में अग्रणी के रूप मेंप्राकृतिक गैस के लिए अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटरमाप उद्योग, पिछले 5 वर्षों में हमने पाया है कि शहरी गैस पाइपलाइन नेटवर्क के निरंतर विस्तार और गैस मीटरिंग सटीकता आवश्यकताओं में निरंतर सुधार के साथ, पारंपरिक यांत्रिक गैस मीटरों ने धीरे-धीरे लंबी अवधि के संचालन के दौरान गंभीर घिसाव, सीमित टर्नडाउन अनुपात और गैस परिचालन स्थितियों के लिए खराब अनुकूलनशीलता जैसी समस्याओं को उजागर किया है। ये मुद्दे उच्च परिशुद्धता, बुद्धिमत्ता और लंबी सेवा जीवन के लिए आधुनिक गैस मीटरिंग आवश्यकताओं को पूरा करना कठिन बनाते हैं। अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर, बिना यांत्रिक गतिमान भागों, बड़े टर्नडाउन अनुपात, कम दबाव हानि और डिजिटलीकरण और दूरस्थ संचार में आसानी के अपने फायदे के कारण, धीरे-धीरे गैस प्रवाह मीटरिंग के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण विकल्प बन गए हैं। खरीद कर्मियों के लिए निर्णय लेने से पहले निम्नलिखित सामग्री को समझना आवश्यक है।
प्रवाह वेग वितरण अनुसंधान
चूंकि पाइपलाइन के अंदर तरल पदार्थ का प्रवाह वेग वितरण सीधे अल्ट्रासोनिक संकेतों के प्रसार पथ को प्रभावित करता है, गैर-समान प्रवाह वेग वितरण के कारण पाइपलाइन में प्रसार के दौरान अल्ट्रासोनिक सिग्नल बिखर जाएंगे और अलग-अलग डिग्री तक क्षीण हो जाएंगे, जिसके परिणामस्वरूप प्राप्त प्रतिध्वनि संकेतों के कम सिग्नल {{1} से - शोर अनुपात और गंभीर आयाम क्षीणन जैसी घटनाएं होंगी। इसलिए, माप सटीकता आवश्यकताओं को प्राप्त करने के लिए पाइपलाइन के अंदर समान गैस प्रवाह वेग वितरण सुनिश्चित करना एक शर्त हैअल्ट्रासोनिक गैस प्रवाह मीटर.
सामान्य परिस्थितियों में, चिपचिपी ताकतों से प्रभावित द्रव प्रवाह दो बुनियादी प्रवाह व्यवस्था (लैमिनर प्रवाह और अशांत प्रवाह) उत्पन्न कर सकता है, जो प्रवाह व्यवस्था और द्रव गतिज चिपचिपाहट, द्रव विशेषताओं और पाइपलाइन मापदंडों जैसे कारकों से भी संबंधित हैं। इन दो प्रवाह व्यवस्थाओं को आमतौर पर रेनॉल्ड्स संख्या (रे) द्वारा अलग किया जाता है।
जब Re 2300 से कम या उसके बराबर हो, तो द्रव एक लामिना प्रवाह अवस्था में होता है। इस समय, द्रव कणों पर चिपचिपा बल का प्रभाव जड़त्वीय बल से अधिक होता है, प्रवाह शासन अपेक्षाकृत स्थिर होता है जिसमें कोई अशांत घटना नहीं होती है, लेकिन केवल अक्षीय वेग घटक मौजूद होते हैं। वेग वितरण एक समान है, जो एक परवलयिक आकार प्रस्तुत करता है। गोलाकार पाइप की दीवार के पास प्रवाह वेग छोटा होता है और धीरे-धीरे पाइपलाइन के केंद्र की ओर बढ़ता है, वेग प्रोफ़ाइल चित्र 3.29 में दिखाया गया है।
वृत्ताकार पाइप में प्रत्येक बिंदु पर प्रवाह वेग केवल उस बिंदु से पाइपलाइन अक्ष की दूरी r से संबंधित है, और इसके वेग वितरण कानून को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
कहां: वीआर पाइपलाइन अक्ष से दूरी आर पर प्रवाह वेग है; v_m पाइपलाइन अक्ष पर प्रवाह वेग है, जो संपूर्ण क्रॉस-सेक्शन में अधिकतम प्रवाह वेग है; आर पाइपलाइन त्रिज्या है.
