Máy đo áp suất và áp suất tuyệt đối: Hướng dẫn thực hành cho quy trình công nghiệp

Một máy tính lưu lượng khí tại trạm cổng thành phố có kết quả cao khoảng 6% sau khi thay thế bộ truyền áp suất. Các đường xung rõ ràng, tấm lỗ không thay đổi và chứng nhận hiệu chuẩn khớp với thẻ. Vấn đề đơn giản hơn và tốn kém hơn so với một cảm biến bị hỏng: một bộ truyền tín hiệu đo đã được kết nối với đầu vào áp suất tuyệt đối. Tại địa điểm đó, áp suất khí quyển cục bộ là khoảng 95 kPa, không phải hằng số 101,325 kPa được lưu trữ trong máy tính lưu lượng. Dụng cụ này chính xác như một thiết bị đo, nhưng phép tính đã sử dụng sai tham chiếu.

Áp suất đo và áp suất tuyệt đối mô tả cùng một đại lượng vật lý đối với các điểm 0 khác nhau. Áp suất đo sử dụng khí quyển cục bộ bằng không. Áp suất tuyệt đối sử dụng chân không hoàn hảo bằng không. Mối quan hệ rất đơn giản: áp suất tuyệt đối bằng áp suất đo cộng với áp suất khí quyển cục bộ. Các hậu quả kỹ thuật ít đơn giản hơn, đặc biệt là trong dịch vụ chân không, dòng khí áp suất thấp, lắp đặt nhạy cảm với độ cao và chuyển giao quyền giám sát. Sự lựa chọn đúng đắn bắt đầu từ biến quy trình và hợp đồng, chứ không phải từ mẫu máy phát hiện có trên kệ.

Bắt đầu với điểm tham chiếu, không phải máy phát

Việc đọc áp suất không đầy đủ cho đến khi biết được tham chiếu của nó. Giá trị đo 50 kPa có nghĩa là cao hơn 50 kPa so với không khí xung quanh. Giá trị tuyệt đối 50 kPa có nghĩa là 50 kPa trên chân không hoàn hảo. Hai con số đó có thể mô tả mật độ khí, điểm sôi và hiệu chỉnh dòng chảy hoàn toàn khác nhau. Trong một nhà máy có áp suất khí quyển danh nghĩa gần mực nước biển, chênh lệch số là khoảng 101 kPa; ở độ cao cao hơn, khoảng cách thay đổi.

Công thức là P _{cơ bụng} = P _{thước đo} P _atm . Do đó, chỉ số của máy đo chân không là -30 kPa tương ứng với áp suất tuyệt đối khoảng 70 kPa khi áp suất khí quyển cục bộ là 100 kPa. Dấu âm là thước đo quy ước, không phải áp suất âm tuyệt đối. Áp suất tuyệt đối không thể giảm xuống dưới 0. Sự khác biệt này quan trọng khi hệ thống điều khiển, khóa liên động an toàn hoặc máy tính lưu lượng mong đợi một tham chiếu và nhận một tham chiếu khác.

Máy phát đo kín thêm trường hợp thứ ba. Họ sử dụng một tham chiếu nội bộ kín gần với một bầu khí quyển thay vì bầu không khí cục bộ trực tiếp. Đôi khi chúng được coi là thiết bị giả tuyệt đối, nhưng chúng không phải là thiết bị truyền tuyệt đối thực sự. Sự thay đổi nhiệt độ và tính toàn vẹn của vòng đệm có thể làm thay đổi tham chiếu. Nếu quy trình yêu cầu tham chiếu chân không cố định, hãy chỉ định máy phát tuyệt đối; nếu cần đo tương đối khí quyển, hãy sử dụng máy phát đo có lỗ thông hơi.

Tại sao áp suất khí quyển không phải là một hằng số

Bầu không khí tiêu chuẩn thuận tiện cho sách giáo khoa chứ không phải cho tài liệu trang web. Ở mực nước biển, áp suất khí quyển tiêu chuẩn là 101,325 kPa tuyệt đối, hay 14,696 psi tuyệt đối. Ở độ cao 1.500 m, áp suất khí quyển gần hơn 85 kPa. Hệ thống thời tiết có thể làm thay đổi áp suất cục bộ vài kPa và phòng điều khiển kín hoặc vỏ máy nén có thể không thấy áp suất giống như máy phát ngoài trời.

