Przepływomierze ultradźwiękowe

Pomiary przepływu biogazu

Biogaz rolniczy to dziś jedno z najchętniej wykorzystywanych odnawialnych źródeł energii. Jako paliwo gazowe, uzyskiwane w procesie fermentacji metanowej, zawiera około 50–75 % metanu, 25–35 % dwutlenku węgla oraz niewielkie ilości tlenu, wodoru, siarkowodoru i azotu.

Problem pomiarowy

Procesowy pomiar przepływu biogazu przez długi czas stanowił wyzwanie dla producentów przepływomierzy. Obecna w procesie fermentacji para wodna, po opuszczeniu przez biogaz komory fermentacyjnej i jego schłodzeniu, kondensuje się w rurociągu, zwykle w ilości 5–6 % całkowitej objętości biogazu. Problemem jest nie tylko sama obecność wody, ale i to, że rozpuszczony w niej siarkowodór tworzy korozyjny roztwór.

Bardzo niskie ciśnienie procesowe, wynoszące zwykle 50–60 mbar, znacznie ogranicza możliwość wyboru technologii pomiarowej ze względu na konieczność wykluczenia wnoszonego przez urządzenie pomiarowe, dodatkowego spadku ciśnienia statycznego w instalacji. Temperatura procesowa, zwykle w zakresie od wartości temperatury otoczenia do około 50 °C, może podlegać znacznym wahaniom. Co więcej, najczęściej spotykane w praktyce średnice rurociągów, DN 50–DN 200 (czasem DN 300–DN 400), przyczyniają się zwykle do znacznego podniesienia ceny urządzenia pomiarowego.

Próby rozwiązań

W przypadku pomiaru przepływu biogazu zwykle nie sprawdzają się pomiary zwężkowe (kryzowe). Wniesienie dodatkowego spadku ciśnienia, przy niewielkim ciśnieniu statycznym w instalacji, koliduje z samym procesem. Podstawowym problemem w przypadku zastosowania przepływomierzy wirowych (typu vortex) jest ich zachowanie przy małych wartościach przepływu (małej prędkości liniowej gazu), powodujące wniesienie dużego dodatkowego błędu lub utratę stabilności pomiaru. Dzieje się tak, gdyż mierzone medium powinno przenosić pewną minimalną ilość energii, zdolnej do wytworzenia ścieżki wirowej Karmana w sekcji pomiarowej przepływomierza. Chociaż termiczne przepływomierze masowe stanowią obecnie podstawową technologię pomiarową, w odniesieniu do przepływu biogazu mają także ograniczenia. Obecna w biogazie woda powoduje znaczne pogorszenie ich charakterystyk pomiarowych.

W przypadku przepływomierzy ultradźwiękowych napotkano dwa zasadnicze problemy: obecność wody mogła zakłócić działanie samego urządzenia, np. z powodu gromadzenia się pewnych jej ilości w tzw. kieszeniach czujników akustycznych, zaś dwutlenek węgla, ze względu na swą budowę molekularną, silnie rozpraszającą falę akustyczną, mógł istotnie zdestabilizować pomiar. Warto jednak dodać, że przepływomierze ultradźwiękowe, gwarantujące przede wszystkim niezakłócony przepływ, skutkujący pomijalnym spadkiem ciśnienia statycznego w instalacji, reprezentują najbardziej obiecującą technologię dla tego rodzaju pomiarów.

Nowoczesny i ultradźwiękowy

Obecna generacja przepływomierzy ultradźwiękowych, do której należy przepływomierz Optisonic 7300 firmy KROHNE, dobrze radzi sobie z pomiarem przepływu biogazu. Metoda pomiarowa różnicowego czasu przelotu wiązki akustycznej gwarantuje bardzo wysoki poziom długookresowej stabilności pomiarowej niezależny od składu gazu, niewrażliwość na gromadzące się osady i bardzo wysoki stopień bezobsługowości urządzenia. Tytanowe (klasa 29) czujniki akustyczne z certyfikatem NACE zapewniają doskonałą odporność korozyjną w środowisku siarkowodoru. Specjalna konstrukcja czujników i tzw. kieszeni (miejsc ich mocowania) czyni urządzenie niewrażliwym na obecność wody. Wzmocnione sygnały akustyczne i zaawansowana obróbka sygnału gwarantują ciągłość i stabilność pomiaru, w przypadku znacznego wytłumienia wiązki wskutek wysokiej zawartości dwutlenku węgla. Urządzenie nie wnosi dodatkowego spadku ciśnienia statycznego i nie wymaga okresowego wzorcowania. W przypadku podłączenia przetworników ciśnienia i temperatury przepływomierz przelicza procesowe jednostki przepływu na standardowe (znormalizowane) oraz oblicza zawartość metanu.

Bogdan Szutowski

źródło: KROHNE Polska Sp. z o.o.