3.4. Расходомеры

3.4.1. Основная терминология и требования к расходомерам

Расходомеры в промышленности используются для измерения количе­ства жидкости, газа, пара и сыпучих веществ. Они необходимы для унравлеимя производством, ооеепечения оптимально! о режима 1ехнологических процессов но всех отраслях народного хозяйства и для автоматизации произ­водства и достижения при пом максимальной его эффективности [ 13, 23-29, 43, 48, 68, 70, 75, 78-84, 104, 108, 1 13-115].

В последние годы в системах ОАО «АК Транснефть», ОАО «Газпром» и других компаний большое внимание уделяется коммерческому учёту пе­рекачиваемой продукции. Устаревшие типы расходомеров заменяются па современное оборудование с высокой надежностью и точностью измере­ний.

Расход - это количество (масса или объем) вещества, протекающего через данное сечение в единицу времени.

Прибор, измеряющий расход вещества, называется расходомером, а массу или объем вещества - счетчиком количества или просто счетчи­ком. Прибор, который одновременно измеряет расход и количество веще­ства, называется расходомером со счетчиком. К этим терминам следует добавлять название измеряемого вещества, например: расходомер газа, счетчик воды, расходомер пара со счетчиком.

Устройство, непосредственно воспринимающее измеряемый расход (на­пример, диафрагма, сопло, напорная трубка) и преобразующее его в другую величину (например, в перепад давления), которая удобна для измерения, на­зывается преобразователем расхода. Количество вещества измеряется или в единицах массы (килограммах, тоннах, граммах), или в единицах объема (ку­бических метрах и кубических сантиметрах). Соответственно расход измеря­ют в единицах массы, деленных на единицу времени (килограммах в секунду, килограммах в час и т. д.), или в единицах объема, также деленных на единицу времени (кубических метрах в секунду, кубических метрах в час и т. д.). В пер­вом случае имеем массовый расход, во втором - объемный.

С помощью единиц объема можно правильно определять количество вещества (особенно газа), если известны его давление и температура. В свя- IH с этим результаты измерения объемного расхода газа обычно приводят к стандартным (нормальным) условиям, т. е. к температуре 293, 15 К (20 °С) и давлению 101 325 Па (760 мм рт. ст.). При этом у буквы, обозначающей обьем или объемный расход, надо ставить индекс «и» (приведенный) или ин­декс «с» (стандартный).

Подробная классификация расходомеров и счетчиков разработана во ПИ НИМ и опубликована в ГОСТ 15528-86 [25].

Современные требования к расходомерам и счетчикам многочисленны н разнообразны. Удовлетворить совместно все требования очень трудно, нин даже невозможно. Одни типы приборов в большей мере удовлетворяют одним требованиям, а другие-другим. Поэтому при выборе того или иного чипа прибора следует исходить из сравнительной важности тех или других требований, предъявляемых к измерению расхода или количества в каждом конкретном случае.

1. Высокая точность измерения. Если раньше погрешность измерения в 1,5-2 % считалась приемлемой, то теперь нередко требуется иметь по­грешность не более 0,2-0,5 %. Эта весьма малая погрешность уже достигну­та в камерных счетчиках жидкостей (лопастных, роликово-лопастных). Но такие счетчики не предназначены для больших диаметров труб. На магист­ральных трубопроводах преимущественно применяют расходомеры с сужа­ющими устройствами (СУ) и силовые. Для повышения их сравнительно ог­раниченной точности используют преобразователи давления, температуры или плотности, измерительные сигналы которых поступают в вычислитель­ные устройства, вносящие коррекцию в показания расходомера - дифмано- метра. Имеются расходомеры с погрешностью всего 0,25-1,0 % (тахомет- рические, вихревые, электромагнитные, ультразвуковые), но не все из них пригодны для больших трубопроводов.

2. Высокая надежность. Зависит от типа прибора и от условий его при­менения. Некоторые расходомеры и их элементы, не имеющие движущихся частей, могут надежно работать очень долго. Но тахометрические расходо­меры п счетчики с движущимся ротором имеют срок службы, зависящий от степени чистоты измеряемого вещества и его смазывающей способности. В технических условиях на некоторые отечественные и зарубежные турбин­ные расходомеры, которые применяются на магистральных трубопроводах, установлен шестилетний межповерочный срок нормальной работы.

