учебный план по программе наладчик кипиа. НКИПИА курс лекций. Учебный план Предисловие тема системы автоматического контроля и основы метрологии
 Скачать 7.3 Mb.
|
|
ТЕМА№ 4 Контроль количества и расхода материалов § 4.1. Основные понятия. Единицы измерения Количество вещества выражают в единицах объема или массы. В системе СИ за единицу объема принят кубический метр (м 3 ), а за единицу массы — килограмм (кг). Количество газа измеряют объемным методом. Для получения сравни- мых результатов измерений необходимо объем газа привести к следующим нормальным условиям: температура 20 °С (293,15 К), давление 101 325 Па (760 мм рт. ст.), относитель- ная влажность Ф = 0. Для твердых и сыпучих тел пользуются понятием насыпной или объемной массы. Насыпная масса сыпучего материала не имеет постоянного значения; она за- висит от гранулометрического состава сыпучего материала, т. е. от размера частиц и количественного содержания частиц различной величины в общей массе сыпучего материала. По- этому количество сыпучего материала определяют взвеши- ванием. Приборы, измеряющие количество вещества, называют- ся счетчиками. Счетчики измеряют протекающий через них объем вещества за любой промежуток времени: сутки, месяц и т. д. Количество вещества при этом определяется как разность показаний счетчика. Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение канала в единицу време- ни. Массовый расход определяется в килограммах за се- кунду, а объемный расход — в кубических метрах за се- кунду. Приборы, измеряющие расход, называются расхо- домерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами со счетчиком. Такие расходомеры позволяют измерять расход и количество вещества. 64 По ГОСТ 15528–70 в зависимости от принятого метода измерения приборы для измерения расхода и количества подразделяются на: расходомеры переменного перепада давлений, основанные на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого неподвижным устрой- ством, установленным в трубопроводе, или эле- ментом трубопровода; расходомеры постоянного перепада давлений, основанные на зависимости от расхода вещества вертикального перемещения тела (поплавка), из- меняющего при этом площадь проходного отвер- стия прибора таким образом, что перепад давле- ний по обе стороны поплавка остается постоян- ным. Расходомеры основаны на зависимости от расхода ре- зультата взаимодействия движущейся жидкости с магнит- ным полем. § 4.2. Измерение количества жидкости и газа Количество жидкости или газа можно измерить счетчи- ками. По принципу действия счетчики подразделяются на объемные, массовые и скоростные. Для измерения коли- чества жидкости применяют преимущественно объемные и скоростные счетчики, для измерения объема газа — объемные счетчики. Для каждого счетчика существует определенный минимальный расход, ниже которого резко возрастает основная погрешность. Номинальным расходом называется наибольший дли- тельный расход, при котором погрешность измерения не выходит за пределы установленных норм, а потеря напора не создает в счетчике усилий, приводящих к быстрому из- носу его деталей. 65 Характерным расходом называется количество веще- ства, которое проходит через счетчик за 1 час при устано- вившемся потоке и потере напора 0,1 МПа. Характерный расход является условной величиной и служит мерой оценки счетчиков различных конструкций. Потери напора представляют собой разность давлений на входе в счетчик и выходе из него. Калибром счетчика называется диаметр условного прохода входного патрубка, выраженный в миллиметрах. Скоростные счетчики. Эти счетчики служат для изме- рения количества жидкостей. Они основаны на принципе измерения средней скорости движущегося потока. Количе- ство жидкости связано со средней скоростью движущегося потока соотношением Q = ν cp S, (4.1) где ν cp — средняя скорость движения вещества, м/с; S — поперечное сечение потока, м 2 О количестве жидкости, прошедшей через прибор, су- дят по числу оборотов лопастной вертушки, расположен- ной на пути потока. Считается, что скорость вращения вертушки пропорциональна средней скорости потока n = C ν cp ; (4.2) с учетом уравнения (4.1) n = с (Q \ S), (4.3) где n — число оборотов вертушки; с — коэффициент пропорциональности, характеризу- ющий механические и гидравлические свойства при- бора. По форме вертушки скоростные счетчики разделяются на две группы: с винтовой вертушкой и крыльчатые. Вин- товые вертушки размещают параллельно измеряемому по- току, крыльчатые — перпендикулярно ему. 66 На рис. 4.1 показан скоростной счетчик с винтовой вер- тушкой, закрепленной на горизонтальной оси. В корпусе 1, снабженном фланцами для присоединения к трубопроводу, установлена вертушка 2 с лопастями, изогнутыми по вин- товой линии. Вертушку изготовляют из пластмассы при рабочей тем- пературе до 30 °С и из латуни при более