В первой части руководства были рассмотрены особенности применения расходомеров различных принципов измерения расхода и ограничения по их использованию в зависимости от физико-химических свойств измеряемой среды.
Теперь, после того, как мы примерно определились с тем какие расходомеры лучше подходят для решения поставленной измерительной задачи, необходимо выяснить, какого типоразмера и какой динамический диапазон измерения должен иметь расходомер, чтобы обеспечить измерение расхода с требуемой точностью в заявленном диапазоне.
Особенности выбора типоразмера расходомера
В большинстве случаев величина расхода, которую требуется измерять, изменяется в довольно широких пределах от Qmin (минимальный расход) до Qmax (максимальный расход). Отношение величины максимального к величине минимального расхода называется динамическим диапазоном измерения. Необходимо помнить, что под минимальной и максимальной величинами расхода, в данном случае, понимаются такие значения, при измерении которых расходомер обеспечивает заявленную точность.
Выбор типоразмера измерителя расхода является наиболее сложной задачей. Номинальный диаметр его измерительной части (Ду) и диаметр трубопровода определяют расход измеряемой среды, скорость движения которой должна находиться в определенных пределах.
Так при измерении расхода абразивных жидкостей, пульпы, рудного шлама и т.п. электромагнитными расходомерами, необходимо обеспечить скорость движения среды не более 2 м/с. При измерении расходов сред, склонных к образованию отложений (сточные воды), скорость движения среды наоборот рекомендуется повысить, чтобы илистые отложения более эффективно вымывались. Для измерения расходов чистых неабразивных жидкостей электромагнитными расходомерами рекомендуется обеспечить скорость потока равной 2,5...3 м/с.
При измерении расходов жидкостей скорость потока не должна превышать 10 м/с. При измерении расхода газов и пара скорость потока, в большинстве случаев, не должна быть выше 80 м/с.
Ориентировочные значения расхода жидкости в зависимости от диаметра трубопровода и измерительной части расходомера при разных скоростях движения среды приведены в таблице 1.
Таблица 1.
| ДУ | Расход м3/ч | ДУ | Расход м3/ч | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| [мм] | [дюйм] | Расход при v=0,3 м/с | Заводская уставка при v~2,5 м/с | Расход при V=10 м/с | [мм] | [дюйм] | Расход при v=0,3 м/с | Заводская уставка при v~2,5 м/с | Расход при V=10 м/с |
| 2 | 1/12″ | 0,0034 | 0,0283 | 0,1131 | 66 | 2 1/2″ | 3,584 | 29,87 | 119,5 |
| 4 | 5/32″ | 0,0136 | 0,1131 | 0,4524 | 80 | 3″ | 5,429 | 45,24 | 181,0 |
| 8 | 5/16″ | 0,0543 | 0,4524 | 1,810 | 100 | 4″ | 8,482 | 70,69 | 282,7 |
| 15 | 1/2″ | 0,1909 | 1,590 | 6,362 | 125 | 5″ | 13,25 | 110,5 | 441,8 |
| 25 | 1″ | 0,5301 | 4,418 | 17,67 | 150 | 6″ | 19,09 | 159,0 | 636,2 |
| 32 | 1 1/4″ | 0,8686 | 7,238 | 28,95 | 200 | 8″ | 33,93 | 282,7 | 1131 |
| 40 | 250 | 10″ | 53,01 | 441,8 | 1767 | 1 1/2″ | 1,357 | 11,31 | 45,24 |
| 50 | 2″ | 2,121 | 17,67 | 70,69 | |||||
На диапазон измерения расхода также влияют температура и давление измеряемой среды. В таблице 2 для примера показаны диапазоны измерения расхода воздуха при температуре 20°С и различном избыточном давлении вихревого расходомера Vortex VN2000.
