超音波ガス流量計の用途と選定ガイド

それは、すべての超音波メーターがすべてのガスを測定できるという意味ではありません。結果は、ガスの圧力と密度、水分、組成、パイプの形状、音響ノイズ、流量プロファイル、および考慮する超音波計の種類によって異なります。

このガイドでは、超音波ガス測定がどのような場合に適しているか、別の技術がより実用的である可能性がある場合、および見積もりを依頼する前にエンジニアまたはバイヤーが準備すべき情報について説明します。

アプリケーション適合性クイックガイド

超音波流量計はガスを測定できますか?

はい。通過時間-超音波ガスメーターは、下流に移動する音響パルスの移動時間と上流に移動するパルスの移動時間の差を測定します。

ガスとともに移動するパルスはわずかに早く到着します。ガスに逆らって進むパルスはわずかに遅れて到着します。メーターはこの差を使用して、1 つ以上の音響経路に沿ったガス速度を計算します。

動作状態の体積流量は次から計算されます。-

Q_実際の = A × v̄

どこ：

• Q_実際の動作圧力および温度における体積流量です。
• Aパイプの内部断面積です。-
• v̄は計算された平均ガス速度です。

音響測定プロセスのより詳細な説明は、FlowT のガイドで参照できます。超音波ガス流量センサーの動作原理.

速度測定はシステムの最初の部分にすぎません。必要な結果が標準体積、質量流量、エネルギー流量、または排出質量率である場合、システムには適切な圧力、温度、密度、圧縮率、または組成データも必要です。

インライン、フィールド-取り付け式、およびクランプ式ガス メーター-は交換できません

インライン マルチパス超音波ガスメーター

インラインメーターには、正確に配置されたトランスデューサーを備えた製造された測定本体が含まれています。複数の音響パスがパイプ全体のさまざまな弦をサンプリングするため、メーターは単一のパス設計よりも効果的に断面速度プロファイルを推定できます。-

複数のパスは、パス速度、音響信号の品質、測定された音速を比較することによって診断情報を提供することもあります。 FlowT では、別の概要を提供します。マルチパス超音波流量計が速度プロファイルをサンプリングする方法-.

パスが増えても、メーターは自動的に保管転送に適したものにはなりません。メーターの設計、校正、設置、圧力と温度の測定、フローコンピューターの構成、および適用される契約基準はすべて、測定目的をサポートする必要があります。

現場設置型または挿入型システム-

現場取り付けシステムでは、専用のノズル、ポート、または測定スプールに取り付けられたトランスデューサを使用します。{0}{1}この設計は、完全な従来のメーター本体が実用的でない可能性がある大型のプロセス パイプ、フレア ヘッダー、改造プロジェクトでよく考慮されます。

ノズルの形状、音響経路、パイプの寸法、トランスデューサーの位置合わせが測定システムの一部になります。したがって、これらの詳細は、一般的な設置ルールに任せるのではなく、エンジニアリング中に検討する必要があります。

ガスメーターの特殊クランプ-

クランプ式ガスメーターは、プロセスを開くことなく、音響エネルギーをパイプ壁を通ってガスに伝達します。{0}}これにより機械的な設置作業を軽減できますが、安定した信号を気体に送信することは、同じパイプ壁を通して液体を測定するよりもはるかに困難です。

実現可能性は以下によって決まります。

• ガスの圧力と密度
• ガス組成
• パイプ材質と肉厚
• 外部および内部のコーティング
• パイプ表面状態
• 音響経路長
• トランスデューサの周波数と結合
• 周囲の騒音と振動

どちらの製品も通過時間技術を使用しているため、標準のクランプ式超音波水道メーターをガス専用に選択することは決してしないでください。-ガスサービスには、特定のメーターと動作条件について書面による確認が必要です。

超音波ガス流量計はどこで最もよく機能しますか?

