渦流量計とは
渦流量計は、流れの中に置いた渦発生体の後面で放出される渦を数えて流量を測ります。渦は圧力パルスとして届き、パルスの届く周波数は広い帯にわたって流速に比例するため、この計器は可動部なしで機械的な律動を流量に変換します。ボディは管路に据わり、電子部は変位を読む代わりに周波数を数えるので、機械式の計器の寿命を縮めるような温度と圧力にも耐えます。
だから蒸気の定番の答えになります。飽和蒸気、過熱蒸気、圧縮空気、窒素、およびほとんどのプロセスガスは、管路が清浄な単相の流れである限り渦流量計で測定され、同じ計器は水や凝縮液のような低粘度の液体も測ります。プラントでボイラのヘッダ、染色工場、圧縮機室を測っているのは、通例この方式です。
このページは、1 台の計器をどう構成するかを扱います。ボディ、口径、プロセス接続に何が耐えられる必要があるか、数値が意味を持つ前に温度と圧力の補償をいつ追加しなければならないか、そして媒体が清浄な単相の流れでないときに、近くの流量方式のうちどれが引き継ぐかです。
渦流量計の測定原理
渦発生体は、意図的に流線形にしていない障害物です。流れが通り過ぎると、渦は 2 つの側面から交互に放出され、放出された渦はそれぞれ、後面の縁から小さな圧力のかたまりを奪います。ボディ内のセンサがその交互を周波数として検知します。この方式が想定するレイノルズ数の帯では、その周波数は流速に比例するため、計器は口径断面積を使って体積流量に変換します。比例関係は特定のガスではなくボディの形状に帰属するので、1 つのボディを複数の媒体向けに用意できます。
3 つの帰結が続きます。計器は単相の流れを必要とします。液体が放出する渦は液滴に乱され、ガスが放出する渦は凝縮物に乱されるため、湿り蒸気と 2 相流はこの方式の外になります。帯の中にある流速を必要とします。下限では放出が規則的でなくなり、上限ではボディの侵食が天井になるためです。そして、ボディの位置で安定した旋回のない流速分布を必要とします。周波数は実質的に流速の測定であり、上流のあらゆる乱れが流量の変化として読まれるためです。
信号が周波数であることが、他の方式では成立しない条件をこの方式が耐える、実務上の理由です。周波数はアナログのスパンのようにずれません。一方で、計器の中で媒体が相を変えることには耐えません。蒸気の用途では通例、補償が組になり、生のまま測定はしません。
構成の選択肢
仕様のほとんどは、精度等級ではなくこれらの判断で決まります。一つが次を制約するため、順番に決めていきます。
| 構成 | 確定が必要な選択肢 | 決定対象 |
|---|---|---|
| 口径とボディ形式 | フランジ形、挟み込み形、挿入形、一連の呼び径にわたる | フルボアのボディで管路を開ける必要があるか、挿入形で済むか。そして用途の流速が、ボディの働く帯に入るか。 |
| ボディと接液材質 | 一般的に出発点となる炭素鋼とステンレス鋼 | ボディが媒体と温度に耐えるか。これは精度の話が出る前に決まる事項です。 |
| 媒体のファミリー | 蒸気、ガス、液体。計器は後から変えるのではなく、これを前提に注文します | 校正と補償の構成。同じボディを補償なしで測る場合と、蒸気用に補償した場合とでは、別物の計器になります。 |
| 温度と圧力の補償 | 標準、温度のみ、圧力のみ、または両方。一体形または別体形 | 出力が真の質量値または標準体積値なのか、体積値だけなのか。補償のないガスや蒸気の値は、使用条件での体積にすぎず、ほとんどの精算が必要とするものではありません。 |
| 出力と通信 | パルス、電流、シリアル、HART の各オプション | 信号を積算として数えるか、流量として表示するか、制御系に読ませるか。 |
| 電源 | 低圧 DC からのループ電源、または内蔵電池 | 設置箇所に電源があるか、そして計器をどれだけの間、無人にしておけるか。 |
| プロセス接続とフランジ規格 | 既存配管のフランジ規格、圧力等級、面形式 | 計器を直接ボルト留めできるか、アダプタと 2 つ目のシーリング面が要るか。 |
| 周囲条件と取付け | 振動レベル、保温、そして読み取りにヘッドへ到達できるか | より重いボディが必要か、そして筐体をどの向きに据えるか。熱い配管の上にあるヘッドは、横に設置したものより劣化が速いためです。 |
渦流量計の選び方
| 選択要素 | それが答えを決める理由 | 問い合わせ前に決めておくこと |
|---|---|---|
| 流れが単相かどうか | 湿り蒸気、同伴する液滴、2 相の混合物は、渦とその読みを乱します | 蒸気が乾いているか、上流にセパレータがあるか、そしてガスが配管の中で凝縮しうるかを述べてください。 |
| 最小・常用・最大流量 | 口径を決めるのは下限で、上限ではありません。ピークに合わせて選ぶと、常用の運転が帯の底に落ちます | 3 つの数値すべてと、それぞれが一日に適用される時間を送ってください。 |
| 媒体の温度と圧力 | これらはボディの定格を決め、蒸気とガスでは、数値が意味を持つ前に補償が必要かを決定します | 設計値に加えて使用条件の数値も述べ、条件が変動するかも示してください。 |
| 配管のサイズと、そこから生じる流速 | 用途が使用帯の内側に収まるようにボディを選ぶため、配管と異なる口径になることがあります | 呼び径だけでなく、配管の外径と肉厚を送ってください。 |
