัดการไหลแบบ Coriolis จะมีราคาแพง แต่ก็มีความแม่นยำสูง ใช้งานสะดวก และคุ้มค่ากับเงินที่จ่ายไป ส่วนการวัดก๊าซในท่อขนาดใหญ่ เครื่องวัดการไหลแบบความร้อนนั้นคุ้มค่าที่สุด เนื่องจากมีแรงดันตกต่ำ ติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย และราคาไม่แพง

อุตสาหกรรมแปรรูปไฮโดรคาร์บอนและอุณหภูมิต่ำมีลักษณะเฉพาะคือ อุณหภูมิสูงมาก การเปลี่ยนแปลงความดันสูง และช่วงการไหลกว้าง หากไม่มีเครื่องวัดการไหลที่เชื่อถือได้ การทำงานก็แทบจะไม่เป็นไปได้เลย การเลือกนาฬิกาที่ถูกต้อง การวัดมีความแม่นยำ ตรงตามข้อกำหนด และระบบมีความเสถียร ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้มากเมื่อเทียบกับส่วนต่างราคาของนาฬิกา

คำถามที่พบบ่อย

Q1: คุณยังจำเป็นต้องใช้เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Coriolis ที่อุณหภูมิต่ำเพื่อวัดปริมาณโพรเพนที่อุณหภูมิห้องอยู่หรือไม่? มันแพงเกินไปหรือเปล่า?

คำตอบ: จำเป็นต้องใช้จริงๆ แม้ว่าจะอยู่ที่อุณหภูมิห้อง แต่ความหนาแน่นของโพรเพนก็ยังเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ เครื่องวัดการไหลแบบโคริโอลิสจะวัดมวลโดยตรงโดยไม่ส่งผลกระทบต่อความหนาแน่น ด้วยความแม่นยำ ± 0.05% ความแม่นยำนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการส่งมอบ และยังสามารถวัดทั้งความหนาแน่นและอุณหภูมิได้ในตัว ช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในการซื้อเครื่องวัดอีกเครื่อง เมื่อคำนวณแล้ว จริงๆ แล้วก็ไม่ใช่เรื่องเสียหายอะไร

คำถามที่ 2: ใช้มิเตอร์ชนิดใดในการวัดปริมาณก๊าซในท่อส่งก๊าซสำหรับหัวเผาขนาด 24 นิ้ว ที่อุณหภูมิห้อง? แผ่นวัดปริมาตร (Orifice plates) ราคาถูก ทำไมไม่ใช้ล่ะ?

คำตอบ: เครื่องวัดอัตราการไหลแบบใช้มวลความร้อน (Thermal mass thermal flow meters) เหมาะสมที่สุด เนื่องจากคุ้มค่าในการใช้งานกับท่อขนาดใหญ่ เพราะสามารถวัดอัตราการไหลแบบใช้มวลโดยตรงโดยไม่ต้องชดเชยแรงดันและอุณหภูมิ ที่สำคัญคือแรงดันจะลดลงน้อยมาก และระบบหัวฉีดก็มีแรงดันต่ำอยู่แล้วจึงไม่สามารถลดลงได้อีก แม้ว่าแผ่นรูรับแสง (Orifice plates) จะราคาถูก แต่การสูญเสียแรงดันถาวรนั้นมากเกินไป และไม่สามารถใช้กับระบบแรงดันต่ำได้เลย

คำถามที่ 3: การแสดงค่าโมเลกุลแบบเรียลไทม์ในเครื่องวัดอัตราการไหลแบบใช้ความร้อนมีประโยชน์อย่างไร?

คำตอบ: ฟังก์ชันนี้ค่อนข้างใช้งานได้จริง เครื่องวัดการไหลสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักโมเลกุลของก๊าซได้ และการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักโมเลกุลบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบของก๊าซ หากมีปัญหาในกระบวนการหรือการเปลี่ยนแปลงในวัตถุดิบป้อนเข้า ก็สามารถตรวจจับได้ล่วงหน้า ซึ่งเทียบเท่ากับการมีวิธีการตรวจสอบหลายวิธี ผู้ปฏิบัติงานจึงดูตัวเลขนี้ด้วยความมั่นใจ

ถาม: คุณมีตัวเลือกที่ราคาถูกกว่า Coriolis สำหรับของเหลวที่อุณหภูมิห้องและไม่ต้องการความแม่นยำสูงเป็นพิเศษหรือไม่?

คำตอบ: ใช่แล้ว เกจวัดการไหลแบบวน เกจวัดการไหลแบบกังหัน และเกจวัดการไหลแบบเฟืองวงรี ล้วนมีราคาถูกกว่า แต่เครื่องวัดเหล่านี้วัดอัตราการไหลเชิงปริมาตร และในการคำนวณมวล จำเป็นต้องใช้เครื่องวัดความหนาแน่นที่มีความแม่นยำสูง เทอร์โมมิเตอร์ และเครื่องคำนวณการไหลแบบอินทิเกรเตอร์ ระบบจึงซับซ้อนมากขึ้นและมีแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดมากขึ้น หากไม่มีปัญหาเรื่องงบประมาณ การใช้เครื่องวัดแบบโคริโอลิสจะสะดวกกว่า