Clamp-On Debimetlerle ilgili Uygulama Yazısı

Basınç ve sıcaklık ile akış, borulardaki akışkanları izlerken veya kontrol ederken en önemli parametrelerden biridir. Bir borudaki enerji akışını hesaplamak için sıcaklık ve basınç sıklıkla akışla birlikte ölçülür, ancak çoğu zaman, özellikle su ve atık sektöründe akış hızı, finansal amaçlar için akışı ölçmek veya prosesin bir parçası olarak akışı ölçmek için tek parametre olarak kullanılabiliyor. 

Debimetreler çok çeşitli tiplerde olabilmektedir ve her tipin kendine ait avantajları ve dezavantajları vardır. Birçok debimetre, kendisinden en iyi akışı sağlamak için çoğu zaman makara parçaları aracılığıyla akış içine yerleştirilir. Bazen bir debimetrenin bir boru içerisine entegre edilmesi uygun olmayabilir veya debimetre geçici bir değişim sağlar ya da mevcut ekipmanı kontrol eder. Bu gibi durumlarda, clamp-on debimetre güvenilir ve uygun maliyetli bir çözüm sunar.

 Akış Ölçme Teknolojileri 
Debi ölçümü özünde M.Ö 1500’de su saati tasarlayan eski Mısırlılara dayanmaktadır. Buna rağmen sadece sanayi devriminden itibaren debi ölçümü akışı faturalandırmak ve endüstriyel süreçleri izlemek amacıyla kullanılmaya başlandı. 
İlk endüstriyel debimetreler akışkan yer değiştirmesine ve arasında piston metreler, kanatlı çarklar, Pelton çarklar ve türbin debimetreler olan çeşitli tasarımlara dayanıyordu. Günümüzde, kullanılan sayaçlar, entegre elektronik darbe vericileri tarafından sayılan devrelere sahip hassas rotorlara sahiptir. Bernoulli denklemine dayanan debimetreler hala oldukça yaygındır ve basit pitot tüplerinden Venturi metre ve orifis plakalarına kadar uzamaktadır; hepsi de boru akışına uygulanan bir daralmadaki basınç farkını ölçer ve Bernoulli hesaplamasını uygular. 
Son yıllarda çeşitli modern teknolojiler gelişti. Bunlar, akış hızı elde etmek için gazların arasına sıkışmış parçacıkları tespit etmek için lazer ışığı kullanan optik akış ölçerler; Faraday’ın elektromanyetik indüksiyon yasasını kullanan manyetik debimetreler ve termal kütle debimetreler. 
Günümüzde ise, akış ölçüm portföyünde kendilerini gösterenler arasında vorteks, Coriolis ve ultrasonik debimetreler bulunmaktadır.

Vortex Debimetreler 
Vortex debimetreler akış sırasında akışkanın karşılaştığı engel ile oluşan girdabın frekansını algılayarak ölçüm yapar. Bu frekans, doğrudan debi ile orantılı, elektrik sinyaline dönüştürülür ve akış hızı debimetre elektroniği tarafından hesaplanır. Vortex debimetreler bir makara parçası üzerinden doğrudan akışa yerleştirilir veya doğrudan ilave sayaç olarak kullanılır. Ağırlıklı olarak petrokimya tesislerinde, özellikle yüksek basınçlı buhar hatları için kullanılırlar, fakat aynı zamanda doğal gaz tahsisi için ve viskoz olmayan akışkanların kütle dengelemesi için kullanılırlar. 
 

Coriolis Debimetreler 
Coriolis debimetreler, Coriolis efektini kullanarak hacimsel akış oranından ziyade kütle akış hızı oranını üretir. İki tüp salınım yaparken, sıvının tüpler boyunca kütlesel akışı salınıma karşı çıkacak ve tüplerin sapmasına neden olacaktır. Bu sapma, iki toplama bobininin çıkış sinyalleri arasındaki zaman farkı ile tanımlanır ve bu bilginin işlenmesiyle kütle akışı elde edilebilir. Geniş akış, basınç ve sıcaklık aralığı ile Coriolis debimetreleri endüstriyel spektrumdaki kütle akışını etkin bir şekilde ölçer. 
 