| 確保できる直管長 | エルボ、一部開けの弁、レデューサからの旋回は、流量の変化として読まれます | 設置を予定している箇所の直上流と直下流にあるものの略図をお送りください。 |
| その地点の振動 | 放出周波数での配管の振動は、流量と区別できません | 配管と、それが何につながっているかを説明し、計器を動かせるかを示してください。 |
これらのうち未確定の項目が残っても、分かっている内容をお送りください。用途の説明をもとに見積りを作成し、不足が埋まったあとで詰め直すことができます。
近似する代替機種
渦流量計 のお問い合わせが、実際にはどのタイプにあたるのか、そして選定がどこで決まるのかをまとめています。
| 近似する代替機種 | 渦流量計との違い |
|---|---|
| 電磁流量計 | 配管の中で媒体に接して据わり、導電性の液体だけを測ります。蒸気やガスは一切測れません。渦流量計が買われるのは通例その用途です。逆に、液体が清浄かどうかは問わないため、スラリーや汚水は、侵食されるボディではなくこちらに向きます。 |
| 超音波流量計 | 配管の外側に取付ける、または配管に挿す形なので、管路を開けず、媒体は導電性である必要もありません。クランプオン形は改造工事と既存の大口径送水管に向きますが、読みは配管の壁厚と音響結合に依存し、蒸気の定番の答えではありません。 |
| 熱式質量流量計 | 低い流速で熱伝達からガスの流量を読みます。まさに渦発生体が確実に渦を放出できなくなる流速域です。ガス専用の計器で、体積ではなく質量を読みます。 |
| タービン流量計 | 流れの中の回転要素を数える方式で、清浄な低粘度の液体では精度が高く、バッチ充填で広く使われます。軸受と羽根があることが、蒸気、汚れ、乾いたガスに耐えられない理由です。 |
| 可変面積式流量計 | 電源なしで現地の目視表示を与え、小さいパージ配管とユーティリティ配管では簡素で安価です。不透明な媒体、積算、遠くから読む用途には向きません。 |
| コリオリ質量流量計 | 質量流量と密度を直接測ります。商取引の計量と、価値の高い定量注入が実際に必要とするものです。圧力損失と費用は口径とともに急騰するため、大きな蒸気ヘッダの汎用の答えにはなりません。 |
渦流量計と熱式質量流量計は、可動部なしでガスを測る 2 種類の方式です。両者の境界は媒体ではなく流速です。
問い合わせに含める内容
お問い合わせにこれらの内容が含まれていれば、最初の返信は質問集ではなく見積りになります。数値が不明な場合は、用途の説明をお送りいただければ、そこから必要な条件を確認します。
- 媒体。蒸気か、ガスか、液体か、そして蒸気が乾いているか
- 最小・常用・最大流量と、それぞれが一日に適用される時間
- 使用中の媒体の温度と圧力、および変動するか
- 配管の外径、肉厚、そして合わせるべきフランジ規格
- 必要とする数値が、使用条件での体積か、補償した質量または標準体積か
- 必要な出力と、それを読む側の機器
- 設置場所で確保できる電源
- 上下流で確保できる直管長
- 周囲の条件。振動と、配管が保温されているかを含めます
- 数量、仕向港、希望納期
公開中の製品
1機種（渦流量計）
よくあるご質問
渦流量計に関するご質問
渦流量計は湿り蒸気を測定できるか
確実には測れません。この方式で最もよくある誤りがこれです。計器は渦発生体から放出される渦を数えるため、発生体の位置で単相の流れが必要です。湿り蒸気に同伴する液滴は放出を乱し、読みはずれるか、出力が落ちます。通例の対策は、別の計器ではなく、上流にセパレータを置くことです。計器の中で凝縮しうるガスでも同じことが言えるため、配管と計器を、使用圧力だけでなく露点に対しても確認します。
温度と圧力の補償が、別個の決定として用意されているのはなぜか
渦流量計は質量ではなく体積を測るためです。補償がないと、計器が出すのは実際の配管条件を流れる体積であり、ガスや蒸気の用途では、同じ量のエネルギーが届けられていても、圧力または温度が変わるたびにその数値は変わります。補償を追加すると、計器は読みを標準体積または質量に変換でき、エネルギー計算が必要とするのは通常そちらです。必要かどうかは、計器ではなく用途についての質問です。
必要な直管長はどれほどか
ボディは安定した旋回のない流速分布を見る必要があるため、上下流に直管区間が必要です。その長さは上流のほうが下流より大きくなります。エルボ、一部開けの弁、レデューサ、保護管など、計器の近くにある乱れはすべて流量の変化として読まれ、校正では直せない誤りとして現れます。取れる空間が所要の直管長より短い場合は、計器を注文した後ではなく、その前に決めておく必要があります。
範囲の下限は何が決めるか
発生体での流速です。数えているのは流速に比例する周波数で、ある流速を下回ると、渦は数えられるほど規則的に放出されなくなります。下限は電子部の限度ではなく、ボディの物理で決まるのはそのためです。常用の運転が帯の底ではなく中ほどに収まるように口径を選ぶ理由、そして流量に対して過大な配管が渦流量計の悪い設置になる理由も、これにあります。
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