Débitmètres à orifice et débitmètres à coin : Comprendre les différences

Les débitmètres à orifice et les débitmètres à coin appartiennent au type de débitmètres à section constante et à pression différentielle. En d'autres termes, ils partagent le même concept.

Un débitmètre à orifice consiste à insérer une plaque circulaire percée d'un trou en son centre dans une canalisation, puis à mesurer la différence de pression de la vapeur avant et après la plaque à orifice. Le débit de vapeur est ensuite calculé sur la base de ces données.

Lorsque le débit de vapeur est restreint au niveau de la plaque à orifice, la pression statique diminue et le débit augmente, ce qui entraîne une différence de pression en amont et en aval de la plaque à orifice. Selon l'équation de continuité (loi de conservation de la masse) et l'équation de Bernoulli (loi de conservation de l'énergie), le débit est proportionnel à la différence de pression : M2∝ΔP, où M est le débit et ΔP la différence de pression.

Le signal de différence de pression est transmis à un transmetteur de pression différentielle via des lignes d'impulsion, puis envoyé à un intégrateur de débit, qui calcule le débit sur la base du signal de différence de pression. En outre, la température et la pression de la vapeur sont mesurées par des capteurs de température et de pression, et l'intégrateur de débit calcule le débit compensé sur la base de la température et de la pression actuelles.

Un débitmètre à coin fonctionne en contraignant l'écoulement du fluide avec un coin, créant une différence de pression en amont et en aval du coin qui est proportionnelle au carré du débit. Cette différence de pression est mesurée par deux prises de pression situées de part et d'autre de la cale et envoyée à un transmetteur de pression différentielle qui la convertit en un signal électrique. Ce signal est ensuite traité par un intégrateur de débit spécialisé pour déterminer le débit.

Pourquoi choisir un débitmètre à orifice

Pourquoi choisir un débitmètre à orifice

Avantages :

1. Conception robuste et fiable : La structure du dispositif d'étranglement est simple, facilement reproductible et durable, ce qui garantit des performances stables et une longue durée de vie.
2. Adaptés aux conduites de grand diamètre : Les débitmètres à orifice sont souvent le choix préféré pour les conduites dont le diamètre est supérieur à DN 600 mm, ce qui les rend idéaux pour les applications industrielles de grande capacité.
3. Durabilité : La construction robuste des débitmètres à orifice contribue à leur longévité, réduisant ainsi le besoin de remplacements fréquents.
4. Options d'étalonnage complètes : Si l'étalonnage de composants individuels est courant, les progrès technologiques améliorent les capacités d'étalonnage de l'ensemble du système.
5. Rentable : Les débitmètres à diaphragme offrent un équilibre entre performance et prix, ce qui en fait un choix économique pour de nombreuses applications industrielles.

Inconvénients :

1. Exigences complexes en matière d'installation : L'installation précise du dispositif d'étranglement, des conduites d'impulsion et des pots de condensat exige une attention particulière aux détails et des techniciens qualifiés.
2. Défis en matière d'étalonnage : L'étalonnage de l'ensemble du système reste difficile, car les capteurs individuels (pression différentielle, pression et température) sont généralement étalonnés séparément, ce qui peut affecter la précision globale.
3. Érosion et dégradation de la précision : La structure de la plaque à orifice provoque des chutes de pression importantes et des vitesses d'écoulement accrues, ce qui entraîne une érosion au fil du temps. Ce phénomène est particulièrement problématique lors de la mesure de liquides facilement vaporisables tels que le gaz liquéfié ou le propylène, où les changements de propriétés du fluide peuvent accélérer l'érosion et réduire la précision.
4. Consommation d'énergie élevée : L'importante perte de pression statique à travers la plaque à orifice entraîne une augmentation des besoins en énergie pour les pompes et les moteurs, ce qui va à l'encontre des objectifs modernes d'efficacité énergétique.
5. Gamme limitée : Les débitmètres à diaphragme ont généralement un rapport de réduction plus faible que les autres types de débitmètres, ce qui peut limiter leur efficacité dans les applications où les débits varient considérablement.
6. Risque d'encrassement : Dans certaines applications, la plaque à orifice peut être sujette à l'encrassement ou au colmatage, en particulier avec des fluides visqueux ou chargés de particules, ce qui nécessite un entretien régulier.
7. Exigences en matière de conduites droites : Les débitmètres à diaphragme nécessitent souvent d'importantes conduites droites en amont et en aval pour garantir la précision, ce qui peut s'avérer difficile dans les installations où l'espace est limité.