रेखा {{0}औसत वेग और क्षेत्र{{1}औसत वेग के बीच संबंध को क्रमशः vm का उपयोग करके इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
समीकरण (3.16) और (3.17) को एक साथ हल करके, रेनॉल्ड्स सुधार गुणांक प्राप्त किया जा सकता है और इसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
जब Re 4000 से अधिक या उसके बराबर होता है, तो द्रव अशांत अवस्था में होता है। इस समय, द्रव कणों पर जड़त्व बल का प्रभाव अधिक महत्वपूर्ण है, प्रवाह व्यवस्था अपेक्षाकृत अराजक है, अक्षीय और अनुदैर्ध्य वेग घटक एक साथ मौजूद हैं, वेग वितरण गैर-समान है, अशांत प्रतिरोध बढ़ता है, और वेग प्रोफ़ाइल चित्र 3.30 में दिखाया गया है।
क्योंकि अशांत प्रवाह की प्रसार प्रक्रिया में प्रासंगिक सिद्धांत और विशिष्ट विश्लेषणात्मक तरीकों का अभाव है, अनुसंधान को आगे बढ़ाने के लिए, इंजीनियर आमतौर पर अशांत परिस्थितियों में गोलाकार पाइपों में वेग वितरण की गणना करने के लिए पावर श्रृंखला का उपयोग करते हैं, जिसे इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
कहां: n का मान पाइपलाइन सतह खुरदरापन और रेनॉल्ड्स संख्या से संबंधित है। आदर्श परिस्थितियों में जहां पाइपलाइन की आंतरिक दीवार चिकनी होती है, n और Re के बीच संबंध को प्रांटल के सूत्र द्वारा व्यक्त किया जा सकता है:
अर्थात्, जब रेनॉल्ड्स संख्या ज्ञात होती है, तो n के मान की गणना की जा सकती है, जिससे चित्र 3.30 में दिखाए गए अशांत वेग वितरण वक्र का निर्धारण किया जा सकता है। रेखा{{1}औसत वेग और क्षेत्र{{2}औसत वेग के बीच संबंध को क्रमशः v_m का उपयोग करके इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
समीकरण (3.21) और (3.22) को एक साथ हल करके, रेनॉल्ड्स सुधार गुणांक और एन के बीच संबंध इस प्रकार प्राप्त किया जा सकता है:
पूरी तरह से विकसित अशांत पाइपलाइन में, रेनॉल्ड्स सुधार गुणांक और रे के बीच संबंध को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
व्यावहारिक इंजीनियरिंग विचार
उपरोक्त सभी सूत्र माप पाइपलाइन से पहले और बाद में बिना किसी हस्तक्षेप कारक और पर्याप्त सीधी पाइप लंबाई वाली परिस्थितियों में की गई चर्चाओं पर आधारित हैं। हालाँकि, वास्तविक इंजीनियरिंग अनुप्रयोगों में, ट्रांसड्यूसर स्थापना विधि, अपस्ट्रीम वाल्व और माप पाइपलाइन से पहले और बाद में मोड़ जैसे कारक आंतरिक प्रवाह वेग वितरण में विचलन का कारण बनेंगे, जिससे वास्तविक माप प्रक्रियाओं में इसे लागू करना मुश्किल हो जाएगा। इसलिए, प्रवाह चैनल के अंदर समान प्रवाह वेग वितरण पर शोध अत्यंत महत्वपूर्ण है।
अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर संरचनात्मक डिजाइन
अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर एक उपकरण है जो गैस प्रवाह को मापने के लिए अल्ट्रासोनिक तकनीक का उपयोग करता है। इसके संरचनात्मक डिजाइन और सिमुलेशन अनुसंधान में सेंसर डिजाइन, द्रव गतिशीलता और ध्वनिक प्रसार जैसे कई पहलू शामिल हैं। एक पूर्णगैस अल्ट्रासोनिक फ्लो मीटरइसमें प्रवाह चैनल, ट्रांसड्यूसर और माप सर्किट शामिल हैं। यह प्रणाली मौजूदा प्रवाह चैनलों और ट्रांसड्यूसर के आधार पर माप सर्किट और प्रोग्राम डिज़ाइन करती है।
ट्रांसड्यूसर डिजाइन और स्थापना
अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर में आमतौर पर दो ट्रांसड्यूसर होते हैं: एक ट्रांसमीटर और एक रिसीवर। डिज़ाइन संबंधी विचारों में विभिन्न गैस विशेषताओं के अनुकूल ट्रांसड्यूसर की आवृत्ति, शक्ति और ऑपरेटिंग तापमान सीमा शामिल है। ट्रांसड्यूसर की स्थापना स्थिति का माप परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। आमतौर पर, ट्रांसमीटरों और रिसीवरों को पाइपलाइन पर विभिन्न स्थानों पर सममित रूप से व्यवस्थित किया जाना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि अल्ट्रासोनिक संकेतों का प्रसार पथ यथासंभव एक समान बना रहे।
द्रव चैनल डिज़ाइन
गैस मीटर के द्रव चैनल को डिजाइन करते समय, गैस प्रवाह सीमा से मेल खाने के लिए पाइपलाइन के आंतरिक व्यास को जानना आवश्यक है। द्रव प्रवाह में व्यवधान को कम करने के लिए पाइपलाइन की आंतरिक सतह चिकनी होनी चाहिए। यह सुनिश्चित करने के लिए प्रवाह विनियमन उपकरणों को डिज़ाइन करना भी आवश्यक है कि द्रव वेग मापनीय सीमा के भीतर है, माप पर अत्यधिक तेज़ या धीमे प्रवाह वेग के प्रभाव से बचें।
बाहरी आवरण और निर्धारण
कामकाजी माहौल की जटिलता को ध्यान में रखते हुए, बाहरी आवरण सामग्री का चयन संक्षारण प्रतिरोधी और उच्च {{1}तापमान {{2}प्रतिरोधी सामग्री, जैसे स्टेनलेस स्टील या इंजीनियरिंग प्लास्टिक, को चुनने पर केंद्रित है, जो आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों और ट्रांसड्यूसर की प्रभावी ढंग से रक्षा कर सकते हैं। साथ ही, उच्च दबाव वाली कामकाजी परिस्थितियों में गैस मीटर की स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए एक विश्वसनीय फिक्सिंग तंत्र डिज़ाइन किया जाना चाहिए। फिक्सिंग डिवाइस को पाइपलाइन की स्थापना स्थान और पर्यावरणीय स्थितियों पर विचार करना चाहिए।
इलेक्ट्रिकल और सिग्नल प्रोसेसिंग
इलेक्ट्रिकल और सिग्नल प्रोसेसिंग के संदर्भ में, एक कुशल विद्युत कनेक्शन प्रणाली को डिजाइन करना अल्ट्रासोनिक सिग्नल के रिसेप्शन, प्रसंस्करण और गणना सहित स्थिर सिग्नल ट्रांसमिशन और प्रोसेसिंग सुनिश्चित करने के लिए समान रूप से महत्वपूर्ण है। अल्ट्रासोनिक प्रसार समय अंतर को प्रवाह डेटा में परिवर्तित करने के लिए, संबंधित एल्गोरिदम को अलग से डिज़ाइन किया जाना चाहिए।
माप सटीकता कारक
अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर की माप सटीकता भी कई कारकों से संबंधित है, जैसे सेंसर की गुणवत्ता, परिवेश का तापमान, गैस प्रवाह वेग, गैस संरचना और दबाव। इनमें से, अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर की माप सटीकता का प्रवाह वेग वितरण के साथ एक मजबूत संबंध है, जिसके लिए आवश्यक है कि माप पाइपलाइन में द्रव वितरण प्रवाह चैनल क्रॉस - अनुभाग में प्रवाह वेग को पर्याप्त रूप से प्रतिबिंबित कर सके।
मुख्य डिज़ाइन संबंधी विचार
इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर प्रवाह चैनलों के संरचनात्मक डिजाइन में निम्नलिखित कारकों पर विचार किया जाना चाहिए:
(1) प्रवाह वेग परिवर्तन के दौरान प्रवाह चैनल में अल्ट्रासोनिक सिग्नल आयाम का क्षीणन; (2) सिस्टम माप रिज़ॉल्यूशन में सुधार के लिए द्रव प्रवाह वेग परिवर्तनों से अल्ट्रासोनिक संकेतों को यथासंभव महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित किया जाना चाहिए; (3) माप पाइपलाइन से गुजरने वाले तरल पदार्थ का तात्कालिक प्रवाह वेग सिस्टम की पूर्ण सीमा माप आवश्यकताओं को पूरा करना चाहिए।
