V seriáli REFLOW RADÍ odpovedáme na otázky, s ktorými sa naši zákazníci stretávajú najčastejšie pri výbere, montáži a prevádzke meracej a regulačnej techniky. Prinášame stručné, zrozumiteľné a odborné odpovede založené na skúsenostiach z reálnych priemyselných aplikácií.
Pri návrhu potrubnej trasy často vzniká otázka, kam umiestniť regulačný ventil a prietokomer. Najmä v stiesnených technologických priestoroch môže byť lákavé namontovať ich bezprostredne za sebou.
Z pohľadu merania však takéto usporiadanie nemusí byť vhodné.
Regulačný ventil môže výrazne meniť profil prúdenia, rýchlosť média a tlakové pomery v potrubí. Ak je prietokomer umiestnený príliš blízko za ventilom, môže pracovať v podmienkach, pre ktoré nebola deklarovaná jeho presnosť.
Stručná odpoveď: Regulačný ventil sa vo všeobecnosti neodporúča umiestňovať tesne pred prietokomer. Ventil môže výrazne narušiť profil prúdenia a ovplyvniť meranie. Potrebná vzdialenosť však závisí od typu prietokomeru, ventilu a požiadaviek výrobcu.
Čo sa deje s prúdením za regulačným ventilom?
Regulačný ventil nemení iba množstvo média pretekajúceho potrubím.
Pri škrtení vytvára lokálny tlakový spád a môže výrazne meniť charakter prúdenia za ventilom.
Za čiastočne otvoreným ventilom môže vzniknúť:
- vysoká turbulencia,
- asymetrický profil rýchlosti,
- rotácia a vírenie prúdu,
- lokálne vysoká rýchlosť média,
- tlakové pulzácie,
- pri kvapalinách za určitých podmienok aj kavitácia.
Prúdenie potrebuje určitú vzdialenosť, aby sa po takejto prekážke opäť ustálilo.
Ak do tejto oblasti umiestnime prietokomer, môže byť ovplyvnená stabilita alebo presnosť merania.
Prečo je problém práve ventil pred prietokomerom?
Predstavme si regulačný ventil otvorený iba na 30 %.
Médium už neprechádza celým prierezom potrubia rovnomerne. V oblasti sedla ventilu sa zrýchli a za ventilom vznikne deformované prúdenie.
Prietokomer umiestnený bezprostredne za ventilom teda nemusí „vidieť“ rovnomerný profil prúdenia.
To je problém najmä pri meracích princípoch, ktorých výsledok je závislý od rýchlostného profilu média v potrubí.
Čím výraznejšie ventil škrtí, tým výraznejšie môže prúdenie ovplyvniť.
Je lepšie umiestniť ventil pred alebo za prietokomer?
Ak to konkrétna technológia a požiadavky výrobcu umožňujú, často je z pohľadu kvality prúdenia výhodnejšie usporiadanie:
rovný úsek → prietokomer → rovný úsek → regulačný ventil
Prietokomer tak dostáva médium ešte pred tým, ako regulačný ventil výrazne naruší jeho prúdenie.
Nejde však o univerzálne pravidlo pre každú aplikáciu.
Pri návrhu treba zohľadniť napríklad:
- typ média,
- tlak a teplotu,
- typ prietokomeru,
- typ regulačného ventilu,
- riziko kavitácie,
- požiadavky na úplné zaplnenie potrubia,
- procesné a bezpečnostné požiadavky.
Preto treba vždy posudzovať celú potrubnú zostavu, nie iba dve zariadenia samostatne.
Elektromagnetický prietokomer a regulačný ventil
Pri elektromagnetickom prietokomere je dôležité, aby bolo potrubie v meracom mieste úplne zaplnené a aby boli dodržané montážne podmienky výrobcu.
Regulačný ventil umiestnený tesne pred prietokomerom môže vytvárať výrazne deformovaný profil prúdenia.
Preto býva vhodnejšie, ak je medzi ventilom a prietokomerom dostatočný rovný úsek alebo je ventil umiestnený až za prietokomerom, pokiaľ to aplikácia umožňuje.
