SCFM กับ CFM: ความแตกต่างนี้มีผลต่อการเลือกเครื่องวัดอัตราการไหลของคุณอย่างไร

คำตอบด่วน

CFM (ลูกบาศก์ฟุตต่อนาที) คือปริมาณการไหลจริงของก๊าซที่อุณหภูมิและความดันใดๆ ณ จุดวัด SCFM (ลูกบาศก์ฟุตมาตรฐานต่อนาที) คือค่าที่ปรับให้เป็นค่าอ้างอิงคงที่ โดยทั่วไปคือ 68 องศาฟาเรนไฮต์ (20 องศาเซลเซียส) และ 14.696 psia (1 บรรยากาศ) ค่าทั้งสองนี้อธิบายปริมาณก๊าซทางกายภาพเดียวกัน แต่ SCFM ช่วยให้วิศวกรสามารถเปรียบเทียบอัตราการไหลในความดันและอุณหภูมิการทำงานที่แตกต่างกันได้อย่างชัดเจน สำหรับการเลือกเครื่องวัดการไหล ความแตกต่างนี้ส่งผลโดยตรงต่อช่วงการวัดที่คุณต้องการและวิธีการกำหนดค่าสัญญาณเอาต์พุต

เหตุใดความสับสนนี้จึงทำให้เสียค่าใช้จ่าย

เมื่อปีที่แล้ว ลูกค้าในโรงงานเคมีแห่งหนึ่งในมาเลเซียติดต่อ Silver Instruments พวกเขาติดตั้งมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบมวลความร้อน (Thermal Mass Flow Meter) ในท่อส่งไนโตรเจน มิเตอร์ที่สั่งซื้อมีขนาด 200 SCFM แต่ความเร็วการไหลจริงในท่อกลับสูงถึงค่าสูงสุดของช่วงการวัดที่อุณหภูมิแวดล้อมต่ำ ท่อมีขนาด DN50 แรงดันใช้งาน 6 บาร์ (g) และอุณหภูมิในท่อแปรผันระหว่าง 25 องศาเซลเซียสถึง 45 องศาเซลเซียส สเปคของมิเตอร์ผิดพลาดเนื่องจากวิศวกรเข้าใจว่า SCFM และ CFM สามารถใช้แทนกันได้

ทั้งสองอย่างใช้แทนกันไม่ได้ นี่คือความแตกต่างในทางปฏิบัติ

CFM บอกปริมาณก๊าซเป็นลูกบาศก์ฟุตที่ไหลผ่านหน้าตัดในแต่ละนาทีภายใต้สภาวะจริง หากความดันสูงขึ้นหรืออุณหภูมิลดลง มวลของก๊าซเท่าเดิมจะ occupying ปริมาตรทางกายภาพน้อยลง ค่า CFM ก็จะลดลง แต่การไหลของมวลยังคงเท่าเดิม

หน่วย SCFM จะแปลงค่าการไหลจริงกลับไปเป็นค่าการไหล ณ จุดอ้างอิงมาตรฐาน ซึ่งมาตรฐานจะแตกต่างกันไปตามอุตสาหกรรมและประเทศ ในสหรัฐอเมริกา จุดอ้างอิงที่ใช้กันทั่วไปคือ 68 องศาฟาเรนไฮต์ และ 14.696 psia ตามมาตรฐาน ISA และ CAGI ผู้จำหน่าย อากาศอัด บางรายใช้ 14.5 psia บางแอปพลิเคชันในอุตสาหกรรมปิโตรเคมีอ้างอิงที่ 60 องศาฟาเรนไฮต์ และ 14.696 psia ความแตกต่างนี้มีความสำคัญเมื่อคุณซื้อมิเตอร์ ระบุคุณสมบัติของคอมเพรสเซอร์ หรือเปรียบเทียบข้อมูลจำเพาะจากผู้ผลิตที่แตกต่างกัน

สูตรการแปลง

ความสัมพันธ์ระหว่าง SCFM และ CFM มาจากกฎของก๊าซในอุดมคติโดยตรง สำหรับก๊าซอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ที่ความดันปานกลาง ความสัมพันธ์นี้มีความแม่นยำภายใน 1-2%

