Wie Druck und Temperatur den Wasserstoffdurchfluss beeinflussen

Die Messung des Wasserstoffdurchflusses kann schwieriger sein als die Messung vieler herkömmlicher Industriegase. Wasserstoff hat eine sehr geringe Dichte, und Änderungen von Druck und Temperatur können seinen physikalischen Zustand und sein Volumenstrom erheblich beeinflussen.

Aus diesem Grund sollten Druck und Temperatur bei der Auswahl und Konfiguration eines Wasserstoffdurchflussmessers berücksichtigt werden, insbesondere wenn der gemessene Wert in Massenstrom oder Standardvolumenstrom umgerechnet werden muss.

1. Warum sind Druck und Temperatur wichtig?

Gas ist komprimierbar, daher ändert sich sein Volumen bei Änderungen von Druck oder Temperatur.

Für die gleiche Menge Wasserstoff kann das gemessene Betriebsvolumen unter verschiedenen Druck- und Temperaturbedingungen unterschiedlich sein.

Zum Beispiel wird Wasserstoff, der bei hohem Druck durch eine Pipeline strömt, ein viel geringeres Volumen einnehmen als die gleiche Menge Wasserstoff bei niedrigerem Druck.

Temperatur hat eine ähnliche Auswirkung. Wenn sich die Gastemperatur ändert, ändern sich auch seine Dichte und sein Volumen.

Deshalb erfordert die Gasdurchflussmessung oft Druck- und Temperaturinformationen, wenn der Endwert als Standard- oder Normvolumen angegeben wird.

2. Wasserstoff hat eine sehr geringe Dichte

Wasserstoff ist das leichteste Gas und hat unter vergleichbaren Bedingungen eine viel geringere Dichte als Erdgas.

Seine geringe Dichte kann Herausforderungen für die geschwindigkeitsbasierte Durchflussmessung darstellen, da das Gas relativ hohe Geschwindigkeiten erreichen kann, auch wenn die Massendurchflussrate nicht besonders groß ist.

Dies macht die Auswahl des Messprinzips wichtig.

Je nach Anwendung können Technologien wie Coriolis, Wirbel, thermische Masse und andere Gasdurchflussmessmethoden in Betracht gezogen werden.

3. Wie Druck den Wasserstoffdurchfluss beeinflusst

Ein steigender Gasdruck erhöht im Allgemeinen die Gasdichte.

Wenn ein Durchflussmesser den Volumenstrom unter tatsächlichen Betriebsbedingungen misst, ändert eine Druckänderung die Beziehung zwischen Volumen und Masse.

Wenn sich der Druck während des Betriebs erheblich ändert, kann das gemessene Betriebsvolumen daher nicht einfach mit einem festen Standardvolumenwert verglichen werden, ohne die entsprechende Kompensation anzuwenden.

Die Druckmessung kann daher zusammen mit einem Durchflussmesser oder einem Durchflussrechner verwendet werden, um korrigierte oder normierte Durchflusswerte zu berechnen.

Für Gaszählersysteme sollte die tatsächliche Messkonfiguration entsprechend der erforderlichen Ausgabe ausgewählt werden:

• Tatsächlicher Volumenstrom

• Standardvolumenstrom

• Normvolumenstrom

• Massenstrom

4. Wie Temperatur den Wasserstoffdurchfluss beeinflusst

Temperatur ändert auch die Gasdichte und das Volumen.

Mit steigender Temperatur dehnt sich Gas im Allgemeinen aus. Mit sinkender Temperatur zieht sich Gas zusammen.

Wenn ein Wasserstoffdurchflussmesssystem das Standardvolumen angibt, muss die Betriebstemperatur bei der Umrechnung des gemessenen Durchflusses auf Referenzbedingungen berücksichtigt werden.

Die Temperaturmessung kann daher je nach Systemdesign in den Durchflussmesser integriert oder über einen separaten Temperatursensor bereitgestellt werden.

5. Druck und Temperatur arbeiten zusammen

Druck und Temperatur sollten nicht immer unabhängig voneinander betrachtet werden.

Bei einem Gas wird die Dichte sowohl von Druck als auch von Temperatur beeinflusst.

Eine vereinfachte Beziehung kann dargestellt werden als:

Dichte ∝ Druck / Temperatur

Dies ist eine vereinfachte Darstellung, und tatsächliche Gasberechnungen erfordern möglicherweise einen Kompressibilitätsfaktor, insbesondere wenn die Betriebsbedingungen erheblich von idealen Gasverhalten abweichen.

Daher:

Durchflussmessung → Druck + Temperatur + Gaseigenschaften

kann erforderlich sein, um ein aussagekräftigeres Ergebnis für Masse oder Referenzvolumen zu erzielen.

6. Tatsächlicher Volumenstrom vs. Standardvolumenstrom

Diese Unterscheidung ist besonders wichtig für Wasserstoffanwendungen.

Tatsächlicher Volumenstrom

Dies stellt das Volumen dar, das Wasserstoff bei tatsächlichem Druck und tatsächlicher Temperatur in der Pipeline einnimmt.

Standard- oder Normvolumenstrom

Dies rechnet die gemessene Gasmenge auf einen definierten Referenzdruck und eine definierte Referenztemperatur um.

Verschiedene Branchen und Verträge können unterschiedliche Referenzbedingungen verwenden, daher muss der gewählte Standard klar spezifiziert werden.