Pourquoi choisir un débitmètre à coin

Pourquoi choisir un débitmètre à coin

Avantages :

1. Des performances exceptionnelles avec des fluides difficiles : Les débitmètres à coin excellent dans la mesure de fluides à haute viscosité, à faible nombre de Reynolds, de particules en suspension ou de gaz entraînés. Cette polyvalence les rend idéaux pour les applications industrielles complexes.
2. Précision indépendante des fluides : La précision des mesures n'est pas affectée par la constante diélectrique ou d'autres propriétés des fluides, ce qui garantit des performances constantes dans différents milieux.
3. Conception anti-colmatage : L'obstruction unique en forme de coin crée un effet de déviation, réduisant considérablement le risque d'obstruction et garantissant un fonctionnement fiable à long terme.
4. Capacités de compensation avancées : Les fonctions intégrées s'adaptent aux changements de viscosité, de température et de densité des fluides, ce qui permet de maintenir la précision dans des conditions de processus variables.
5. Construction robuste : Très résistants aux vibrations, aux chocs, à la contamination et à la corrosion, ils conviennent aux environnements industriels difficiles.
6. Mesure de débit bidirectionnelle : Capable de mesurer avec précision le débit dans les deux sens, ce qui accroît la polyvalence des systèmes de tuyauterie complexes.
7. Durabilité et rentabilité : La structure simple et robuste contribue à une grande fiabilité, à une installation facile et à de faibles coûts d'exploitation et de maintenance, ce qui favorise les objectifs d'efficacité énergétique et de réduction des émissions.
8. Fonctionnement sans entretien : L'absence de pièces mobiles ou de composants sujets à l'usure élimine la nécessité d'un réétalonnage lors d'une utilisation à long terme, ce qui réduit les temps d'arrêt et les dépenses de maintenance.

Inconvénients :

1. Coût initial plus élevé : Les débitmètres à coin ont généralement un prix d'achat plus élevé que les plaques à orifice traditionnelles.
2. Étalonnage individuel : Chaque unité nécessite un étalonnage spécifique, ce qui risque d'allonger les délais et de compliquer la gestion des stocks.
3. Normalisation limitée : Le domaine manque de données complètes et de normes établies pour la conception, la fabrication, les calculs, l'installation et l'utilisation, ce qui peut compliquer les processus d'ingénierie et d'approvisionnement.

Précautions pour l'installation

10 précautions pour l'installation d'un débitmètre à orifice :

1. Avant d'installer l'instrument, la tuyauterie doit être nettoyée par soufflage afin d'éviter que des substances ferromagnétiques n'adhèrent à l'instrument, ce qui pourrait en affecter les performances, voire l'endommager. Si cela est inévitable, un filtre magnétique doit être installé à l'entrée de l'instrument. L'instrument lui-même ne doit pas être soufflé avec de l'air avant d'être mis en service pour éviter de l'endommager.
2. Il convient de vérifier que l'instrument n'est pas endommagé avant de l'installer.
3. L'instrument peut être installé verticalement ou horizontalement. En cas d'installation verticale, l'angle entre l'axe de l'instrument et la ligne verticale doit être inférieur à 2°. S'il est installé horizontalement, l'angle entre l'axe central de l'instrument et la ligne horizontale doit être inférieur à 2°.
4. Les conduites en amont et en aval de l'instrument doivent avoir le même diamètre que l'instrument. Les brides ou les filetages utilisés pour raccorder la tuyauterie doivent correspondre aux brides et aux filetages de l'instrument. La section droite du tuyau en amont doit être au moins cinq fois supérieure au diamètre nominal de l'instrument, et la section droite du tuyau en aval doit être supérieure ou égale à 250 mm.
5. Le signal de l'instrument étant transmis par couplage magnétique, il ne doit pas y avoir de substances ferromagnétiques dans un rayon de 250 px autour de l'installation afin de garantir les performances de l'instrument.
6. Si l'instrument mesure un gaz, il est étalonné à une pression spécifique. Si le gaz est directement rejeté dans l'atmosphère à la sortie de l'instrument, il provoquera une chute de pression au niveau du flotteur et faussera les données. Dans ce cas, il convient d'installer une vanne à la sortie de l'instrument.
7. L'instrument installé dans la canalisation ne doit pas être soumis à des contraintes. L'entrée et la sortie de l'instrument doivent avoir des supports de tuyauterie appropriés pour maintenir l'instrument dans un état de contrainte minimale.
8. Lors de l'installation d'un instrument doté d'un revêtement en PTFE, il convient de faire preuve d'une attention particulière. Sous l'effet de la pression, le PTFE se déforme, c'est pourquoi les écrous des brides ne doivent pas être serrés trop fort.
9. Les instruments dotés d'un écran LCD doivent être installés de manière à éviter que la lumière directe du soleil ne frappe l'écran et ne réduise sa durée de vie.
10. Pour mesurer des fluides à basse température, il convient de choisir un modèle à double enveloppe.