SCFM = CFM x (P จริง / P มาตรฐาน ) x (T มาตรฐาน / T จริง )

โดยที่ความดันมีหน่วยเป็นค่าสัมบูรณ์ (psia) และอุณหภูมิมีหน่วยเป็นแรงไคน์ (F + 459.67) หรือเคลวิน (C + 273.15)

ตัวอย่างการคำนวณ: ระบบอัดอากาศทำงานที่ความดัน 100 psig (114.7 psia) และอุณหภูมิ 95 F (555.7 R) อัตราการไหลจริงผ่านท่อคือ 50 CFM โดยใช้เงื่อนไขอ้างอิงที่ 68 F (527.7 R) และ 14.696 psia:

SCFM = 50 x (114.7 / 14.696) x (527.7 / 555.7) = 50 x 7.805 x 0.9496 = 370 SCFM

ปริมาณอากาศเท่ากันที่ 50 CFM ในสภาวะการทำงานปกติ จะมีปริมาณอากาศ 370 SCFM ในสภาวะมาตรฐาน นี่ไม่ใช่สัดส่วนเล็กน้อย การสั่งซื้อมิเตอร์ที่มีขนาดสำหรับ 50 CFM ในขณะที่การใช้งานต้องการวัด 370 SCFM หมายถึงการสั่งซื้อมิเตอร์ที่ผิดพลาดอย่างสิ้นเชิง

เหตุใดค่ากำลังการไหลของอากาศในคอมเพรสเซอร์จึงระบุเป็น SCFM เสมอ

เครื่องอัดอากาศอุตสาหกรรม

ลองดูป้ายชื่อของเครื่องอัดอากาศอุตสาหกรรมใดๆ ก็ได้ ปริมาณลมที่ระบายออกจะระบุเป็น SCFM หรือ Nm³/min ไม่ใช่ CFM ไม่ใช่ปริมาณลมจริง m³/min และจะระบุตามสภาวะมาตรฐานเสมอ มีเหตุผลที่ดีสำหรับเรื่องนี้ และการเข้าใจเหตุผลนี้จะช่วยให้เข้าใจแนวคิด SCFM ได้ดียิ่งขึ้น

คอมเพรสเซอร์ดูดอากาศจากภายนอกเข้ามาแล้วอัดอากาศ ปริมาณอากาศที่สามารถส่งออกมาได้ต่อนาทีขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมที่ทางเข้า ได้แก่ อุณหภูมิ ความดัน และความชื้น คอมเพรสเซอร์ที่ติดตั้งอยู่ที่ระดับน้ำทะเลในฟินแลนด์ในเดือนมกราคม สามารถส่งอากาศได้มากกว่าเครื่องเดียวกันที่ทำงานอยู่ที่ระดับความสูง 2,000 เมตรในประเทศไทยในเดือนสิงหาคม ตัวเครื่องเหมือนกันทุกประการ แต่สภาพแวดล้อมแตกต่างกัน

หากผู้ผลิตระบุอัตราการไหลของอากาศของคอมเพรสเซอร์เป็นค่า CFM จริง ณ จุดปล่อยอากาศ ตัวเลขนั้นจะเปลี่ยนแปลงไปตามสถานที่ติดตั้งและฤดูกาลต่างๆ ลูกค้าในประเทศต่างๆ จะไม่สามารถเปรียบเทียบรุ่นต่างๆ ได้ สัญญาบริการและการรับประกันปริมาณการใช้อากาศก็จะไม่มีความหมาย ดังนั้นอุตสาหกรรมจึงตกลงใช้จุดอ้างอิงเดียว ค่า SCFM ที่ระบุบนแผ่นป้ายจะบอกคุณว่าคอมเพรสเซอร์ส่งอากาศได้มากแค่ไหน โดยปรับให้เป็นไปตามสภาวะทางเข้ามาตรฐาน ไม่ว่าคุณจะติดตั้งที่ใดก็ตาม

