圧縮空気用の適切なエアフローメータの選び方: 選択と精度

圧縮空気システムに流量測定機能が備わっていない場合、一度も使用しない空気に対して料金を支払うことになる可能性があります。広く引用されている米国エネルギー省の統計によれば、圧縮空気は産業用電力消費量全体の約 10% を占めており、多くのプラントでは、その空気の 20% ～ 30% が漏れ、吹き出し、人為的需要によって流出しています。圧縮空気用のエアフローメータは、これらの目に見えない損失を実用的なデータに変換します。結論は簡単です。パイプのサイズ、流量範囲、精度のニーズに合ったメーターを選択し、適切な直線で設置し、定期的な校正チェックで測定値を確認します。この記事の残りの部分では、実際的な基準、テクノロジーの比較、工業用流量測定の実践から導き出された現場で実証済みの設置アドバイスを使用して、まさにそれを行う方法について説明します。

圧縮空気流量の測定が有益な理由

圧縮空気は第 4 のユーティリティとしてよく説明されますが、電気や水道とは異なり、使用時に計測されることはほとんどありません。この盲点により、3 つの大きな問題が生じます。まず、漏れは検出されません。 100 psig で 1/4 インチの漏れが 1 回発生すると、年間 100,000 kWh 以上を無駄にする可能性があり、これは数軒の家庭に電力を供給するのに十分な量です。第二に、エネルギー効率化プロジェクトにはベースラインがありません。元の流量を測定したことがない場合、漏れを修正したり圧力を下げたりしても節約を主張することはできません。第三に、コスト配分が恣意的になる。最も多くの空気を使用する生産部門は、コンプレッサーのメンテナンスと電力の公平な負担を負担していない可能性があるため、節約しようとする経済的インセンティブは誰もありません。

正確な圧縮空気流量計は、3 つの問題すべてを解決します。リアルタイムの質量または体積流量、合計消費量、および多くの場合は温度と圧力のデータが提供されます。その情報は、エネルギー管理システム、漏れ検出プログラム、ISO 50001 エネルギー性能指標に供給されます。つまり、測定は、より無駄がなく、より安価で、より信頼性の高い圧縮空気システムへの第一歩です。

圧縮空気流量計の仕組み

圧縮空気には、いくつかの流量測定原理が使用されます。それぞれに明確な利点と制限があります。工業用圧縮空気の最も一般的な技術は、熱質量、渦、渦、コリオリ、タービン、および差圧です。メーターがどのように動作するかを理解すると、メーターをカタログの見出しではなく実際の状況に合わせることができます。

熱式質量流量計

熱質量計は、加熱センサーと基準センサーの 2 つの温度センサーを使用します。空気が加熱されたセンサーを通過すると、熱が奪われます。一定の温度差を維持するために必要な電力は質量流量に比例します。これらのメーターは、温度や圧力の補正なしで質量流量を直接測定し、低流量を適切に処理できるため、圧縮空気に最適です。挿入式サーマルメーターは、フルボアメーターよりもコストが低く、ラインを停止することなく設置できるため、大規模パイプに人気があります。ただし、水分、油分、汚れに弱く、これらがセンサーをコーティングし、時間の経過とともに漂ってくる可能性があります。また、自然対流エラーを避けるために最小速度も必要です。

渦流量計

ボルテックス メーターは流れの中にブラフ ボディを配置します。速度に比例した周波数で交互に渦が物体から放出されます。圧電センサーまたは容量センサーは、これらの渦をカウントして流量を計算します。ボルテックスメーターは堅牢で、可動部品がなく、高温と高圧に耐えます。これらは、流れがきれいで乾燥している圧縮空気に対して適切に機能し、中程度のターンダウン比 (通常は 10:1 ～ 20:1) で良好な精度を提供します。主な欠点は、圧力損失と最小レイノルズ数要件です。流量が低いと、十分な強さの渦が生成されない可能性があります。 VNER の MA80T シリーズ渦流量計は、コンパクトな本体とオプションの温度圧力補償を備えた産業用ガスおよび液体アプリケーション向けに設計されています。