Ultrasonik Debimetreler 
Ultrasonik debimetreler ölçüm için 2 teknik kullanır: Doppler ve transit time. Doppler sayaçları, iletilen ultrasonik darbeleri yansıtmak için akışta kabarcıkların veya katıların bulunmasına gerek duyar. Yansıyan sinyalin frekansının iletilen frekansına göre değişimi, yansıtıcının hızı ve dolayısıyla taşıma akışkanı ile orantılıdır. 
Transit-time tekniğinde, iki ultrasonik dönüştürücü hem sinyal üreteci hem de alıcı görevi yapar ve birbirleriyle akustik iletişim halindedir. Çalışma sırasında, her bir dönüştürücü ilk önce bir verici olarak işlev görür, bir dizi akustik darbe üretir ve ardından aynı sayıda darbe için bir alıcı olarak çalışır. Ultrasonik sinyallerin iletimi ve alımı arasındaki zaman aralığı her iki yönde de ölçülür. Borunun içindeki sıvı akmadığında, aşağı akış geçiş süresi, yukarı akış geçiş süresi ile aynı olacaktır. Sıvı akışı mevcut olduğunda, aşağı akış geçiş süresi yukarı akış zamanından daha az olacaktır, aşağı akış yönünde ilerleyen sinyaller akış tarafından hızlandırılırken yukarı akış boyunca hareket eden sinyaller ise akış tarafından yavaşlatılır. İki geçiş zamanı arasındaki fark, akış hızıyla orantılıdır ve işareti, akış yönünü gösterir. 

Transit-time ultrasonik debimetreler çok daha geniş kullanım alanına sahiptir. Sıvılar ve gazlar için kullanılabilirler ve mükemmel doğruluk önerirken; kayma, basınç düşmesi, akışa engel gibi problemlerle karşılaşmaz ve rutin bakım gerektirmezler. Ayrıca çift yönlü akışı ve çok çeşitli çalışma sıcaklıklarını idare edebilir ve çok yüksek bir devir oranı sunar. GE’nin Bundle Waveguide Teknolojisi gibi bir termal transdüser sayesinde -200 ° C ila 600 ° C arasındaki aşırı sıcaklıklarda çalışabilirler. 
 

Transit time clamp-on değişkenler 
Ultrasonik transit zaman debimetreleri, rekabetçi teknolojilere göre çok önemli bir avantaj sunar. Her ne kadar genellikle “wetted” transdüserlere sahip yerleştirme sayaçları olarak kullanılsalar da bir boru dışına kelepçelenebilirler, taşınabilirlik ve düşük seviyede kurulum aksaklığı gibi bir dizi avantaj sunarlar. 
 

Clamp-on Ultrasonik Debimetreler 
Clamp-on ultrasonik debimetreler, gaz ve petrol sektöründe olduğu gibi “wetted” yöntemle yerleştirilen transit time ultrasonik debimetrelerin yüksek hassasiyetine ulaşamıyor. Bunun başlıca nedeni boru çeperindeki ve astardaki zayıflama, boru deliğinde malzeme birikmesi, boru merkezliliği ve diğer nedenlerden kaynaklanmaktadır. Buna rağmen, clamp-on ultrasonik debimetreler %0,5'ten daha iyi hassasiyet sağlayabilir, ancak genel uygulamada norm +/- %0,5 ila +/- %2,0 arasındadır. Bunun yanı sıra %0,2 ile %0,3 arasında mükemmel bir tekrarlanabilirlik oranı sunarlar ve son derece güvenilirdirler. 
Ancak, ultrasonik clamp-on debimetrelerin en büyük faydaları çok yönlülüğü ve maliyet etkinliğidir. 

•     İletken olmayan sıvı, gaz ve buharda kullanılabilirler. 
•     Kesintisizdirler ve basınç düşmesine sebep olmazlar. 
•    Kurulum sırasında aksamaları azaltırlar çünkü işlemin kapatılmasına veya borunun kesilmesine gerek duymazlar. 
•    Uzun çalışma ömrü için hareketli parçaları yoktur. 
•    Periyodik kalibrasyona ihtiyaç duymazlar. 
•    Hem düşük hem de yüksek debileri ölçebilirler. 
•    Zorlu ve tehlikeli ortamlarda çalışabilirler. 
•    Kullanımları kolaydır. 
•    Opsiyonel çıkışlar üzerinden veri aktarımı kolaydır. 
•    Diğer teknolojilere kıyasla düşük yatırım maliyetine ihtiyaç duyarlar. 
•    Tek clamp-on debimetre ile çeşitli boru çaplarında ölçüm alınabilir. 
•    Sıcaklık ileticileri için ek analog girişler, sıvılarda enerji akış hızının ölçülmesine olanak sağlar. 
•    Çift kanallı/çift yollu modeller iki farklı boruda, tek bir ölçüm cihazı ve iki transdüsere sayesinde debi ölçümü alabilirler. 
•    Taşınabilir modeller kolay ve anlık, proses veya var olan hat içi sayaçların kontrolünü sağlayabilirler. 