Ein Durchflussmesser oder Durchflussrechner kann Druck- und Temperatureingaben verwenden, um diese Umrechnung durchzuführen.

7. Warum Coriolis-Durchflussmesser für Wasserstoff attraktiv sein können

Coriolis-Durchflussmesser messen den Massenstrom direkt, anstatt die Masse aus Volumenstrom und Dichte zu berechnen.

Dies kann die Messung vereinfachen, wenn der Massenstrom der erforderliche Parameter ist.

Viele moderne Coriolis-Messer können auch Dichte- und Temperaturinformationen liefern.

Wasserstoffanwendungen erfordern jedoch immer noch eine sorgfältige Bewertung von:

• Durchflussbereich

• Druck

• Temperatur

• Rohrgröße

• Materialverträglichkeit

• Prozessanschlüsse

• Erforderliche Genauigkeit

• Anforderungen an explosionsgefährdete Bereiche

Coriolis ist daher nicht automatisch die richtige Wahl für jede Wasserstoffanwendung.

8. Wirbel-Durchflussmesser für Wasserstoff

Wirbel-Durchflussmesser können je nach Anwendung und Messgerätekennung auch für die Gasmessung, einschließlich Wasserstoff, verwendet werden.

Das Wirbelprinzip bestimmt den Durchfluss aus der Frequenz von Wirbeln, die sich um einen stumpfen Körper bilden.

Da Gasdichte, Druck und Temperatur die Betriebsbedingungen beeinflussen, muss die Anwendung gegen den Messbereich des Messgeräts geprüft werden.

Druck- und Temperaturinformationen können auch für die Kompensation oder Umrechnung verwendet werden, wenn Standardvolumen- oder massenbezogene Werte erforderlich sind.

9. Wasserstoffdurchflussmessung in Hochdrucksystemen

Wasserstoffkompression, -speicherung und -transport können erhöhte Drücke beinhalten.

In diesen Anwendungen müssen der Drucktransmitter und der Durchflussmesser für die tatsächlichen Betriebsbedingungen geeignet sein.

Das Material des Drucksensors ist ebenfalls wichtig, da Wasserstoff einige Materialien durchdringen kann und zu wasserstoffbedingter Materialdegradation beitragen kann.

Daher sollte das Messsystem beides berücksichtigen:

Messleistung

und

Materialverträglichkeit

Die Druck-, Temperatur- und Durchflussinstrumente sollten als vollständiges Messsystem und nicht als völlig unabhängige Geräte ausgewählt werden.

10. Was sollte vor der Auswahl eines Wasserstoffdurchflussmessers überprüft werden?

Stellen Sie vor der Anforderung eines Angebots Folgendes bereit:

• Wasserstoffzustand: Gas oder Flüssigkeit

• Mindestdurchfluss

• Normaler Durchfluss

• Maximaler Durchfluss

• Betriebsdruck

• Minimaler und maximaler Druck

• Betriebstemperatur

• Minimale und maximale Temperatur

• Rohrgröße

• Erforderliche Ausgabe: Masse oder Volumen

• Referenzbedingungen, wenn Standardvolumen erforderlich ist

• Genauigkeitsanforderung

• Klassifizierung explosionsgefährdeter Bereiche

• Prozessanschluss

• Kommunikationsprotokoll

Für flüssigen Wasserstoff führen kryogene Bedingungen und mögliche Gasmitführung zu zusätzlichen Messüberlegungen.

11. Häufige Probleme bei der Wasserstoffdurchflussmessung

Instabile Messwerte

Große Änderungen von Druck, Temperatur oder Strömungsgeschwindigkeit können je nach Messtechnologie zu instabilen Messwerten beitragen.

Falsches Standardvolumen

Falsche Referenzbedingungen oder fehlende Druck- und Temperaturkompensation können zu falschen umgerechneten Durchflusswerten führen.

Unzureichender Turndown

Wasserstoffanwendungen können einen großen Betriebsbereich haben. Ein Messgerät sollte sowohl für minimale als auch für maximale Durchflussbedingungen geprüft werden.

Materialverträglichkeit

Drucksensoren, Dichtungen und benetzte Materialien sollten für den Wasserstoffdienst überprüft werden.

Hohe Gasgeschwindigkeit

Geringe Gasdichte kann zu hoher Geschwindigkeit führen, was den geeigneten Betriebsbereich einiger geschwindigkeitsbasierter Technologien einschränken kann.

Schlussfolgerung

Druck und Temperatur sind wichtige Faktoren bei der Wasserstoffdurchflussmessung, da sie die Gasdichte und das Volumen beeinflussen.

Die grundlegende Beziehung ist:

Druck + Temperatur → Gasdichte → Volumen / Massenstrom-Beziehung

Für Anwendungen, die Standard- oder Normvolumen erfordern, kann eine Druck- und Temperaturkompensation erforderlich sein. Für Anwendungen, die direkten Massenstrom erfordern, kann eine geeignete Massenstrommesstechnologie das Messsystem vereinfachen.

Coriolis- und Wirbel-Durchflussmesser können beide für den Wasserstoffdienst in Betracht gezogen werden, aber die endgültige Auswahl sollte auf dem tatsächlichen Druck, der Temperatur, dem Durchflussbereich, der Rohrgröße, der Genauigkeit und den Installationsanforderungen basieren.

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Wenn Sie einen Durchflussmesser für Wasserstoffgas auswählen, geben Sie den Durchflussbereich, den Druck, die Temperatur und die Rohrgröße für eine Konfigurationsprüfung an.