MA80T-TP 温度圧力補償型渦流量計 RTD と圧力入力を備えた渦流量計で、蒸気および圧縮ガスのネットワークにおけるリアルタイムの密度補正、質量および標準体積出力を実現します。 製品を見る→

旋回流量計

渦流計は歳差運動渦計とも呼ばれ、らせん状の経路を通る流れを加速し、渦巻く炉心の歳差運動周波数を検出します。標準的な渦メーターよりも広いターンダウン比 (多くの場合 30:1 以上) を提供し、上流の外乱に対する感度が低くなります。そのため、複数のシフトを実行するプラントや、断続的に高消費電力の機器を使用するプラントなど、需要が変動する圧縮空気システムにとって強力な選択肢となります。 VNER の SA80T シリーズ旋回流量計には、密度変化を補正する温度および圧力補正オプションが含まれており、コンプレッサー室と使用場所の間で空気温度が大きく異なる場合に役立ちます。

SA80T シリーズ旋回流量計 (オプションの温度および圧力補償付き) 広いターンダウンとオプションの質量出力または標準体積出力を備えた旋回/歳差渦流量計で、可変の圧縮空気および蒸気の測定に適しています。 製品を見る→

コリオリ質量流量計

コリオリ計は、チューブを振動させ、流体の慣性によって生じる位相シフトを検出することにより、質量流量を直接測定します。これらは精度のゴールドスタンダードであり、多くの場合読み取り値の 0.1% ～ 0.5% 以内であり、質量流量、密度、温度を同時に測定します。圧縮空気の場合、コリオリ メーターは通常、重要な保管品の搬送、効率テスト、または高精度がより高いコストを正当化する小規模ラインの用途に使用されます。圧力降下がほとんどなく、熱計や渦流計よりも汚れた空気や湿った空気をうまく処理できますが、重く高価です。 VNER の AC シリーズと AG-CNG 専用コリオリ メーターは、さまざまなライン サイズをカバーしており、AG-CNG バージョンは圧縮天然ガスに合わせて調整されていますが、他の圧縮ガスにも適応できます。

タービン流量計

タービンメーターは、流速に比例した速度で回転するローターを使用します。機械的にシンプルでコスト効率が高く、クリーンな乾燥ガスに対して優れた精度を提供します。圧縮空気サービスでは、個々の部門や大型の空気圧機器のサブメーターとしてタービン メーターがよく使用されます。ローターは水のスラグや粒子によって損傷する可能性があるため、濾過と乾燥が不可欠です。 VNER の LWQ シリーズ ガス タービン流量計は、特にガス測定用に設計されており、流れが比較的安定していてきれいな圧縮空気に対して信頼性が高く再現性のあるソリューションを提供します。

LWQシリーズ クリーンドライガス用ガスタービン流量計 標準体積流量に対する温度と圧力の補正を統合したガスタービン流量計。圧縮空気のサブメータリングや安定したクリーンガス用途に使用されます。 製品を見る→

差圧流量計

差圧 (DP) メーターは、オリフィス プレートや平均化ピトー管などの障害物を使用して、流量と相関する圧力降下を生成します。これらは安価でよく理解されていますが、ターンダウンが低く、永久圧力損失が高く、正確な質量流量を得るには温度と圧力の補償が必要です。圧縮空気システムでは、DP メーターが大きなダクトや低コストの表示で十分な場所で使用されることがありますが、範囲と圧力ペナルティが限られているため、エネルギー管理に最適な選択肢であることはほとんどありません。

圧縮空気システムに適した流量計の選択

テクノロジーのオプションを念頭に置いて、次のステップはメーターを特定の現場の条件に適合させることです。決定は、ライン サイズ、流量範囲、精度要件、空気の質、圧力と温度、ターンダウン比、設置タイプ、総所有コストという 8 つの実際的な要素によって決まります。以下の表は、これらの要素に関して主要なテクノロジーをどのように比較するかをまとめたものです。