Ultrasonik camp-on debimetreler kalibrasyon zamanı ve para harcanmasını azaltır. 
 

Kullanıcı Merkezli Tasarım 
Yeni clamp-on debimetreler geliştirilmesi, kullanıcıyı tasarım sürecinin merkezine koyar. Yeni tasarımlar sadece teknolojiyi geliştirmekle kalmıyor, aynı zamanda kullanıcıların güçlü yönlerini ve sınırlarını da göz önünde bulunduruyor ve kullanıcıların işlerinin günlük gerçekleriyle çözüm üretiyorlar. 
Yeni ürünler geliştirmek, insanların bu ürünleri nasıl kullandıklarını gözlemlemenizi, ölçmenizi ve doğrulamanızı gerektirir. GE, yeni ürün tasarımı üzerinde çalışan mühendislerinin, müşterilerin karşılaştığı zorlukları anlamalarına yardımcı olmak için endüstriyel tasarımcılarla ve araştırmacılarla çalışarak bu tür araştırmaları desteklemektedir. Bu araştırma, süreçlerde ve amaçlarda yer alan kararların tasarlanmasına katkıda bulunur. 
 

Clamp-on Ultrasonik Debimetrenin Uygulaması 
Clamp-on ultrasonik debimetreler, aşağıdakiler gibi sıvılar da dahil olmak üzere çok çeşitli sıvıları ölçer: Ultra saf su. Temiz sıvılar. Kanalizasyon ve atık su. Yüksek viskoziteli sıvılar. Aşındırıcı sıvılar. Korozif sıvılar. Yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı titreşimli ve düşük hızlı sıvılar dahil olmak üzere hidrokarbonlar. 

Clamp-on ultrasonik debimetre ölçümüne uygun olan bazı gazlar şunlardır:  Kızgın buhar.  Doğal gaz. Sıkıştırılmış hava. Azot ve oksijen Clamp-on debimetreler, petrol endüstrisinde sıklıkla olduğu gibi, bazen aynı boru hattı tarafından taşınan farklı sıvılar arasındaki ayrımı yapabilmektedir. 

Clamp-on ultrasonik debimetreler üç ana uygulamaya sahiptir. Birincisi, yerinde veya sabit kurulumlu debimetreler olarak kullanılmak. İkincisi, kontrol debimetresi olarak, var olan debimetrenin doğru çalıştığının kontrolünü sağlamak. Üçüncü olarak, gerektiği gibi debimetre verilerini toplamak için bir tesis veya tesisatın bölgelerinde hareket ettirilebilen çok yönlü ve çok amaçlı debimetreler olarak çalışmak. Bu uygulamalar hem sıvı hem de gaz akış ölçümü için geçerlidir. 
 

Sıvı Debi Ölçümü 
Sabit Kurulumlar 
Hat içi ultrasonik debimetreler, özellikle gaz ve petrol sektöründeki yüksek önem arz eden akış seviyesi denetleme uygulamalarında, yüksek kesinlik derecesi isteyen işler için, küresel olarak yüksek hassasiyetli cihazlar olarak kabul edilmektedir. Doğal olarak, çoğu hat içi sayaçlar artık yerlerini clamp-on sayaçlara bıraktı. Clamp-on cihazlar okumasında ± %1 %2 si arası, “wetted” transdüserlere sahip hat içi ultrasonik sayaçların daha yüksek hassasiyetini elde edememesine rağmen önemli avantajlar sunuyorlar. 
Bunların en önemlilerinden biri, var olan bir prosese masraf gerektirmeden ve prosesi kapanmaya uğratmadan, çalışan tesise kolaylıkla uyarlanabilmesi. Böyle bir kapanma, sağlık ve güvenlik konularını ve ilgili çalışma izinlerini, kesme ve kaynak işini ve boru hattını boşaltma ve temizleme, ek olarak saatte binlere varan kayıp üretim maliyetlerini içerebilir. Clamp-on sayaçlar ise 1 saatten kısa bir sürede monte edilebilir. Dahası, bir clamp-on debimetrenin sermaye maliyeti, rekabet halinde olduğu çoğu teknolojiden çok daha düşüktür ve parçalar hareket etmediğinden, bakım maliyetleri düşer. 

