EH热式气体质量流量计basic.ppt

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1、E+H China,Slide 1,Proline t-mass,热式气体质量流量计,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 2,全球热式质量流量计市场份额,从 2004 到2005 销售增加了$3.6M E+H -0.4% 市场份额 E+H 增加 +1.6% 台数,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 3,t-mass 的成功, 2006年12月31日已销售1708 台 t-mass 65 !,2020/10/16 Endress+Haus

2、er 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 4,Endress + Hauser 气体流量测量解决方案,测量原理,t-mass 热式质量流量计,Deltabar 差压流量计,Promass 科氏力质量流量计,Prowirl 涡街流量计,Thermal Massflowmeter Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 5,气体的物理基础:,气体的物理性质 基本气体定律 气体质量计算 气体性质和他们之间的影响 常态和标准体积计算,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T

3、-mass培训,Slide 6,什么是气体?,气体,三相点,临界点,液体,固体,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 7,聚集状态,液体 有固定体积但形状易变 固体 有固定体积和形状 气体 无固定体积和形状,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 8,气体的定义,任何流体在常态下 (1 bar, 20C)以气态形式存在的称作气体 气体分子与液体和固体分子相反，不是互相结合的而是自由运动的 气体可以通过膨胀或压缩充满任何体积 气体可以压缩的,2

4、020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 9,理想气体 玻意尔（Boyles）定律,在1662, Robert Boyle 发现了气体的体积与它的压力成反比 若压力增加而温度保持不变则体积减小,k = P x V,k = 常数 P = 压力 V = 体积,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 10,理想气体 盖-吕萨克（ Gay Lussacs）定律,在1802年，法国科学家盖-吕萨克通过实验发现的表达气体的体积随温度而改变的规律：一定质量的气体

5、在压力不变时，它的体积随温度的变化呈直线关系. 若容器里常压的气体加热时，体积增加。,k = P / T,k = 常数 P = 压力 T = 温度,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 11,质量流,质量流的计算看起来很简单.,Qm = 质量流 = 密度 Qv = 体积流,Qm = . Qv,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 12,理想气体定律,两个原理.,1,2,p = 压力 V = 体积 m =质量 R = 气体常数 T = 温度,

6、2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 13,温度上升，压力增加,冷轮胎 P1 = 2 bar T1 = 20C,热轮胎 P2 = ? bar T2 = 40C,轮胎的压力随着温度的升高而增加 问题: 在温度从20 to 40C后，轮胎的压力是多少? 假定: 轮胎体积保持不变,解答:,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 14,p-V-T的相互关系,若温度不变，压力增加一倍则体积减半。 若温度增加一倍，无论压力如何体积增加一倍。,2020/1

7、0/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 15,气体的可压缩性 真实气体因子,Z 1比理想气体膨胀,当理想气体受到压缩时，真实气体因子来说明这个偏差,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 16,真实气体因子 - Z,真实气体因子与下列有关: 气体, 压力和温度,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 17,气体潮湿的影响,只要湿气不冷凝，影响不大。,用 t-mass 流量计作试验测

8、量,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 18,例如: 压力和温度对CO2的影响,当过程压力增加时, 气体特有的冷却效应也增加, 这就需要补偿. 为了精确测量就要乘以修正系数.,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 19,体积或质量流量测量?,例如: 压缩空气,体积 温度 压力 密度 质量,1 m3/min 20 C 1 bar 1.2 kg / m3 1.2 kg / min,0,183 m3/min 100 C 7 bar 6.5 kg

9、/ m3 1.2 kg / min,0,148 m3/min 20 C 6,8 bar 8.1 kg / m3 1.2 kg / min,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 20,标准/规格化条件下的体积,例子: Air = 1.293 kg Hydrogen= 0.089 kg Chlorine gas= 3.220 kg,规格化条件下的体积 在标准（规定）工况下气体体积的质量。 也可以认为气体的特定质量单位。 标准条件Reference Conditions 最常见的是 0C 和 1013 mbar a 在美国

10、是:1013 mbar 15C,1 Nm3,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 21,质量流计算,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 22,气体测量的趋势,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 23,内容,热消散（冷却） 质量流量计的物理原理 热式质量流量计的基本设计 流量传感器器的概念和设计 制造工艺的限制和影响 有关气体的性质和影响因素 过程条件(压力和温度

