오리피스 유량계란 무엇입니까? 작동 원리, 정확성, 응용 및 선택

원리는 간단해 보이지만 신뢰할 수 있는 오리피스 유량 측정은 플레이트 자체 그 이상에 달려 있습니다. 보어 직경, 베타 비율, 가장자리 조건, 압력 탭 위치, 유체 밀도, 레이놀즈 수, 업스트림 흐름 프로파일, DP 트랜스미터 범위 및 설치가 모두 결과에 영향을 미칩니다.

이 가이드에서는 유압 제한부터 최종 유량 신호까지 오리피스 유량계 작동 원리를 설명한 다음 측정 불확실성에 영향을 미치는 요소, 기술이 잘 작동하는 부분, 시스템을 지정하기 전에 엔지니어가 확인해야 할 사항을 보여줍니다.

오리피스 유량계를 구성하는 것은 무엇입니까?

오리피스 미터는 두 플랜지 사이에 설치된 금속판이 아닌 완전한{0}}차압 측정 시스템으로 취급되어야 합니다.

오리피스 플레이트

플레이트는 제한을 만듭니다. 기존의 동심원의 날카로운- 모서리 플레이트에는 파이프 중앙에 원형 보어가 있습니다. 보어 크기, 두께, 업스트림 가장자리 및 설치 방향은 흐름 계산에 사용된 설계 기준과 일치해야 합니다.

특정 서비스에 대해 다양한 플레이트 형상을 사용할 수 있습니다. 가이드오리피스 플레이트 유형 선택표준 동심 플레이트가 유체에 적합하지 않을 수 있는 경우 추가 상황을 제공합니다.

압력 탭 및 임펄스 연결

압력 탭은 제한 장치의 상류 및 하류 측면에서 정압을 감지합니다. 튜브 또는 통합 통로는 이러한 압력 신호를 차압 기기로 전달합니다.

태핑 배열은 측정 설계의 일부입니다. 제한 부위 주변의 위치에 따라 압력이 다르기 때문에 플레이트 크기를 조정한 후에는 임의로 이동할 수 없습니다.

차압 트랜스미터

보조 측정 요소는 고압측과 저압측-의 차이를 감지합니다. 적합한차압 트랜스미터기계적 압력 차이를 사용 가능한 전자 신호로 변환합니다.

더 넓게 보면,압력 트랜스미터 구성프로세스 압력, 온도, 필요한 범위, 환경 조건 및 제어{0}}시스템 요구사항에 따라 선택해야 합니다.

오리피스 유량계는 어떻게 작동합니까?

1. 유체가 제한 사항에 접근함

플레이트의 상류에서는 유체가 파이프 단면 전체를 차지합니다.- 표준화된 측정을 위해서는 접근 흐름이 선택한 계산 방법에서 요구하는 설치 조건을 충족해야 합니다. 근처의 엘보우, 밸브 및 기타 장애로 인해 유체가 오리피스에 도달하기 전에 속도 프로필이 변경될 수 있습니다.

2. 오리피스를 통한 속도 증가

보어는 파이프보다 적은 유동 면적을 제공합니다. 연속성을 유지하기 위해 유체는 개구부를 통과할 때 가속됩니다.

이러한 가속은 차압 흐름 측정의 핵심입니다-. 미터는 플레이트의 속도를 직접 측정하지 않습니다. 대신 가속도와 관련된 압력 변화를 측정합니다.

3. 정압 저하

속도가 증가하면 정압은 감소합니다. 베르누이의 원리는 이상적인 흐름에 대한 압력, 속도 및 고도 간의 기본적인 물리적 관계를 제공하는 반면 실제 오리피스 계산은 실제 유체 동작을 설명하는 계수를 추가합니다.

따라서 상류 압력은 제한 장치의 하류 측에서 측정된 압력보다 높습니다.