Таблица 2.
| Диаметр трубы, мм | Давление (бар); Плотность (кг/м3) | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 бар 1,205 кг/м3 | 3,4 бар 5,248 кг/м3 | 6,9 бар 9,409 кг/м3 | 11 бар 14,28 кг/м3 | 13,8 бар 17,61 кг/м3 | 20,7 бар 25,82 кг/м3 | 27,6 бар 34,02 кг/м3 | 34,5 бар 42,22 кг/м3 | 69 бар 83,24 кг/м3 | |
| 50 | 0,4829...9,748 | 1,288...4245 | 1,902...76,11 | 2,512...115,5 | 2,889...142,5 | 3,927...208,8 | 4,482...275,2 | 5,177...341,6 | 8,141...673,4 |
| 75 | 1,064...21,48 | 2,838...93,52 | 4,190...167,7 | 5,535...254,6 | 6,365...313,9 | 8,215...460,1 | 9,895...606,3 | 11,41...752,5 | 17,94...1484 |
| 100 | 1,832...36,98 | 4,888..161,0 | 7,215...288,7 | 99,531...438,3 | 10,96...540,5 | 14,15...792,3 | 17,00...1044 | 19,64...1296 | 30,89...2555 |
| 150 | 4,157...83,93 | 11,09...365,5 | 16,37...655,3 | 21,63...994,8 | 24,88...1227 | 32,10...1798 | 38,59...2369 | 44,57...2941 | 70,09...5798 |
| 200 | 7,199...145,3 | 19,21...632,8 | 28,35...1135 | 37,46...1723 | 43,07...2124 | 55,59...3113 | 66,82...4103 | 77,18...5092 | 121,4...10039 |
| 250 | 11,35...229,1 | 30,27...997,5 | 44,69...1789 | 57,04...2715 | 67,90...3348 | 87,62...4908 | 105,3...6367 | 121,7...8027 | 191,3...15824 |
| 300 | 16,11...325,2 | 42,97...1416 | 63,44...2539 | 83,81...3854 | 96,38...4752 | 124,4...6966 | 149,5...9180 | 172,7...11393 | 271,6...22462 |
| 350 | 19,47...393,0 | 51,95....1712 | 76,68...3069 | 101,3...4659 | 116,5...5745 | 150,3...8420 | 180,7...11096 | 208,7...13772 | 328,3...27151 |
| 400 | 25,43...513,4 | 67,85...2235 | 100,2...4008 | 132,3...6085 | 152,2...7503 | 196,4...10998 | 236,0...14493 | 272,6...17988 | 428,7...35462 |
| 450 | 32,19...649,8 | 85,88...2830 | 126,8...5073 | 167,5...7702 | 192,6...9497 | 248,5...13921 | 298,8...18345 | 345,1...22768 | 542,7...44887 |
| 500 | 40,00...807,4 | 106,7...3516 | 157,5...6304 | 208,1...9571 | 239,3...11801 | 308,8...17298 | 371,3...22795 | 428,8...28292 | 674,3...55776 |
| 550 | 51,04...1030 | 136,2...4486 | 201,0...8044 | 265,5...12212 | 305,4...15058 | 394,1...22072 | 476,7...29086 | 547,1...36100 | 860,5...71170 |
| 600 | 57,85...1168 | 154,3...5085 | 227,8...9118 | 301,0...13842 | 346,1...17068 | 446,7...25019 | 537,032969 | 620,2...40919 | 975,3...80671 |
Более точное определение минимального и максимального значения расходов для данного типоразмера расходомера производится с помощью специальных программных средств, разработанных производителем. При расчете учитывается влияние минимальных и максимальных значений температуры и давления среды, ее плотность, вязкость и другие характеристики, влияющие на скорость потока и объемный расход.
Влияние гидравлического сопротивления
Необходимо также учитывать и то, что расходомер может оказывать определенное сопротивление движению измеряемой среды и вносить дополнительное гидравлическое сопротивление. Наибольшим гидравлическим сопротивлением обладает вихревой расходомер из-за наличия в измерительной части прибора тела обтекания довольно большого объема. Кориолисовый расходомер также обладает гидравлическим сопротивлением, приводящим к потере давления, из-за наличия в конструкции изгибов и разветвлений трубопроводов.
Наименьшим гидравлическим сопротивлением обладают электромагнитные и ультразвуковые измерители расхода, так как они не имеют изгибов и частей, выступающих внутрь измерительной части. Они относятся к полнопроходным. Некоторые потери давления могут быть вызваны материалом футеровки измерительной части (например, резиновой футеровкой) или неправильной установкой (уплотнительные прокладки выступают внутрь проточной части расходомера).