11、)的影响 此技术的优缺点,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 24,传感器有两个PT100的热电阻组成，一个测量管道内气体的温度，另一个由电流进行加热，保持这两个热电阻之间的温度差恒定。 当气体流经热电阻，就会有冷却效应。当流量增加，冷却效应就增加，为保持两个热电阻的温度差恒定所需的传感器功率就增加。 加在加热电阻上的功率与质量流量成正比,测量原理-热传导原理 (金氏定律),质量流量= 密度 . 流速,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 2

12、5,热传感器 (PT100),2 x RTD = PT100 (100R 0C) 可靠的结构设计 对气体温度更加敏感,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 26,Proline t-mass 65 F/I 热式质量流量计,焊接式传感器 无密封圈 带有S-DAT模块 存储标定数据 在现场可进行更换,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 27,热消散（冷却）,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-

13、mass培训,Slide 28,热消散（冷却）,传感器加热以保持固定的温差。,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 29,热消散（冷却）,当气体分子流过加热的铂金丝时带走热量。 带走的热量取决于分子数量（与流速和压力有关）和气体的性质（比热，热导率等）。,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 30,热消散（冷却）,+,+,传感器驱动电路在PT100 上加上更多的功率以保持高于气体温度的温度差。,FT010BPEB Endress+Hauser

14、气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 31,典型的流量特性,非线性的流量特性 低流量时很高的灵敏度 在整个流量量程段通常需要几点校验,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 32,典型的流量特性?,压力 温度,流速,气体性质: - 热导率 - 比热 - 粘度 - 湿度,传导表面条件 如. 污染, 冷凝 ,随着压力和温度 的变化而变化,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 33,压力和温度的影响,气体的热性质会随着压力和温

15、度的变化而变化 不同气体的影响也不一样: 如空气受温度的影响大一些而 CO2 则受压力的影响更大些 温度可动态补偿 即实时测量气体的温度并实时校正气体的性质 若压力稳定的话可以在面板上输入一设定值 若压力变化很大的话, 如 5 bar, 则用压力变送器的mA输出/ PROFIBUS/ Modbus RS485作为它的输入,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 34,压力和温度的影响,以下示列生动地展现空气受压力和温度地影响. 若压力和温度改变得不大的话, 空气受此影响不大. 否则的话, 则由于热性质的改变而需要修正其偏

16、差.,APPLICATOR 软件能用来估算可能的影响.,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 35,应用范围,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 36,潮湿影响,潮湿气体会在传感器上增加冷却效应 只要避免冷凝的话, 这种影响就会减少到最低 全年季节改变而引起的湿度改变会增减输出高达 7 % . 假设传感器上有冷凝, 输出会明显地上升. 只要没有冷凝发生，湿气的影响可以忽略不计。 旧的传感器对于任何液相其读数都会增大。 测量误差总是负的（仪表读

17、数高）而且很难量化误差多少。,运用以下露点计算冷凝的影响,若过程温度小于露点 = 冷凝考虑过程压力!,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 37,传感器上的冷凝物,+,+,+,+,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 38,气体混合物,只要混合气体的组分保持恒定, 就可用热式质量流量计. 若混合气体的组分改变, 就会出现测量的不确定性. 对于质量流量速率的影响可用 Applicator 来计算. 若几个组分具有相同的性质, 则仪表的性能不会发生

18、很大影响, 如空气和氮气. 若改变氢气和氦气气体组分, 就会极大地改变混合气体地性质并导致极大地测量误差. 查阅 Applicator !,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 39,与空气比较的其它气体,在某一固定的过程条件下与空气比较, 由于各不相同地热性质下列气体流量量程不同: Air 100% Argon 262% Biogas/Natural Gas 94% CO2159% O2106% N2100% H21%,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培

19、训,Slide 40,优势,单点质量流量测量 宽的量程比 100:1 可测很低的流速 忽略不计的压损 ( 10 mbar) 适合低压或真空 大管道 能用于矩形管道,FT010BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 41,缺陷,有直管段的要求 对所测气体的性质和不稳定的混合气体敏感 仅对某些普通气体 测量精度不高也不能做计量交接仪表 受温度和压力所限 尽管有以上条件所限, 热式质量流量计仍不失为满足气体流量测量应用所需的常用的流量计!,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass

20、培训,Slide 42,测量原理 - 热式流量计的结构,加热电阻,热电阻 气体温度测量,测量管道,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 43,t-mass AT70 超过12,000 台的现场应用,FT030BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 44,Proline t-mass 65 基于在线系列的全新设计,外壳 电子 Proline I/O 模块 Proline 4线制供电 新的放大板 紧凑和远传 软件 气体引擎 机械 传感器, 仪表本体和插入管