28 précautions pour l'installation d'un débitmètre à plaque d'orifice

1. Le débitmètre à plaque à orifice ne doit pas être installé sur la canalisation formée.
2. Il convient de prêter attention à la longueur de la section droite du tuyau avant et après le débitmètre.
3. Pour les débitmètres électromagnétiques et les débitmètres massiques qui doivent être mis à la terre, la mise à la terre doit être effectuée conformément aux instructions.
4. Pendant le processus de soudage de la canalisation, le fil de mise à la terre doit éviter le corps de l'instrument afin d'empêcher le courant de mise à la terre de circuler à travers le corps de l'instrument et d'endommager ce dernier.
5. Au cours de la soudage par procédéLe courant de mise à la terre ne doit pas passer par le tube capillaire de pression de l'instrument à simple ou double bride.
6. Pour les tubes de guidage à moyenne et haute pression, soudage à l'arc sous argon ou le soudage par emboîtement peuvent être utilisés. Pour des vitesses de vent >2m/s, des mesures de protection contre le vent doivent être prises. Si la vitesse du vent est >8m/s, le soudage doit être interrompu.
7. Faire attention au sens d'installation du dispositif de prise de pression du débitmètre à plaque à orifice.
8. Il est strictement interdit de chauffer ou d'aplatir les tubes de guidage sous pression en acier inoxydable.
9. La position d'installation du tube de guidage de la pression de l'instrument, du conduit d'air et du tube de passage doit éviter d'entraver les opérations de production du processus à l'avenir, éviter les endroits à haute température et corrosifs, et doit être solidement fixée. L'extrémité la plus basse du tube de passage de haut en bas doit être plus basse que l'entrée du câblage de l'instrument connecté. Des joints d'étanchéité antidéflagrants en forme de Y ou de cône doivent être ajoutés près de l'instrument. Le point le plus bas du conduit d'air principal de l'instrument doit être équipé d'une soupape de condensation (pollution).
10. Les joints en cuivre utilisés dans les instruments doivent être recuits avant d'être utilisés, et il convient de prêter attention aux conditions de température, de milieu et de pression admissibles pour les différents matériaux des joints.
11. Il n'est pas possible de mélanger différents systèmes de mise à la terre dans la boîte de jonction des instruments. Les fils de blindage de tous les instruments doivent être raccordés séparément aux couches de blindage supérieure et inférieure et ne doivent pas être torsadés ensemble.
12. Si l'instrument se trouve dans une position d'observation et d'entretien peu pratique, changez sa position ou installez une plate-forme.
13. Les fils de l'instrument ne doivent pas présenter de jonctions et des enregistrements cachés doivent être effectués. Des soudures ou des raccords à pression doivent être utilisés pour compenser les raccords des fils.
14. Les soudures en acier inoxydable doivent être décapées, passivées et neutralisées.
15. Pour les instruments et les accessoires qui doivent être dégraissés, le dégraissage doit être effectué conformément aux spécifications. Après le dégraissage, le scellement et le stockage des instruments et des raccords doivent être effectués avec soin afin d'éviter toute pollution secondaire pendant le stockage et l'installation.
16. Les canalisations en acier inoxydable ne doivent pas entrer en contact direct avec l'acier au carbone.
17. Les chemins de câbles galvanisés et en alliage d'aluminium sont strictement interdits de soudage électriqueLes outils mécaniques de découpe et de poinçonnage tels que les lames de scie et les poinçonneuses spéciales doivent être utilisés à la place. Les outils mécaniques de découpe et de poinçonnage, tels que les lames de scie et les poinçonneuses spéciales, doivent être utilisés à la place.
