NMi EuroLoop 2015-11-26 KROHNE Academy 2015 Procesverbetering door kennisoptimalisatie
Reynolds schaling voor het kalibreren van debietmeters voor o.a. stoom en industriële gassen Roy van Hartingsveldt NMi EuroLoop 2
Agenda Introductie Reynolds getal Reynolds schaling Reynolds kalibratie EuroLoop 3 3
Agenda Introductie Reynolds getal Reynolds schaling Reynolds kalibratie EuroLoop 4 4
De grootste testsite ter wereld voor massa- en volumemetingen van aardgas en vloeibare koolwaterstoffen 5 Location: Botlek, Rotterdam 5
Gas faciliteit 6 6
Vloeistof faciliteit 7 7
NMi EuroLoop Gas (1) Uncertainty liquid facility by master meter / piston prover Liquid Flow 20 30.000 m³/h 10 5.000 m³/h Diameter 6 36 (150-900 mm) 4 30 (100-750 mm) Test lines 10 / 16 / 24 10 / 24 Calibration pressure Temperature stability Kinematic viscosity n.a. 9 61 bar 8 bar < 0,05 ºC <0,1 ºC 1, 10, 100 cst Reynolds range 5 10 4 4 10 7 1 10 3 4 10 6 Lowest uncertainty 0,16% 0,06% / 0,02% (1) 8 8
Agenda Introductie Reynolds getal Reynolds schaling Reynolds kalibratie EuroLoop 9 9
Reynolds getal Osbourne Reynolds Britse Natuurkundige (1842 1912) Definitie Reynolds getal (1883) Karakteriseren van laminaire en turbulente stroming Gelijkvormigheid van verschillende stromingen 10 10
Reynolds getal Definitie Traagheid (inertie) ρ dichtheid Viscositeit V snelheid (magnitude) L,D karakteristieke lengte µ dynamische viscositeit Q V volume debiet massa debiet Q m Re VD 11 11
Reynolds getal Definitie Het Reynolds getal geeft informatie over hoe een vloeistof zich zal gedragen Laag Reynolds getal: Laminaire stroming Hoog Reynolds getal: Turbulente stroming Alle stromingen zijn turbulent 12 12
Reynolds getal Visualisatie Traagheid (inertie) Bron: Anderson, JD Fundamentals of Aerodynamics Viscositeit 13 13
Reynolds getal Visualisatie 14 14
Agenda Introductie Reynolds getal Reynolds schaling Reynolds kalibratie EuroLoop 15 15
Reynolds schaling Introductie Geen testfaciliteiten voor stoom en industriële gassen Kalibratieresultaten zijn afhankelijk van het gebruikte medium, druk en temperatuur Veldcondities kunnen worden omgerekend naar kalibratiecondities (Reynolds) Kalibratieresultaten kunnen worden omgerekend naar veldcondities (Reynolds) 16 16
Reynolds schaling Plotten van een kalibratie curve Opties: Afwijking als functie van debiet of Reynolds Impuls factor K als functie van debiet of Reynolds Study 1 of error curves of turbine meters on Reynolds dependecy: A well constructed flow meter has an error curve that is within 0.2% at different operating conditions (P, T) Possibility to predict the error at process conditions different from calibration conditions (avoid using boundaries ) 1) Grinten, JGM The Reynolds interpolation method for calibrations of turbine gas meters up to 150 bar 17 17
Reynolds schaling K-factor als functie van debiet Geen duidelijke relatie tussen verschillende condities? 18 18
Reynolds schaling K-factor als functie van Reynolds getal Duidelijke relatie tussen verschillende condities! 19 19
Reynolds schaling Afwijking als functie van debiet 20 20
Reynolds schaling Afwijking als functie van Reynolds getal 21 21
