Medidor de Vazão Mássica Térmica para Alimentação de Queimador de Gás Natural

Os medidores Vortex (Silver STLU) e os medidores de turbina a gás (Silver SGW) são alternativas viáveis ​​para este tamanho de tubulação e pressão, mas ambos medem a vazão volumétrica real nas condições da linha e exigem compensação externa de temperatura e pressão para fornecer a saída em Nm³/h.

Por que utilizar o fluxo de massa térmica em aplicações de caldeiras a gás natural?

A medição do fluxo de gás natural para o controle da combustão em caldeiras se resume a um requisito: é preciso saber quanto gás está sendo efetivamente queimado, em condições padrão, a qualquer momento. Os sistemas de controle de caldeiras operam em Nm³/h ou SCFH, e não em metros cúbicos reais à pressão da linha. É aqui que os medidores de vazão mássica térmica apresentam uma vantagem prática sobre outras tecnologias.

Um medidor de vazão mássica térmica mede o fluxo de gás detectando a transferência de calor de um elemento sensor aquecido para o gás em movimento. A taxa de fluxo mássico é diretamente proporcional ao calor dissipado. A saída já está em unidades mássicas ou volumétricas padrão. Não há necessidade de transmissores de pressão externos, transmissores de temperatura ou computadores de vazão para realizar correções de densidade em tempo real. O medidor faz isso internamente.

Com uma pressão de operação de 2,2 bar e uma vazão de 190-250 Nm³/h em um tubo DN100, esta aplicação se enquadra confortavelmente na faixa de operação de um medidor de vazão mássica térmica padrão, seja de inserção ou em linha. A velocidade real no tubo, nessas condições, é de aproximadamente 3,5 a 4,5 m/s, o que está bem dentro da faixa mensurável e proporciona uma boa relação sinal-ruído no sensor.

Para operadores de caldeiras no Brasil e em toda a América Latina, a capacidade de registrar o consumo de gás diretamente em Nm³/h via Modbus RS485 para um sistema SCADA ou BMS simplifica o comissionamento e as auditorias energéticas contínuas. Não há necessidade de aplicar fatores de correção na lógica do sistema de controle.

Especificação técnica: Capacidade de alimentação de caldeira a gás natural

Comparação tripla: Massa térmica vs. Vórtice vs. Turbina a gás

Três tecnologias surgem consistentemente para a medição de caldeiras a gás natural com diâmetro nominal de 100 mm (DN100). Todas as três operam a 2,2 bar e com vazão de 190-250 Nm³/h. As diferenças residem nas unidades de potência, na complexidade da instalação e nos requisitos de manutenção a longo prazo.

Medidor de Vazão Mássica Térmica Silver SRK-100 (Recomendado)

O SRK-100 fornece a vazão em Nm³/h ou kg/h diretamente. Para aplicações em caldeiras, onde o sistema de controle ou a plataforma de monitoramento de energia espera uma vazão volumétrica padrão, isso é importante. Não é necessário nenhum instrumento adicional. Basta um cabo para a entrada de 4-20 mA e um cabo RS485 para a rede Modbus. Pronto.

A 2,2 bar e temperatura ambiente, a densidade do gás é de aproximadamente 0,93 kg/Nm³ para gás natural de gasoduto. O SRK-100 é calibrado de fábrica de acordo com as condições de referência do cliente. Se a composição ou a pressão do gás sofrerem alterações significativas, será necessária uma recalibração ou um fator de correção, mas para um fornecimento estável de gás natural para uma caldeira industrial, isso raramente representa um problema.

Sem partes móveis. A queda de pressão em DN100 e 250 Nm³/h é inferior a 0,05 bar. Em uma linha de gás de baixa pressão a 2,2 bar, isso é insignificante. O SRK-100 suporta 4-20 mA e RS485 Modbus RTU em 24 Vcc, atendendo exatamente aos requisitos do projeto.