Đối với các hệ thống thủy lực và giám sát chung của nhà máy, những biến thể đó thường nằm trong độ không đảm bảo đo. Đối với đường dẫn khí áp suất thấp, cột chưng cất chân không hoặc máy tính lưu lượng chuyển đổi thể tích thực sang thể tích tiêu chuẩn, một vài kPa có thể là lỗi vật liệu. Một máy phát đo được lắp đặt ở độ cao và ghép nối với hằng số mực nước biển cố định trong máy tính lưu lượng sẽ vượt quá áp suất tuyệt đối. Việc tính toán lưu lượng sau đó sẽ phóng đại mật độ khí hoặc thể tích tiêu chuẩn, tùy thuộc vào phương trình được sử dụng.

Câu trả lời thực tế là ghi lại tham chiếu trong biểu dữ liệu, trên P&ID và trong quy trình hiệu chuẩn. Nếu sử dụng máy phát đo ở nơi cần áp suất tuyệt đối, hãy đo áp suất khí quyển cục bộ bằng phong vũ biểu phù hợp và áp dụng nó ở cùng tần số với tính toán lưu lượng. Không coi 101,325 kPa là hằng số địa điểm trừ khi địa điểm đó đã được kiểm tra theo giả định đó.

Trường hợp lựa chọn tham chiếu thay đổi kết quả

Sự khác biệt giữa máy đo và áp suất tuyệt đối không mang tính học thuật. Nó thay đổi điểm 0 của phép đo, cách giải thích các chỉ số chân không và hiệu lực của việc bù dòng khí. Bảng dưới đây tóm tắt sự so sánh thực tế.

Đo lưu lượng: Khi áp suất trở thành đầu vào hiệu chỉnh

Nhiều lưu lượng kế đo thể tích ở điều kiện đường dây. Máy đo tua bin khí, máy đo dòng xoáy và thiết bị chênh lệch áp suất thường cần hiệu chỉnh áp suất và nhiệt độ để chuyển đổi thể tích thực tế thành thể tích hoặc khối lượng tiêu chuẩn. Phương trình hiệu chỉnh mong đợi áp suất tuyệt đối. Nếu máy phát cung cấp áp suất đo, máy tính lưu lượng phải thêm áp suất khí quyển cục bộ. Nếu nó thêm một hằng số cố định thì kết quả chỉ đúng ở một độ cao và một điều kiện thời tiết.

Đây là lúc lưu lượng kế bù áp có thể giảm rủi ro tích hợp. Lưu lượng kế xoáy có bù nhiệt độ và áp suất, chẳng hạn như dòng SA80TTP, đưa đầu vào hiệu chỉnh vào gói đo thay vì để chuyển đổi tham chiếu sang một thiết bị riêng biệt. Câu hỏi kỹ thuật vẫn giữ nguyên: xác nhận xem tính toán nội bộ có sử dụng áp suất tuyệt đối hay không và cách xử lý tham chiếu khí áp trong quá trình vận hành.

Máy đo lưu lượng xoáy bù nhiệt độ/áp suất SA80T-TP Tích hợp đo nhiệt độ, áp suất và tính toán mật độ thời gian thực cho khối lượng bù và lưu lượng thể tích tiêu chuẩn trong dịch vụ hơi và khí. Xem sản phẩm →

Đối với các phần tử dòng chênh áp, áp suất tĩnh cũng ảnh hưởng đến bộ truyền và hệ số dòng. Một máy phát đo có thể được chấp nhận đối với một chỉ báo cục bộ, nhưng máy tính lưu lượng vẫn cần áp suất tĩnh tuyệt đối cho thuật ngữ mật độ. Trong dịch vụ chân không, nhu cầu rõ ràng hơn: áp suất tuyệt đối là tham chiếu duy nhất vẫn tích cực và có ý nghĩa vật lý trong phạm vi hoạt động.

