極低温流量計の選択ガイド: コリオリ、タービン、超音波、ボルテックス、DP の比較

極低温流量計の選択には、機器の温度定格が十分に低いかどうかを確認するだけではありません。メーターは必要な変数を測定し、流体との適合性を維持し、圧力損失を制御し、繰り返しの熱サイクルに耐え、液体が飽和状態に近い状態にある間に有用な結果を生成する必要があります。

このガイドでは、極低温サービスとは、約 -150 度以下でのアプリケーションを指します。これは普遍的な定義ではなく、実際的な編集上の境界です。 NIST は、この用語は技術的な文脈によって定義が異なるものの、一般に約 -150 度未満の温度を指すのに使用されていると述べています。NIST の極低温工学の概要追加の背景を提供します。

一般的な流体には、液化天然ガス、液体窒素、液体酸素、液体アルゴン、液体水素、液体二酸化炭素などがあります。これらのサービスすべてに対して単一のテクノロジーが正解ということはありません。有用な選択プロセスは、流体、相状態、測定目的、許容圧力損失、パイプ サイズ、設置上の制約、安全要件、および校正戦略から始まります。

低温テクノロジーを比較する前に、より広範な出発点については、このガイドを参照してください。{0}適切な流量計の選び方.

簡単な選択の概要

これらはテクノロジー レベルの出発点です。{0}最終的な適合性は、正確なモデル、注文された構成、圧力クラス、材料、認証、流量範囲、校正および設置と照らし合わせてチェックする必要があります。

極低温流量測定が異なる理由

多くの場合、パンフレットの精度よりも位相の安定性の方が重要です

極低温液体は通常、飽和圧力に近い圧力で取り扱われます。配管、メーター本体、バルブ、サポート、または断熱材を通って熱が入ると、液体の一部が蒸発する可能性があります。バルブ、絞り、または流量計での圧力降下によっても、局所的な圧力が飽和状態を下回り、フラッシングが発生する可能性があります。

ほとんどの液体の流れの仕様は、安定した単相流体を前提としています。-蒸気が発生すると、各テクノロジーは異なる反応を示します。

• コリオリ計は、重度のガス同伴中に密度の変化、不安定なゼロ値、または劣化した測定値を示す場合があります。
• タービンローターは、液体の密度、運動量、潤滑油の変化に応じて異なる反応をする場合があります。
• クランプ式超音波計では、音響伝達が失われたり、不安定な音速が報告される場合があります。-
• 渦メーターは安定した渦信号を失う可能性があります。
• 仮定された密度が混合物を表さなくなるため、DP 計算は信頼性がなくなる可能性があります。

優れた実験室仕様のメーターであっても、測定点が液体で満たされ、熱的に安定していないと、性能が低下する可能性があります。{0}}

熱収縮は設置全体に影響します

メーター本体、測定管、ベアリング、シール、フランジ、断熱材、および接続された配管は、冷却中に必ずしも同じ率で収縮するとは限りません。機械設計は、ラインが周囲温度から極低温動作に移行した後も、密閉され、正しく位置合わせされた状態を維持する必要があります。

周囲温度では重要ではないように見える取り付けの詳細が、低温では重要になる場合があります。

• パイプの応力は、コリオリ センサーのゼロ安定性に影響を与える可能性があります。
• 熱橋は流体を温め、蒸気ポケットを生成する可能性があります。
• 絶縁境界が正しくないと、トランスミッターが過度の寒さにさらされる可能性があります。
• 真空ジャケットが遮断されると、熱の侵入が増加する可能性があります。-
• 熱サイクルを繰り返すと、フランジの荷重、センサーの位置合わせ、またはケーブルの状態が変化する可能性があります。

流体が異なれば安全要件も異なります

LNG と液体水素は、可燃性、危険区域、漏洩の問題を引き起こします。{0}液体窒素と液体アルゴンは、密閉空間内の酸素を置き換える可能性があります。液体酸素では、材料、発火機構、可燃性汚染物質を特に厳密に管理する必要があります。

NASAの酸素-システムの清浄度仕様NASA の酸素-システム ガイダンスでは、酸素、燃料、空気圧コンポーネントの清浄度要件が定められていますが、材料の選択、清浄度、設計、操作、保管、輸送は関連する安全上の問題として扱われています。一般的な低温定格だけでは、メーターが LOX サービスに適していることを証明するものではありません。-

