13 Вопрос Контроль расхода жидкостей и газов Расходомеры переменного перепада давления

Принцип действия расходомеров переменного перепада давления основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, или элементом трубопровода, от расхода вещества.

К расходомерам переменного перепада давления относятся расходомеры:

• с сужающим устройством (принцип действия основан на зависимости перепада давления, образующегося в сужающем устройстве в результате частичного перехода потенциальной энергии потока в кинетическую, от расхода);

• с гидравлическим сопротивлением (принцип действия основан на зависимости перепада давления, образующегося на гидравлическом сопротивлении, от расхода);

• с напорным устройством (принцип действия основан на зависимости перепада давления, создаваемого напорным устройством в результате перехода кинетической энергии струи в потенциальную, от расхода);

• центробежные (принцип действия основан на зависимости давления, образующегося на закруглении трубопровода в результате действия центробежных сил в потоке, от расхода);

• струйные (принцип действия основан на зависимости перепада давления, образующегося при ударе струи, от расхода) и др.

2. Расходомеры переменного уровня

У расходомеров переменного уровня уровень жидкости в сосуде при свободном истечении ее через отверстие в дне или боковой стенке сосуда зависит от расхода.

3. Расходомеры обтекания

У расходомеров обтекания перемещение тела, воспринимающего динамическое давление обтекающего его потока, зависит от расхода вещества.

К расходомерам обтекания относятся расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры, поплавковые, пружинные), поплавково-пружинные, с поворотной лопастью.

4. Тахометрические расходомеры

Принцип действия тахометрических расходомеров основан на зависимости скорости движения тела, установленного в трубопроводе, от расхода вещества.

В группу тахометрических расходомеров входят:

1) камерные расходомеры с одним или несколькими подвижными элементами, отмеривающими при своем движении определенные объемы жидкости или газа;

К камерным расходомерам относятся:

• шестеренчатые (с вращающимися шестернями),

• лопастные (с лопастями совершающими сложное вращательно-поступательное движение),

• поршневые, роторные (с вращающимися роторами),

• винтовые (с роторами винтовой формы),

• кольцевые (с кольцевым поршнем, катящимся внутри цилиндрической камеры и одновременно движущимся вдоль перегородки) и др.;

2) турбинные с вращающейся крыльчаткой;

3) шариковые с движущимся шариком.

5. Электромагнитные расходомеры

Принцип действия электромагнитных расходомеров основан на зависимости результата взаимодействия движущейся жидкости с магнитным полем от расхода.

6. Акустические расходомеры

Акустические расходомеры создают зависимый от расхода акустический эффект в потоке.

К акустическим расходомерам относятся ультразвуковые расходомеры, использующие звуковые колебания частотой свыше 2•10⁴ Гц.

7. Вихревые расходомеры

Принцип действия вихревых расходомеров основан на зависимости частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования, от расхода. Кроме перечисленных, существует большое число расходомеров и счетчиков жидкости, газа и пара, принципы действия которых основаны на других зависимостях:

• тепловые расходомеры,

• оптические расходомеры,

• ионизационные расходомеры,

• меточные расходомеры,

• парциальные расходомеры и др.

При измерении расхода вещества тепловым методом происходит преобразование скорости потока в температуру, которое осуществляется с помощью теплового преобразователя расхода, обтекаемого измеряемым потоком и являющегося основной частью теплового расходомера.

В оптических расходомерах измерение расхода производят по оптическому эффекту, сопровождающему процесс распространения света в измеряемом потоке. В качестве источников излучения применяют лазеры.

Ионизационными называют расходомеры, принцип действия которых основан на искусственной ионизации движущегося потока вещества, обычно газа, вызывающей возникновение ионизационного тока между электродами; величина тока зависит от расхода газа. Ионизация потока осуществляется изотопами или же с помощью электрического поля.

Меточными называют расходомеры, принцип действия которых основан на измерении времени прохода меткой определенного участка пути. Метки могут быть:

• радиоактивные,

• ионизационные,

• химические,

• тепловые,

• магнитные,

• оптические,

• ядерно-магнитные и др.

Парциальный метод измерения расхода позволяет с помощью небольшого расходомера или счетчика количества контролировать поток в трубопроводе большого диаметра. В парциальных расходомерах производится измерение определенной доли расхода основного потока, для ответвления которой используется перепад давлений (на сужающем устройстве или участке трубопровода) либо динамическое давление потока.

15 вопрос  НАГРЕВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ

Основные принципы управления процессом нагревания рассмотрим на примере поверхностного кожухотрубчатого теплообменника , в который подают нагреваемый продукт и теплоноситель. Показателем эффективности данного процесса является температура Т"п продукта на выходе из теплообменниI(a, а целью управления - поддержание этой температуры на определенном уровне.

Проведем анализ возможныхных управляющих и возмущающих воздействий в объекте управления.

