Comment la pression et la température affectent la mesure du débit d'hydrogène

La mesure du débit d’hydrogène peut s’avérer plus difficile que la mesure de nombreux gaz industriels conventionnels. L'hydrogène a une très faible densité et les changements de pression et de température peuvent affecter considérablement son état physique et son débit volumétrique.

Pour cette raison, la pression et la température doivent être prises en compte lors de la sélection et de la configuration d'undébitmètre d'hydrogène, en particulier lorsque la valeur mesurée doit être convertie en débit massique ou en débit volumique standard.

1. Pourquoi la pression et la température sont-elles importantes ?

Le gaz est compressible, donc son volume change lorsque la pression ou la température change.

Pour une même quantité d’hydrogène, le volume opératoire mesuré peut être différent dans différentes conditions de pression et de température.

Par exemple, l’hydrogène circulant dans un pipeline à haute pression occupera un volume beaucoup plus petit que la même quantité d’hydrogène à une pression plus faible.

La température a un effet similaire. À mesure que la température du gaz change, sa densité et son volume changent également.

C'est pourquoi la mesure du débit de gaz nécessite souvent des informations sur la pression et la température lorsque la valeur finale est exprimée en volume standard ou normalisé.

2. L’hydrogène a une très faible densité

L’hydrogène est le gaz le plus léger et sa densité est bien inférieure à celle du gaz naturel dans des conditions comparables.

Sa faible densité peut créer des difficultés pour la mesure du débit basée sur la vitesse, car le gaz peut atteindre des vitesses relativement élevées même lorsque le débit massique n'est pas particulièrement important.

Cela rend le choix du principe de mesure important.

Selon l'application, des technologies telles que Coriolis, vortex, masse thermique et autres méthodes de mesure du débit de gaz peuvent être envisagées.

3. Comment la pression affecte la mesure du débit d'hydrogène

L'augmentation de la pression du gaz augmente généralement la densité du gaz.

Si un débitmètre mesure le débit volumétrique dans des conditions de fonctionnement réelles, un changement de pression modifie la relation entre le volume et la masse.

Par conséquent, si la pression change de manière significative pendant le fonctionnement, le volume de fonctionnement mesuré ne peut pas simplement être comparé à une valeur de volume standard fixe sans appliquer la compensation appropriée.

La mesure de la pression peut donc être utilisée avec un débitmètre ou un débitmètre pour calculer le débit corrigé ou normalisé.

Pour les systèmes de comptage de gaz, la configuration de mesure réelle doit être sélectionnée en fonction du résultat requis :

• Débit volumique réel

• Débit volumique standard

• Débit volumique normal

• Débit massique

4. Comment la température affecte la mesure du débit d'hydrogène

La température modifie également la densité et le volume du gaz.

À mesure que la température augmente, le gaz se dilate généralement. À mesure que la température diminue, le gaz se contracte.

Si un système de mesure du débit d'hydrogène indique un volume standard, la température de fonctionnement doit être prise en compte lors de la conversion du débit mesuré aux conditions de référence.

La mesure de la température peut donc être intégrée au débitmètre ou fournie via un capteur de température séparé, selon la conception du système.

5. La pression et la température fonctionnent ensemble

La pression et la température ne doivent pas toujours être considérées indépendamment.

Pour un gaz, la densité est influencée à la fois par la pression et la température.

Une relation simplifiée peut être représentée comme suit :

Densité ∝ Pression / Température

Il s'agit d'une représentation simplifiée et les calculs réels de gaz peuvent nécessiter un facteur de compressibilité, en particulier lorsque les conditions de fonctionnement s'écartent considérablement du comportement des gaz parfaits.

Donc:

Mesure de débit → Pression + Température + Propriétés du gaz

peut être nécessaire pour obtenir un résultat de masse ou de volume de référence plus significatif.

6. Débit volumique réel par rapport au débit volumique standard

Cette distinction est particulièrement importante pour les applications hydrogène.

Débit volumique réel

Cela représente le volume occupé par l’hydrogène à la pression et à la température réelles dans le pipeline.

Débit volumique standard ou normal

Cela convertit la quantité de gaz mesurée en une pression et une température de référence définies.

Différentes industries et contrats peuvent utiliser des conditions de référence différentes, la norme sélectionnée doit donc être clairement spécifiée.

Un débitmètre ou un débitmètre peut utiliser des entrées de pression et de température pour effectuer cette conversion.

7. Pourquoi les débitmètres Coriolis peuvent être intéressants pour l'hydrogène

Les débitmètres Coriolis mesurent directement le débit massique plutôt que de calculer la masse à partir du débit volumétrique et de la densité.