ในทางปฏิบัติ หมายความว่าอุปกรณ์นิวแมติกทุกชิ้นที่อยู่ถัดไป ตั้งแต่เครื่องอบแห้งอากาศและตัวกรองอากาศ ไปจนถึงแอคชูเอเตอร์และเครื่องมือต่างๆ ล้วนได้รับการจัดอันดับเป็น SCFM เช่นกัน ระบบนิเวศของอากาศอัดทั้งหมดใช้หน่วยวัดอัตราการไหลมาตรฐาน คอมเพรสเซอร์ขนาด 500 SCFM ที่จ่ายอากาศไปยังท่อร่วมที่ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 500 SCFM จึงมีความเหมาะสมอย่างสม่ำเสมอในทุกสถานที่

ดังนั้น เมื่อวิศวกรขอเครื่องวัดอัตราการไหลจาก Silver Instruments เพื่อตรวจสอบท่อส่งอากาศอัด คำถามแรกคือ: กำลังส่งออกของคอมเพรสเซอร์ในหน่วย SCFM คือเท่าไร? ตัวเลขนั้นคือขีดจำกัดสูงสุดที่เครื่องวัดต้องรองรับได้ แต่ตรงนี้เองที่เกิดความผิดพลาด ก๊าซที่ไหลผ่านท่อจริงที่ความดัน 7 บาร์ (g) และอุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส มีความหนาแน่นมากกว่าอากาศอ้างอิงมาตรฐานมาก อัตราการไหลเชิงปริมาตรจริง (CFM) จึงเป็นเพียงเศษส่วนของตัวเลข SCFM ท่อส่งอากาศอัดที่บรรจุอากาศอัด 500 SCFM ที่ความดัน 7 บาร์ (g) และอุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส จะมีอัตราการไหลจริงในท่อประมาณ 57 CFM

มิเตอร์แบบกระแสน้ำวนหรือแบบกังหันที่ออกแบบมาสำหรับอัตราการไหลในท่อ 500 CFM ในการใช้งานนั้นจะมีขนาดใหญ่เกินไปอย่างมาก มิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบมวลความร้อนที่มีช่วงการวัด 0 ถึง 600 SCFM เมื่อติดตั้งในขนาดท่อและแรงดันใช้งานที่ถูกต้อง จะเป็นสเปคที่เหมาะสม ข้อมูล SCFM ที่ระบุไว้บนแผ่นป้ายชื่อของคอมเพรสเซอร์ ให้ใช้ค่านี้เป็นพื้นฐานในการเลือกมิเตอร์ ไม่ใช่ใช้เป็นตัวเลขความเร็วในท่อ

ข้อมูลอ้างอิงโดยย่อ: CFM เทียบกับ SCFM

เทคโนโลยีเครื่องวัดอัตราการไหลแบบใดที่ให้ค่า SCFM ออกมา

เครื่องวัดอัตราการไหลส่วนใหญ่จะวัดปริมาตรจริงหรือความเร็วจริง หากต้องการวัดเป็น SCFM เครื่องวัดจะต้องมีวงจรชดเชยความดันและอุณหภูมิในตัว หรือต้องใช้คอมพิวเตอร์คำนวณอัตราการไหลภายนอก

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลความร้อน SCFM

เครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบใช้ความร้อนเป็นข้อยกเว้น เครื่องวัดประเภทนี้วัดอัตราการไหลของมวลโดยตรงโดยการตรวจจับการถ่ายเทความร้อนจากองค์ประกอบความร้อนไปยังกระแสแก๊ส เนื่องจากมวลไม่ได้รับผลกระทบจากความดันหรืออุณหภูมิ เครื่องวัดเหล่านี้จึงสามารถแสดงค่าเป็น SCFM ได้โดยไม่ต้องมีการชดเชยภายนอกใดๆ หากทราบองค์ประกอบของแก๊สและมีความเสถียร ตัวอย่างเช่น เครื่องวัดอัตราการไหลมวลแบบใช้ความร้อนของ Silver Instruments สำหรับ อากาศอัด และ ไนโตรเจน จะแสดงค่าเป็น Nm³/h (เทียบเท่า SCFM ในระบบ SI) เป็นหน่วยหลัก โดยมี SCFM เป็นหน่วยแสดงผลเสริม

สำหรับมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบกระแสน้ำวนและมิเตอร์วัดอัตราการไหลแบบกังหัน ค่าที่ได้คือปริมาตรการไหลจริง คุณต้องป้อนค่าความดันและอุณหภูมิเข้าไปในมิเตอร์เพื่อคำนวณค่า SCFM สำหรับมิเตอร์แบบกระแสน้ำวนที่รองรับ Modbus หรือ HART นั้นทำได้ง่าย หากไม่มีการชดเชย มิเตอร์จะอ่านค่า CFM เป็นค่าเริ่มต้น

เครื่องวัดอัตราการไหลแบบ Coriolis วัดมวลโดยตรงในหน่วย kg/h หรือ lb/min การแปลงเป็น SCFM จำเป็นต้องทราบความหนาแน่นของก๊าซที่สภาวะมาตรฐาน ซึ่งตัวส่งสัญญาณสามารถคำนวณได้หากคุณป้อนชนิดของก๊าซ

หน่วยเทียบเท่า SI: Nm³/h เทียบกับ m³/h

นอกทวีปอเมริกาเหนือ หน่วย SCFM แทบจะไม่ถูกใช้เลย หน่วยที่เทียบเท่าคือ Nm3/h ซึ่งย่อมาจากลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง โดยอ้างอิงที่อุณหภูมิ 0 องศาเซลเซียส และความดัน 101.325 กิโลปาสคาล (หรือบางครั้งอาจเป็น 20 องศาเซลเซียส ขึ้นอยู่กับมาตรฐาน DIN หรือ ISO ที่อ้างถึง) ซึ่งทำให้เกิดปัญหาเดียวกัน วิศวกรในเยอรมนีที่สั่งซื้อเครื่องวัดอัตราการไหลในหน่วย Nm3/h และผู้จัดจำหน่ายในสหรัฐอเมริกาที่ระบุหน่วยเป็น SCFM จำเป็นต้องตกลงกันเกี่ยวกับเงื่อนไขอ้างอิงก่อนที่จะเปรียบเทียบตัวเลข

สำหรับโครงการส่งออกในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ตะวันออกกลาง หรือออสเตรเลีย Silver Instruments แนะนำให้ระบุทั้งค่า Nm3/h ที่มาตรฐานอ้างอิงที่ใช้ และค่า m3/h ที่แท้จริงในสภาวะการใช้งาน เพื่อขจัดความคลุมเครือในขั้นตอนการเลือกขนาดเครื่องมือ และป้องกันค่าใช้จ่ายในการสั่งซื้อซ้ำอย่างที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้

รายการตรวจสอบเชิงปฏิบัติก่อนสั่งซื้อเครื่องวัดการไหลของก๊าซ

ข้อผิดพลาดเรื่องขนาดส่วนใหญ่เกิดขึ้นเพราะวิศวกรให้ตัวเลขมาเพียงตัวเดียวโดยไม่ได้ระบุว่าเป็นขนาดจริงหรือขนาดมาตรฐาน ก่อนส่งคำขอ โปรดยืนยันข้อมูลต่อไปนี้:

• อัตราการไหลที่ระบุเป็นหน่วย CFM หรือ SCFM หรือ Nm³/h ที่อุณหภูมิอ้างอิงใด
• แรงดันใช้งาน (bar g หรือ psig) และช่วงอุณหภูมิ (C หรือ F) คือเท่าไร?
• องค์ประกอบของก๊าซคืออะไร? ไนโตรเจนบริสุทธิ์ อากาศอัด หรือก๊าซผสมในกระบวนการผลิต?
• แอปพลิเคชันนี้ต้องการเอาต์พุตอัตราการไหลของมวลโดยตรง หรือเอาต์พุตปริมาตรก็ยอมรับได้หรือไม่?
• ความแม่นยำที่ต้องการนั้นระบุไว้ภายใต้สภาวะจริงหรือสภาวะมาตรฐาน?

การตอบคำถามทั้งห้าข้อนี้ก่อนติดต่อผู้จำหน่ายเครื่องวัดอัตราการไหล จะช่วยลดการติดต่อสื่อสารไปมาลงได้อย่างน้อยครึ่ง ในทางปฏิบัติ ข้อผิดพลาดในการเลือกขนาดส่วนใหญ่ที่เราพบเห็น มักเกิดจากความคลุมเครือในสองประเด็นแรก

ตัวแปลง CFM เป็น SCFM โดยใช้กฎของก๊าซในอุดมคติ