まずは線のサイズから始めます。フルボアメーターは数インチまで利用可能ですが、4インチを超えると挿入式メーターの方がはるかに経済的になります。たとえば、熱挿入メーターを備えた 6 インチの圧縮空気ヘッダーは、フルボア渦メーターの半分のコストでありながら、信頼性の高い質量流量を提供します。次に、流量範囲を定義します。システムが週末の小規模なフローから完全な実稼動負荷まで実行される場合、100:1 のターンダウン サーマル メーターは両端を捕捉しますが、渦メーターはローエンドでドロップアウトする可能性があります。精度要件はユースケースに従います。漏れ検出プログラムは多くの場合、±5% の精度で適切に機能しますが、ISO 50001 のエネルギーレポートには ±2% 以上が必要な場合があります。空気の質も重要です。圧縮空気が機器の品質レベルまで乾燥および濾過されていない場合は、熱メーターおよびタービンメーターを避けてください。コリオリまたは堅牢な渦設計を検討してください。

圧力と温度はガス密度に影響します。渦やタービンなどの体積計の場合は、測定値を標準条件 (scfm または Nm3/h など) に補正する必要があります。 VNER の SA80TTP および MA80T オプションを含む最新のメーターの多くには、補償された質量流量を直接出力するための統合された圧力センサーと温度センサーが含まれています。ターンダウン比は、メーターが変動する需要をどの程度うまく処理できるかによって決まります。設置タイプ (インラインか挿入か) は、パイプのサイズ、アクセスのしやすさ、ラインを停止できるかどうかによって異なります。最後に、総所有コスト (購入価格、設置コスト、圧力損失エネルギー コスト、校正間隔、予想耐用年数) を考慮します。頻繁な校正が必要な場合や重大な圧力損失が発生する安価なメーターは、高級な代替品よりも 5 年以上高価になる可能性があります。

圧縮空気流量計の設置のベストプラクティス

どんなに優れた流量計であっても、設置が不十分だと性能が低下します。圧縮空気システムには、往復コンプレッサーからの脈動流、近くの機械からの振動、温度勾配、デッドレッグで凝縮する可能性のある湿気など、特有の課題があります。これらのガイドラインに従うと、初日から正確で再現可能なデータを取得できます。

直管の配管と流量調整

ほとんどの流量計では、完全に発達した対称的な速度プロファイルを確保するために、上流および下流の直線パイプの長さを最小限にする必要があります。渦流計と渦流計の場合、一般的な要件は上流側のパイプ直径が 10 ～ 15、下流側が 5 です。熱挿入メーターには多くの場合、上流に 10 個、下流に 5 個が必要ですが、流れ調整が含まれている場合は、より短い稼働を許容する設計もあります。コリオリメーターは上流の外乱の影響をほとんど受けないため、狭い改修スペースにコリオリメーターが選ばれる理由の 1 つです。正確な数値については、必ずメーカーのマニュアルを確認してください。メーターをエルボ、バルブ、レデューサーに近付けすぎると、測定値が不正確になる一般的な原因となります。

取付方向

向きは排水とセンサーの露出に影響します。圧縮空気中の熱挿入メーターの場合、センサー上に凝縮水が溜まるのを避けるために、パイプの側面または上部からプローブを取り付けます。渦メーターは任意の方向に取り付けることができますが、ブラフ ボディの周囲に液体が蓄積するのを防ぐために垂直上向きの流れが推奨されます。コリオリメーターは、特に湿った空気を使用する場合には、チューブが自然に排出されるように設置する必要があります。タービンメーターは通常、重力によるベアリングの摩耗を避けるために、シャフトを水平にして水平に設置する必要があります。

振動・脈動

往復コンプレッサーは脈動流を生成し、渦流とタービンメーターを混乱させる可能性があります。脈動が大きい場合は、整流器や脈動減衰器を設置するか、脈動の影響が少ないコリオリ計を選択してください。近くの機器からの振動も、渦メーターの誤った測定値を引き起こす可能性があります。メーターを硬い支持体に取り付け、信号ケーブルにはフレキシブルな導管を使用してください。温度計は振動の影響を比較的受けませんが、ケーブルが可変周波数ドライブの近くに配線されている場合、電気ノイズの影響を受ける可能性があります。