18. Les tubes en acier inoxydable sont strictement interdits soudage électriqueLa découpe au gaz et le poinçonnage. Le découpage et le poinçonnage au plasma ou mécanique doivent être utilisés à la place.
19. Pour les tuyaux de passage d'instruments dans les zones à risque d'explosion, la continuité électrique doit être maintenue. Une pâte conductrice doit être utilisée pour le filetage du tuyau de passage des instruments mis à la terre. Le filetage du tuyau de passage des fils inférieur ou égal à 36V doit être au moins traité contre la rouille. Le filetage exposé ne doit pas être supérieur à un filet.
20. Dans les zones antidéflagrantes, les tuyaux de passage des instruments doivent maintenir la continuité électrique.
21. La résistance d'isolement des lignes d'instrumentation inférieures à 100 V doit être mesurée avec un appareil de mesure à secousses de 250 V, et elle doit être ≥5 mégohms.
22. Les chemins de câbles en alliage d'aluminium doivent être reliés à des fils de court-circuit, tandis que les chemins de câbles galvanisés doivent être munis d'au moins deux vis anti-lâchement. Pour les chemins de câbles de moins de 30 mètres, les deux extrémités doivent être mises à la terre de manière fiable, et pour ceux de plus de 30 mètres, un point de mise à la terre doit être ajouté tous les 30 mètres.
23. Lorsque les lignes d'instruments de différents systèmes de mise à la terre ou les lignes d'instruments partagent le même chemin de câbles, une cloison métallique doit être utilisée pour les séparer.
24. Il est strictement interdit d'utiliser du gaz méthodes de soudage lors de l'installation et du traitement des tableaux de bord, des armoires, des coffrets et des tables. Le soudage ne doit pas être utilisé pour l'installation et la fixation, et poinçonnage mécanique doivent être utilisées pour l'ouverture des trous.
25. L'extrémité aveugle de l'instrument de traçage et de retour de la chaleur ne doit pas dépasser 100 mm.
26. Un bouchon de tuyau doit être ajouté à l'orifice de décharge de la vanne de vidange du transmetteur pour éviter toute fuite de la vanne, en particulier dans les zones antidéflagrantes.
27. Une extrémité de l'instrument et de son chemin de câbles, du tuyau d'impulsion et du tuyau de pression doit être fixée dans la zone de dilatation thermique (comme les tours et les accessoires qui se déplacent avec la dilatation thermique de la tour), et l'autre extrémité doit être fixée dans la zone de non-dilatation thermique (comme les salles de protection du travail). Lors du raccordement de l'instrument, les tuyaux flexibles, les chemins de câbles et les tuyaux d'impulsion doivent bénéficier d'une certaine marge de dilatation thermique en fonction de la situation réelle sur le site.
28. Les chemins de câbles et les conduits fixés à la tour doivent être équipés de joints de dilatation thermique ou de raccords flexibles en fonction de la situation réelle sur le site.

4 précautions pour l'installation et l'utilisation des débitmètres à coin :

1. Installer selon le sens indiqué sur le débitmètre à coin

Bien que certains articles et documents affirment qu'il n'y a pas d'exigence de direction pour l'installation de débitmètres à coin et qu'ils peuvent être utilisés pour mesurer le débit inverse, le principe de mesure des débitmètres à coin montre que si un coin standard en forme de V est utilisé, l'étranglement du fluide est le même pour le débit avant et le débit inverse.

