ちょっと、そこ！私はオリフィス プレート流量計のサプライヤーです。今日は、多相流の測定に関してこれらの気の利いたデバイスが直面する制限についてお話したいと思います。
多相流は、石油とガス、化学処理、食品と飲料などの業界で非常に一般的です。これらには、液体、気体、固体がすべて一緒に流れるなど、さまざまな相の混合物が含まれます。複雑そうに聞こえますよね？そうですね、そして、オリフィスプレート流量計がいくつかの障害にぶつかり始めるのはそこです。
まず、オリフィスプレート流量計がどのように機能するかを簡単にまとめてみましょう。これらは、パイプラインに設置されたオリフィス プレート全体で圧力降下を引き起こすという原理に基づいて動作します。この圧力差を測定することで、通過する流体の流量を計算することができます。これは、多くの単相流アプリケーションにとってシンプルでコスト効率の高いソリューションです。しかし、多相フローの世界に足を踏み入れると、話はさらに複雑になります。
1. 相分配の問題
主な制限の 1 つは、パイプライン内のフェーズの不均一な分布に対処することです。多相の流れでは、異なる相が常に均一に混合するとは限りません。たとえば、油 - 水 - ガスの混合物では、水と油が別々の層またはエマルションを形成する一方で、ガスはパイプラインの上部まで上昇する傾向があります。
オリフィス プレート流量計は、均一な流れプロファイルを想定しています。相が不均一に分布している場合、オリフィス プレート全体で測定される圧力降下は、総流量の信頼できる指標ではなくなります。流量計は各相が通過する量を正確に区別できないため、不正確な測定値が得られる可能性があります。
石油精製所には、石油、ガス、およびいくつかの固体不純物の多相の流れがあるとします。気泡がパイプラインの一部に集中している場合、オリフィス プレートは、相がよく混合されている場合とは異なる圧力降下を感知します。これにより、流量測定に重大な誤差が生じる可能性があり、適切なプロセス条件を維持する際に問題が発生し、最終的には最終製品の品質に影響を与える可能性があります。
2. スラグフローチャレンジ
スラグ流は、液体とガスの大きなスラグがパイプライン内で交互に発生する特定のタイプの多相流です。これはオリフィスプレート流量計にとって非常に頭の痛い問題です。流れのパターンが突然変化すると、オリフィス プレート全体の圧力降下に大きな変動が生じる可能性があります。
流量計は、比較的定常状態の流れを処理するように設計されています。スラグ流が発生すると、圧力の急激な変化がセンサーを圧倒し、正確または一貫した流量測定を提供できなくなります。たとえば、パイプラインが原油と天然ガスを坑口から処理プラットフォームまで運ぶ海洋石油生産では、スラグの流れが非常に一般的です。このようなパイプラインに設置されたオリフィス プレート流量計は、測定値があちこちで跳ね返る可能性があり、プロセス制御のためにデータに依存することがほぼ不可能になります。
3. 密度の変化
多相混合物の密度は変動する目標です。さまざまな相 (液体、気体、固体) の密度は大きく異なり、各相の割合は時間の経過とともに変化する可能性があるため、オリフィス プレート流量計の計算に支障をきたします。
オリフィスプレートを使用した流量計算は、流体の密度が一定であるという仮定に基づいています。多相の流れを扱う場合、温度、圧力、各相の相対量などの要因に応じて密度が大幅に変化する可能性があります。これは、オリフィス プレート全体での圧力降下が正確に測定されたとしても、密度の仮定が間違っているため、計算された流量が大幅に異なる可能性があることを意味します。
反応によってさまざまな中間生成物の多相混合物が生成される化学プラントでは、反応の進行に応じて流れの密度が連続的に変化する可能性があります。オリフィスプレート流量計はこれらの密度変化を考慮できない可能性があり、不正確な流量測定につながり、反応効率や製品の品質に影響を与える可能性があります。
4. 侵食と摩耗
多相流には固体粒子や研磨物質が含まれることがよくあります。これらの粒子がパイプラインを通って流れ、オリフィス プレートを通過すると、浸食や摩耗が発生する可能性があります。オリフィスプレートの形状は、正確な流量測定にとって重要です。エッジや開口部に損傷があると、流量特性が変化し、その結果生じる圧力降下が生じる可能性があります。
時間の経過とともに、浸食によりオリフィスが元のサイズより大きくなる可能性があり、不正確な流量測定につながります。たとえば、スラリー (固体と水の混合物) が輸送される採掘作業では、スラリー内の固体によってオリフィス プレートが徐々に摩耗する可能性があります。これは、流量測定の精度に影響を与えるだけでなく、流量計の寿命も短くなります。
5. 位相の欠如 - 特定の測定
オリフィス プレート流量計は、多相混合物の総流量を測定するように設計されています。各フェーズの個別の流量に関する情報は提供できません。多くの工業プロセスでは、各成分 (石油、水、ガスなど) がどのくらい流れているかを知ることが重要です。
たとえば、水処理プラントでは、適切な処理を行うためには、汚染物質 (固体粒子) ときれいな水の正確な流量を理解することが不可欠です。オリフィスプレート流量計では合計流量しか得られないため、オペレータは流れの組成について何も知りません。
当社の KF600 シリーズ オリフィスプレート流量計
こうした制限にもかかわらず、私たちのKF600シリーズ オリフィスプレート流量計幅広いアプリケーションで信頼性の高いパフォーマンスを提供するように設計されています。浸食や摩耗にある程度耐えられる高品質の素材で作られています。ただし、多相流アプリケーションについては、まだ課題があることを認識しています。
当社は、多相の流れをより適切に処理できるように製品の改良に常に取り組んでいます。私たちは、これまでに述べた制限の影響を最小限に抑えるために、新しいテクノロジーと校正方法を模索しています。ただし、場合によっては、正確な位相固有のデータを取得するために、当社の流量計と組み合わせて追加の流量測定デバイスを検討する必要がある場合もあります。
解決策を求める
多相流れを扱う業界にいて、オリフィス プレート流量計の使用を検討している場合は、ぜひご相談ください。お客様の特定のアプリケーション、お客様が直面している課題について話し合い、当社の製品がお客様のプロセスにどのように適合するかを確認できます。制限はありますが、可能な限り最善のソリューションを提供できると確信しています。したがって、調達についてのご相談は遠慮なくお問い合わせください。お客様のニーズに適した流量測定設定を一緒に見つけていきましょう。
参考文献
- RW ミラー (1996)。流量測定工学ハンドブック。マグロウ - ヒル。
- ヒューイット、GF、シャイアーズ、GL、ボット、TR (1994)。プロセス熱伝達。 CRCプレス。
