расходомеры. Расходомеры
 Скачать 245.88 Kb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Расходомеры – это приборы, измеряющие объем или массу вещества: жидкости, газа или пара, которые проходят через сечение трубопровода в единицу времени. В быту расходомеры называют «счетчиками», но это неверно, потому что счетчик – только одна из составляющих конструкции расходомера. Особенности конструкции зависят от типа прибора. Под расходом понимается физическая величина, равная пределу отношения приращения массы или объема, или количества жидкости, протекающих в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, к интервалу времени, за который это приращение произошло, при неограниченном уменьшении интервала времени. Обозначается расход буквой Q и, соответственно, Qm - массовый расход; Qо - объемный расход; Qмол - количественный расход. Соответственно, расходомеры могут быть для жидкости или газа и измерять либо массовый, либо объемный, либо количественный расходы. Датчик расхода - средство измерений расхода, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающийся непосредственному восприятию наблюдателя. Под счетчиком жидкости подразумевается измерительный прибор, предназначенный для измерения соответственно: либо объема, либо массы, либо количества жидкости (газа), протекающей в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению потока. Обзор, основанный на анализе Европейского рынка расходомеров, показывает, что доля расходомеров переменного перепада давления составляет 30%; камерных счетчиков - 26%; расходомеров постоянного перепада давления - 17%, электромагнитных расходомеров -15%, турбинных счетчиков - 5%, ультразвуковых расходомеров - 2% и вихревых счетчиков - 2%. Однако, в последние годы наметилась тенденция расширения рынка электромагнитных, ультразвуковых и особенно вихревых расходомеров за счет некоторого снижения числа приборов переменного перепада давления. Таким образом электромагнитные расходомеры имеют значительное распространение и их доля в общей массе применяемых средств непрерывно возрастает. Основные понятия расходометрии Измерение расхода жидкостей, газов и других сред играют огромную роль в различных областях промышленности. При определении мощности, производительности и коэффициента полезного действия (КПД) энергетических установок, контроле и управлении производственными процессами требуется точное и надежное измерение расхода различных жидких, сыпучих и газообразных веществ. Установка приборов учета, как показывает опыт, даже без проведения энергосберегающих мероприятий позволяет значительно снизить затраты энергоносителей и воду. Расход жидкости, сыпучих веществ, газа – физическая величина, равная пределу отношения приращения массы или объема, или количества жидкости (сыпучих веществ, газа), протекающих в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока, к интервалу времени, за который это приращение произошло, при неограниченном уменьшении интервала времени. Измерение различных расходов сред принципиально подразделяется на измерение скорости потока (протока) в открытых объемах, например, в каналах и измерение расхода в ограниченных (закрытых) объемах, например, в трубах. В случае, если известна скорость потока в конкретной трубе, то исходя из этой скорости потока, имеется возможность рассчитать расход среды в этой трубе. Для измерения расхода в вихревых, турбулентных или пульсирующих потоках среды дополнительно необходимо определение временных разрешений (интервалы, частота) для выяснения средней величины этого расхода. Прибор, измеряющий расход, т. е. количество вещества, проходящее в трубопроводах в единицу времени, называют расходомером. Если расходомер снабжен суммирующим устройством со счетчиком, он служит для одновременного измерения расхода и количества вещества и называется счетчиком количества. Измерение расхода и количества является не простой задачей, поскольку на показания приборов влияют физические свойства измеряемых потоков: плотность, вязкость, соотношение фаз в потоке и т. п. Физические свойства измеряемых потоков, в свою очередь, зависят от условий эксплуатации, в первую очередь от температуры и давления. Устройство многих расходомеров сконструировано таким образом, что оно вызывает изменение физических параметров измеряемой среды, например, снижение давления, увеличение сопротивления и температуры. Другие расходомеры уже изначально конструктивно располагают внутренними инородными телами (сенсорами), что приводит к загрязнению внутренней поверхности расходомера и самого датчика. Кроме того, на процесс измерения, могут влиять температурные, химические и другие физические параметры измеряемой среды: плотность, вязкость и ее электропроводимость. Если условия эксплуатации расходомера отличаются от условий, при которых производилась его градуировка, то ошибка в показаниях прибора может значительно превысить допустимое значение. Поэтому для серийно выпускаемых приборов установлены ограничения области их применения: по свойствам измеряемого потока, максимальной температуре и давлению, содержанию твердых частиц или газов в жидкости и т. п. Правильный выбор типа расходомера для каждой конкретной среды, с учетом ее физико-химических параметров, играет существенную роль для определения точности результатов замеров, эффективности использования расходомера, периодичности и стоимости технического обслуживания, а также для увеличения ресурса работы самого расходомера. Расход - это количество жидкости, протекающее сквозь