высоких темпера- турах. Вертушку делают полой для уменьшения ее веса и дав- ления на цапфы. На ось вертушки перед задним закрытым подшипником V, закрепленным в крестовине 4, насажен червяк 5, сцепляющийся с червячной шестерней, пере- дающей вращение передаточному механизму 6. Рис. 4.1. Скоростной счетчик с винтовой вертушкой 67 Рис. 4.2. Одноструйный (а) и многоструйный (б) счетчики От механизма движение передается оси, проходящей через сальник 7, и счетному механизму 8. Перед вертушкой со стороны входа жидкости установлен струевыпрямитель 9, состоящий из нескольких радиально закрепленных прямых пластин. Конец одной из пластин струевыпрямителя поворачивается вокруг вертикальной оси, образуя лопасть 11, служащую для регулирования счетчика через рычажный привод 12. В струевыпрямителе закреплен передний подшипник 10 оси вертушки. Механическое со- противление (трение в подшипниках, сальнике и т. п.) влияет на скорость вращения вертушки, а при некоторой минималь- ной скорости потока вертушка будет неподвижна. В зависимости от способа подвода жидкости счетчики с крыльчатой вертушкой подразделяются на одноструйные и многоструйные (рис. 4.2). Как в одноструйных, так и в многоструйных счетчиках жидкость под- водится тангенциально к лопастям вертушки. Счетчики с крыльчатой вертушкой устанавли- вают на горизонтальных участках трубопроводов. Счетчики с винтовой вертушкой применяют при давлении жидкости до 1,0 МПа и при длительной нагрузке до 600 м 3 /ч. Погрешность счет- чиков ±2–3 % действительного значения. Объемные счетчики. Принцип работы объемных счет- чиков заключается в измерении определенного объема жидкости, вытесняемого из измерительной камеры под воздействием разности давлений. Для применения на напорных технологических ли- ниях выпускают объемные лопастные счетчики типа ЛЖ. 68 Рис. 4.3. Промышленные объемные счетчики нефтепродуктов серии SM Принцип действия лопастных счетчиков основан на том, что поток измеряемой жидкости, поступая через входной патрубок, проходит через измерительную камеру, где те- ряет часть напора на создание крутящего момента, приво- дящего во вращение ротор с выдвижными лопастями. Измерение объемного количества жидкости происходит при периодическом отсекании определенных объемов жидко- сти, заключенных в полости между двумя лопастями и цилин- дрическими поверхностями измерительной камеры и бараба- на. За один полный оборот ротора отсекаются четыре объема, сумма которых равна емкости измерительной камеры. В обозначении типа счетчика первое число после букв — диаметр условного прохода счетчика, второе чис- ло — рабочее давление, на которое рассчитан счетчик. Ло- пастные счетчики с обозначением ЛЖА предназначены для агрессивных жидкостей. Для использования на нефтеперерабатывающих заводах, нефтеба- зах, АЗС, в топливозаправщиках, аэропортовых заправщиках самоле- тов, то есть везде, где требуется заправка нефтепродуктов, нужны промышленные объемные счетчики нефтепродуктов (рис. 4.3). Технические особенности промышленных объемных счетчиков нефтепродуктов серии SM: современный и надежный регулировочный механизм счетчика позволяет производить бесступенчатую микрорегулировку, благодаря чему достигается высокая точность измерений; 69 Барабанные счетчики. Работа этих счетчиков основана на непрерывном отмеривании и отсчете равных объемных порций газа. Число этих объемов регистрируется счетным механизмом (рис. 4.4). Рис. 4.4. Барабанный счетчик В герметичном цилиндрическом кожухе 1, заполненном несколько более чем наполовину затворной жидкостью, вращается концентрично расположенный барабан 2, разде- ленный четырьмя радиальными и одной цилиндрической перегородками на пять камер I — V. Камеры I — IV сооб- щаются с пространством кожуха 1 щелями а, b, с, d и с внутренней камерой V через щели а1, b1, с1 и d1. В камеру V через полую ось входит подающая газ труба 3, а в верхней части кожуха установлена отводящая труба 4. специальный манифольд отделяет счетчик от измерительной камеры; малые потери давления; простая конструкция ротора: лопасти очень легко меняются, имеют низкую стоимость, что снижает эксплуатационные расходы; коррекция расхода для поддержания хорошей точности на всем протяжении года; измерение вязких продуктов до 800 Cst. 70 Радиальные перегородки и соединяющие щели расположе- ны так, что газ последовательно заполняет камеры I — IV. Перепад давлений в трубах 3 и 4 заставляет барабан вра- щаться по часовой стрелке. Входная и выходная щели каждой камеры никогда не могут быть одновременно над уровнем жидкости, следова- тельно, прямой переток газа из трубы 3 в трубу 4 исключа- ется. Каждая камера заполняется определенным постоян- ным объемом газа, вытесняемым из камеры в кожух при- бора при выходе выпускной щели из-под уровня запираю- щей жидкости. Вращение барабана 2 передается счетному