5 つの極低温流量計テクノロジーの比較

1. コリオリ流量計

コリオリ計は振動する測定管を使用します。流体がチューブ内を流れると、コリオリ力によって質量流量に比例した位相シフトが生じます。多くの設計では、チューブの固有振動数から密度を決定し、プロセス温度出力も提供します。-

この直接質量測定は、動作条件によって密度が変化する場合、またはバッチ処理、在庫、商業移動が質量に基づいている場合に役立ちます。基礎となる原理については、この概要でさらに詳しく説明します。質量流量計の動作原理.

主な強み:

• 直接質量流量測定-
• 多くのモデルで密度と温度を出力
• 適切な構成での広い有効流量範囲
• 流路にローターやベアリングが存在しない
• 完全に開発された上流速度プロファイルへの限定的な依存
• 正確なシステムが必要な校正と承認を備えている場合、制御された転送に適合する可能性があります。

主な制限事項:

• ラインのサイズや特殊な低温構造により、購入コストが急速に上昇する可能性があります。{0}}
• 測定管では圧力損失が発生します。
• パイプの応力や外部振動がゼロ安定性に影響を与える可能性があります。
• 深刻なガスの巻き込みや制御されていない二相流によっても、パフォーマンスが低下する可能性があります。-
• 密度精度と標準液体精度は、極低温構成では変化する可能性があります。

エマソンの現在の ELITE 製品データには、選択されたコリオリ構成が極低温アプリケーションをサポートしていると記載されています。また、-100 度未満のプロセス温度に対する個別の液体質量流量精度条件も提供しており、標準の周囲仕様を極低温構成に自動的に適用すべきではない理由を示しています。現在の ELITE コリオリ製品データシート正確なモデルと温度範囲を確認する必要があります。

コリオリは通常、直接質量測定、極低温バッチ処理、分注、低流量制御、および高価値転送を評価するための強力なテクノロジーです。{0}{1} 「コリオリ」という単語だけから選択すべきではありません。プロジェクトには依然として、圧力降下、流量範囲、密度、設置応力、校正、規制要件などのモデル固有のレビューが必要です。-

2. 極低温タービン流量計

タービンメーターはローターを流れの中に配置します。ローターの速度は流体の速度に関係しており、磁気ピックアップまたは電子ピックアップが体積流量に対応するパルスを生成します。

極低温サービスには、特別に設計されたクリアランス、ベアリング、シャフトおよびローターの材料が必要です。標準の周囲温度タービン メーターは、冷却後も精度や機械的信頼性が維持されると想定すべきではありません。-

主な強み:

• 成熟した体積測定原理
• 清潔で安定した単相液体における高い再現性{0}}
• 配信・積算用のシンプルなパルス出力
• 幅広いラインサイズと接続オプション
• 産業用ガス供給での使用が確立されている-

主な制限事項:

• ローターとベアリングはプロセスにさらされます。
• 汚染により抗力が変化したり、可動コンポーネントが損傷したりする可能性があります。
• 流体は液体のままであり、期待されるローター応答を提供する必要があります。
• K- 係数は、流量範囲、粘度、密度、校正条件によって異なります。
• ストレーナー、直管、流量調整、背圧等が必要な場合があります。
• 定期的な検査と再校正はライフサイクル計画の一部です。

Turbines Inc. の公式製品範囲には、1/2 インチから 12 インチ、1 ～ 12,000 gpm の現行の TMC 極低温メーターがリストされており、注文された構成に応じて特定の精度、圧力、接続オプションが提供されます。これらは製品ファミリーの値であり、すべてのタービン メーターの普遍的な機能ではありません。現在のTMCの極低温範囲は、専用の{0}}低温タービン製品-の一例を示しています。

サイトのタービン流量計の範囲一般的なタービン構成をレビューするために使用できますが、完全なアセンブリは対象の極低温液体と温度に対して明示的に承認される必要があります。

3. 超音波流量計のクランプ-

通過時間超音波計は、パイプと流体を通して上流と下流に音波パルスを送信します。{0}移動時間の差は、平均流速を計算するために使用されます。

クランプ式設置では、トランスデューサは圧力境界の外側に留まります。{0}これにより、新たなプロセスの侵入が回避され、パイプ内に障害物が置かれなくなります。サイトの超音波流量計の範囲この広範なテクノロジー ファミリの背景を説明します。