Toutefois, les fabricants indiquent le sens d'écoulement du fluide sur le corps du débitmètre à coin. Si l'on regarde les deux brides d'extrémité du débitmètre à coin, la position d'installation du coin n'est pas au centre du débitmètre à coin.

Il est donc important d'installer le débitmètre à coin dans le sens indiqué sur l'appareil afin d'éviter d'augmenter les erreurs de mesure dues à un sens d'installation incorrect.

2. Direction de l'interface de prise de pression

Selon les directives de prise de pression pour les instruments de mesure, l'interface de prise de pression est située au milieu et dans la partie supérieure de l'élément d'étranglement lors de la mesure du débit de gaz, au milieu et dans la partie inférieure de l'élément d'étranglement lors de la mesure du débit de liquide, et au milieu de l'élément d'étranglement lors de la mesure de fluides sales et contaminés.

Cependant, la cale du débitmètre à coin n'est pas répartie uniformément dans la chambre intérieure de l'appareil, et la position de l'interface de prise de pression a été prédéfinie par le fabricant, au-dessus et au-dessous de la soudure de la cale sur l'appareil.

Si l'interface de prise de pression est installée dans les parties centrale et inférieure de la canalisation lors de la mesure du liquide, le bloc de coin à l'intérieur du débitmètre à coin est également situé dans les parties centrale et inférieure de la canalisation.

Cela signifie que le fluide doit s'écouler depuis la partie supérieure du débitmètre à coin, ce qui peut entraîner le dépôt d'impuretés au fond de l'appareil, avec le risque de bloquer l'interface de prise de pression devant le bloc à coin et de provoquer un échec de la mesure. Par conséquent, lors de l'installation, il est nécessaire de différencier en fonction de la situation réelle.

3. Installation verticale de pipelines

Il est recommandé d'installer le débitmètre à coin horizontalement et de minimiser l'utilisation de l'installation verticale car l'étalonnage du point zéro du débitmètre à coin est difficile à réaliser dans une installation verticale.

L'étalonnage du point zéro du débitmètre à coin nécessite que le fluide de traitement remplisse le débitmètre à coin. Après avoir fermé les vannes avant et après la canalisation, le débitmètre doit être étalonné en veillant à ce que le fluide à l'intérieur du débitmètre à coin soit dans un état statique.

Étant donné que l'instrument de mesure du débit de l'élément d'étranglement ne comporte généralement pas de dispositif d'élimination de la conduite secondaire, il n'y a généralement pas de vannes d'arrêt du processus avant et après l'élément d'étranglement. Dans cette situation, l'étalonnage du débitmètre à coin est plus difficile.

Si le débitmètre à coin est installé horizontalement, on peut supposer que le fluide statique n'a pas d'effet supplémentaire sur la pression différentielle détectée par le débitmètre à coin.

Il suffit donc de fermer les vannes de prise de pression avant et arrière du débitmètre à coin et de les mettre à l'air libre pour réaliser l'étalonnage du point zéro du débitmètre.

Si le débitmètre à coin est installé verticalement, une pression statique sera générée dans la cavité du débitmètre à coin, ce qui augmentera la valeur de la pression différentielle du transmetteur de pression différentielle dans la chambre de pression positive et fera en sorte que la valeur de la pression différentielle au point zéro du débitmètre à coin soit différente de zéro.

En outre, des erreurs de pression statique seront générées dans le tuyau de référence de la mesure de la pression négative. Par conséquent, l'étalonnage du point zéro est difficile à ce stade.

Même avec un transmetteur à double bride, nous pouvons calculer la pression statique ajoutée par la mesure de la pression négative, mais nous ne pouvons calculer la densité du fluide mesuré que sur la base de la valeur idéale lors de la conception.

Le calcul approximatif de la pression statique à l'intérieur du débitmètre à coin et les révisions de l'étalonnage réduiront la fiabilité du point zéro.

Par conséquent, dans la pratique, il est préférable de ne pas installer le débitmètre à coin verticalement. Si le processus ne répond pas aux exigences de l'installation horizontale, il faut non seulement s'assurer que le débitmètre à coin est rempli de fluide, mais aussi calculer avec précision la différence de pression modifiée du point zéro lors de l'installation verticale. Il ne suffit pas de fermer les vannes de prise de pression positive et négative pour procéder à l'étalonnage du point zéro.