Chọn thước đo và tuyệt đối cho một dự án

Một đặc tả nên bắt đầu bằng câu hỏi về quy trình. Biến số được biểu hiện một cách tự nhiên so với bầu khí quyển xung quanh hay vật lý phụ thuộc vào áp suất tuyệt đối? Áp suất xả của bơm thường là một phép đo đo vì giá trị hữu ích là áp suất trên khí quyển. Cột chân không, đầu vào máy nén hoặc phép tính mật độ khí thường là tuyệt đối vì khí quyển không phải là số 0 có ý nghĩa.

Các bước kiểm tra sau đây giúp duy trì sự lựa chọn nhất quán từ bảng dữ liệu đến vận hành thử:

• Đọc hợp đồng và thẻ hệ thống điều khiển. Máy tính chuyển giao quyền giám sát, khóa liên động an toàn và lưu lượng thường nêu áp lực tuyệt đối một cách rõ ràng.
• Ghi lại áp suất khí quyển cục bộ và độ cao của địa điểm. Máy phát đo được sử dụng trong phép tính tuyệt đối cần có tham chiếu khí quyển đo được chứ không phải hằng số tiêu chuẩn.
• Kiểm tra phương pháp hiệu chuẩn. Một máy phát đo thường được thông gió vào khí quyển và về 0; một máy phát tuyệt đối cần có một tham chiếu chân không hoặc một nguồn áp suất tuyệt đối được ghi lại.
• Xác nhận các đơn vị psig và psia, barg và bara, kPa gauge và kPa tuyệt đối không được trộn lẫn trong cùng một phép tính.
• Tránh dùng máy đo kín để thay thế cho máy đo tuyệt đối trừ khi dung sai quy trình và phạm vi nhiệt độ đã được xem xét.
• Xem xét cẩn thận các điều kiện chân không. Máy phát đo có thể phù hợp để chỉ báo, nhưng áp suất tuyệt đối là cơ sở an toàn hơn để kiểm soát và bảo vệ.

Chi tiết hiệu chuẩn và zeroing gây ra lỗi trường

Một máy phát đo được đưa về 0 với mặt cao của nó được thông hơi ra khí quyển cục bộ. Điều đó đúng đối với phép đo trên máy đo, nhưng nó không phải là số 0 tuyệt đối. Một máy phát tuyệt đối có giá trị bằng 0 với mặt cao có lỗ thông hơi sẽ đọc áp suất khí quyển cục bộ chứ không phải bằng 0. Nếu một kỹ thuật viên coi số đọc đó là lỗi bằng 0 và điều chỉnh nó, máy phát sẽ sai khoảng một atm. Lỗi có thể trông giống như một sai sót nhỏ trên băng ghế và lỗi mật độ nghiêm trọng trên hiện trường.

Do đó, hiệu chuẩn tuyệt đối cần có tham chiếu chân không hoặc nguồn áp suất tuyệt đối đã biết. Giấy chứng nhận hiệu chuẩn phải nêu rõ tham chiếu và độ không đảm bảo. Đối với thiết bị đo, chứng chỉ phải nêu rõ lỗ thông khí quyển đã mở và áp suất khí quyển cục bộ được ghi lại nếu thiết bị được sử dụng trong tính toán tuyệt đối. Hiệu chuẩn được thực hiện ở mực nước biển không tự động chuyển đến địa điểm có độ cao lớn trừ khi áp suất tham chiếu là một phần của quy trình.

Lựa chọn phạm vi cũng có vấn đề. Một máy phát có dải đo 0-1.000 kPa được sử dụng ở mức tuyệt đối 5 kPa có thể có độ chính xác chấp nhận được trên giấy nhưng độ phân giải thực tế kém. Trong dịch vụ chân không, phạm vi kết hợp hoặc phạm vi tuyệt đối chuyên dụng thường mang lại khả năng kiểm soát tốt hơn. Quyết định mua hàng phải bao gồm tham chiếu, phạm vi, phương pháp hiệu chuẩn và chiến lược phụ tùng thay thế. Hai máy phát có cùng mức áp suất và độ chính xác có thể không thể thay thế cho nhau nếu một máy đo và máy kia là tuyệt đối.

