Come Pressione e Temperatura Influenzano la Misurazione del Flusso di Idrogeno

La misurazione del flusso di idrogeno può essere più impegnativa rispetto alla misurazione di molti gas industriali convenzionali. L'idrogeno ha una densità molto bassa e le variazioni di pressione e temperatura possono influenzare significativamente il suo stato fisico e il flusso volumetrico.

Per questo motivo, la pressione e la temperatura devono essere considerate nella scelta e nella configurazione di un misuratore di flusso di idrogeno, specialmente quando il valore misurato deve essere convertito in flusso di massa o flusso volumetrico standard.1. Perché Pressione e Temperatura Sono Importanti?Il gas è comprimibile, quindi il suo volume cambia quando cambiano pressione o temperatura.

Per la stessa quantità di idrogeno, il volume operativo misurato può essere diverso a diverse condizioni di pressione e temperatura.

Ad esempio, l'idrogeno che scorre attraverso una tubazione ad alta pressione occuperà un volume molto più piccolo rispetto alla stessa quantità di idrogeno a una pressione inferiore.

La temperatura ha un effetto simile. Al variare della temperatura del gas, cambiano anche la sua densità e il suo volume.

Questo è il motivo per cui la misurazione del flusso di gas richiede spesso informazioni su pressione e temperatura quando il valore finale è espresso come volume standard o normalizzato.

2. L'Idrogeno Ha una Densità Molto Bassa

L'idrogeno è il gas più leggero e ha una densità molto inferiore rispetto al gas naturale in condizioni comparabili.

La sua bassa densità può creare sfide per la misurazione del flusso basata sulla velocità, poiché il gas può raggiungere velocità relativamente elevate anche quando la portata massica non è particolarmente elevata.

Ciò rende importante la scelta del principio di misurazione.

A seconda dell'applicazione, si possono considerare tecnologie come Coriolis, vortice, massa termica e altri metodi di misurazione del flusso di gas.

3. Come la Pressione Influenza la Misurazione del Flusso di Idrogeno

L'aumento della pressione del gas generalmente aumenta la densità del gas.

Se un misuratore di flusso misura il flusso volumetrico in condizioni operative effettive, una variazione di pressione modifica la relazione tra volume e massa.

Pertanto, se la pressione cambia in modo significativo durante il funzionamento, il volume operativo misurato non può essere semplicemente confrontato con un valore di volume standard fisso senza applicare la compensazione appropriata.

La misurazione della pressione può quindi essere utilizzata insieme a un misuratore di flusso o a un computer di flusso per calcolare il flusso corretto o normalizzato.

Per i sistemi di misurazione del gas, la configurazione di misurazione effettiva deve essere selezionata in base all'output richiesto:

Flusso volumetrico effettivo

Flusso volumetrico standard

• Flusso volumetrico normale

• Flusso di massa

• 4. Come la Temperatura Influenza la Misurazione del Flusso di Idrogeno

• La temperatura cambia anche la densità e il volume del gas.

All'aumentare della temperatura, il gas generalmente si espande. Al diminuire della temperatura, il gas si contrae.

Se un sistema di misurazione del flusso di idrogeno riporta il volume standard, la temperatura operativa deve essere considerata nella conversione del flusso misurato in condizioni di riferimento.

La misurazione della temperatura può quindi essere integrata nel misuratore di flusso o fornita tramite un sensore di temperatura separato, a seconda del design del sistema.

5. Pressione e Temperatura Lavorano Insieme

La pressione e la temperatura non dovrebbero sempre essere considerate in modo indipendente.

Per un gas, la densità è influenzata sia dalla pressione che dalla temperatura.

Una relazione semplificata può essere rappresentata come:

Densità ∝ Pressione / Temperatura

Questa è una rappresentazione semplificata e i calcoli effettivi del gas possono richiedere un fattore di compressibilità, in particolare quando le condizioni operative deviano significativamente dal comportamento dei gas ideali.

Pertanto:

Misurazione del Flusso → Pressione + Temperatura + Proprietà del Gas

potrebbe essere necessario per ottenere un risultato di massa o volume di riferimento più significativo.

6. Flusso Volumetrico Effettivo vs Flusso Volumetrico Standard

Questa distinzione è particolarmente importante per le applicazioni con idrogeno.

Flusso Volumetrico Effettivo

Questo rappresenta il volume occupato dall'idrogeno alla pressione e temperatura effettive nella tubazione.

Flusso Volumetrico Standard o Normale

Questo converte la quantità di gas misurata in una pressione e temperatura di riferimento definite.

Diverse industrie e contratti possono utilizzare diverse condizioni di riferimento, quindi lo standard selezionato deve essere chiaramente specificato.

Un misuratore di flusso o un computer di flusso può utilizzare gli input di pressione e temperatura per eseguire questa conversione.

7. Perché i Misuratori di Flusso Coriolis Possono Essere Attraenti per l'Idrogeno

I misuratori di flusso Coriolis misurano direttamente il flusso di massa anziché calcolare la massa dal flusso volumetrico e dalla densità.