4. Installation d'une soupape de vidange et de surpression

Dans le mode de mesure du débit du débitmètre à coin + transmetteur à double bride, une soupape de drainage et de décharge doit être installée entre la soupape de prise de pression et la pièce de raccordement à double bride.

Cette vanne est très importante. Pendant le processus d'étalonnage du débitmètre, elle peut garantir que la pression entre les brides positive et négative est conforme à la pression atmosphérique afin de garantir la fiabilité de l'étalonnage et d'assurer la sécurité du personnel de maintenance.

Si le transmetteur à double bride est endommagé et doit être remplacé, la soupape de décharge et de drainage peut déterminer si la soupape de prise de pression fuit.

Le transmetteur à double bride ne peut être retiré que lorsque la sécurité est assurée. De nombreuses installations techniques omettent l'installation de la soupape de décharge et de drainage, ce qui est incorrect et doit être rectifié.

Résumé : Quel que soit le type de débitmètre, l'installation et l'utilisation doivent être effectuées conformément aux instructions du fabricant et en tenant compte de ses caractéristiques uniques.

Spécifications techniques

Spécifications techniques des débitmètres à orifice intégré :

1. Haute précision : 0,5%
2. Grande stabilité : meilleure que 0,1% Fs par an
3. Pression statique élevée : 40MPa
4. Aucun ajustement n'est nécessaire pour un fonctionnement continu pendant 5 ans
5. Effet négligeable de la température et de la pression statique
6. Résistant aux fortes surpressions

Type de raccordement à bride (petit diamètre) [prise de pression à bride] :

• Connexion : soudage à plat ou bride soudée bout à bout [norme d'exécution des brides : JB/T8205-92].
• Milieu : liquide visqueux, gaz sale
• Prise de pression : prise de pression à bride
• Précision : ±0,5%, ±1%
• Taille du tube : 15-80 mm
• Répétabilité : +0,1%
• Pression : 0-42MPa
• Rapport de portée : 10:1
• Température : -100~800℃
• Nombre de Reynolds : 5×102-1×107
• Matériau : divers matériaux

Applications

Le débitmètre à orifice est largement utilisé pour mesurer en continu les débits volumétriques et massiques de divers fluides, notamment les liquides, les gaz, le gaz naturel et la vapeur. Sa polyvalence s'étend à de nombreuses industries telles que le pétrole, la chimie, le gaz naturel, la métallurgie, l'énergie électrique, les produits pharmaceutiques, l'agroalimentaire, l'agrochimie et les secteurs de la protection de l'environnement.

Le débitmètre à coin, un nouveau dispositif de mesure de débit par pression différentielle à étranglement, offre des avantages uniques dans les scénarios de mesure de débit difficiles. Il excelle dans la mesure précise des débits de fluides à haute viscosité, dans des conditions de faible nombre de Reynolds (jusqu'à 500) et dans des applications caractérisées par de faibles vitesses d'écoulement, de petits débits et de grands diamètres de tuyauterie. Ces capacités font du débitmètre à coin un outil indispensable dans les situations où les débitmètres conventionnels ont du mal à maintenir leur précision.

Dans les secteurs de la pétrochimie et de la chimie du charbon, les débitmètres à coin se sont particulièrement distingués dans les applications suivantes :

1. Unités de raffinage et usines d'éthylène, où la mesure précise du débit est essentielle pour le contrôle et l'efficacité du processus.
2. Traitement des fluides à haute viscosité et contaminés, garantissant des mesures précises malgré les propriétés difficiles des fluides
3. Conditions d'utilisation extrêmes impliquant des températures et des pressions élevées, ainsi que des fluides hautement abrasifs
4. Mesure des écoulements multiphasiques tels que les boues charbon-eau (y compris les eaux noires et les eaux de cendres), les boues huile-charbon et les mélanges hétérogènes similaires.

La capacité du débitmètre à coin à maintenir sa précision et sa fiabilité dans ces applications exigeantes a établi sa réputation en tant que solution de choix pour les défis de mesure de débit complexes dans les industries lourdes.