AquaTrans * AT600, clamp-on ultrasonik sıvı debimetrelerdeki Panametrics serisindeki en son üründür. Kullanım kolaylığı, maliyet verimliliği ve güvenilirliğe odaklanan kullanıcı merkezli bir tasarıma sahiptir. AT600, işlemi kapatmadan birkaç dakika içinde doğrudan bir boruya monte edilir ve daha sonra bakım ve kalibrasyon yapılmadan yerine bırakılır. Su / atık su, endüstriyel, HVAC, hidroelektrik ve tarım gibi çok çeşitli sıvı akış uygulamalarını gerçekleştirir. 

AquaTrans AT600 debimetre 
DigitalFlow* XMT868i kanıtlanmış clamp-on ultrasonik debimetreti temsil ediyor. Petrokimya, petrol ve gaz sektörlerinde bulunanlar gibi tehlikeli yerlere kurulum için uygun sertifikayı taşır. XMT868i, iki clamp-on transdüseri setinden sinyalleri alan çift kanal / çift yol seçeneğiyle aynı boru üzerindeki iki ayrı boruyu veya iki ayrı konumu ölçmek için kullanılabilir. 
 

Portatifler 
Taşınabilir ultrasonik debimetreler kısa süreli araştırma ve izleme için tasarlanmıştır. Genellikle, kompakt, hafiftirler ve geçici olarak kurulmaları ve sahadan sahaya taşınmaları amaçlanmıştır. Taşınabilir ürünler, tipik olarak akış elektroniklerini, sabit eşyalar, dönüştürücüler ve kablolar gibi harici bileşenleri ve kalınlık ölçer, taşıma kutuları gibi aksesuarları içerir. Taşınabilirler, çoğunlukla birden fazla kullanıcı tarafından paylaşıldığından ve / veya düzensiz temelde kullanıldığından, ölçümde kullanım kolaylığı ve güven ile clamp-on üreticileri için çeşitli fırsatlar sağlar. 
 

Portatif debimetre kullanıcısı 
GE’nin Panametrics TransPort * PT878’i, daha zor uygulamalardaki akışı ölçme kabiliyeti ile bilinen kanıtlanmış bir tasarımdır. Sabit kurulum sayaçları ve geniş sıkma fikstür çeşitleri ile aynı gelişmiş clamp-on transdüserler sunar. 
Çeşitli uygulamalar ve boru ebatları için uygun olan bu ürün, ultra saf sudan çiğ lağım suyu ve bulamaç gibi aşırı kirli sıvılara kadar olan akışları ölçtüğünden dolayı özellikle su ve atık su için başarılıdır. 

Gaz Debi Ölçümü 
Sabit Kurulumlar 
Ultrasonik clamp-on gaz debimetreleri çok çeşitli gazları yerinde ve doğru bir şekilde ölçebilir. Örneğin, GE’nin Panametrics DigitalFlow * CTF878 cihazı, 6 ila 30 inç çapındaki borulara, -40 ° C ila + 300 ° C arasındaki yüzey sıcaklıkları ve 130 ° C'ye kadar sıvı sıcaklıkları ile monte edilebilir. CTF878, geleneksel transdüserlerden beş kat daha güçlü sinyaller üreten gelişmiş transdüserler kullanır, böylece ölçüm için gerekli olan ultrasonik sinyalin büyük bir bölümü alıcı transdüser tarafından boru duvarı, gaz ve karşı boru duvarı içinden geçtikten sonra algılanır. 

Sonuç olarak, sinyaller düşük yoğunluklu gaz uygulamalarında bile düşük arka plan gürültüsü ile temiz ve güçlü bir şekilde algılanabilir. 
CTF878'in önemli bir özelliği, metrenin doğruluğunu artıran patentli korelasyon etiketi teknolojisini kullanmasıdır. Dışarıda boru üzerine monte edilmiş ve biri yukarı diğeri aşağı yönde olmak üzere iki çift halinde düzenlenmiş dört clamp-on transdüser kullanır. Her çift transdüser bir verici ve bir alıcı içerir. Transmiter, ultrasonu gazdan geçerek devamlı bir dalga ile alıcıya iletir; böylelikle iki çift yukarı ve aşağı akış yönlü algılama yolu oluşturur. 