1. 天然ガスの保管譲渡と割り当て

保管転送と割り当ては、校正済みインライン マルチパス ガス メーターのアプリケーションとして確立されています。{0}}この測定は、生産者、パイプライン運営者、保管施設、流通会社、または大規模な産業ユーザー間の商取引を決済するために使用される場合があります。

該当するもの保管転送および割り当てメーターに関する ISO 17089-1:2019 要件通過時間型超音波ガスメーターの構造、性能、校正、診断、出力、設置条件について説明します。{0}

完全な保管場所移送測定ステーションには次のものが含まれる場合があります。{0}

• 校正済みのマルチパス超音波計-
• 絶対圧測定
• 代表的なガス温度測定
• フローコンピュータ
• ガスの組成または密度の情報
• 圧縮率の計算
• 診断モニタリング
• 追跡可能な検証およびメンテナンス手順

一部の契約または管轄区域では、AGA レポート番号を参照する場合もあります。. 9. 該当するエディションと受け入れ基準は、運営者、購入者、または規制当局によって指定される必要があります。

選択の最も重要な教訓は、保管転送のパフォーマンスは完全な測定システムに依存するということです。{0}マルチパスラベルやパンフレットの精度数値だけでは十分な証拠とはなりません。-

2. パイプラインとコンプレッサーステーションの監視

超音波ガスメーターは、パイプラインの受渡しステーション、コンプレッサーの入口と出口、ガス収集ヘッダー、保管施設、減圧ステーションで使用できます。-

フルボア超音波メーターには、従来のオリフィス プレートで使用されていた種類の制限は必要ありません。-これにより、永久的な圧力損失を減らすことができます。これは、圧縮エネルギーと利用可能なライン圧力が運用上の価値を持つ場合に重要です。

パイプラインのパフォーマンスは依然として周囲の配管の影響を受けます。エルボ、部分的に開いたバルブ、圧力調整器、減速機、コンプレッサーは、渦巻き、非対称、脈動、騒音を発生させる可能性があります。

したがって、メーターの位置は駅のレイアウトの一部として評価される必要があります。 FlowTの概要超音波流量計の配管と直管の要件-上流の外乱が測定セクションにどのような影響を与えるかについての追加の背景を提供します。

高価値の測定の場合、エンジニアはメーターを代表的な上流配管で校正する必要があるか、認定されたフロー コンディショナーで校正する必要があるかを検討する必要があります。{0}

3. フレアとベントガスの測定

フレアおよびベントガスの測定は、1 つのパイプで非常に異なる動作状態が発生する可能性があるため、最も要求の厳しい超音波アプリケーションの 1 つです。

• 通常のパージ流量はゼロに近い場合があります。
• 定期的なフレアリングにより、ガス組成が変化する可能性があります。
• プラントの混乱状態では、速度が急激に増加する可能性があります。
• 緊急減圧により、極端な流量と騒音が発生する可能性があります。
• 湿式フレア システムには、凝縮物や飛沫が含まれる場合があります。

専用のフレア ガス システムは、障害物が少なく、双方向の速度測定、迅速な応答、音響診断を提供します。-メーターは、予想される最小圧力、最大速度、ガス組成、液体負荷、および危険区域の条件について検証する必要があります。-。

2026 年の時点では、フレアおよびベント測定に関する ISO/CD 17089-3開発中のままです。これは、公表された国際標準ではなく、草案プロジェクトとして説明されるべきです。

規制排出量報告は、測定方法、補正計算、校正、および地域報告規則にも依存します。超音波計を設置しても、システムが自動的に準拠するわけではありません。

4. プロセスガスと燃料ガス

製油所、化学工場、製鉄所、電力施設では、ボイラーや炉に供給されるプロセス ガス、製油所燃料ガス、水素含有ストリーム、窒素、リサイクル ガス、天然ガスに超音波計を使用する場合があります。{0}

超音波測定は、制限的な主要要素によって圧力が消費される場合や、機械的磨耗によってメンテナンスが増加するような大規模なラインでは魅力的です。

申請書のレビューには以下を含める必要があります。

• 最小ガス圧力と密度
• 通常速度と最大速度
• ガス組成の変化
• 結露と堆積物
• 必要な更新速度
• 低い流量安定性
• 出力ダンピング
• 1 つの音響経路を失った場合の結果