4. Vena Contracta가 하류에서 형성됨

유체 흐름은 플레이트를 통과한 후 전체 파이프 직경으로 즉시 확장되지 않습니다. 하류의 짧은 거리 동안 계속해서 수축하고 있습니다. 제트가 최소 단면적에 도달하는 위치를{2}}베나 컨트랙타.

이 시점 이후에는 흐름이 확장되고 일부 정압이 회복됩니다. 분리와 난류로 인해 기계적 에너지가 소실되므로 복구가 완료되지 않습니다. 이 회복되지 않은 부분은 영구적인 압력 손실로 나타납니다.

5. 시스템은 차압을 측정합니다.

트랜스미터는 두 가지 압력 신호를 확인합니다.

ΔP = P1 − P2

여기서 P1은 상류 태핑 압력이고 P2는 하류 태핑 압력입니다.

유량이 증가하면 차압이 증가합니다. 그러나 관계는 비선형적입니다.

6. 차압은 흐름으로 변환됩니다.

고정된 형상 및 안정적인 프로세스 조건의 경우 단순화된 관계는 다음과 같습니다.

Q ∝ √ΔP

이는 중요한 실제적 결과를 가져옵니다. 차압이 전체 범위 값의 25%로 떨어지면{2}} 해당 이론적 흐름은 전체 범위의 25%가 아니라 약 50%입니다.

제곱근- 기능은 스마트 트랜스미터 내부나 PLC, DCS 또는 유량 컴퓨터에서 수행될 수 있습니다. 일반적으로 두 번 적용해서는 안 됩니다. 에머슨의DP 흐름 엔지니어링 가이드특히 제곱근 추출은 송신기나 제어 시스템의 다른 위치에서 수행될 수 있으며 두 위치 모두에서 수행하지 않도록 경고합니다.

결과 신호는 다음과 같이 누적될 수도 있습니다.유량 적산기응용 분야에 시간이 지남에 따라 총 부피 또는 질량이 필요한 경우.

실제 오리피스 흐름 방정식에는 무엇이 들어가나요?

제곱근-관계는 원리를 설명하지만 완전한 엔지니어링 크기 방정식은 아닙니다. 실제 계산에서는 기본 요소의 형상과 동작, 유체 특성을 고려합니다.

중요한 변수는 다음과 같습니다.

• 오리피스 보어 직경;
• 파이프 내경;
• 차압;
• 유체밀도;
• 방전계수;
• 베타 비율;
• 레이놀즈수;
• 압축성 유체의 팽창 계수.

방전 계수

일반적으로 C로 표시되는 배출 계수는 이상적인 흐름 계산과 제한을 통과하는 실제 흐름 간의 차이를 설명합니다. 이는 형상 및 흐름 방식의 영향을 받기 때문에 표준 오리피스 플레이트를 대략 유사한 구멍으로 교체할 수 없으며 동일한 계산 기반을 생성할 것으로 예상됩니다.

플레이트 가장자리 상태도 중요합니다. 반올림, 퇴적물, 침식 또는 기계적 손상은 국지적인 흐름 동작을 변경하여 측정 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

확장성 요소

액체의 경우, 차압 요소를 통한 밀도 변화는 적용 가능한 계산에서 유체를 본질적으로 비압축성으로 취급할 만큼 충분히 작은 경우가 많습니다. 가스와 증기는 다르게 행동합니다.

압축성 유체가 제한 장치를 통과할 때 압력 변화는 밀도 변화를 동반합니다. 확장성 계수는 ​​적용 가능한 오리피스 계산에서 이러한 효과를 설명합니다. 이는 가스 및 증기 크기를 결정하는 데 단순히 파이프 직경과 최대 유량보다 더 많은 공정 정보가 필요한 이유 중 하나입니다.

베타 비율이란 무엇이며 왜 중요한가요?

로 표기되는 베타 비율은 오리피스 보어 직경과 파이프 내부 직경 사이의 비율입니다.

= d / D

여기서 d는 오리피스 구멍 직경이고 D는 상류 파이프 내부 직경입니다.