21、新的标定平台,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 45,主要特性,内置 “气体引擎” 从仪表上直接选择单一气体测量或者从20种气体中选择18种组成混合气体 无需重新标定在现场即可改变气体类型和特性 动态温度补偿 流量和气体温度输出 最多4路 I/O，各种现场总线可选 传感器和电路板在现场即可更换而不影响标定结果 S-DAT 分散压缩机 干燥气体 (有效地减少湿气) 有规律地改变压缩机过滤装置 恰当的管道尺寸,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Sli

22、de 168,压缩空气 泄漏代价,加拿大工业能源节约管理: 2002年能效管理指导,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 169,Why Mass?,吸入,压缩,and blows out,通常的速率是 l/min,体积改变 7 - 14% (夏天 / 冬季),FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 170,压缩空气 转换成工作环境,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide

23、171,体积或质量测量?,抽气机或自由空气,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 172,Free Air Delivered,抽气机 or Free Air Delivered,体积 温度 压力 密度 质量,1000 m3/hour 15 C 1.013 bar 1.14 kg / m3 1140 kg / hr,1000 m3/hour 26 C 0.98 bar 1.06 kg / m3 1060 kg / hr,1000 m3/hour 0 C 1.1 bar 1.31 kg / m3 1310 kg / hr

24、,周围环境?,夏季,冬季,?,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 173,Ring Main Distribution,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 174,压缩空气 铜矿 (赞比亚),FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 175,Typical Cost Breakdown,75% Energy Cost,10% Maintenance,15% Capita

25、l,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 176,压缩空气泄漏代价 - /year,压力 洞的大小 / 直径( mm) 1 2 3 4 2.5 bar(g)12045011443600 5 bar (g)20083018405100 7 bar (g)250103424236250,0,1000,2000,3000,4000,5000,6000,7000,8000,1,2,3,5,洞的直径 ( mm),Cost in s per year,2.5 bar(g),5 bar (g),7 bar (g),基于每千瓦小时 4

26、.5英镑,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 177,减少浪费, 降低压力 降低成本,压力越高, 生产成本越高 Pressure loss must be compensated by higher compressing pressure,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 178,The role of t-mass in a brewery,Purchased to Measure Monitor weekly departmenta

27、l air consumption profiles Determine specific departmental consumption ratio by dividing air used by beer processed Set departmental targets Survey the site for leeks every 6 months. Identify, quantify, tag and fix them,Successes Reduced air leaks considerably - see graph 23K/Yr ( 36K) saving for ke

28、gging department alone!,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 179,某一调查结果,K ,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 180,Industry Quote,“If you dont measure it, you cant manage it!”,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 181,请注意：,在决定尺寸时请注意要测量的是体积流

29、量还是质量流量。 不正确的安装方式会导致附加的测量误差。 把流量计安装在无油无水的地方！,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 182,Air measurement in STPs,The air delivered to the aeration basins amounts to one of the largest cost factors of a sewage treatment plant If the free oxygen in the biological is to low the efficie

30、ncy of the bacteria is reduced, worst case they are killed and the plant is down To much oxygen in this process is a waste of money,STP = Sewage Treatment Plant,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 183,Typical conditions,The large quantities of air used in this application requir

31、e large pipes Because of large diameters and the restricted space it is not always possible to obey the required straight pipe lengths Pressure loss would cost a lot of money due to the large flow rates Massflow is ideal since the oxygen balance of the process is based on mass too The air is deliver

32、ed by fans or blowers at relatively low gauge pressure,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 184,Glenelg STP in South Australia,Air to aeration basins Remote electronic Ideal installation conditions but .Spiral welded pipes create swirls that can lead to additional measuring error

33、s,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 185,Subiaco STP in Subiaco (Western Australia),Pipe diameter 1650 mm Air to aeration basins Installation in custom flange,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 186,Bolivar STP in Australia,Pipe diameter 500 mm Installation

34、 BEFORE control valve,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 187,Be careful.,Due to the large pipe diameters it is not always possible to obey the required straight pipe length up-stream Some of the pipes are spiral welded. That can lead to swirls and affect he performance of the t

35、-mass This application requires normally that the meters are installed in the open. It is advised to use weather protection shields to avoid damage to the transmitter and avoid excessive ambient temperatures Make sure that control valves are installed down-stream of flow meters,FT050BPEB Endress+Hau