主な強み:

• 接液センサーなし
• メーター本体を通る新たな漏れ経路がない
• 追加の障害物やメーターの体圧損失はありません-
• 可動部品なし
• 大きな直径のラインに便利です-
• 後付けや一時的な検証に魅力的
• パイプを切らずに設置できる場合もございます

主な制限事項:

• 主な結果は通常、体積流量です。質量流量には密度情報が必要です。
• パイプの材質、壁の厚さ、ライニング、断熱材は音響経路に影響します。
• 真空ジャケットまたは厳重に断熱された構造では、特別に設計されたセンサー インターフェースが必要になる場合があります。
• 二相の流れやガスポケットは信号を不安定にする可能性があります。-
• 現場でのパフォーマンスは、パイプと流体の正確なデータに依存します。
• 温度対応能力は、完全なトランスデューサと取り付けシステムによって異なります。

エマソンの最新の Flexim 情報には、約 -200 度までの極端な温度に対応する非侵入型超音波取り付けシステムが記載されています。-この機能は、すべての標準クランプ センサーに属するものではなく、指定されたハードウェアと設置構成に属します。-Flexim テクノロジーの公式ページ関連するトランスデューサと取り付け構成を確認するために使用する必要があります。

関連サイトのコンテンツについては、超音波流量計のクランプ-ページとその説明非侵入型流量計-.

クランプオン超音波測定は、大規模な LNG パイプ、改修プロジェクト、一時的な調査、および新たなインライン制限を回避することでフラッシングのリスクを軽減できる場所で特に評価する価値があります。{0}}

4. 極低温渦流量計

渦メーターは流れの中にブラフ ボディを配置します。下流では交互の渦が形成され、渦の放出頻度は流速に関係します。-。

サイトの渦流量計の範囲とに関する記事渦流量計の動作原理追加の背景を提供します。

主な強み:

• ローターベアリングなし
• 設定された動作範囲内の液体、気体、蒸気に適用可能
• 一般的なプロセス測定に便利
• 複数のラインサイズと圧力クラスを用意
• 現在の設計には診断機能や多変数関数が含まれているものもあります

主な制限事項:

• 適切な速度とレイノルズ数が必要です。
• 非常に低い流量では、安定した渦信号が生成されない可能性があります。
• 上流の外乱、振動、脈動は測定に影響を与える可能性があります。
• ブラフボディは圧力損失を生み出します。
• 液体の状態が点滅したり、液体から蒸気に変化したりすると、信号が中断される可能性があります。{0}{1}

従来のdigitalYEWFLOシリーズは生産中止となりましたが、横河電機では現行のVYシリーズをその後継シリーズと位置づけております。現在の VY ドキュメントには製品ラインナップに極低温タイプが含まれているため、現在の記事は、横河電機が低温ボルテックス オプションを提供しなくなったことを示唆するものではありません。-YOKOGAWAの渦流量計のページ利用可能なサイズ、温度構成、承認を確認するために使用する必要があります。

一般に、流速がメーターの下限を上回っており、十分な直管が利用可能であり、プロセスが圧力損失に耐えられる場合、渦はプロセス測定の候補となります。{0}

5. 差圧式流量計-

差圧システムは、オリフィス、ノズル、ベンチュリ、コンパクトな調整要素などの主要要素を使用して、測定可能な圧力差を作り出します。{0}}トランスミッターは、構成された密度と一次要素の関係を使用して、その差圧を流れに変換します。-。

主な強み:

• 成熟し、広く理解されている測定方法
• 主要要素の幅広い選択肢
• 多くのパイプサイズに適用可能
• リモートマウントによりトランスミッタをコールドプロセスから保護できます
• 既存のプラントにはすでに DP エンジニアリングおよびメンテナンス標準が適用されている可能性があります
• 多変数トランスミッターは圧力と温度の補償をサポート可能

主な制限事項:

• 永久圧力損失は主要素によって異なります。
• 密度補正は実際の動作条件と一致する必要があります。
• 熱絶縁とトランスミッターの位置決めには慎重な設計が必要です。
• ターンダウンは、選択した一次要素と送信機の構成に大きく依存します。
• インパルスチューブや遠隔設置により、設置がさらに複雑になる可能性があります。
• さらなる圧力降下により、フラッシングのリスクが増加する可能性があります。