파이프에 비해 내경이 작을수록 제한이 더 강해지고 일반적으로 주어진 흐름에서 더 많은 차압이 생성됩니다. 보어가 클수록 차압이 낮아지고 일반적으로 영구 압력 손실도 줄어듭니다.

이는 매우 작거나 매우 큰 베타 비율이 자동으로 더 좋다는 의미는 아닙니다. 베타 비율은 레이놀즈 수, 배출 계수, 가용 DP, 불확실성 및 설치 민감도와 상호 작용합니다. 편리한 트랜스미터 범위를 생성하기 위해 선택하는 것이 아니라 실제 프로세스 조건에서 계산해야 합니다.

어떤 압력 탭 배열이 사용됩니까?

ISO 5167-2:2022는 플랜지 탭, 코너 탭, D 및 D/2 탭과 함께 사용되는 표준 오리피스 플레이트를 다루고 있습니다. 그만큼공식 ISO 5167-2 사양또한 전체 원형 도관에 사용되는 표준 플레이트의 형상, 설치 및 작동 조건을 정의합니다.

플랜지 탭

압력 연결부는 플레이트 근처의 표준화된 거리에 있는 플랜지에 위치합니다. 이는 일반적인 산업 구조입니다.

코너 탭

압력은 플레이트의 상류 및 하류 면 바로 근처에서 감지됩니다.

D 및 D/2 탭

상류 탭은 상류에 파이프 직경 1배에 위치하고 하류 탭은 하류에 파이프 직경의 절반에 위치합니다.

이러한 배열은 단순히 튜브를 연결하는 세 가지 다른 방법을 제공하는 것이 아닙니다. 탭 위치는 측정되는 차압을 변경하므로 태핑 구성은 흐름을 결정하는 데 사용되는 계산 방법과 일치해야 합니다.

오리피스 유량계 정확도와 측정 불확실성에 영향을 미치는 것은 무엇입니까?

모든 오리피스 미터에 하나의 일반적인 정확도 번호를 할당하는 것보다 전체 측정 시스템의 불확실성에 대해 생각하는 것이 더 유용합니다.

기본 요소 형상

보어 직경, 플레이트 평탄도, 두께, 날카로운-모서리 상태 및 파이프 직경이 모두 1차 측정에 영향을 미칩니다. 올바르게 제작되었지만 거꾸로 설치된 플레이트는 의도한 설계 기준을 벗어난 결과를 생성할 수도 있습니다.

흐름 프로필

엘보우, 부분적으로 열린 밸브, 리듀서 및 기타 부속품은 소용돌이 또는 비대칭 속도 프로파일을 생성할 수 있습니다. 그 효과는 외란, 플레이트로부터의 거리, 미터의 기하학적 구조에 따라 달라집니다.

이것이 바로 모든 오리피스 미터가 정확히 동일한 수의 업스트림 파이프 직경을 필요로 한다는 유용하고 보편적인 설명이 없는 이유입니다. 실제 배관 구성에 대해서는 표준 설치 요구 사항을 확인해야 합니다.

레이놀즈 수

레이놀즈 수는 흐르는 유체의 관성 효과와 점성 효과 사이의 관계를 설명합니다. 배출 계수는 흐름 체계와 관련되어 있기 때문에 레이놀즈 수는 표준화된 계산 및 적용 한계의 일부를 형성합니다.

ISO 5167-2는 플레이트 계수를 흐름 체계와 독립적으로 처리하는 대신 정의된 작동 조건 및 적용 한계를 지정합니다.

DP 송신기 범위

설계된 작동 범위 근처에서 잘 작동하는 트랜스미터는 차압이 매우 작아질 때 비례적으로 더 많은 불확실성을 제공할 수 있습니다.

이는 흐름이 감소함에 따라 DP가 급격히 떨어지기 때문에 중요합니다. 유량이 설계 유량의 30%인 경우 단순화된 제곱 관계에서 차압은 해당 설계 DP의 약 9%에 불과합니다.