空気の質と濾過

圧縮空気には、残留油、水蒸気、粒子が含まれることがよくあります。これらの汚染物質は、熱センサーをコーティングしたり、タービンブレードを侵食したり、渦絶壁体を詰まらせたりする可能性があります。重要な測定ポイントには、メーターの上流に凝集フィルターと乾燥機を設置し、メンテナンス用のバイパスを含めます。空気が特に汚れている場合、コリオリ測定器は頻繁に掃除をせずに生き残れる唯一の技術である可能性があります。

よくある落とし穴とその回避方法

現場での経験によれば、圧縮空気流量測定の問題のほとんどは、いくつかの回避可能な間違いに起因しています。これらを認識しておけば、数週間のトラブルシューティングと何千ドルものエネルギーの無駄を節約できます。

メーターの過大または過小

ピーク流量に合わせたサイズのメーターは低流量では読み取り値が低くなり、平均流量に合わせたサイズのメーターはピーク需要時に飽和してしまいます。常に 20% の安全マージンを持って、予想される最大流量に合わせてサイズを決定しますが、ターンダウン比が最小流量をカバーしていることを確認してください。最小流量が最大流量の 5% 未満の場合は、デュアルメーターのセットアップ、またはサーマルマスやコリオリなどのワイドターンダウンテクノロジーを検討してください。

圧力と温度の補正を無視する

圧縮空気の体積は圧力と温度によって変化します。補正なしで実際の立方フィート/分（acfm）を報告する渦流計は、たとえ空気の質量が同じであっても、寒い朝と暑い午後では異なる「流量」数値を示します。エネルギーレポートと漏れ検出のために、常に標準条件 (scfm または Nm3/h) に変換してください。圧力センサーと温度センサーが組み込まれたメーターを選択するか、別のトランスミッターを追加して制御システムで計算を実行します。

校正ドリフトの無視

すべての流量計は時間の経過とともにドリフトしますが、熱質量計は油や水分がセンサーを覆うと特にドリフトしやすくなります。ブラフボディやローターが摩耗すると、ボルテックスメーターやタービンメーターもずれる可能性があります。ポータブルクランプ式超音波メーターまたは校正済みマスターメーターを使用した簡単な年次検証により、問題を早期に発見できます。一部のプラントでは 2 年ごとに校正を行っているのに、なぜ漏れ検出結果が一貫していないように見えるのか疑問に思っています。

データ統合が不十分

ローカル表示のみを出力する流量計は、エネルギー ダッシュボードや漏れレポートにフィードすることができません。業界標準の出力 (4 ～ 20 mA、HART、Modbus、またはパルス) を備えたメーターを選択し、ビルディング オートメーションまたは SCADA システムがそれらを読み取れることを確認してください。統合がなければ、誰も使用しないデータを収集することになります。

監査から永続的なモニタリングまで: 継続的な測定の ROI

多くの施設は圧縮空気の監査から始まります。コンサルタントはポータブル流量計を持参し、1 週間にわたっていくつかのポイントを測定し、漏れの推定値と節約に関する推奨事項を記載したレポートを提出します。監査は便利ですが、キャプチャできるのはスナップショットだけです。圧縮空気の需要は、生産スケジュール、季節、設備のメンテナンスによって変化します。来月発生した漏洩は、数年先になる可能性がある次の監査まで気づかれないことになる。永続的なモニタリングにより、スナップショットが継続的なフィードバック ループに変わります。

永続的なフロー監視の投資収益率は、通常 3 つのソースから得られます。まず、漏れの検出です。継続的な監視により、夜間や生産がアイドル状態の週末に異常なフロー パターンを特定できます。重大な漏れが発生した場合、100 馬力のコンプレッサーを稼働させ続けると、年間 30,000 ドルの費用がかかる可能性があります。 2 番目に、エネルギーの最適化: リアルタイムの流量データを使用して、コンプレッサーのシーケンスを調整し、圧力設定値を下げ、人為的な需要を回避できます。第三に、コスト配分: 部門や生産ラインをサブメーター化することで節約が促進され、社内請求のための正確なデータが提供されます。多くの場合、流量計はエネルギー節約だけで 6 ～ 18 か月以内に元が取れます。

ISO 50001 や企業の持続可能性目標を追求する施設にとって、恒久的な圧縮空気流量測定は多くの場合、すぐに成功します。エネルギーパフォーマンス指標の検証可能なデータを提供し、継続的な改善を実証します。 MA80T vortex シリーズや SA80T swirl シリーズを含む VNER の流量計は、長期にわたる産業用途向けに設計されており、既存の監視システムに統合できます。同社のエンジニアリング主導のアプローチについて詳しくは、 VNER についてのページ .

