Определение метода измерения расхода в зависимости от характеристик измеряемой среды
В промышленности на узлах технического и коммерческого учета энергоресурсов, в системах регулирования и дозирования в настоящее время чаще всего применяют ультразвуковые, электромагнитные, вихревые и кориолисовые расходомеры. Учитывая многообразие измеряемых сред и возникающих измерительных задач, выбор подходящего по своим характеристикам измерителя расхода является достаточно сложной задачей. Даже если выбирать только среди указанных четырех типов расходомеров.
Цель этого руководства — дать начальное представление о пригодности каждого из четырех методов измерения расхода для решения имеющейся измерительной задачи. А также существующих ограничениях и особенностях применения расходомеров каждого типа.
К основным (базовым) критериям выбора типа измерителя расхода относятся:
- Характеристики измеряемой среды (физико-химические свойства);
- Необходимость измерения реверсивных потоков или массового расхода;
- Динамический диапазон измерения;
- Точность измерения, межповерочный интервал и наличие возможности поверки расходомера без его демонтажа;
- Надежность, эксплуатационные характеристики.
В данной части руководства рассмотрим применимость расходомеров с кориолисовым, ультразвуковым, электромагнитным и вихревым методом измерения в зависимости от характеристик измеряемой среды.
Физико-химические свойства измеряемой среды играют определяющее значение при выборе метода измерения расхода и конструктивного исполнения расходомера. К физико-химическим свойствам среды относятся такие параметры как агрегатное состояние среды, ее температура и давление (номинальные, минимальные и максимальные), вязкость и химическая активность, наличие в ней примесей, склонность к образованию отложений и т.п.
Так электромагнитные расходомеры предназначены только для измерения электропроводящих жидкостей, растворов и пульпы. Измерение расхода химически обессоленной воды, пара и газов невозможно с помощью расходомеров данного типа. При выборе конкретной модификации электромагнитного расходомера особое внимание нужно уделить материалу футеровки измерительной части, так как именно от нее зависит температурная и коррозионная стойкость измерительной части датчика. Неправильный выбор материала футеровки может привести к ее вспучиванию, отслоению и как результат, к недостоверным показаниям или выходу расходомера из строя.
Основные материалы, применяемые для футеровки измерительной части электромагнитных расходомеров, приведены в таблице 1.
Таблица 1.
| Материал футеровки | Область применения | Диапазон температур измеряемой среды, °С |
|---|---|---|
| PFA (перфторалоксид) | Превосходная стойкость к воздействию высоких температур, коррозионно-активных веществ и механическим напряжениям. Низкая устойчивость к истиранию. | -29...+177 |
| PTFE (Политетрафторэтилен) | Более экономичный в сравнении с PFA. Отличная стойкость к воздействию химикатов, но меньшая износостойкость по сравнению с PFA. Хорошая размерная стабильность. | -29...+177 |
| ETFE (этилентетрафторэтилен) | Высокая прочность на разрыв и ударопрочность. Характеристики стойкости к воздействию химикатов и к износу аналогичные PTFE, но максимальная температура ниже. | -29...+149 |
| Полиуретан, твердая резина | Обычно используется для чистой воды (без химикатов). Износостойкость к шламу, содержащему мелкие частицы. | -18...+60 |
| Неопрен | Обычно используется для пресной и морской воды. Износостойкость к шламу, содержащему мелкие частицы. | -18...+85 |
| Linatex | Обычно используется для горного шлама, высокая стойкость к износу от обломков породы. | -18...+70 |
В зависимости от производителя расходомеров и способа нанесения футеровки, температурные и механические характеристики могут незначительно отличаться.
Электромагнитные расходомеры, в зависимости от конструктивного исполнения, способны работать в диапазоне температур измеряемой среды от -30 до +180 °С, давлении до 16 МПа и выше, вязкости измеряемой среды от 0,1 до 100 000 мПа·с. Следует учитывать, что некоторые электромагнитные расходомеры, в зависимости от материала футеровки, могут иметь ограничения на установку на всасывающем трубопроводе насосов, так как понижение давления может привести к отслаиванию футеровки.
Вихревые расходомеры являются самыми «всеядными» в плане измеряемых сред. Расход холодных и горячих жидкостей, независимо от их электропроводящих свойств, насыщенного и перегретого пара, природного и технических газов может быть измерен с помощью расходомеров данного типа. Но и у них есть свои ограничения связанные с используемым методом измерения: вихревые датчики расхода не предназначены для измерения вязких и загрязненных сред и сред склонных к образованию отложений. Кроме того расходомеры данного типа наиболее чувствительны к турбулентности и неоднородности потока и вибрации трубопровода.