Những lỗi thường gặp trong đặc điểm kỹ thuật, lắp đặt và mua hàng

Lỗi phổ biến nhất là đặt hàng theo thói quen. Đội bảo trì có thể tiêu chuẩn hóa các máy phát đồng hồ đo cho dịch vụ thủy lực và sau đó sử dụng cùng một thiết bị dự phòng trên vòng điều chỉnh lưu lượng khí. Thẻ, hệ thống dây điện và tín hiệu đầu ra có vẻ tương thích nhưng tham chiếu sai. Máy tính luồng vẫn có thể chấp nhận tín hiệu và đưa ra một con số hợp lý, điều này khiến cho việc phát hiện lỗi trở nên khó khăn hơn.

Các vấn đề tái diễn khác bao gồm việc sử dụng hằng số khí quyển cố định trong nhà máy ở độ cao, ghi lại số đọc chân không dưới dạng áp suất tuyệt đối âm và giả định rằng máy phát đo kín là một thiết bị tuyệt đối. Việc lắp đặt có thể tạo ra sự bù đắp riêng nếu các đường xung được để lại không khí hoặc chất lỏng làm thay đổi áp suất tại bộ phát. Việc lắp đặt chênh lệch áp suất cần đặc biệt cẩn thận vì áp suất tĩnh và phía tham chiếu đều ảnh hưởng đến kết quả.

Kiểm tra mua sắm giúp giảm rủi ro

Trước khi đưa ra đơn đặt hàng, hãy xác minh tham chiếu trên bảng dữ liệu, chuỗi đơn vị trong hệ thống điều khiển, quy trình hiệu chuẩn và mô tả phụ tùng thay thế. Hỏi xem tính toán dòng chảy có mong đợi áp suất tuyệt đối hay không. Nếu câu trả lời là có, hãy xác nhận xem máy phát có cung cấp áp suất tuyệt đối trực tiếp hay hệ thống có thêm giá trị khí áp đo được hay không. Một bước ghi chép nhỏ ở giai đoạn đặc tả sẽ rẻ hơn so với việc điều tra địa điểm sau khi khởi động.

Cách VNER tiếp cận phép đo lưu lượng nhận biết áp suất

VNER là nhà sản xuất lưu lượng kế phục vụ công nghiệp chế biến như dầu khí, hóa dầu, điện và xử lý nước. Trong bối cảnh đó, áp suất thường là đầu vào thứ cấp quyết định mật độ khí, thể tích tiêu chuẩn hoặc điều kiện vận hành an toàn. của công ty định cỡ và lựa chọn theo hướng kỹ thuật Quá trình bắt đầu với chất lỏng, áp suất vận hành, nhiệt độ và cơ sở đo lường cần thiết thay vì số danh mục.

Đối với phép đo dựa trên khối lượng, lưu lượng kế khối lượng Coriolis đo trực tiếp khối lượng, do đó tham chiếu áp suất ít quan trọng hơn trong phương trình dòng chảy. Áp suất đường ống vẫn quan trọng đối với việc đánh giá đồng hồ, kiểm tra mật độ và thiết kế lắp đặt. Dòng AC là một lựa chọn khi quy trình yêu cầu đo khối lượng trực tiếp thay vì đo thể tích được hiệu chỉnh theo áp suất và nhiệt độ.

Máy đo lưu lượng khối Coriolis dòng AC để đo khối lượng trực tiếp Đo trực tiếp lưu lượng khối lượng và mật độ, cung cấp các tùy chọn có độ chính xác cao cho chất lỏng, chất nhão và khí trong đó việc đo khối lượng trực tiếp phù hợp với quy trình. Xem sản phẩm →

Để đo thể tích khí, tham chiếu áp suất trở thành một phần của chuỗi đo lường. Đồng hồ đo tuabin khí đo thể tích thực tế và máy tính lưu lượng hoặc gói bù chuyển đổi nó thành điều kiện tiêu chuẩn sử dụng áp suất tuyệt đối và nhiệt độ tuyệt đối. Đồng hồ đo lưu lượng tuabin khí LWQ thường được áp dụng ở nơi khí sạch và điều kiện vận hành phù hợp với đồng hồ đo tuabin; việc kiểm tra vận hành phải xác nhận áp suất tuyệt đối đạt được như thế nào.