В таблице 3 приведены значения динамического диапазона измерения расхода и максимальные значения скорости потока для расходомеров различного принципа действия.
Таблица 3.
| Метод | Динамический диапазон | Максимальная скорость потока, м/с |
|---|---|---|
| Электромагнитный | 100:1 | 10 (жидкость) |
| Вихревой | 25:1 | 10 (жидкость), 80 (пар, газ) |
| Ультразвуковой (врезные датчики) | 100:1 | 10 (жидкость) |
| Ультразвуковой (накладные датчики) | 100:1 | 12 (жидкость), 40 (пар, газ) |
| Кориолисовый | 100:1 | 10 (жидкость), 300 (пар, газ) |
Метрологические характеристики и их влияние на выбор
В настоящее время встречаются электромагнитные расходомеры с заявленным динамическим диапазоном 500:1 и даже 1000:1. Такие значительные динамические диапазоны измерения достигаются путем применения многоточечной калибровки при выпуске расходомера из производства. К сожалению, в процессе дальнейшей эксплуатации метрологические характеристики ухудшаются и реальный динамический диапазон значительно сужается.
Метрологические характеристики расходомеров выходят на первый план в случае их применения для коммерческого учета энергоресурсов. Необходимо помнить, что все приборы, которые планируется использовать для целей коммерческого учета, должны быть в обязательном порядке внесены в Государственный реестр средств измерений после прохождения соответствующих испытаний, по результатам которых подтверждаются заявленные производителем метрологические характеристики. Именно действующим описанием типа средства измерения следует руководствоваться при оценке погрешностей. Так как, например, в некоторых случаях, заявленная производителем низкая погрешность измерения может быть обеспечена не во всем диапазоне, а только в некоторой его узкой части. И, к сожалению, производители не всегда отражают этот факт в своей технической документации и рекламных материалах.
Для снижения издержек на последующее метрологическое обслуживание (поверку) расходомеров при прочих равных условиях рекомендуется выбирать приборы с максимальным межповерочным интервалом. На данный момент большинство расходомеров имеет межповерочный интервал один раз 4 года и более. При выборе марки прибора не стоит гнаться за максимальным значением межповерочного интервала в случае когда долговременная точность измерения является определяющей характеристикой, особенно если это предложение от малоизвестного производителя. Для расходомеров с условным диаметром более 250 мм (DN 250) наличие методики поверки без демонтажа измерительной части, так называемой имитационной, беспроливной поверки, зачастую становиться решающим фактором в пользу выбора конкретного производителя и типа. Проведение поверки проливным методом расходомеров с условным диаметром более 250 мм в настоящее время является сложной задачей в виду отсутствия в России аттестованных проливных установок для поверки средств измерения расхода большого диаметра. Но необходимо помнить, что метод беспроливной поверки добавляет к базовой погрешности измерения еще дополнительную погрешность 1...1,5%, что не всегда может быть приемлемо.
В таблице 4 приведены метрологические характеристики измерителей расхода с различным способом измерения, пожалуй, с лучшими на сегодняшний день показателями точности. Если предлагаемое вам поставщиком решение обладает еще более высокими показателями точности, то следует более тщательно подойти к вопросу проверки заявленных метрологических характеристик данного оборудования.
Таблица 4.
| Метод | Погрешность | Повторяемость результатов |
|---|---|---|
| Электромагнитный | >±0,2...0,4% | >0,1...0,2% |
| Вихревой | >±0,75...1% | >0,1% |
| Ультразвуковой (врезные датчики) | >±0,5...2% | >0,25% |
| Ультразвуковой (накладные датчики) | >±0,5...1% | >0,15% |
| Кориолисовый | >±0,1...0,15% | >0,05% |
На точность измерения объемного и массового расхода влияет не только метод измерения, качество применяемых при изготовлении материалов, примененные схематические решения и программные алгоритмы вычислений, но и правильность монтажа и настройки, своевременность и полнота технического обслуживания. Этим вопросам будет посвящена заключительная, третья часть руководства по выбору расходомеров, так как затраты на монтаж и последующее обслуживание, а также возможные технические особенности применения тоже должны учитываться в процессе выбора расходомера.