メンテナンスと校正の必需品

圧縮空気流量計を設置して統合すると、適度なメンテナンスを行うことで、何年にもわたって精度が維持されます。正確な手順はテクノロジーによって異なりますが、いくつかの原則は全体的に適用されます。

目視検査

メーター本体とケーブルの接続を 3 ～ 6 か月ごとに確認してください。湿気の侵入、腐食、物理的損傷の兆候がないかどうかを確認します。挿入メーターの場合は、プローブが正しい深さにあり、圧縮フィッティングがしっかりと締まっていることを確認してください。渦メーターの場合は、ブラフ ボディに蓄積や浸食がないか検査してください。タービンメーターの場合は、ベアリングの摩耗を示す可能性のある異常なノイズに注意してください。

センサーのクリーニング

熱質量センサーはメーカーの指示に従って、通常は柔らかいブラシと互換性のある溶剤を使用して洗浄する必要があります。薄膜要素を損傷する可能性のある研磨材は絶対に使用しないでください。ボルテックス メーターとタービン メーターは通常、それほど頻繁に清掃する必要はありませんが、読み取り精度が徐々に低下していることに気付いた場合は、内部表面を検査してください。コリオリ測定器は、プロセス流体が極度に汚れていない限り、通常、定期的な洗浄を必要としません。

校正検証

フローラボでの完全な再校正には費用がかかり、メーターをサービスから外す必要があります。代わりに、多くのプラントではポータブル クランプ式超音波流量計を基準として使用しています。低、中、高の 3 つの流量ポイントで常設メーターの読み取り値をポータブル メーターの読み取り値と比較します。偏差が許容許容値 (通常、エネルギー管理の場合は ±2%) を超える場合は、再校正のスケジュールを立ててください。これらのチェックのログを記録しておくと、時間の経過に伴うドリフトの傾向を特定できます。

スペアパーツとドキュメント

特にリードタイムが長い場合は、重要なメーター用に予備のセンサーまたはプローブを手元に置いてください。メーターのモデル番号、シリアル番号、校正証明書、設置日を記載したファイルを保管します。テクニカル サポートが必要な場合、この情報を用意しておくとプロセスが迅速化されます。 VNER は、MA80T、SA80T、LWQ シリーズなどの流量計ファミリーのドキュメントとスペアパーツを提供しています。

圧縮空気流量測定に関する最終推奨事項

圧縮空気用のエアフローメーターの選択は、それほど難しくありません。まずは主な目標を定義することから始めます: 漏れの検出、エネルギーレポート、コスト配分、または保管場所の移管。この目標によって、精度とターンダウンの要件が決まります。次に、パイプのサイズ、空気の質、設置上の制約を評価します。ほとんどの産業プラントでは、熱質量挿入メーターまたは渦メーターがコストとパフォーマンスの最適なバランスを実現します。需要が変化し、直線距離が短い場合には、SA80T のようなスワール メーターが有力な候補になります。最高の精度または湿った汚れた空気を使用するには、コリオリ メーターを選択してください。タービンメーターは、クリーンでドライなサブメーターのコスト効率に優れています。

どのテクノロジーを選択する場合でも、正しく設置し、圧力と温度を補正し、データをエネルギー管理システムに統合します。ポータブル基準を使用して毎年校正を確認してください。また、流量測定は 1 回限りのプロジェクトではないことを忘れないでください。これは、圧縮空気システムの効率性、信頼性、透明性を維持するための継続的な実践です。産業オートメーションがより多くのセンサーを採用し続けるにつれて、圧縮空気流量データは圧力や温度と同様に標準となるでしょう。今から測定を開始する植物は、節約において有利なスタートを切ることができます。産業オートメーションで流量センサーの使用が増加している背景の詳細については、こちらを参照してください。 業界ニュース記事 .