Đồng hồ đo lưu lượng tuabin khí dòng LWQ với khả năng bù nhiệt độ/áp suất tùy chọn Đo lưu lượng thể tích khí sạch, khô và có thể tính toán thể tích tiêu chuẩn bằng cảm biến nhiệt độ và áp suất tích hợp, hỗ trợ kiểm tra vận hành tham chiếu áp suất. Xem sản phẩm →

Bài học rộng hơn là các bộ truyền áp suất và lưu lượng kế phải được quy định là một hệ thống đo lường. Máy phát đo có thể hoàn toàn chính xác nhưng vẫn tạo ra kết quả thể tích tiêu chuẩn không chính xác nếu phép tính yêu cầu áp suất tuyệt đối. Việc ghi lại tài liệu tham khảo, giả định khí áp cục bộ và phương pháp hiệu chuẩn giúp đảm bảo trách nhiệm đó được hiển thị rõ ràng giữa các nhóm thiết bị, kiểm soát và mua sắm.

Con đường Quyết định Thực tế

Sử dụng máy đo áp suất khi câu hỏi của quy trình mang tính tương đối với khí quyển một cách tự nhiên và khi biến thiên khí áp nằm trong độ không đảm bảo cho phép. Các ví dụ điển hình bao gồm áp suất thủy lực, lưu lượng bơm, giám sát chênh lệch bộ lọc và chỉ báo chung của nhà máy. Sử dụng áp suất tuyệt đối khi quy trình liên quan đến chân không, mật độ khí, bù dòng chảy, nhiệt động lực học hoặc bản ghi phải duy trì ý nghĩa ở các độ cao khác nhau.

Khi sự lựa chọn không rõ ràng, hãy viết phép tính trước. Nếu phương trình chứa áp suất tuyệt đối, hãy chỉ định một máy phát tuyệt đối hoặc một máy phát đo có đầu vào khí áp đo được. Nếu phương trình chứa áp suất đo, hãy xác nhận rằng hệ thống điều khiển và quy trình hiệu chuẩn sử dụng cùng một tham chiếu thông hơi. Sau đó kiểm tra phạm vi, chứng nhận hiệu chuẩn, chuỗi đơn vị và mô tả phụ tùng thay thế. Mục tiêu không phải là làm cho mọi công cụ trở nên tuyệt đối; nó là để làm cho tài liệu tham khảo rõ ràng và nhất quán.

Áp suất đo và áp suất tuyệt đối không phải là công nghệ cạnh tranh. Đó là hai cách để nói rõ số 0 bắt đầu từ đâu. Một máy phát đo sẽ trả lời xem quá trình này nằm ở khoảng cách bao xa so với bầu khí quyển địa phương. Một máy phát tuyệt đối sẽ trả lời xem nó nằm cách chân không bao xa. Đầu tiên là trực quan cho nhiều hệ thống thủy lực và khí nén. Thứ hai là cần thiết khi liên quan đến chân không, mật độ khí, hiệu chỉnh dòng chảy hoặc các bản ghi không phụ thuộc vào độ cao.

Các dự án đáng tin cậy nhất coi tài liệu tham khảo như một mục đặc tả chứ không phải là một suy nghĩ lại. Họ ghi lại áp suất khí quyển cục bộ, nêu tham chiếu trên biểu dữ liệu, căn chỉnh phương trình máy tính lưu lượng với đầu ra máy phát và hiệu chỉnh theo giá trị 0 chính xác. Kỷ luật đó ngăn cản một từ nhỏ trên thẻ trở thành một lỗi lớn trong quy trình, an toàn hoặc chuyển giao quyền giám hộ.