36、ser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 188,Usage of industrial gases,Industrial gases such as Oxygen, Argon, Nitrogen are expensive gases The possibility to allocate the cost for gas usage improves transparency of manufacturing cost Monitoring the gas usage allows to improve the efficiency of processes

37、 Measuring and monitoring the usage leads to an increased awareness and consequently cost savings through reduced usage,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 189,Typical conditions,Gases for the process industry are well defined, clean and dry and therefore suitable to measure wit

38、h a thermal mass flow meter Very often stored at high pressures the actual operating pressure is normally 10 bar. Process temperature is commonly ambient or room temperature Gas usage in these applications often require a high turn down due to differences in usage between day and night or work days

39、and weekends for example,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 190,N2 usage in a chemical plant,N2 usage measurementat Novartis AG High rangability required Installation in the open Ex Version,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 191,CO2 在食品和饮料行业,CO2 作为干燥和清洁的气体

40、从生产厂家的压力容器输送进软饮料生产管道 (3- 8 bar 的中等压力, 通常是室温或环境温度 ) 啤酒发酵所产生 CO2 通常是潮湿的和脏的. 压力很低, 通常只有几个毫巴. 这种情况用热式流量计是再合适不过了. 若气体完全饱和的话, 传感器以45 角垂直安装以防水积存在PT100的顶端.,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 192,二氧化碳 流量成比例地加入到软饮料中 质量测量以保证 CO2 含量在规定的 g/l,软饮料生产中的CO2 控制,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计P

41、roline T-mass培训,Slide 193,Natural Gas,Natural gas is a common fuel for industrial processes Allocation of fuel cost to a process improves the transparency of manufacturing cost To control the performance of gas burners the gas flow is an important parameter to be measured Natural gas applications ar

42、e mostly in hazardous areas except when the meter is installed close to a burner, gas engine, etc.,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 194,Typical conditions,Natural gas is delivered to the end user at low pressure Pressure and temperature is normally quite constant Depending on

43、 the supplier the natural gas composition is different but would remain constant over time The required turn down is not very high when installed before a burner or engine If the meter is installed to measure the gas consumption of a larger plant the flowrate might change considerable and require a

44、high turn down capability,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 195,Natural Gas,Medium Natural gas Pressure 3 bar Temperature 20.25 C Flow velocity 2.20 m/s,FT050BPEB Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 196,Be careful.,Natural gas is a gas mixture. The composition has t

45、o be considered when the meter is set up. Ask customer for a gas analysis Very often the gas is called Methane which exists as a fixed gas composition within the Proline 65 gas engine If the application is in hazardous area an approved model must be selected,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Prolin

46、e T-mass培训,Slide 197,应用和局限性：能回答吗?,1. 工业中最常用的是哪一种气体? -压缩空气 氧气 氮气 -蒸汽 沼气 2. 压缩空气的主要卖点是？ -CO2减少 -节约成本 -精度 可靠性 3. 在决定压缩空气流量计的尺寸时，主要危险是？ -高温 单位错误 -大流速 直径,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 198,应用和局限性：能回答吗?,4. .对大管道典型的安装问题是？ -没有足够的直管道 -螺旋形的焊接管道 -偏离的衬垫 5. 测量天然气时必须考虑？ -气体成分 过程温度 -湿度 过

47、程压力,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 199,T-Switch / T-Trend,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 200,T-Switch,提供开关和趋势输出 可测量液体和气体 基于热消散原理 单一继电器开关信号 用户界面： 操作模式： 十六个离散开关触发值设置 三个离散时间继电器设置 报警信号继电器动作 自动标定模式： 现场自动标定报警触发流量值 现场自动标定满量程流量值 现场自动标定零点流量值,2020/10/16 En

48、dress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 201,T-Switch 规格参数,管道口径:DN25DN1000电源:18-30V AC/DC输出信号:Switched relay Max 120V AC/0.5A过程温度: -10 to +80oC过程压力:0.7 to 25 bar A防护等级: IP66, NEMA 4X认证: EHEDG, 3A,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 202,T-Trend,用户界面 一体化按键，可选LCD数字显示 手动操作模式和现场自动标定模式 可测量流量和气体温度 可编程开关触发值，时间延迟和故障安全模式 电流输出和时间常数值可调 错误代码和输出模拟,2020/10/16 Endress+Hauser 气体热式质量流量计Proline T-mass培训,Slide 203,T-Trend 规格参数,管道口径:DN25DN1000电源:18-30V AC/DC输出信号:4-20 mA, NPN Open Collector过程温度:-10 to +80oC过程压力:0.7 to 25 bar A防护等级: IP66, NEMA