Учитывая, что измерительная часть вихревых расходомеров выполнена из металла, без применения полимерных футеровок, данный тип датчиков расхода может использоваться для измерения с температурой от −40 до +250°С. Давление среды обычно не должно превышать 10 МПа, максимальная вязкость ограничена величиной примерно 10 мПа*с.
При измерении высокотемпературных сред для защиты электроники электронного блока расходомера от перегрева и обеспечения удобной и безопасной их эксплуатации рекомендуется использовать разнесенное исполнение (независимо от типа расходомера и метода измерения). При разнесенном исполнении измерительная часть расходомера располагается на трубе, а блок электроники и индикации на некотором удалении от нее, в удобном для обслуживания месте с нормальным температурным режимом.
Ультразвуковые расходомеры предназначены для измерения расходов чистых (гомогенных) и загрязненный (гетерогенных) жидкостей и газов в зависимости от метода измерения. Для измерения чистых однородных сред следует выбирать ультразвуковой расходомер с время-импульсным методом измерения. Для измерения загрязненный многофазных сред следует выбирать расходомер с доплеровским методом измерения.
Ультразвуковые расходомеры имеют наиболее широкий диапазон применения по температуре и давлению измеряемой среды. Так для расходомеров с врезными датчиками температура измеряемой среды может быть в пределах от −200 до +200°С, давление до 4 МПа, вязкость среды от 0 до 350 мПа*с. Расходомеры с накладными датчиками рассчитаны на температуру измеряемой среды от −40 до +120°С и не имеют ограничений по максимальному давлению (величина максимального давления ограничивается только прочностными характеристиками самого трубопровода). Вязкость измеряемой среды может быть в пределах от 0,5 до 2500 мПа*с.
Кориолисовые расходомеры используются для высокоточного измерения расхода (массы) жидкостей, в том числе жидкостей с высокой вязкостью, а также жидкостей с включением твердых компонентов и растворенных газов (до нескольких процентов по объему). Наибольшее применение расходомеры данного типа получили для измерения расхода и дозирования коррозионно-активных веществ, топлива и сжиженных углеводородных газов.
Кориолисовые расходомеры обеспечивают высокоточное измерение массового расхода при изменении температуры и давления измеряемой среды в широких пределах, не чувствительны к турбулентности потока, поэтому не требуют прямолинейных участков до и после расходомера. Рассчитаны на измерение расхода среды с температурой от −50 до +180°С, давлением до 40 МПа и вязкостью от 0 до 100 000 мПа*с.
Для удобства выбора типа расходомера в зависимости от физико-химических свойств среды и измерительной задачи, все данные по четырем рассмотренным выше методам измерения, сведены в таблицы 2 и 3.
Таблица 2.
| Метод измерения | Измеряемая среда | Диапазон температур, °С | Максимальное давление, МПа | Диапазон вязкости, мПа*с |
|---|---|---|---|---|
| Электромагнитный | Электропроводящие жидкости | -30...+180 | 16 | 0,1...100000 |
| Вихревой | Жидкости, пар, газы | -40...+250 | 10 | 0...10 |
| Ультразвуковой (врезные датчики) | Жидкости, газы | -200...+200 | 4 | 0...300 |
| Ультразвуковой (накладные датчики) | Жидкости, газы | -40...+120 | Нет ограничений | 0,5...2500 |
| Кориолисовый | Жидкости, газы | -50...+180 | 40 | 0...100000 |
Таблица 3.
| Метод измерения | Возможность применения в системах коммерческого учета | Возможность применения в системах дозирования | Измерение массового расхода | Измерение реверсивных потоков |
|---|---|---|---|---|
| Электромагнитный | + | + | - | + |
| Вихревой | + | - | + | - |
| Ультразвуковой | + | - | + | + |
| Кориолисовый | + | + | + | + |
Необходимо помнить, что приведенных выше данных еще недостаточно для того, чтобы сделать однозначный обоснованный выбор в пользу того или иного метода измерений и уж тем более выбрать конкретный тип и модификацию расходомера. Данная информация позволяет лишь сразу отбросить те методы измерений, которые однозначно нельзя использовать для решения конкретной измерительной задачи. Чтобы снизить вероятность ошибки, в процессе выбора рекомендуется активно взаимодействовать со специалистами компании "РусАвтоматизация".