Cela peut simplifier la mesure lorsque le débit massique est le paramètre requis.

De nombreux compteurs Coriolis modernes peuvent également fournir des informations sur la densité et la température.

Cependant, les applications de l’hydrogène nécessitent encore une évaluation minutieuse des éléments suivants :

• Plage de débit

• Pression

• Température

• Taille du tuyau

• Compatibilité des matériaux

• Connexions de processus

• Précision requise

• Exigences relatives aux zones dangereuses

Coriolis n’est donc pas automatiquement le bon choix pour chaque application d’hydrogène.

8. Débitmètres Vortex pour l’hydrogène

Les débitmètres Vortex peuvent également être utilisés pour la mesure des gaz, y compris l'hydrogène, en fonction de l'application et de la configuration du compteur.

Le principe du vortex détermine le débit à partir de la fréquence des vortex générés autour d'un corps bluff.

Étant donné que la densité, la pression et la température du gaz influencent les conditions de fonctionnement, l'application doit être vérifiée par rapport à la plage de mesure du compteur.

Les informations sur la pression et la température peuvent également être utilisées à des fins de compensation ou de conversion lorsque des valeurs de volume standard ou liées à la masse sont requises.

9. Mesure du débit d’hydrogène dans les systèmes haute pression

La compression, le stockage et le transport de l’hydrogène peuvent impliquer des pressions élevées.

Dans ces applications, le transmetteur de pression et le débitmètre doivent être adaptés aux conditions de fonctionnement réelles.

Le matériau du capteur de pression est également important car l’hydrogène peut pénétrer dans certains matériaux et contribuer à la dégradation des matériaux liée à l’hydrogène.

Par conséquent, le système de mesure doit prendre en compte à la fois :

Performances des mesures

et

Compatibilité des matériaux

Les instruments de pression, de température et de débit doivent être sélectionnés comme un système de mesure complet plutôt que comme des appareils totalement indépendants.

10. Que faut-il vérifier avant de sélectionner un débitmètre d'hydrogène ?

Avant de demander un devis, fournissez :

• État de l'hydrogène : gazeux ou liquide

• Débit minimum

• Débit normal

• Débit maximal

• Pression de service

• Pression minimale et maximale

• Température de fonctionnement

• Température minimale et maximale

• Taille du tuyau

• Sortie requise : masse ou volume

• Conditions de référence si un volume standard est requis

• Exigence de précision

• Classification des zones dangereuses

• Connexion au processus

• Protocole de communication

Pour l’hydrogène liquide, les conditions cryogéniques et l’éventuel entraînement de gaz introduisent des considérations de mesure supplémentaires.

11. Problèmes courants de mesure du débit d’hydrogène

Lectures instables

Des changements importants de pression, de température ou de vitesse d'écoulement peuvent contribuer à des lectures instables en fonction de la technologie de mesure.

Volume standard incorrect

Des conditions de référence incorrectes ou une compensation de pression et de température manquante peuvent entraîner des valeurs de débit converties incorrectes.

Couverture insuffisante

Les applications de l’hydrogène peuvent avoir une large plage de fonctionnement. Un compteur doit être vérifié par rapport aux conditions de débit minimum et maximum.

Compatibilité des matériaux

Les capteurs de pression, les joints et les matériaux en contact avec le fluide doivent être examinés pour l'utilisation de l'hydrogène.

Vitesse élevée du gaz

Une faible densité de gaz peut entraîner une vitesse élevée, ce qui peut limiter la plage de fonctionnement appropriée de certaines technologies basées sur la vitesse.

Conclusion

La pression et la température sont des facteurs importants dans la mesure du débit d'hydrogène car elles influencent la densité et le volume du gaz.

La relation de base est la suivante :

Pression + Température → Densité du gaz → Relation volume/débit massique

Pour les applications nécessitant un volume standard ou normalisé, une compensation de pression et de température peut être nécessaire. Pour les applications nécessitant un débit massique direct, une technologie de mesure du débit massique appropriée peut simplifier le système de mesure.

Les débitmètres Coriolis et Vortex peuvent tous deux être envisagés pour le service d'hydrogène, mais la sélection finale doit être basée sur la pression, la température, la plage de débit, la taille des tuyaux, la précision et les exigences d'installation réelles.

Nous pouvons fournir des solutions de mesure du débit d'hydrogène auprès de fabricants tels queEndress+Hauser, KROHNE, Rosemount et d'autres marques d'instrumentation industrielle, ainsi que des transmetteurs de pression et de température.

Si vous sélectionnez un débitmètre pour l'hydrogène gazeux, fournissez la plage de débit, la pression, la température et la taille du tuyau pour un examen de la configuration.