따라서 낮은-유량 성능은 데이터시트에 인쇄된 공칭 트랜스미터 정확도 이상에 따라 달라집니다.

압력 탭 및 임펄스 라인

막힌 탭, 누출, 불평등한 수두, 갇힌 가스 또는 응축수는 트랜스미터가 신호를 처리하기도 전에 잘못된 차압을 생성할 수 있습니다.

이것이 판독값이 불안정해지면 트랜스미터를 즉시 재보정하는 것보다 전체 압력 경로를 확인하는 것이 더 유용한 이유입니다.

유체 밀도 및 보상

가스 또는 증기 조건을 변경하는 경우 밀도는 계산된 흐름에 영향을 미칠 만큼 다양할 수 있습니다. 다변수 시스템은 정압과 온도를 통합할 수 있으므로 계산에는 변화하는 공정 조건이 반영됩니다.

교정은 전체 측정-관리 프로세스의 일부로 남아 있습니다. 해당 사이트의 가이드유량계를 교정하는 방법추가 배경 지식을 제공하는 반면 압력 계측에는 자체 문서화가 필요할 수 있습니다.압력 트랜스미터 교정 간격.

오리피스 유량계는 어디에 사용됩니까?

액체 흐름

오리피스 플레이트는 압력 손실과 설치 조건이 허용될 때 많은 깨끗한 단상 액체를 측정할 수 있습니다.{0}} 물, 공정 액체 및 탄화수소가 일반적인 예입니다.

더러운 액체에는 더 많은 주의가 필요합니다. 침전물은 보어 형상을 변경할 수 있으며, 고체는 가장자리를 침식하거나 압력 탭을 방해할 수 있습니다.

가스 흐름

차압-압력 측정은 가스에도 널리 사용됩니다. 그러나 압축성과 밀도 변화를 고려해야 합니다. 표준 부피 또는 질량 유량을 보고하려는 시스템에는 DP 외에 압력 및 온도 보상이 필요할 수 있습니다.

가스 응용 분야를 평가하는 독자는 해당 사이트의 내용을 계속해서 읽을 수 있습니다.산업용 가스 유량 측정자원.

증기 흐름

증기는 주요 요소에 고온 공정에 노출되는 회전 측정 메커니즘이 없기 때문에 중요한 DP{0}}흐름 애플리케이션입니다.

어려운 부분은 플레이트가 아니라 압력 측정 시스템인 경우가 많습니다. 기존의 습식-레그 배열에서는 임펄스 라인의 응축수를 관리하여 양쪽에서 트랜스미터에 안정적이고 비슷한 압력 수두를 제공해야 합니다. 불량한 라인 경사, 동일하지 않은 응축수 레그 또는 트랜스미터로 유입되는 증기는 측정 및 신뢰성 문제를 일으킬 수 있습니다.

증기 밀도는 작동 조건에 따라 변하므로 넓은 압력이나 온도 범위에 걸쳐 사용되는 시스템에는 보상이 필요할 수 있습니다. 대체 증기 기술은 해당 사이트에서 논의됩니다.증기 유량계부분.

오리피스 플레이트를 선택하는 것이 좋지 않은 경우는 언제입니까?

오리피스 시스템은 기본 요소가 단순하고 표준화되어 있기 때문에 매력적이지만 -절충점이 중요합니다.