エマソンは、液体窒素で使用され、LNG および液体アルゴンのサービスに適用されるコンパクトな DP メーターのテストおよび設置に関するガイダンスを発行しました。このガイダンスでは、トランスミッターの位置、非絶縁ネック、極低温プロセスからの熱分離が強調されています。公式極低温 DP テクニカル ノートは、主要な要素だけでなく、完全な設置が適合性を決定する理由を示しています。

関連サイト商品はこちら差圧-トランスミッター。極低温サービスでの使用は、正確な取り付け、材料、充填システム、および温度制限に対して確認する必要があります。

極低温流量計の選び方

1. 正確な流体と組成を定義する

「極低温液体」のみを指定しないでください。流体が LNG、LN₂、LOX、LAr、LH₂、液体 CO₂、または混合物であるかどうかを記録します。組成は、密度、飽和挙動、材料、領域分類、漏れリスク、および洗浄要件に影響します。

混合 LNG 組成、汚染、溶存ガス、または別のプロセスからのキャリーオーバーも、密度補正や相挙動に影響を与える可能性があります。

2. 温度-圧力エンベロープと位相条件を確認します

保管容器だけでなく、メーターの設置場所の最低、通常、最高の温度と圧力を記録します。

レビュー：

• 使用温度における飽和圧力
• 上流のバルブと継手による圧力降下
• スタティックヘッド
• ポンプの入熱とキャビテーションのリスク
• メーターの圧力損失
• 断熱材と熱橋
• 蒸気-リターン設計
• 予想されるボイルオフ-
• 二相の流れが正常なのか、一時的なのか、それとも許容できないのか-

位相不安定の警告兆候には、急速に変化する密度、ノイズの多い流量出力、一貫性のない合計、ポンプのノイズ、メーター付近の温度上昇、または制御バルブの位置が変化したときに急激に変化する測定値が含まれます。

3. プロジェクトに大量のものが必要か、大量のものが必要かを判断する

コリオリは質量流量を直接測定します。タービン、超音波、ボルテックス、DP システムは通常、速度、体積、または差圧から始まり、質量流量が必要な場合には密度情報が必要になります。

プロセスの状態が安定しており、商業要件または制御要件が量に基づいている場合は、容積測定で十分な場合があります。-密度が大幅に変化する場合、またはトランザクションが質量によって定義される場合、直接質量流はより魅力的です。

密度の不確かさが含まれない限り、質量流量の精度を体積流量の精度と直接比較しないでください。{0}{1}

4. 精度、再現性、法的要件の定義

測定の目的を述べてください:

• ローカル表示
• プロセス制御
• バッチ処理
• 在庫
• 漏れ検出
• 配送集計
• 保管転送

次に、仕様がどのように表現されているかを調べます。

• 読み取り値のパーセンテージまたはレート
• スパンまたはフルスケールのパーセンテージ
• 安定性ゼロ
• 再現性
• 直線性
• 濃度精度
• 校正の不確かさ
• 完全なシステムの不確実性

センサー、トランスミッター、フロー コンピューター、校正、承認、動作範囲、設置を含むシステム全体について、保管転送の適合性を確認する必要があります。{0}

5. パイプサイズ、流量範囲、圧力損失を検討する

最小、通常、最大の流量を提供します。最大容量付近のみを選択したメーターでは、低需要動作中に安定した結果が得られない可能性があります。-

パイプのサイズによって実際の比較は変わります。

• コリオリは小型および中型のサイズでは魅力的な場合が多いですが、特殊な大規模ライン構成では高価になったり、入手できなくなったりする可能性があります。{0}
• クランプ式超音波は、大型のインライン メーター本体と障害物の追加を回避するため、一部の大型パイプでは経済性が向上する可能性があります。{0}}
• タービンと渦には十分な液体速度が必要です。
• DP は、利用可能な差圧によって許容できない永久損失が発生しないようなサイズにする必要があります。

フロープロファイルに敏感なテクノロジーについては、サイトのディスカッションを参照してください。上流と下流の直管セクション-.