поперечное сечение жидкостного потока за единицу времени. В зависимости от единиц измерения количества жидкости расход может быть объемным Q (в м3/с) или массовым М (в кг/с). Массовый, а также объемный расходы объединены зависимостью, как зависимость у массы и объема вещества: где - плотность вещества. Средние расходы — при испытаниях, определение „расходных характеристик” объектов и процессов (например, при оценках удельных расходов горючего различных двигателей, накоплении газовых и нефтяных скважин и т. п.), при подсчетных операциях. Требования к расходомерам и счетчикам Данных требований множество и большое разнообразие. Удовлетворить одновременно всем требованиям очень непросто. Поэтому для выбора типа расходомера следует подбирать из значимости важных для потребителя и места монтажа требований, основных к измерению расхода или количества для каждого конкретного случая. Большая точность измерения. Это самое важное требование, когда нужно измерять (массу или объем) прошедшего вещества. Высокая надежность. Это следующее важное требование. Оно измеряется временем, в течение которого расходомер сохраняет работоспособность и полученную точность. Это время зависит из-за типа расходомера и условий его использования. Некоторые приборы и их элементы, не имеют движущихся частей, способны работать без поломок очень долго. Но тахометрические расходомеры и счетчики с движущимся ротором обладают много меньшим сроком службы, зависящий от загрязненности измеряемого жидкого вещества и его смазывающей способности. Низкая связь точности измерения от перемены плотности жидкости. Обладают только тепловые и силовые расходомеры, измеряющие массовый расход. Другим типам расходомеров надо иметь устройства, которые автоматически проводят коррекцию на изменение плотности, температуры и давления измеряемого вещества. Эти требования обязательны для измерения расхода газа. Скорость получения измерения датчика и его высокие динамические характеристики. Эти требования важны, для применения расходомера во многих системах автоматического регулирования, а также для измерения быстро изменяющихся расходов. Большой диапазон изменения. Присутствие метрологической базой. Образцовые установки измерения расхода, используются для поверки, калибровки, градуировки множества типов расходомеров, сложны и дороги, тем более, если поверяемый расход очень большой. Большой перечень измеряемых жидкостей. Они могут быть не только однородными и однокомпонентными, но еще многофазными и состоящими из нескольких состояний жидкости. И нужно принимать во внимание как особенные качества жидкости (агрессивность, абразивность, токсичность, взрывоопасность и т. д.), и его характеристики (давление, температура). В настоящее время в России и за рубежом создано большое число разновидностей расходомеров из-за сложности требований, предъявляемых к ним. При выборе расходомеров учитывают свойства измеряемого вещества, его параметры, обоснованность требований к точности измерения, сложность измерительного устройства и условия его эксплуатации и поверки. Отечественные и зарубежные фирмы предлагают широкий ассортимент счётчиков и расходомеров с различными принципами устройства, конструкциями и назначением для нефтяной и газовой промышленности, магистральных газонефтепроводов с большим расходом транспортируемой продукции. Обобщенная Классификация расходомеров В соответствии с ГОСТ 15528-86 и разработок ВНИИМ расходомеры и счётчики подразделяют на четыре группы. Группа А: Приборы, основанные на гидродинамических методах: 1) переменного перепада давления; 2) переменного уровня; 3) обтекания; 4) вихревые; 5) парциальные. Группа Б: Приборы с непрерывно движущимся телом: 6) тахометрические; 7) силовые (в т.ч. вибрационные). Группа В: Приборы, основанные на различных физических явлениях: 8) тепловые; 9) электромагнитные; 10) акустические; 11) оптические; 12) ядерно-магнитные; 13) ионизационные. Группа Г: Приборы, основанные на особых методах: 14) корреляционные; 15) меточные; 16) концентрационные.  Тахометрические расходомеры Расходомеры жидкости, принцип действия которых основан на зависимости скорости движения (частоты вращения) преобразовательного элемента, установленного в трубопроводе или в специальной камере, от расхода жидкости. 1.1 Шариковые расходомеры Тахометрический расходомер, в котором преобразовательным элементом является движущийся шарик. В шариковом расходомере шарик непрерывно двигается по кругу за счет тангенциального подвода измеряемой среды или закручивания потока винтовым аппаратом. Частота вращения шарика по кругу преобразуется в электрический частотный сигнал индукционным или индуктивным преобразователем. 1.2 Роторно-шаровые расходомеры У роторно-шаровых расходомеров, в отличие от шариковых, шар (или другое тело вращения) не движется по кругу, а вращается вокруг своей оси под воздействием потока измеряемого вещества. 1.3 Турбинные расходомеры Тахометрический расходомер, в котором преобразовательным элементом является турбина. Турбина может быть расположена как аксиально, так и тангенциально. Вращение турбины преобразуется в электрический выходной сигнал расходомера. 1.4 Крыльчатые расходомеры Разновидность турбинного расходомера, в котором турбина расположена тангенциально. Приборы, основанные на различных физических явлениях: Камерные расходомеры Тахометрический расходомер с одним или более подвижным преобразовательным элементом, осуществляющим циклическое измерение определенных расходов жидкости. 