Medidor de vazão Vortex STLU prateado (Alternativa 1)

A limitação reside na saída de medição. O STLU mede a vazão volumétrica real nas condições da linha, e não a vazão padrão. A conversão para Nm³/h exige o conhecimento contínuo da pressão e temperatura reais do gás. Isso significa adicionar um transmissor de pressão e um sensor de temperatura, e então selecionar um modelo de vórtice com compensação P/T integrada ou executar o cálculo no CLP. Para uma aplicação simples de medição de caldeira, onde o cliente deseja a medição em Nm³/h diretamente na rede Modbus, isso aumenta o custo de engenharia e a fiação em campo.

Onde o STLU se destaca é na estabilidade de calibração a longo prazo. Os medidores de vórtice contabilizam a frequência de desprendimento de vórtices e não sofrem deriva como os sensores térmicos podem sofrer após anos de serviço em ambientes com poeira ou composições de gás variáveis. Para medição fiscal ou aplicações que exigem recalibração pouco frequente, o STLU com compensação integrada de temperatura/pressão é a escolha mais adequada.

Medidor de vazão de turbina a gás Silver SGW (Alternativa 2)

Assim como o vórtice, o SGW mede a vazão volumétrica real. A saída é uma frequência de pulso proporcional ao volume real nas condições da linha. A conversão para Nm³/h requer um computador de vazão ou compensação de temperatura/pressão integrada ao transmissor. Essa é uma prática padrão em aplicações de transferência de custódia de gás, onde os medidores de turbina são a tecnologia dominante globalmente.

A principal preocupação em relação à manutenção de medidores de turbina é o rotor. O gás natural é geralmente um meio limpo e seco, e a vida útil dos rolamentos do rotor é longa, embora não seja nula. Qualquer contaminação por partículas no gás de alimentação acelera o desgaste dos rolamentos. Para uma linha de gás de distribuição de fábrica que seja filtrada e seca de forma confiável na entrada, isso não representa uma preocupação prática. No entanto, vale a pena considerar esse aspecto, comparando-o com as opções de massa térmica e vórtice, que não possuem partes móveis.

Para esta aplicação de alimentação de caldeira a 2,2 bar e uma faixa de vazão relativamente estreita de 190-250 Nm³/h, o SGW é tecnicamente viável, mas adiciona complexidade (computador de vazão ou compensação P/T) que não se justifica quando o SRK-100 fornece a vazão necessária diretamente. O SGW faz mais sentido em aplicações onde é necessária precisão fiscal em pressões mais altas ou uma faixa de vazão mais ampla.

Considerações sobre a instalação de tubulações de gás DN100

Os medidores de vazão mássica térmica para gás requerem um trecho mínimo de tubulação reta a montante e a jusante do sensor. Para um medidor em linha de DN100, a exigência típica é de 10 a 15 diâmetros de tubulação a montante e 5 diâmetros a jusante, sem curvas, válvulas ou redutores. Para a instalação na fábrica da Fazenda Rio Grande, isso deve ser planejado no projeto da tubulação durante a fase de engenharia.

Medidores de massa térmica de inserção também estão disponíveis em DN100. Estes são instalados através de uma única conexão de processo (conexão de compressão ou válvula de esfera de isolamento), o que permite a derivação e remoção em linha com o gás ligado, sem a necessidade de interromper o fluxo. Para uma nova instalação onde a tubulação será desligada para comissionamento, um medidor de inserção é preferível para maior precisão. Para linhas existentes com acesso limitado, a inserção é uma alternativa prática.

A 2,2 bar, a linha de gás opera em baixa pressão e não requer conexões de processo de alta pressão. Conexões flangeadas ou roscadas padrão são adequadas. Confirme a norma do flange com a equipe de engenharia do projeto, pois projetos industriais brasileiros frequentemente utilizam ANSI 150 lb ou DIN PN16, dependendo da origem da especificação da tubulação.

Para a fiação RS485 Modbus RTU, utilize cabo de par trançado blindado (Belden 9841 ou equivalente) e limite o segmento a 1200 m sem repetidores. A saída de 4-20 mA pode ser conectada simultaneamente à placa de entrada analógica DCS ou BMS mais próxima.