6. インストールとシャットダウンの制約を評価する

既存の絶縁または真空ジャケット付きラインの場合、インライン メーターには絶縁、パージ、切断、溶接、圧力試験、再絶縁、再試運転が必要になる場合があります。{0}

クランプオン超音波システムでは、圧力境界が開くことを回避できますが、パイプは承認されたトランスデューサの位置と音響経路を提供する必要があります。真空ジャケット付きパイプでは、外部ジャケットにセンサーを取り付けるのではなく、目的に合わせて設計された測定セクションが必要になる場合があります。{{3}

新しいプロジェクトでは、製造前にインライン技術を配管レイアウトに組み込むことができます。

7. 材質、清浄度、エリア区分の確認

確認する：

• 正確な圧力-材料グレードを含む
• 低温靱性-
• チューブ、ベアリング、ローター、シャフトの材料の測定-
• シールとガスケットの材質
• プロセス接続と圧力クラス
• LOX 酸素のクリーニングと文書化
• LNG または LH₂ の危険区域の承認-
• 接地と接着
• 電気温度クラス
• 漏れおよびヘリウムのテスト要件-（該当する場合）

「ステンレス鋼」は完全な材料仕様ではありません。グレード、溶接、洗浄、シール、構造、文書化はすべて重要です。

8. 校正および検証戦略を確立する

発注書を発行する前に、校正の期待値を定義します。オプションには次のものが含まれる場合があります。

• 周囲条件での工場校正
• 水校正からの技術移転
• 液体-窒素の校正
• 実際の-流体校正
• -基準メーターとの現場比較
• 証明者の使用
• 定期検証または法定計量検査-

NIST は歴史的に、1970 年代初頭から 2015 年まで液体窒素極低温流量測定施設を運営してきました。その後、この施設は CEESI に移転され、共同運営が 2019 年まで継続されました。この歴史は、代表的な低温条件下でメーターをテストすることの重要性を示していますが、NIST 施設は現在運営されている NIST 校正サービスとして説明されるべきではありません。{0}NIST の歴史的な極低温流量校正ページ稼働日とテスト条件を示します。

このサイトには、次のページもあります。流量計の校正との違い校正、検証、検証.

有用な校正証明書には、流体、温度、圧力、流量点、不確かさ、トレーサビリティ、方向、メーター構成、補正係数、および低温外挿の根拠が特定されている必要があります。-

テクノロジーのコストとライフサイクルの要因

実際のサイズ、材質、圧力クラス、校正および承認については、正確な価格を問い合わせる必要があります。次の表は、普遍的な価格帯を考案するのではなく、コスト要因を比較したものです。

起動、クールダウン、フィールド検証

極低温メーターは、ディスプレイがアクティブになるという理由だけで受け入れられるべきではありません。初期クールダウン中に記録された測定値は、温度の変化を反映している可能性があります。

蒸気の移動、不完全な液体の充填、または機械的な動作。

測定を受け入れる前に:

• メーターおよび接続されている配管が安定した動作温度に達していることを確認してください。
• 技術的に単相液体が必要な場合は、ラインが完全に液体で満たされていることを確認してください。{0}{1}{0}
• 上流と下流の圧力が適切な飽和マージンであるかどうかを確認してください。
• 密度、診断、信号品質の値を確認して、突然の変化がないか確認します。{0}
• 手順で許可されている場合は、流れがないことが確認された状態でゼロ読み取り値を確認します。{0}
• いくつかの安定した流量点での読み取り値を比較します。
• プロジェクト手順で必要な場合、少なくとも 1 回の熱サイクル後に結果が再現可能であることを確認します。
• 断熱材の境界、トランスミッターの温度、熱橋を示す可能性のある霜模様の痕跡を検査します。
• 結果を基準メーター、プルーバー、タンク在庫の変化、または別の防御可能なプロセス測定と比較します。
• 最終的な構成、補正係数、および試運転条件を記録します。

クールダウン中に出力が大きく変化しても、自動的にメーターに欠陥があるとは限りません。これは、蒸気の除去、密度の変化、設置応力、温度補償、または不安定な音響経路を示している可能性があります。