Reynolds schaling Samenvattend Verschillende operationele condities kunnen worden vergeleken door middel van Reynolds schaling Additionele onzekerheden binnen 0.20% Interpolatie binnen het gekalibreerde bereik is mogelijk Extrapolatie leidt tot exponentiële stijging van de onzekerheden 22 22
Agenda Introductie Reynolds getal Reynolds schaling Reynolds kalibratie EuroLoop 23 23
Reynolds kalibratie EuroLoop Principe Medium / Gas compositie P, T, Q, Massa / Volume Reynolds bereik P, T, µ, Q min Q max, Max P, P vapour, Thermal conductivity, etc. 24 24
Reynolds kalibratie EuroLoop Stoom meter water Nat. Gas water Nat. Gas Operating conditions Operating temperature t [ C] 310 10 373 10 Operating pressure p [bar] 36,3 9 40,2 9 Back pressure p b [bar] Vapour pressure p v [bar] 98,651 218,142 Density [kg/m 3 ] 14,83 7,05 14,42 7,05 Viscosity h [cp] 0,0204 0,0108 0,0232 0,0108 Viscosity h [Pa s] 2,04E-05 1,08E-05 2,32E-05 1,08E-05 Kinematic viscosity n [m/s 2 ] 1,37E-06 1,53E-06 1,61E-06 1,53E-06 Thermal Conductivity [mw/m/k] 579,5 30,8 478,7 30,8 Speed of sound c [m/s] 561,3 406,8 598,9 406,8 Isentropic expansion coefficient k [- ] 1,29 1,30 1,29 1,30 Molar mass M [kg/kmol] 18,02 18,04 18,02 18,04 Specific gas constant Ra [J kg-1 K- 1] 461,52 461,00 461,52 461,00 Flow meter 20 inch 20 inch Min. velocity v min [m/s] 0,2 0,2 5,7 5,4 Max. velocity v max [m/s] 1,1 1,2 19,7 18,7 Inner inlet diameter d [mm] 508 508 508 508 Bore diameter [mm] β 199,87 0,393 138,36 0,272 RE scaling Re d min Re d max 5,81E+04 5,81E+04 1,80E+06 1,80E+06 4,06E+05 4,06E+05 6,21E+06 6,21E+06 Mass flow rate Q [ton/h] 1,7 0,9 60,000 27,899 Mass flow rate Q [ton/h] 11,9 6,3 207,000 96,252 Volume flow rate Q [m 3 /h] 115 128 4.161,43 3.957,96 Volume flow rate Q [m 3 /h] 802 894 14.356,95 13.654,96 Dp [mbar] 20 12 2000 1180 25 25
Reynolds kalibratie EuroLoop Voorbeeld: Coriolis meter Vloeistof kalibraties van Coriolis meters Bekend om afhankelijkheid van viscositeit 26 26
Deviation [%] Deviation [%] Reynolds kalibratie EuroLoop Coriolis meter Coriolis meter gekalibreerd tegen de piston prover 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0-0.5-0.5-1.0-1.5 (1.161 ± 0.002) mm²/s (11.13 ± 0.37) mm²/s (91.6 ± 4.5) mm²/s -1.0-1.5 (1.161 ± 0.002) mm²/s (11.13 ± 0.37) mm²/s (91.6 ± 4.5) mm²/s -2.0 0 200 400 600 800 1 000 Mass flow rate [kg/h] -2.0 1 000 10 000 100 000 1 000 000 10 000 000 Reynolds number [-] Grote afwijking bij lage Reynolds getallen Naast elkaar liggende lijnen in Reynolds domein 27 27
Devaition [%] Deviation [%] Reynolds kalibratie EuroLoop Coriolis meter Andere meter met viscositeitcorrectie 0.15 0.1 0.05 0-0.05-0.1-0.15-0.2-0.25 100 mm²/s, 29 Apr 2015 100 mm²/s, 24 Apr 2015 0 1000 2000 3000 Mass flow rate [kg/h] 0.15 0.1 0.05 0-0.05-0.1-0.15 100 mm²/s, 29 Apr 2015-0.2 100 mm²/s, 24 Apr 2015-0.25 1E+3 1E+4 1E+5 Reynolds number [-] Relatie viscositeit en Reynolds: Verbetering nauwkeurigheid met een factor 6! 28 28
Conclusie Kalibratie uitvoeren bij zelfde of vergelijkbare condities als veldcondities Vergelijk operationele condities met behulp van het Reynolds getal Additionele onzekerheden Interpolatie binnen het gekalibreerde Reynoldsdomein 29 Extrapolatie geeft exponentiele stijging aan onzekerheden 29
Thank you for your attention!