• 높은 영구적 압력-손실 비용:펌프 또는 압축기 에너지가 중요한 경우 다른 주요 요소가 더 나은 압력 회복을 제공할 수 있습니다.
• 연마제 또는 침전물-형성 유체:가장자리 침식과 막힌 탭으로 인해 측정이 약화될 수 있습니다.
• 매우 넓은 작동 범위:낮은 유량은 매우 작은 DP를 생성하므로 전체 시스템이 다른 기술보다 적합하지 않게 될 수 있습니다.
• 강한 맥동:표준 ISO 5167-2 범위에는 맥동 흐름이 제외됩니다.
• 열악한 상류 배관:심한 소용돌이 또는 속도-프로파일 왜곡으로 인해 재설계 없이는 표준 설치가 비실용적일 수 있습니다.
• 직접 질량 흐름이 필요함:오리피스 시스템에는 일반적으로 본질적으로 질량을 측정하기보다는 추가적인 압력, 온도 및 밀도 정보가 필요합니다.

오리피스 대 벤투리, 소용돌이, 터빈 및 코리올리스

A 벤츄리 유량계영구적인 압력 손실이 중요한 경우 특히 비교할 가치가 있습니다. 점진적인 수렴 및 회복 섹션은 일반적으로 오리피스 하류의 급격한 팽창보다 더 많은 압력을 유지합니다.

증기 또는 유틸리티 서비스의 경우 애플리케이션을 다음과 비교하십시오.와류 유량계. 기계식 로터가 허용되는 깨끗한 액체의 경우터빈 유량계 범위또 다른 측정 접근법을 제공합니다. 직접적인 질량 흐름이 우선순위인 경우 현장 가이드는코리올리스 유량계 작동 원리근본적으로 다른 방법을 설명합니다.

전도성 액체 서비스는 다음과의 비교를 정당화할 수도 있습니다.전자기 유량계, 특히 침해적인 제한을 제거하는 경우에 바람직합니다.

오리피스 유량계 선택 방법

유용한 사양은 플랜지 크기가 아니라 공정에서 시작됩니다.

1. 유체와 상을 식별합니다.공정이 액체, 가스 또는 증기인지 여부와 작동 조건에서 단상으로 유지되는지 여부를 명시합니다.
2. 최소, 정상 및 최대 흐름을 제공합니다.단일 설계 흐름으로는 낮은-흐름 DP나 필요한 범위 조정 가능성을 평가하는 데 충분하지 않습니다.
3. 압력과 온도를 정의합니다.정상 및 설계 조건을 포함합니다. 가스 및 증기 계산에는 밀도 보상을 위해 이러한 값이 필요할 수도 있습니다.
4. 파이프 내경을 확인하십시오.정확한 기본-요소 계산을 위해서는 공칭 파이프 크기가 ​​항상 충분하지는 않습니다.
5. 허용 가능한 영구 압력 손실을 결정합니다.이는 단순한 계측 문제가 아니라 수명 주기{0}}에너지 제약이 될 수 있습니다.
6. 플레이트 형상과 재료를 선택합니다.유체 청결도, 부식, 온도 및 해당 표준을 고려하십시오.
7. 베타 비율을 설정하고 DP를 설계합니다.이는 독립적으로 선택하기보다는 함께 계산해야 합니다.
8. 필요한 탭 배열을 선택하십시오.탭은 계산 기준과 일치해야 합니다.
9. DP 송신기의 크기를 조정하십시오.최대 유량뿐만 아니라 실제 작동 범위 전반에 걸쳐 예상 DP를 평가합니다.
10. 보상과 출력을 정의합니다.시스템에 제곱근 추출, 합산, 압력/온도 보상 또는 질량{1}}유량 계산이 필요한지 결정합니다.
11. 배관 배치를 확인하세요.설계를 마무리하기 전에 업스트림 교란, 직관 요구 사항, 송신기 위치 및 임펄스 라인 라우팅-을 검토하세요.

일반적인 설치 및 시운전 오류

에머슨은 DP 흐름 시스템을 기본 요소, 차압 트랜스미터 및 임펄스 배관, 밸브 및 커넥터와 같은 지원 구성 요소의 조합으로 설명합니다. 좋은 플레이트는 나쁜 압력 신호를 수정할 수 없기 때문에 시스템{1}} 수준 보기는 문제 해결 중에 유용합니다. 에머슨의 사례 보기차압 유량 측정 개요추가 기술 배경을 알아보려면

자주 묻는 질문

오리피스 유량계는 차압 유량계입니까?