Ciò può semplificare la misurazione quando il flusso di massa è il parametro richiesto.

Molti misuratori Coriolis moderni possono anche fornire informazioni su densità e temperatura.

Tuttavia, le applicazioni con idrogeno richiedono ancora un'attenta valutazione di:

Intervallo di flusso

Pressione

• Temperatura

• Dimensioni del tubo

• Compatibilità dei materiali

• Condizioni di riferimento se è richiesto il volume standard

• Precisione richiesta

• Requisiti per aree pericolose

• Coriolis non è quindi automaticamente la scelta giusta per ogni applicazione con idrogeno.

• 8. Misuratori di Flusso a Vortice per Idrogeno

I misuratori di flusso a vortice possono essere utilizzati anche per la misurazione del gas, incluso l'idrogeno, a seconda dell'applicazione e della configurazione del misuratore.

Il principio del vortice determina il flusso dalla frequenza dei vortici generati attorno a un corpo smussato.

Poiché la densità, la pressione e la temperatura del gas influenzano le condizioni operative, l'applicazione deve essere verificata rispetto all'intervallo di misurazione del misuratore.

Le informazioni su pressione e temperatura possono anche essere utilizzate per la compensazione o la conversione quando sono richiesti valori di volume standard o correlati alla massa.

9. Misurazione del Flusso di Idrogeno in Sistemi ad Alta Pressione

La compressione, lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno possono comportare pressioni elevate.

In queste applicazioni, il trasmettitore di pressione e il misuratore di flusso devono essere adatti alle condizioni operative effettive.

Anche il materiale del sensore di pressione è importante, poiché l'idrogeno può permeare alcuni materiali e contribuire al degrado dei materiali correlato all'idrogeno.

Pertanto, il sistema di misurazione dovrebbe considerare entrambi:

Prestazioni di misurazione

e

Compatibilità dei materiali

Gli strumenti di pressione, temperatura e flusso dovrebbero essere selezionati come un sistema di misurazione completo piuttosto che come dispositivi completamente indipendenti.

Alta Velocità del Gas

Prima di richiedere un preventivo, fornire:

Stato dell'idrogeno: gas o liquido

Flusso minimo

• Flusso normale

• Flusso massimo

• Pressione operativa

• Pressione minima e massima

• Temperatura operativa

• Temperatura minima e massima

• Dimensioni del tubo

• Output richiesto: massa o volume

• Condizioni di riferimento se è richiesto il volume standard

• Requisito di precisione

• Classificazione delle aree pericolose

• Connessione di processo

• Protocollo di comunicazione

• Per l'idrogeno liquido, le condizioni criogeniche e il possibile trascinamento di gas introducono ulteriori considerazioni di misurazione.

• 11. Problemi Comuni nella Misurazione del Flusso di Idrogeno

Letture Instabili

Grandi variazioni di pressione, temperatura o velocità del flusso possono contribuire a letture instabili a seconda della tecnologia di misurazione.

Volume Standard Errato

Condizioni di riferimento errate o compensazione mancante di pressione e temperatura possono comportare valori di flusso convertiti errati.

Turndown Insufficiente

Le applicazioni con idrogeno possono avere un ampio intervallo operativo. Un misuratore dovrebbe essere verificato rispetto alle condizioni di flusso minimo e massimo.

Compatibilità dei Materiali

I sensori di pressione, le guarnizioni e i materiali bagnati dovrebbero essere revisionati per l'uso con idrogeno.

Alta Velocità del Gas

La bassa densità del gas può comportare un'alta velocità, che può limitare l'intervallo operativo adatto di alcune tecnologie basate sulla velocità.

Conclusione

Pressione e temperatura sono fattori importanti nella misurazione del flusso di idrogeno perché influenzano la densità e il volume del gas.

La relazione di base è:

Pressione + Temperatura → Densità del Gas → Relazione Volume / Flusso di Massa

Per le applicazioni che richiedono volume standard o normalizzato, potrebbe essere necessaria la compensazione di pressione e temperatura. Per le applicazioni che richiedono flusso di massa diretto, una tecnologia di misurazione del flusso di massa adatta può semplificare il sistema di misurazione.

Sia i misuratori di flusso Coriolis che a vortice possono essere considerati per l'uso con idrogeno, ma la scelta finale dovrebbe basarsi sulla pressione effettiva, temperatura, intervallo di flusso, dimensioni del tubo, precisione e requisiti di installazione.

Possiamo fornire soluzioni di misurazione del flusso di idrogeno da produttori come Endress+Hauser, KROHNE, Rosemount e altri marchi di strumentazione industriale, insieme a trasmettitori di pressione e temperatura.

Se stai selezionando un misuratore di flusso per gas idrogeno, fornisci l'intervallo di flusso, la pressione, la temperatura e le dimensioni del tubo per una revisione della configurazione.