アプリケーション別の最適な始動テクノロジー

磁気式とポジティブ式の変位計が主要 5 つに含まれない理由-

電磁流量計には導電性の液体が必要です。エマソン氏は、従来の磁気メーターは一般に導電性のプロセス液体を必要とするが、多くの一般的な液化ガスはこの原理に必要な導電性を備えていない、と述べています。磁気メーターは、異なる導電性極低温液体には依然として関連する可能性がありますが、LNG、LN₂、LOX、LAr、または LH₂ に対しては普遍的な選択肢ではありません。エマソンの電磁流量計の概要導電率の要件について説明します。

ポジティブ-変位計は一部の低温流体を測定できますが、移動隙間、潤滑、熱収縮、圧力損失には製品固有のエンジニアリングが必要です。-彼らはすべてのプロジェクトから除外されるわけではありません。これらは、その適合性が専用の極低温設計とより狭い用途のレビューに依存するため、主要な 5 つから省略されています。

直接比較すべきではない仕様

質量精度と体積精度

密度と密度補償の不確実性が含まれていない限り、質量流量仕様を体積流量仕様に対して直接ランク付けすることはできません。{{1}{2}

再現性と精度

メーターは同じ偏った結果を繰り返し生成することがあります。良好な再現性はプロセス制御にとって価値がありますが、追跡可能な精度を証明するものではありません。

周囲校正と極低温校正

一部のプロセス用途では、周囲温度での水の校正が許容される場合がありますが、液体窒素、LNG、または液体水素と同じ動作が自動的に実証されるわけではありません。

機器の精度とシステムの不確実性

最終結果には、以下の不確実性が含まれる可能性があります。

• フローセンサー
• 温度と圧力の測定
• 密度計算
• フロープロファイル
• インストール
• 二相流-
• 信号処理
• フローコンピュータ
• 校正基準

標準モデルとオーダード極低温構成

公表されている最良の値は、選択したサイズ、流量範囲、方向、電子機器、または校正にのみ適用される場合があります。正確に注文されたモデルコードの仕様を使用してください。

見積もりを依頼する前に準備する情報

プロセス情報

• 正確な流体と組成
• 最低温度、通常温度、最高温度
• 最小圧力、通常圧力、最大圧力
• 飽和と点滅のリスク
• 予想されるガスまたは蒸気の割合
• 最小、通常、最大流量
• 連続、断続、または双方向動作

パイプと設置に関する情報

• パイプのサイズとスケジュール
• パイプと断熱工事
• バキューム-ジャケットの詳細
• プロセス接続と圧力クラス
• 設置方向
• 使用可能な直管
• 許容圧力損失
• シャットダウンと溶接の可用性
• 周囲条件

測定と出力の要件

• 質量または体積出力
• 必要な精度と再現性
• 低流量要件
• バッチ処理、制御、在庫または保管{0}}の転送目的
• アナログ、パルス、通信出力
• 密度と温度の出力
• 必要な診断

安全性とコンプライアンスの要件

• LOX 酸素-の洗浄要件
• 危険-地域の分類
• 必要な地域の承認
• 重要な文書
• リークテストの要件-
• 接地と接着の要件

校正とライフサイクルの要件

• 校正液
• トレーサビリティ要件
• 必要な不確かさ
• 証明または現場での検証方法-
• メンテナンス間隔
• スペアパーツの期待-
• 技術サポートと試運転のニーズ

最終的な推奨事項

極低温流量計の選択をブランドのランキングや単一の精度数値から始めないでください。

以下から始めます:

• 正確な流体と組成
• 温度-圧力エンベロープ
• 飽和マージンと予想される蒸気分率
• 必要な質量または体積の測定
• 配管サイズと流量範囲
• 許容圧力損失
• インストールとシャットダウンの制約
• 材料、清掃、危険区域の要件{0}}
• 校正と検証の戦略

これらの条件を使用して、1 つまたは 2 つの測定テクノロジを最終候補としてリストします。最終モデルは、サプライヤーが正確な低温構成、注文した材料、圧力クラス、校正、承認、設置要件、期待される性能を確認した後にのみ選択する必要があります。-

上記のプロジェクトデータを用意し、極低温流量測定に関する問い合わせを送信するモデル固有の技術レビューについては、-

ソースと方法論に関するメモ

このガイドでは、一般的な測定原理と現在のメーカーの例を分けて説明します。製品の入手可能性、モデル コード、温度定格、認証、および性能仕様は変更される可能性があります。これらは、調達時と出版物の更新前にメーカーに再確認する必要があります。