Medição de gás natural para caldeiras industriais: o que os engenheiros fazem de errado

Vemos isso com frequência nas instalações dos clientes. A especificação do projeto diz "medidor de vazão de gás, DN100, 4-20 mA". O instrumento é instalado. O comissionamento é realizado. Então, o engenheiro de controle percebe que o sinal de 4-20 mA está em m³/h, e não em Nm³/h, e o sistema de gerenciamento da caldeira espera uma vazão padrão. Alguém precisa adicionar um fator de correção de densidade na lógica do CLP, que então precisa ser atualizado se a pressão de alimentação mudar.

Especificar a base de medição desde o início, Nm³/h ou kg/h em uma condição de referência definida (geralmente 0 °C, 101,325 kPa para normas industriais brasileiras, ou 15 °C, 101,325 kPa para alguns contratos de distribuição de gás), evita esse problema. Um medidor de vazão mássica térmica configurado com a condição de referência correta fornece as unidades corretas desde o primeiro dia.

Outro problema comum é ignorar a variação na composição do gás. O gás natural canalizado no Brasil, principalmente nas regiões Sul e Sudeste, possui poder calorífico e densidade relativamente estáveis, tipicamente entre 0,58 e 0,65 em relação ao ar. Um medidor de massa térmica calibrado para essa composição funcionará com precisão em condições normais de operação. Caso a instalação possua capacidade de operar com dois combustíveis ou receba gás de diferentes pontos de fornecimento, confirme a faixa de composição com a distribuidora de gás antes de fazer o pedido.

Aplicação do cliente: Instalação de caldeiras industriais, Sul do Brasil

Uma fábrica no estado do Paraná nos contatou para a medição do consumo de gás natural em duas linhas de alimentação de caldeira, ambas com diâmetro nominal de 100 mm (DN100), operando com pressão de alimentação de aproximadamente 2,0 bar e vazão de 200-280 Nm³/h por linha. A fábrica utilizava um sistema de gerenciamento predial com rede Modbus RTU para o monitoramento do consumo de energia.

Fornecemos dois medidores de vazão mássica térmica em linha SRK-100, DN100, com partes em contato com o fluido em aço inoxidável 316L, configurados para gás natural a 0 °C / 101,325 kPa de referência. Ambos os medidores foram configurados com saídas de 4-20 mA escalonadas de 0 a 350 Nm³/h e RS485 Modbus RTU com endereços escravos individuais. A instalação foi simples, com passagem direta de 12D disponível em ambas as linhas.

O gerente de energia da usina relatou que a conciliação do consumo mensal de gás com a fatura da concessionária melhorou significativamente após a instalação. Anteriormente, eles estimavam o consumo com base nas horas de funcionamento dos queimadores. O registro direto de dados Modbus no BMS forneceu informações de consumo por hora por caldeira, que foram utilizadas para identificar um queimador defeituoso em uma unidade que estava consumindo 15% mais gás do que a caldeira paralela para a mesma produção de vapor.

Solicite um orçamento

Para receber uma proposta formal de um medidor de vazão mássica térmica de gás natural para sua caldeira, envie um e-mail para sales@silverinstruments.com com os seguintes detalhes:

• Tipo e composição do gás (gás natural, especificação do gasoduto ou PCI, se conhecido)
• Diâmetro nominal da tubulação (DN) e tabela de espessura de tubulação
• Faixa de vazão (mínimo e máximo em Nm³/h)
• Pressão de operação (bar g)
• Faixa de temperatura operacional (°C)
• Condições de referência para fluxo padrão (0 °C ou 15 °C, 101,325 kPa)
• Sinais de saída necessários (4-20 mA, RS485 Modbus RTU)
• Fonte de alimentação (24 Vcc ou 220 Vca)
• Classificação da área perigosa, se aplicável (zona ATEX, IECEx ou INMETRO)
• Tipo de conexão do processo (flangeada, ANSI 150, DIN PN16 ou roscada)
• Destino da entrega e Incoterms preferenciais

Respondemos com o código do modelo, ficha técnica, preço e prazo de entrega em até um dia útil para configurações padrão.

Site: www.silverinstruments.com | www.flow-meter.com.au