標準の体積または質量流量が必要な場合、圧力と温度の測定は超音波計でのガスの状態を表す必要があります。 FlowT's産業用圧力トランスミッターのラインナップは、補償付きガス測定システムの一部を構成する二次計装のタイプを示しています。

トランスミッタ信号もフロー コンピュータまたは制御システムと正しく統合される必要があります。記事フロートランスミッターとは何ですか?信号伝送とシステム統合に関する追加の背景を提供します。

5. 圧縮空気と都市ガス

圧縮空気、窒素、アルゴン、その他のプラントユーティリティガスは、エネルギー管理、コンプレッサーのパフォーマンス、コスト配分、異常な消費について監視されます。

超音波測定は、次の場合に正当化される可能性が高くなります。

• ラインは大型プラントヘッダーです。
• 永久的な圧力損失は最小限に抑える必要があります。
• 需要は生産状態間で大きく変化します。
• ガス圧により確実な音響伝達をサポートします。
• 恒久的なインライン測定ポイントは許容されます。
• 診断情報には運用上の価値があります。

小規模な圧縮空気ブランチでは、経済的なバランスが異なることがよくあります。{0}}あ熱式質量流量計ガスが既知で、比較的安定した直接質量関連の出力が必要で、パイプのサイズが適度な場合は、正当化するのが簡単になる可能性があります。{0}}

特定のガス製品の例については、ガス測定用熱式質量流量計 VF10。最終的な適合性は、実際のガスの組成、圧力、温度、水分、流量範囲によって異なります。

6. バイオガス、埋め立てガス、再生可能天然ガス

バイオガスおよび埋立地ガスには、メタン、二酸化炭素、水蒸気、硫化水素、シロキサン、その他の汚染物質が含まれる場合があります。それらの濃度は、原料、消化条件、ガス処理、季節運転によって変化する可能性があります。

これらのコンポーネントは、さまざまな測定リスクを引き起こします。

• 凝縮水や水滴は音響伝達を弱めたり、遮断したりする可能性があります。
• 硫化水素は材料の適合性に影響を与える可能性があります。
• シロキサンやその他の汚染物質が堆積物を形成する可能性があります。
• 組成を変更すると、音の密度、圧縮率、速度が変わります。
• ガス処理装置は圧力と温度の変化を引き起こす可能性があります。

メーターを選択する前に、パイプの傾斜、排水、センサーの向き、露点、液体キャリーオーバーを検討する必要があります。

米国環境保護庁は次のように発表しています。バイオガスおよび再生可能天然ガスの代替測定プロトコル要件。これらの要件は、承認または測定方法が、すべての超音波メーターに一般化されるのではなく、定義された規格、設置、校正、およびメンテナンスの条件に関連付けられなければならない理由を示しています。

超音波ガス流量計が適合しないのはどのような場合ですか?

テクノロジーの選択肢がまだない場合は、より広範なテクノロジーを使用してください。工業用流量計の選定プロセスアプリケーションを超音波ソリューションに強制的に入れるのではなく、

超音波と他のガス流量計テクノロジーの比較

熱計とコリオリ計はどちらも質量流量に関連付けられていますが、同じ測定原理を使用しているわけではありません。 FlowT の説明質量流量計の動作原理さらなるコンテキストを提供します。

ガス用超音波流量計の選び方

ステップ 1: 必要な出力を定義する

制御、会計、またはレポート システムが実際に必要とするものを確認します。

• ガス速度
• 実際の体積流量
• 標準または基本の体積流量
• 質量流量
• 総量
• エネルギーの流れ
• 排出質量率

実容量と標準容量は互換性がありません。動作圧力および温度でメーターの読み取り値が 500 m3/h であっても、必ずしも 500 Nm3/h または Sm3/h を報告するとは限りません。

一般的な基本条件の変換は次のように表すことができます。-

Q_b = Q_a × (P_a / P_b) × (T_b / T_a) × (Z_b / Z_a)

圧力と温度は絶対値である必要があり、契約上の基本条件を定義する必要があります。の天然ガス圧縮率計算に関する ISO 12213 ガイドライン天然ガスの圧縮方法に関する信頼できるリファレンスを提供します。{0}

