Měření průtoku bioplynu

Měření průtoku bioplynu vyráběného v bioplynových stanicích je pro jeho malý tlak, chemickou agresivitu, hořlavost a možnost výbuchu obtížný úkol. V této úloze se osvědčily oscilační průtokoměry DOG od firmy Kobold. 

Vzhledem k rostoucímu nedostatku fosilních paliv a zvyšující se koncentraci skleníkových plynů v atmosféře, v jejímž důsledku dochází ke změně klimatu a s tím spojeným značným problémům, jsou výhody využití bioplynu zřejmé: získává se všudypřítomný zdroj energie šetrný k životnímu prostředí. Mnoho průmyslových firem objevilo ekonomické výhody vlastních bioplynových stanic.

Pro maximální ziskovost bioplynové stanice je nutné, aby zařízení zpracovávalo existující suroviny, jejichž kvalita může být proměnlivá, tím nejefektivnějším způsobem. Pro zpětnou vazbu řízení provozu se nejjednodušší zdá být měření celkového množství vyrobeného bioplynu. To však může být obtížné z důvodu nízkého provozního tlaku, který může být nižší než 10 kPa. Dále je nutné vzít v úvahu, že bioplyn je směs obsahující velmi korozivní znečišťující látky. Rovněž je vysoce hořlavý a výbušný, nutností je proto certifikace pro výbušné prostředí.

Stejně jako jiné plyny, i bioplyn je stlačitelný a platí pro něj stavová rovnice. Proto se pro zajištění přesného měření množství bioplynu prostřednictvím měření objemového průtoku musí měřit také jeho tlak a teplota. 

Princip činnosti

Vhodnými přístroji pro toto měření jsou oscilační průtokoměry DOG (obr. 1). V oscilačním průtokoměru je část média vedena obtokem (bypass) do měřicí buňky. Zde je plyn nejprve veden uklidňovací komůrkou, na jejímž výstupu je tryska, kde plyn dosáhne potřebné rychlosti. Následuje měřicí buňka, kde jsou dva kanálky, mezi nimiž je oscilační tělísko. Vlivem Coandova jevu proud plynu „přilne“ k jedné straně obtékaného tělíska. Tím se na jedné straně vytvoří přetlak a na druhé podtlak. To však způsobí přesměrování proudu do druhého kanálku a tlakové poměry se obrátí. To se periodicky opakuje. Změna směru proudění, jehož frekvence je úměrná rychlosti proudění, je detekována platinovým senzorem. Převodník údaj o frekvenci oscilací přepočítá na objemový průtok. 

Přednosti oscilačního průtokoměru

Vzhledem k oscilačnímu měřicímu principu je tento přístroj velmi odolný proti nečistotám: oscilace proudění způsobují samočisticí efekt. To je rozhodující vlastnost právě pro taková média, jako je bioplyn. Protože vlastní měření probíhá v bypassu, má průtokoměr jen minimální tlakové ztráty. Při maximálním průtoku Q_max při měření médií s hustotou podobnou vzduchu je tlaková ztráta nejvíce 5 kPa.  

Měření normovaného průtoku

Pro měření tlaku a teploty lze do měřicího okruhu nainstalovat snímač tlaku PAS a snímač teploty TWL. Jejich výstupy jsou napojeny do externí vyhodnocovací jednotky průtokoměru. Výstupem je potom korigovaná hodnota aktuálního objemového průtoku bioplynu (Nm³/h) a celkově protečeného množství (Nm³). 

Instalace, použití a údržba

Montážní poloha průtokoměru DOG je libovolná. Pouze v případě, kdy má plyn tendenci kondenzovat, se doporučuje horizontální poloha s umístěním převodníku nad tělesem průtokoměru. Pro přesné měření je doporučená délka uklidňujícího potrubí 10 DN před přístrojem a 5 DN za ním. Průtokoměr má velký měřicí poměr 1 : 100.

Průtokoměr DOG je vhodný nejen pro bioplyn, ale pro mnoho jiných plynů – stlačený vzduch, zemní plyn, propan, plynný vodík, dusík či argon. Hlavní předností je samočisticí efekt v měřicích kanálech. Jestliže se do měřicích kanálů dostanou větší částice, s nimiž si samočisticí efekt neporadí, není nic jednoduššího než uvolnit šrouby, otevřít víko, průtokoměr vyčistit a následně pokračovat v měření, aniž by se přístroj posílal na opravu.

Měřicí jednotku s kanálky je možné volitelně osadit kulovými kohouty. Tato volba umožňuje uzavření bypassu při čištění nebo opravě průtokoměru, aniž by bylo nutné zastavit průtok v hlavním potrubí.

Snímač má pouzdro z korozivzdorné oceli DIN 1.4404 (316L), měřicí hlavice je z polyfenylsulfidu (PPS), senzor je platinový a těsnění je z Klingersilu C4265. Jsou-li součástí průtokoměru používaného k měření agresivních médií kulové kohouty, musí být také z korozivzdorné oceli.

Pracovní teplota média je –20 až +120 °C pro prostředí bez nebezpečí výbuchu, pro výbušné prostředí –20 až +60 °C. Průtokoměry jsou dodávány s přírubami od DN 25 do DN 200. Jmenovitý tlak média je závislý na použité přírubě, nejvýše je to PN 40.

Průtokoměr DOG má certifikát ATEX II 1G EEx ia IIC T4 pro měření v prostředí s nebezpečím výbuchu. 

Vyhodnocovací jednotky

K dispozici je několik typů vyhodnocovacích jednotek s různým napájecím napětím. Ta nejjednodušší má pouze frekvenční výstup.

Dalším typem je vyhodnocovací jednotka s displejem, který zobrazuje aktuální průtok, protečené množství s možností vynulování hodnoty a celkové protečené množství. Tento typ má pulzní výstup PNP a analogový výstup 4 až 20 mA. Jednotka je určena pro montáž na stěnu a komunikuje prostřednictvím protokolu Modbus RTU.

Pro nejnáročnější úlohy je vyhodnocovací jednotka vybavena počítačem. Displej zobrazuje kompenzovaný průtok (Nm³/h), protečené množství s možností vynulování hodnoty a celkové protečené množství, teplotu a tlak média v potrubí. Tato jednotka má proto vstupy pro senzor teploty typu Pt100 a snímač tlaku s výstupem 4 až 20 mA. Je rovněž určena pro montáž na stěnu a komunikuje prostřednictvím protokolu Modbus RTU. Data uchovává v paměti EEPROM: každou minutu se zde ukládá celkové protečené množství plynu a data jsou uchovávána přibližně deset let.

Všechny typy vyhodnocovacích jednotek mohou být vybaveny osvědčením ATEX a IECEx.

(KOBOLD Messring GmbH)

Obr. 1. Oscilační průtokoměr DOG