3. Малая зависимость точности измерения от изменения плотнос­ти вещества. Этим преимуществом обладают тепловые и силовые расходо­меры, измеряющие массовый расход. У других типов приборов надо иметь устройства, автоматически вводящие коррекцию на изменение плотности или температуры и давления измеряемою вещества. Это особенно необхо­димо при измерении расхода газа.

4. Быстродействие прибора или его высокие динамические харак­теристики. Это требование важно, когда расходомер применяют в систе­мах автоматического регулирования и при измерении быстроменяющихся расходов. Существует большая градация быстродействия, измеряемого от сотых долей секунды у турбинных, до десятка секунд у тепловых расходо­меров.

5. Большой диапазон измерения (ч_тяJ1 „,,„)■ У приборов с линейной характеристикой он равен 8-20 и более, а у расходомеров с СУ, имеющих квадратичную характеристику, он равен лишь 3-10. В случае необходимости его можно повысить до 16, подключая к СУ два дифманометра с разными А Ртах

6. Обеспеченность метрологической базой. Образцовые расходомерные установки, необходимые для градуировки и новерки различных расхо¬домеров, сложны и дороги, особенно при больших поверяемых расходах. В стране их сравнительно немного, и предназначены они преимущественно для поверки расходомеров воды и водосчетчиков. Одни лишь расходомеры с СУ не требуют образцовых раеходомерных установок, потому что для большинства их разновидностей были экспериментально установлены и нор¬мированы их коэффициенты расходов и расширения в международном стан¬дарте ISO 5167 и других рекомендациях [23-29|. На их основе выпускаются в отдельных странах Правила по применению расходомеров с СУ. Поэтому преимущественно применяются расходомеры с СУ, потому что почти все остальные типы требуют для своей поверки образцовых установок. В связи с их отсутствием и сложностью транспортирования первичных преобразова¬телей расхода, особенно больших размеров, весьма актуальна как разработ¬ка имитационных методов поверки (например, магнитных), так и разработка методов поверки на месте установки расходомеров без их демонтажа (концентрационный, меточный и другие методы).

7. Очень большой диапазон расходов, подлежащих измерению. Для жидкости надо измерять расходы в пределах от 10": до 107-10х кг/ч, а для газов - в пределах от 10"4 до 105-106 кг/ч, т. е. расходы, отличающиеся на десять порядков. Особые трудности возникают при измерении как очень малых, так и очень больших расходов. Здесь нередко приходится применять особые методы измерения, например парциальный (при больших расходах). Относительно проще измерять средние расходы.

8. Необходимость измерения расхода не только в обычных, но и в экстремальных условиях, при очень низкой или очень высокой темиературе и давлении. Расход криогенных жидкостей надо измерять при очень низких температурах (до минус 255 °С), а расход перегретого пара сверхвысокого давления и расход расплавленных металлов при температу¬рах, достигающих 600 °С и более.

Подобные условия создают дополнительные трудности для обеспечения падежного измерения расхода.

1. 9. Широкая номенклатура измеряемых веществ. Вещества могут быть не только однофазными и однокомнонентными, но также многофазны¬ми и многокомпонентными. При этом надо учитывать как особые свойства вещества (агрессивность, абразивность, токсичность, взрывоопасность и I. д.), так и его параметры (давление, температура). Особая задача - изме¬рение расхода расплавленных металлов-теплоносителей. Между тем основ¬ные методы измерения расхода были разработаны для однофазных сред (для I и скости, газа и пара). Теперь же все актуальнее становится задача измере¬ния двухфазных и даже иногда трехфазных веществ. Имеются следующие основные разновидности двухфазных сред: гидросмесь или пульпа-смесь жидкой п твердой фаз - что водогрунтовая смесь, целлюлозно-бумажная пульпа, гидротранспорт и т. п.; смесь газообразной и твердой фаз - что пыле- угольное топливо, пневмотранспорт цемента и т. п.; смесь жидкости с газом - это нефтегазовая смесь и влажный насыщенный пар. Измерение их расхода очень важно, хотя и представляет определенные трудности. Пример трех­фазной смеси - газированная пульпа, а трехкомпонентной - двухфазная смесь нефти, воды и газа.