ステップ 2: ガスを文書化する

「天然ガス」や「プロセスガス」などの一般的な説明以上のものを提供してください。記録：

• 予想されるガス組成
• 最小および最大成分濃度
• 分子量または密度（入手可能な場合）
• 水分と露点
• 予想される凝縮水または液体キャリーオーバー
• 腐食性または汚染性のコンポーネント
• 運転中に組成が変化するかどうか
• ガスクロマトグラフ データが利用可能かどうか-

ステップ 3: すべての動作状態を定義する

流量、圧力、温度の最小値、通常値、最大値を提供します。起動、シャットダウン、パージ、緊急、逆流条件も含まれます。-

最大流量のみを目的として選択されたメーターは、通常の動作点での低流量性能が不十分になる可能性があります。{0}}通常の流れのみを中心として選択されたメーターは、緊急事態時に信号を失ったり、検証された速度を超えたりする可能性があります。

ステップ 4: パイプと設置を記録する

• 呼びパイプサイズ
• 実際の内径
• パイプのスケジュールと壁の厚さ
• パイプ材質
• 内部ライニングまたはコーティング
• 外部塗装と断熱
• 圧力等級とフランジ規格
• 上流および下流の継手
• バルブとレギュレーターの位置
• 使用可能な直管
• 設置とメンテナンスのためのアクセス

パイプ壁の特性とコーティングは音響経路の一部を形成するため、これらの詳細はクランプの実現可能性にとって特に重要です。{0}{1}

ステップ 5: メーターの精度だけでなく、測定の不確かさを定義する

カタログ上のメーターの精度は、最終結果に寄与する 1 つの要素にすぎません。ガス測定の不確かさの評価には、次のものも含まれる場合があります。

• フロー-プロファイルの効果
• 内径-の不確かさ
• 圧力伝送器の不確かさ
• 温度トランスミッタの不確かさ
• 圧縮率計算の不確かさ
• ガス組成の不確かさ
• 校正の不確かさ
• インストールと信号処理の効果-

詳しい背景については、FlowT の議論を参照してください。超音波流量計の精度と流量補正-.

ステップ 6: 校正と検証を確認する

プロジェクトに以下が必要かどうかを判断します。

• 工場での機能テスト
• ドライキャリブレーション
• 流量校正
• 多点校正
• 代表配管による校正
• 現場での確認-
• 定期的な再校正
• 基準メーターとの比較

正しい方法は、測定値、規制要件、過去の実績、誤差の結果によって異なります。 FlowTの概要オンラインおよびオフラインの超音波流量計の校正基本的な違いを説明します。

ステップ 7: 承認、出力、および文書の確認

最終仕様では以下を特定する必要があります。

• 危険-地域の分類
• 必要な IECEx、ATEX、または現地の承認
• 環境保護評価
• 電源
• 4 ～ 20 mA、パルス、HART、Modbus またはフィールドバス出力
• データのロギングと診断の要件
• 材料証明書
• 圧力テストのドキュメント
• ローカルディスプレイまたはリモートトランスミッターの要件

のIECEx 認定機器スキームでは、爆発性雰囲気に対する機器証明書がどのように評価され発行されるかを説明します。証明書の範囲は、選択したメーターおよび目的のインストールと一致する必要があります。

実際の選択例

2 つの圧縮空気測定点を考えてみましょう。-

大型プラントヘッダー

メイン ヘッダーには、実稼働需要と非実稼働需要の間に大きな違いがあります。{0}圧力を維持することが重要であり、ユーザーはエネルギー配分のために合計された標準容積を必要とします。

インライン超音波メーターは、大きなパイプ、広い流量範囲、および低い永久圧力損失の値により、追加のエンジニアリングが正当化されるため、評価する価値がある可能性があります。システムでは、標準の体積変換に適切な圧力と温度のデータが必要になります。-

小型機械支店

より小さなブランチが乾燥圧縮空気を 1 つの生産エリアに供給します。ガス組成は安定しており、パイプは小さく、測定は商業決済ではなく内部エネルギー監視に使用されます。