Umiestnenie ventilu za prietokomerom môže byť v niektorých aplikáciách výhodné aj z hľadiska udržania zaplneného potrubia.
? Tejto problematike sa venujeme aj v článku Musí byť potrubie pri elektromagnetickom prietokomere úplne zaplnené?
Vortex prietokomer je na podmienky prúdenia citlivý
Pri vortex prietokomeroch treba umiestneniu regulačného ventilu venovať mimoriadnu pozornosť.
Vortex prietokomer pracuje na princípe pravidelného odtrhávania vírov za prekážkou umiestnenou v meracej trubici.
Na správne vytváranie a vyhodnocovanie vírov potrebuje vhodné podmienky prúdenia.
Silne turbulentné alebo rotačné prúdenie za regulačným ventilom preto môže byť problémom.
Pri vortex prietokomeroch treba dôsledne rešpektovať požadované rovné úseky pred a za meracím miestom uvedené výrobcom.
A čo ultrazvukový prietokomer?
Aj ultrazvukové meranie môže byť ovplyvnené deformovaným profilom prúdenia.
To je dôležité najmä pri clamp-on prietokomeroch, ktorých snímače sa montujú zvonka na existujúce potrubie.
Výhodou je, že pri montáži nemusíme potrubie rozrezať.
To však neznamená, že snímače môžeme umiestniť kdekoľvek.
Ak sa meracie miesto nachádza bezprostredne za regulačným ventilom, môže byť signál menej stabilný a podmienky merania horšie.
Pri výbere miesta preto treba zohľadniť aj okolité:
- ventily,
- kolená,
- čerpadlá,
- redukcie,
- odbočky.
Coriolisov prietokomer je menej závislý od profilu prúdenia
Coriolisove prietokomery sú vo všeobecnosti menej citlivé na profil prúdenia než vortex alebo niektoré rýchlostné princípy.
Meranie prebieha na základe účinku prúdiaceho média na kmitajúce meracie trubice.
Preto môže byť Coriolis vhodným riešením aj tam, kde nie je možné vytvoriť dlhé rovné úseky.
Ani pri ňom však neplatí, že regulačný ventil môžeme automaticky umiestniť kdekoľvek.
Treba zohľadniť:
- vibrácie,
- tlakové pomery,
- riziko kavitácie alebo odplynenia,
- montážnu polohu,
- mechanické namáhanie,
- pokyny výrobcu.
Pozor na kavitáciu
Pri kvapalinách môže regulačný ventil vytvoriť ešte jeden problém – kavitáciu.
Pri škrtení média dochádza v oblasti ventilu k poklesu statického tlaku.
Ak tlak lokálne klesne pod tlak nasýtených pár kvapaliny, môžu vzniknúť parné bubliny. Keď tlak následne opäť vzrastie, bubliny prudko kolabujú.
Výsledkom môže byť:
- hluk,
- vibrácia,
- poškodzovanie ventilu a potrubia,
- nestabilné procesné podmienky.
Prietokomer umiestnený v takejto oblasti nemusí mať vhodné podmienky na spoľahlivé meranie.
? Podrobnejšie túto problematiku vysvetľujeme v odbornom článku Kavitácia v potrubí: ako vzniká, ako ju rozpoznať a ako jej zabrániť.
Koľko priemerov potrubia musí byť medzi ventilom a prietokomerom?
Na túto otázku neexistuje jedno univerzálne číslo.
V technickej dokumentácii sa vzdialenosti často udávajú ako násobok vnútorného priemeru potrubia D.
Môžeme sa preto stretnúť napríklad s požiadavkami typu:
5D, 10D, 20D...
Konkrétna hodnota však závisí od:
- princípu merania,
- konštrukcie prietokomeru,
- typu ventilu,
- usporiadania potrubia,
- požadovanej presnosti.
Preto by nebolo správne povedať, že medzi každým regulačným ventilom a prietokomerom musí byť napríklad presne 10D.
Rozhodujúci je montážny návod konkrétneho prietokomeru.
Záleží aj na type ventilu?
Áno.
Rôzne konštrukcie ventilov ovplyvňujú prúdenie rozdielnym spôsobom.