механизму, расположенному снаружи кожуха. За один обо- рот через барабан проходит объект газа, равный сумме объемов камер, отсекаемых жидкостью. Запирающей жидкостью служит обычно вода. В случае опасности замерзания воды используют водный раствор хлорида магния или глицерин. Барабанные счетчики при- меняют для измерения светильного, газогенераторного, коксового и других нейтральных газов, заметно не раство- ряющихся в затворной жидкости и не воздействующих на материал счетчика. Обязательным условием работы ба- рабанных газовых счетчиков является постоянство уровня жидкости в кожухе счетчика. Для контроля уровня жидко- сти счетчик снабжают водомерным стеклом или устрой- ством для поддержания постоянства уровня. Барабанные счетчики газа представляют собой очень точные приборы, их погрешность не превышает ±0,2 %. Однако они редко выпускаются производительностью бо- лее 3 м 3 /ч, так как при большой производительности габа- риты их слишком велики. 71 Газовые счетчики Ritter, как и широко известные в России счетчики ГСБ-400 и РГ-7000, работают по принципу вытес- нения с применением мерного модуля- барабана, вращающегося в затворной жидкости (вода или маловязкое масло). Внутри барабана происходит принуди- тельное измерение объема посредством периодического наполнения и опустоше- ния четырех жестких мерных камер. Нужный диапазон измерений может быть выбран из семи вариантов (ти- пов, моделей), в общей сложности 0,1– 18 000 литров в час для температур газов в диапазоне от −50 до +120 °С. Корпус счетчика (сварной пластмассовый или паяный стальной) в стандарт- ном варианте рассчитан на избыточное давление до 50 мбар. Погреш- ность при номинальном расходе ±0,2 % (точное значение указывается в калибровочном сертификате на конкретный прибор). Преимущества газовых счетчиков Ritter: высочайшая точность; возможность использования как для агрессивных, так и для инертных газов; высокая чувствительность при минимальной скорости рас- хода; возможность подключения к компьютеру или регистри- рующему устройству; возможность подключения электронного индикатора для отображения скорости потока в режиме реального времени; при изготовлении приборов использованы химически стойкие пластмассы (PVDF, PP, PVC); приборы пригодны для калибровки приборов учета расхо- да газа; счетчики не требуют технического обслуживания; срок службы исчисляется несколькими десятками лет. Ротационные счетчики. Счетчики газа ротацион- ные типа РГ предназначены для измерения объемного количества очищенных неагрессивных горючих газов, Рис. 4.5. Газовые барабанные счетчики фирмы Ritter 72 используемых в установках коммунальных и промышлен- ных предприятий (природного, сланцевого, генераторного, водяного, коксового, доменного, светильного, масляного, смешанного, пропан-бутана). Ротационные счетчики РГ состоят из трех основных уз- лов: корпуса, счетного механизма и дифференциального манометра. В корпусе размещены два ротора восьмеричной формы, удерживаемые во взаимно перпендикулярном по- ложении двумя парами шестерен, которые смонтированы на шейках роторов. При протекании газа через счетчик дав- ление на выходе несколько ниже, чем на входе, поэтому ро- торы вращаются в направлениях, указанных стрелками на рис. 4.6. За каждый оборот роторов счетчик пропускает постоянный объем газа. Вращательное движение роторов передается счетному механизму, установленному на перед- ней крышке счетчика. Счетный механизм показывает объем прошедшего через счетчики газа в кубометрах. Для наблю- дения за нормальной работой счетчика служит дифферен- циальный манометр, разность уровней подкрашенной воды которого показывает потерю напора в счетчике. Рис. 4.6. Схема движения газа в роторном счетчике Ротационные счетчики типа РГ рассчитаны на расход до 1 000 м 3 /ч; погрешность показаний ±2,5 %. 73 Насосы-дозаторы с возвратно-поступательным движе- нием поршня (рис. 4.7) служат для дозирования различных химически активных жидкостей. На всасывающей и нагне- тательной линиях этих насосов установлены клапаны. Когда привод 7 пе- ремещает поршень 2 справа налево, происхо- дит наполнение цилин- дра через входной кла- пан 3, а когда поршень, достигнув крайнего по- ложения, перемещается слева направо, клапан 3 на входе закрывается, а клапан 4 на выходе открывается и жидкость вытесняется в приемное устройство. § 4.3. Измерение количества твердых веществ Устройства измерения и дозирования массы широко распространены в промышленности. Эти устройства пред- назначены либо для получения измерительной информа- ции о массе вещества (средства измерения), либо для по- лучения измерительной информации и автоматического порционирования требуемой массы вещества (средства до- зирования, или автоматические дозаторы). Средства дозирования массы по месту, занимаемому в управляемом технологическом процессе, могут выпол- нять и