2.1 Камерные расходомеры с подвижными разделяющими элементами Расходомеры данного типа имеют жесткую камеру, в которой при непрерывном перемещении одного или нескольких разделительных элементов (поршня, диска, роторов и т. п.) осуществляется отмеривание объемов жидкости. 2.2 Камерные расходомеры с неподвижными разделяющими элементами Расходомеры данного типа имеют одну или нескольких мерных камер, которые последовательно опорожняются и заполняются. Приборы, основанные на различных физических явлениях: Электромагнитные расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости взаимодействия движущейся жидкости с магнитным полем от объемного расхода жидкости. Основное применение получили такие электромагнитные расходомеры, у которых измеряется ЭДС, индуцируемая в жидкости при пересечении ею магнитного поля. Расходомеры перепада давления Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, или элементом трубопровода, от расхода жидкости. Измеряемый датчиком давления перепад давления пропорционален расходу жидкости. 4.1 Расходомеры с сужающими устройствами Расходомер переменного перепада давления, принцип действия которого основан на зависимости перепада давления, образующегося в сужающем устройстве в результате частичного перехода потенциальной энергии потока в кинетическую, от расхода жидкости. 4.2 Расходомеры с гидравлическим сопротивлением Расходомер перепада давления, принцип действия которого основан на зависимости перепада давления, образующегося на гидравлическом сопротивлении, от расхода жидкости. 4.3 Центробежные расходомеры Расходомер переменного перепада давления, принцип действия которого основан на зависимости давления, образующегося на закруглении трубопровода в результате действия центробежной силы в потоке, от расхода жидкости. 4.4 Расходомеры с напорным устройством Расходомер переменного перепада давления, принцип действия которого основан на зависимости перепада давления, создаваемого напорным устройством в результате перехода кинетической энергии струи в потенциальную, от расхода жидкости. Акустические расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости акустического эффекта в потоке жидкости от ее расхода. Акустический расходомер, в котором используются звуковые колебания частотой свыше 20 кГц принято называть ультразвуковым расходомером. 5.1 Корреляционные расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости времени перемещения местной неоднородности потока на участке пути, определяемого при помощи корреляционной функции, от расхода жидкости. 5.2 Ультразвуковые доплеровские расходомеры Ультразвуковой расходомер, принцип действия которого основан на зависимости допплеровской разности частот, возникающей при отражении ультразвуковых колебаний частицами потока, от расхода жидкости. 5.3 Ультразвуковые время-пролетные расходомеры Ультразвуковой время-пролетный расходомер (далее по тексту УЗР) - ультразвуковой расходомер, принцип действия которого основан на измерении разницы времени распространения звукового луча проходящего под углом к оси трубы в двух направлениях («по потоку» и против потока). На базе измеренной разницы времен распространения и геометрии трубы вычисляется средняя скорость потока жидкости . Далее по тексту обзора данный тип расходомеров обозначается УЗР. Приборы, основанные на гидродинамических методах: Вихревые расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования, от расхода жидкости. Частота колебаний измеряется с помощью пьезодатчиков или за счет явления электромагнитной индукции (при измерении расходе электропроводных жидкостей). 6.1 Вихревые расходомеры с вращающимся потоком Вихревой расходомер, принцип действия которого основан на зависимости частоты следования вихрей, создаваемых закручиваемым потоком жидкости, от ее расхода. 6.2 Вихревые расходомеры с телом обтекания Вихревой расходомер, принцип действия которого основан на зависимости частоты образования вихрей, периодически срываемых с плохообтекаемого тела, от расхода жидкости. 7 Силовые расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости эффекта силового воздействия, сообщающего ускорение потоку, от массового расхода жидкости. 7.1 Турбосиловые расходомеры Силовой расходомер, в котором осуществляется закручивание потока. 7.2 Гироскопические расходомеры Силовой преобразователь расхода, в котором создается гироскопический момент, зависящий от массового расхода. 7.3 Кориолисовые расходомеры Силовой расходомер, в котором потоку сообщается ускорение Кориолиса (постоянное или знакопеременное). Подробнее о силовых расходомерах. 8 Прочие расходомеры Расходомеры приведенных ниже типов не получили широкого распространения и в силу конструкционных особенностей не подходят для измерения на магистральных нефтепроводах и нефтепродуктопроводах. Информация о них приводится лишь для полноты картины методов измерения расхода. 8.1 ЯМР расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости эффекта ядерно-магнитного резонанса в потоке от объемного расхода жидкости. 8.2 Оптические расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан зависимости оптического эффекта в потоке от расхода жидкости. 8.3 Тепловые расходомеры Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости эффекта теплового воздействия на поток или тело, обтекаемое потоком, от массовой скорости или расхода жидкости. 8.4 Расходомеры обтекания Расходомер жидкости, принцип действия которого основан на зависимости перемещения элемента, воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока, от расхода жидкости. |