Iný profil môže vytvárať:
- guľový regulačný ventil,
- regulačný ventil so sedlom,
- škrtiaca klapka,
- segmentový ventil,
- čiastočne otvorený uzatvárací ventil.
Významnú úlohu zohráva aj aktuálna poloha ventilu.
Ventil otvorený takmer naplno môže ovplyvniť prúdenie výrazne menej ako ventil pracujúci v silne priškrtenej polohe.
Preto nemožno hodnotiť iba vzdialenosť medzi zariadeniami. Dôležité je vedieť aj to, aký ventil sa v potrubí nachádza a ako bude počas prevádzky pracovať.
Čo ak už máme ventil tesne pred prietokomerom?
V existujúcich prevádzkach je to pomerne bežná situácia.
Nemusí to automaticky znamenať, že prietokomer meria nesprávne.
Treba však overiť:
- typ a model prietokomeru,
- požiadavky výrobcu na rovné úseky,
- typ a polohu ventilu,
- vzdialenosť medzi ventilom a prietokomerom,
- požadovanú presnosť merania,
- stabilitu nameranej hodnoty.
Ak montáž nespĺňa odporúčania výrobcu, možným riešením môže byť:
- premiestnenie prietokomeru,
- premiestnenie ventilu,
- úprava potrubnej trasy,
- použitie usmerňovača prúdenia, ak je pre dané riešenie prípustný,
- výber vhodnejšieho meracieho princípu.
A čo uzatvárací ventil?
Je dôležité rozlišovať regulačný a uzatvárací ventil.
Uzatvárací ventil je za normálnej prevádzky spravidla úplne otvorený alebo úplne zatvorený.
Regulačný ventil naopak často pracuje v rôznych medzipolohách a cielene vytvára tlakový spád.
Preto môže byť jeho vplyv na profil prúdenia podstatne výraznejší.
? Rozdiel medzi týmito zariadeniami podrobnejšie vysvetľujeme v článku Regulačný ventil vs. uzatvárací ventil: aký je rozdiel a prečo ich nezamieňať.
Ako navrhnúť správne poradie zariadení?
Pri návrhu potrubnej zostavy by sme sa nemali pýtať iba:
Kam sa nám prietokomer fyzicky zmestí?
Treba posúdiť celú zostavu:
čerpadlo → kolená → filtre → prietokomer → regulačný ventil → ďalšia technológia
a overiť, aké podmienky jednotlivé zariadenia vytvárajú.
Najlepšie meracie miesto je také, kde má prietokomer stabilné a výrobcom požadované podmienky prúdenia.
Zapamätajte si
- Regulačný ventil môže výrazne narušiť profil prúdenia.
- Preto ho vo všeobecnosti nie je vhodné umiestniť tesne pred prietokomer.
- Ak to aplikácia umožňuje, môže byť výhodnejšie umiestniť regulačný ventil za prietokomer.
- Najmä vortex a niektoré ultrazvukové merania sú na podmienky prúdenia citlivé.
- Coriolisov prietokomer je vo všeobecnosti menej závislý od vyvinutého profilu prúdenia.
- Pri kvapalinách treba zohľadniť aj riziko kavitácie a odplynenia.
- Univerzálna vzdialenosť medzi ventilom a prietokomerom neexistuje.
- Rozhodujúce sú pokyny výrobcu konkrétneho prietokomeru.
Záver
Regulačný ventil a prietokomer môžu byť súčasťou tej istej regulačnej slučky, ich vzájomná poloha však môže významne ovplyvniť kvalitu merania.
Ventil umiestnený tesne pred prietokomerom môže vytvoriť turbulencie, asymetrický profil prúdenia alebo nevhodné tlakové podmienky. Preto treba už pri návrhu technológie zohľadniť nielen priestor na montáž, ale aj požadované rovné úseky a charakter prúdenia.
Spoločnosť REFLOW SK dodáva prietokomery, regulačné ventily a ďalšiu meraciu a regulačnú techniku. Pri konkrétnej aplikácii vieme pomôcť s výberom vhodného meracieho princípu aj posúdením montážnych podmienok.