дополнительную функцию — исполнительных устройств системы управления. Функция исполнительно- го устройства реализуется средствами дозирования тогда, когда они используются для подачи в управляемый объект заданного количества сырья и полуфабрикатов. По назначению средства измерения и дозирования мас- сы подразделяют на пять основных групп: Рис. 4.7. Поршневой насос дозатора 74 весы и дозаторы весовые порционные; весы транспортные; весы монорельсовые; весы и дозаторы автоматические непрерывного действия; весы специальные технологические. Весы и дозаторы весовые порционные. Весы и доза- торы весовые порционные предназначены для суммарного учета материалов в потоке и для дозирования и фасовки сыпучих и жидких материалов. К циферблатным приборам относятся те устройства, ра- бота которых основана на уравновешивании силы тяжести взвешиваемого материала. Весы состоят из следующих ос- новных узлов: счетчика, электрообо- рудования, циферблатного указтель- ного прибора, привода, неравнопле- чей рычажной системы, ковша, ра- мы с автоматическим механизмом и приводом, воздушной системы, шнекового питателя и станции уп- равления. Величина порции, необхо- димой для дозирования, заранее за- дается вручную на циферблатном приборе установкой задающих стре- лок с бесконтактными датчиками против соответствующих делений шкалы. Весы включают в работу кнопкой или от внешнего импульса. Полиэтилен подается шнековым пи- тателем в ковш, который подвешен на одном из плеч главного рычага неравноплечей рычажной системы. Рис. 4.8. Квадрантные весы 75 По мере заполнения взвешиваемым материалом ковш перемещается и через рычажную систему передает свое движение стрелке циферблатного указательного прибора. При приближении массы порции, набранной в ковше, к заданной величине система автоматики переключает электродвигатель привода питателя с большего числа обо- ротов на меньшее, и начинается досыпка. Когда порция материала в ковше достигает заданной величины, срабатывает система автоматики, которая включает электродвигатель привода питателя, закрывает заслонку питателя и автоматически или после получения команды (импульса) включает пневматический цилиндр открытия заслонки ковша. Взвешенная порция материала высыпается из ковша. Заслонка ковша закрывается под действием собственного веса, при этом срабатывает счет- чик, фиксируя взвешенную порцию. После закрытия за- слонки ковша цикл взвешивания повторяется. Весы снабжены механическим пятизначным счетчиком количества отвешиваемых порций. Точность отвешивания контролируется по шкале циферблатного указательного прибора. Класс точности весов 1,5. Для дозирования сыпучих материалов применяют лен- точные весовые дозаторы с пневматическим вибрацион- ным питателем и пневматическим регулятором. Эти доза- торы используют там, где не допускается применение электромагнитных вибраторов. Работа дозатора основана на сравнении действительной массы дозируемого материала с заданной. Пропорцио- нально изменению весовой нагрузки на транспортер изме- няется давление сжатого воздуха. Погрешность автомати- ческих весовых дозаторов составляет ±2 % от максималь- ного значения шкалы вторичного прибора. При постоян- ной скорости транспортера производительность в кг/с весовых дозаторов 76 Q т = q т × v т , (4.11) где q т — масса на ленте транспортера, кг/м на единицу длины; v т , — постоянная скорость движения ленты транспор- тера, м/с. Применение современных электронных и пневматиче- ских приборов в весовых дозаторах с электромагнитными пневматическими вибропитателями позволяет использо- вать весы в качестве воспринимающих элементов в систе- мах комплексной автоматизации непрерывных технологи- ческих процессов. Принцип действия квадрантных весов осно- ван на уравновешивании моментов, создаваемых взвешиванием грузов, отклонением квадранта и встроенными гирями. По конструкции пред- ставляют собой весы с двумя призмами с верх- ним расположением грузоприемной чашки и полным механическим гиренакладыванием. Весы квадрантные ВЛКТ-500 (рис. 4.9) имеют специальный механизм для автоматической ком- пенсации негоризонтальности при установке их на рабочем столе, а также делительное устрой- ство, которое позволяет исключить субъектив- ные ошибки при отсчете. Широкий диапазон от- счетной шкалы, наличие механизма компенсации тары, доступность чашки и удобство обслужи- вания значительно повышают производитель- ность весов. Результат взвешивания определяется по отсчетной шкале и счетчиках гиревого механизма и делительного устройства. Характеристики весов квадрантных ВЛКТ-500: наибольший предел взвешивания: 500 г; цена деления: 1 г; пределы допускаемой погрешности взвешивания: 20 мг; диапазон взвешивания по шкале: 0–100 г; дискретность: 10 мг; диаметр чашки: 150 мм; вес: 10 кг; габариты: 160 × 280 × 350 мм. Рис. 4.9. Весы квадрантные ВЛКТ-500 |