예. 오리피스 플레이트는 제어된 압력 차이를 생성하고 측정 시스템은 해당 DP를 사용하여 흐름을 결정합니다.

유량이 차압의 제곱근에 따라 달라지는 이유는 무엇입니까?

고정된 형상과 안정적인 유체 조건의 경우 차압은 대략 흐름의 제곱에 따라 달라집니다. 따라서 계산된 유량은 DP의 제곱근에 따라 달라집니다.

오리피스 미터의 주요 단점은 무엇입니까?

영구적인 압력 손실은 주요 단점 중 하나입니다.- 급격한 제한과 하류 흐름 분리는 완전히 회복되지 않은 에너지를 낭비합니다.

베타 비율이란 무엇입니까?

베타 비율은 오리피스 보어 직경을 파이프 내부 직경으로 나눈 값입니다. 이는 생성된 DP, 배출 거동, 압력 손실 및 적용 가능한 사이징 조건에 영향을 미칩니다.

오리피스 유량계로 증기를 측정할 수 있나요?

예. 기본 요소는 고온-온도 서비스에 매우 적합하지만 정확한 증기 측정은 증기 상태, 밀도 계산, 압력 및 온도 정보, 올바른 임펄스{2}}라인 설치에 따라 달라집니다.

모든 오리피스 플레이트에는 동일한 직선 파이프 길이가 필요합니까?

아니요. 요구 사항은 상류 교란, 베타 비율, 배관 배열 및 적용 가능한 계산 표준에 따라 다릅니다. 모든 설치에 단일 직선-실행 번호를 적용해서는 안 됩니다.

오리피스 유량계는 얼마나 자주 교정해야 합니까?

전체 시스템에는 보편적인 간격이 없습니다. 교정 빈도에는 측정 중요성, 송신기 안정성, 서비스 조건, 유지 관리 기록 및 품질{1}}시스템 요구 사항이 반영되어야 합니다. 플레이트 검사와 압력{3}}경로 점검은 트랜스미터 교정과 별개입니다.

ISO 5167을 모든 오리피스 응용 분야에 사용할 수 있습니까?

아니요. ISO 5167-2는 표준화된 오리피스 플레이트 및 작동 조건에 대한 특정 범위를 정의합니다. 공식 표준 요약에 따르면 이는 전체 도관, 지정된 압력-태핑 배열, 단상-아음속 흐름 및 정의된 크기 및 레이놀즈 수 범위에 적용됩니다. 맥동 흐름은 명시된 범위를 벗어납니다.

결론

오리피스 유량계는 제어된 유압 제한을 유량과 관련된 차압으로 변환합니다. 플레이트는 속도와 압력 변화를 생성하고, 압력 탭은 결과 신호를 전송하며, DP 트랜스미터 또는 제어 시스템은 유량 표시 및 합산에 필요한 변환을 수행합니다.

안정적인 측정은 전체 시스템에 달려 있습니다. 베타 비율, 배출 계수, 레이놀즈 수, 유체 밀도, 플레이트 상태, 흐름 프로파일, 압력 탭 배열, 트랜스미터 범위 및 보상 모두가 최종 결과에 영향을 미칩니다.

새로운 응용 분야의 경우 플레이트 크기를 결정하기 전에 유체, 위상, 작동 흐름 범위, 압력, 온도, 파이프 ID, 허용 압력 손실 및 필요한 측정 성능을 정의하십시오. 그런 다음 배관 배열과 트랜스미터가 예상 DP 범위를 지원할 수 있는지 확인하십시오. 이러한 프로세스를 통해 오리피스 미터가 적합한지 또는 벤츄리, 와류, 터빈, 전자기 또는 코리올리 기술이 더 적합한지 여부를 훨씬 쉽게 결정할 수 있습니다.