उपरोक्त कारकों को मिलाकर, डिज़ाइन किए गए अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस फ्लो मीटर फ्लो चैनल मॉडल को स्पेसक्लेम सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके डिज़ाइन और मॉडलिंग किया गया था, जिसका मॉडल चित्र 3.31 में दिखाया गया है।
चित्र 3.31
गैस मीटर प्रवाह चैनल डिज़ाइन में दो भाग होते हैं: गैस पाइपलाइन से जुड़ने वाला हिस्सा एक गोलाकार पाइप को गोद लेता है, जिसका आयाम डायाफ्राम गैस मीटर के समान होता है। अल्ट्रासोनिक संकेतों के प्रतिबिंब प्रभाव और प्रवाह वेग वितरण सुधार के कार्यान्वयन को ध्यान में रखते हुए, प्रवाह वेग माप भाग एक आयताकार प्रवाह चैनल संरचना को अपनाता है, जिसके अंदर तीन प्रवाह सीधा करने वाले वेन स्थापित होते हैं। स्ट्रेटनिंग वेन्स द्रव प्रवाह वेग के समान वितरण के लिए फायदेमंद होते हैं। साथ ही, आयताकार प्रवाह चैनल के आंतरिक व्यास में कमी का मतलब है कि समान इनलेट प्रवाह वेग स्थितियों के तहत, आयताकार प्रवाह चैनल में तात्कालिक प्रवाह वेग तेज हो जाता है, पारगमन समय अंतर बढ़ जाता है, जो अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर के प्रवाह माप संकल्प में सुधार कर सकता है। पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर की स्थापना विधि के संबंध में, अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर के छोटे प्रवाह बिंदुओं पर माप सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, प्रसार पथ की लंबाई को बढ़ाने की आवश्यकता है। हालाँकि, पथ की लंबाई में वृद्धि से सिग्नल प्रसार के दौरान ऊर्जा हानि होगी, जिसके लिए दो पहलुओं से सिस्टम माप सटीकता और सिग्नल क्षीणन डिग्री के बीच संतुलन की आवश्यकता होगी। एवी -आकार की स्थापना संरचना को अपनाया गया है, जिसमें दो ट्रांसड्यूसर स्ट्रेटनिंग वेन्स की अनुदैर्ध्य केंद्र रेखा के बारे में सममित हैं।
मेष निर्माण और गुणवत्ता
द्रव गतिकी अनुकरण करने से पहले, अल्ट्रासोनिक प्राकृतिक गैस प्रवाह मीटर प्रवाह चैनल मॉडल पर प्रीप्रोसेसिंग ऑपरेशन किए जाते हैं। ठोस प्राप्त करने के लिए मॉडल की मरम्मत और सरलीकरण पूरा करने के बाद, मॉडल का आंतरिक द्रव क्षेत्र निकाला जाता है और जाल को विभाजित किया जाता है। जाल विभाजन की गुणवत्ता सीधे बाद के सिमुलेशन परिणामों की विश्वसनीयता और स्थिरता निर्धारित करती है। फ़्लुएंट वॉटरटाइट वर्कफ़्लो का उपयोग उपरोक्त प्रक्रिया को निष्पादित करने के लिए किया जा सकता है, सतह जाल उत्पादन आकार सीमा को 0.1 - 4 मिमी तक सेट करना, 2 गैप फिलिंग परतों का उपयोग करना, ठोस सीमाओं पर निकटता का पता लगाना। विभाजित सतह जाल की अधिकतम तिरछापन 0.69 है, जो अच्छी जाल गुणवत्ता का संकेत देती है। इस आधार पर, हेक्साहेड्रल-पॉलीहेड्रल भरण वॉल्यूम जाल का उपयोग किया जाता है, तरल क्षेत्र में सीमा परतें जोड़ी जाती हैं, और वॉल्यूम जाल की अंतिम ऑर्थोगोनल गुणवत्ता 0.15 तक पहुंच जाती है। जाल स्वतंत्रता प्रयोगों के साथ, मॉडल की जाल संख्या लगभग 1.2 मिलियन निर्धारित की गई है। वॉल्यूम जाल वितरण चित्र 3.32 में दिखाया गया है।
चित्र 3.32