熱質量計は、よりシンプルで経済的なソリューションを提供する可能性があります。この場合、可動部品がないという理由だけで超音波技術を選択しても、プロジェクト全体で最良の意思決定を行うことはできません。

この例は、メーターの選択が、優先テクノロジーではなく、測定値、パイプ サイズ、出力要件、設置コストから始まる必要がある理由を示しています。

設置および試運転のチェック

1 つのストレート実行ルールをすべてのメーターに適用しないでください-

10D アップストリームと 5D ダウンストリームなどの固定ルールは、普遍的に有効ではありません。必要な距離は、メーターの設計、音響経路、上流の外乱、フローコンディショナー、および校正の配置によって異なります。

直線パイプが不十分であると、渦巻き状の非対称な速度プロファイルが生成される可能性があります。 FlowT の説明直管不足による超音波測定への影響障害のある設置では工場出荷時のメーター係数が再現できない理由を説明します。

診断ベースラインを確立する

パイプ、トランスデューサ、およびプロセス条件が許容できることがわかっている間に、試運転後に診断値を記録します。このベースラインは、後のトラブルシューティングの参考になります。

コストと総所有コスト

最低のメーター購入価格が常に最低のプロジェクトコストを生み出すわけではありません。比較する：

• メーターと送信機のコスト
• スプール-ピースの製造
• ホットタッピングまたはプロセスのシャットダウン
• 圧力および温度計器
• フローコンピュータまたはガス分析装置の要件
• 流量調整器と追加配管
• 工場または研究室の校正
• 試運転と現場検証
• 永久圧力損失
• 定期的なメンテナンスと再校正
• 測定の不確実性による財務上の影響

価値の高い天然ガス移動ポイントでは、校正済みのマルチパス システムが正当化される場合があります。-小規模な事業所ではそうではないかもしれません。経済的評価には、測定されたガスの価値と、誤った結果のコストが反映される必要があります。

ガス流量計の RFQ チェックリスト

よくある選択の間違い

• 確認せずにガス用の液体クランプ メーターを使用する:{0}同じ測定原理を共有しても、製品が互換性があるわけではありません。
• パンフレットの精度のみを比較:設置、パイプの寸法、校正、二次機器が完全な結果に影響します。
• 実際のボリュームと標準ボリュームが混同されている:圧力、温度、圧縮率、または基本条件が正しくないと、ガス速度が安定している場合でも変換エラーが発生する可能性があります。
• 極端な動作を無視する:始動、パージ、および緊急事態は、通常の流れよりも要求が厳しい場合があります。
• すべての湿気が許容されると仮定すると、次のようになります。水蒸気、軽い結露、激しい二相流などは異なる条件です。-
• 一般的なストレートラン番号を使用します。-正確なメーターと設置要件に従ってください。
• 音響ノイズを無視する:測定点を選択する前に、レギュレーター、制御バルブ、コンプレッサー、高速ジェットを確認する必要があります。{0}

結論

超音波ガス流量計は、天然ガスの割り当て、大規模なパイプラインの監視、特殊なフレアおよびベント システム、プロセス ガス ヘッダー、大規模な圧縮空気ネットワーク、および特定のバイオガス アプリケーションの有力な候補です。{0}

その価値は、永久圧力損失が低いこと、回転する測定コンポーネントがないこと、幅広い操作能力、および有用な診断によってもたらされます。これらの利点は、ガスの圧力、密度、組成、水分、流量プロファイル、音響ノイズ、必要な出力、および完全なシステムの不確実性を評価する必要性を取り除くものではありません。

メーターを選択する前に、ガス組成、パイプ寸法、最小および最大流量、圧力、温度、湿度条件、必要な不確かさ、危険区域の分類、通信要件を準備してください。{0}

FlowT はこれらの詳細を確認し、超音波、熱質量、差圧、または別の流量測定技術がより適しているかどうかを判断するのに役立ちます。{0}申請データを送信してください。FlowTガス流量計お問い合わせフォーム.