Devamlı dalga sinyali, türbülans ve hareketli bir gazın yerel yoğunluk değişimleri tarafından modüle edilir; böylece alınan her iki sinyal de gaz akışının kendisine özgü türbülans sinyalini içerir. Sonrasında alınan sinyaller demodüle edilir ve bir korelasyon algoritması ile işlenir. Bu süreçle, türbülanslı akış koşullarında, benzersiz türbülans sinyalinin algılama yolu boyunca ilerlemesi için geçen süreyi belirleyen belirgin bir korelasyon zirvesi kaydedilir. Bu yol, transdüser kurulumuyla tanımlandığı için, akış hızı, yol uzunluğunun içinden geçen zamana bölünmesiyle elde edilir. 

Portatifler 
Portatif ultrasonik gaz debimetreleri, tıpkı ultrasonik sıvı debimetreleri gibi kısa süreli araştırma ve izleme için tasarlanmıştır. GE’nin 230°C akışa dayanaklı olan TransPort PT878GC hız, hacimsellik veya standart akış açısından veri sağlayabilir. Cihazın dahili veri kaydı 100.000 ölçüm kapasitesine sahiptir ve tüm akış verilerini uzaktan analiz ve kayıt için dışa aktarılabilmektedir. 
 

Clamp-on Debimetrelerin Çalışma Örneği 
Clamp-on ultrasonik debimetreler dünya çapında çeşitli uygulamalarda ve tesislerde çalışır. Bir saha örneğinde, yarı iletken üreticisi firma kendi su arıtma tesisinde kurulu olan debimetrelerin kontrolünü sağlamak ve doğru performans gösterdiğinden emin olmak için GE’nin portatif debimetrelerini kullanıyor. Bu üreticinin sahasındaki her departman su arıtma tesisine kendi tahliye hattını işletmektedir. Bu, PVC'den paslanmaz çeliğe kadar çeşitli malzemelerde çapı 2 ile 10 inç arasında değişen yirmiden fazla tahliye hattına karşılık gelir. Her bir tahliye hattına yerleştirilen hat içi debimetreler, tahliye hatlarının atık arıtma tesisine girdiği noktadan hemen önce kurulur ve her bir tahliye hattının hacimsel akış hızı sürekli olarak izlenir. Bu ölçümlere dayanarak, atık arıtma tesisi her departmanına ayrı faturalandırma uyguluyor ve bu finansal yaptırım her departmanı mümkün olduğunca az atık üretme konusunda teşvik ediyor. 

Elbette, kalıcı olarak takılan debimetrelerin doğruluğunun ve işlevselliğinin doğrulanıyor olması hayati öneme sahiptir. Şirket, bu görev için çeşitli portatif debimetreler düşündü, ancak hepsi çok hacimli, masraflı veya harici bir kayıt cihazı gerektirdi. Şirket bu durumdan ötürü birçok portatif debimetre kullandı; fakat bunlar çok hacimli, çok masraflı veya harici bir kayıt cihazı gerektiren çözümler oldu. Ancak, sonuç olarak bir GE taşınabilir debimetre denediler ve cihaz bu iş için ideal olduğunu kanıtladı. Çeşitli tahliye hatları için parametreler kalıcı olarak ölçüm cihazının belleğine programlanır, böylelikle kurulum süreleri azalır ve debimetre akış verilerini sürekli olarak kaydeder. Veriler daha sonra PC’ye yüklenir, grafik olarak görüntülenir ve kalıcı olarak takılmış olan debimetrenin ölçümleriyle karşılaştırılır. Sonucunda, doğru çalışan bir hat içi debimetre ile %1 oranında korelasyon gösterir. 

Sonuç 

Clamp-on ultrasonik debimetreler hem sabit hem de portatif sayaçların yükselen kullanım sayısı ve kabul görme oranıyla dünya çapında kanıtlanmış ve kabul görmüş cihazlar haline geldi. Su ve atıksu sektörleri dışında kimyasal, petrol ve gaz sektörleri clamp-on kullanıcılarının büyük çoğunluğunu oluşturmaktadır. Küresel çapta, nüfüs artışı, göç artışı ve güvenli bölgelerdeki altyapı sistemlerindeki gelişmelerle birlikte su ve atıksu sektöründeki ivme artarken, içilebilen su ve efektif atık yönetimi ekonomik gelişme için değerini korumaktadır. 

Sektöre bakılmaksızın, bugün operasyonların verimliliğini sürdürmesi ve iyileştirmesi gerekiyor; buradaki en önemli faktörler ise başta akış olmak üzere parametrelerdeki güven ve etkin maliyet hesaplamalarıdır. Clamp-on debimetreler müşterilerin finansal ve personel kaynaklarında artışlarla fazlalaşan isteklerine çözüm üretebilen değerli bir cihaz olduğunu kanıtlamıştır