Расход теплоносителя Ft можно легко стабилизировать или использовать для внесения эффективных регулирующих воздействий. Расход продукта F n определяется другими· технологическими процессами, а не процессом нагревания, поэтому он не может быть ни стабилизирован, ни использован для внесения регуих воздействий; при изменении рп Б теплообменник будут поступать сильные возмущения. Начальные температуры продукта Т'п и теплоносителя Т'т, а так же их удельные теплоемкости СП и С., определяются технологическими режимами других процессов, поэтому стабилизировать их при ведении процесса нагревания невозможно. К неликвидируемым возмущениям относятся TaKlКe изменения температуры окружающей среды и свойств теплопередающей стенки вследствие отложеющ солей и коррозии.

Анализ объекта управления показал, что большую часть, возмущающих воздействий невозможно устранить. В связи с этим следует в качестве регулируемой величины брать температуру Т"п, а регулирующее воздействие осуществлять путем изменения расхода РТ'

Теплообменники как объекты регулирования температурьг обладают большими запаздываниями, поэтому следует уделять. Особое внимание выбору места установки датчика и закона регулирования. Для уменьшения транспортных запаздываний датчик температуры необходимо помещать ,как можно ближе к теплообменнику. Для устранения запаэдывания значительный эффект может дать применение регуляторов с предварением и исполнительных механизмов с позиционерами.

В качестве контролируемых величин следует принимать расходы теплоносителей, их конечные и начальные температуры, давления. Знание текущих значений этих параметров необходимо для нормального пуска, наладки и эксплуатации процесса. Расход требуется знать также для подсчета технико-экономических показателей процесса, а расход Fп и температуру Т"п для оперативного управления процессом.

Сигнализации, подлежат температура Т"п и расход Fп продукта. Поскольку резкое падение РП может послужить причиной выхода из строя теплообменника, устройство защиты в этом случае должно перекрывать линию подачи теплоносителя.

Все рассуждения в отношении процесса нагревания справедливы и для процесса охлаждения. Объектом управления в этом .случае будет кожухотрубчатый теплообменник, в который подают х'JIадоноситель и охлаждаемый продукт; показателем эффективности - конечная температура продукта, а целью управления - поддержание этой температуры на заданном значении. Основным узлом управления будет регулятор конечной температуры охлаждаемого продукта, регулирование же будет осуществляться путем изменения расхода хладоносителя.

Каскадно-связанное регулирование. Использование двухконтурных САР значительно улучшает качество регулирования ко' нечной температуры продукта, если вспомогательной регулируе' мой величиной выбрать параметр, изменение которого будет сильным возмущением для процесса теплообмена. Часто в каче.стве вспомогательного параметра выбирают расход теплоноси- . теля (рис, 6.2); если теплоносителем служит пар . с переменным давлением, то предпочтительнее брать давление теплоносителя или давление в межтрубном пространстве .. Последний вариант следует использовать при переменных расходе и температуре нагреваемого продукта, так как давление в межтрубном пространстве является гораздо менее инерционным параметром, чем конечная температура продукта.

Регулирование байпасированием продукта. Для регулирования систем, в которых изменение расхода теплоносителя недопустимо, используют метод баЙпасирования. Регулирующее воздействие в этом случае осуществляется изменением расхода байпасируемого продукта . Поскольку перемещение регулирующего органа на байпасной линии все же приводит к некоторому изменению расхода продукта, при высоких тре-

бованиях к постоянству этого расхода устанавливают два мембранных исполнительных механизма разного типа. Аналогичный эффект достигается при установке трехходового смесительного клапана .

Регулирование методом байпасирования улучшает динами-ческую характеристику системы, так как при этом из цепи регулирования исключается теплообменник.

Регулирование изменением расхода конденсата греющего пара. Если теплообменник работает при частичном заливе конденсата, регулирующие воздействия можно вносить изменением расхода конденсата, что приводит к изменению уровня конденсата в теплообменнике. При этом перераспределяются поверхности теплообмена между конденсирующимся паром и продуктом, с одной стораны, и конденсатом и продуктом с другой.Интенсивность теплообмена, а затем и температура продукта на выходе теплообменника меняются. Такая система позволяет повысить эффективность работы теплообменника на 6-7% благодаря полному использованию тепла пара и' конденсата. Однако вследствие больших запаздываний эта система может быть рекомендована лишь при условии отсутствия резких возмущающих воздействий.

Регулирование изменением температуры горячего теплоносителя. Если насос теплоносителя установлен после теплообменника, то стабилизировать конечную температуру продукта можно но путем изменения начальной температуры горячего теплоносителя за счет рециркуляции части отработанного теплоносителя. Достоинством данного метода является постоянство расхода и1 скорости теплоносителя в теплообменнике, что обеспечивает Bbt· сокие и стабильные значения коэффициента теплоотдачи.

Реrулирование изменением расхода продукта. Если для качественного управления процессом теплообмена допустимо изменение или стабилизация расхода продукта, то, в зависимости от возможных возмущающих воздействий, может быть принят один из вариантов схем регулирования. Стабилизирующие регуляторы расхода теплоносителя и расхода продукта ликвидируют возмущения до поступления их в систему.

Регулирование процесс а в теплообменниках смешения. Малейшие изменения параметров теплоносителя при непосредственном смешении двух и более жидкостей приводят к значительным и быстрым изменениям конечной температуры продукта, поэтому при управлении теплообменниками смешения часто применяют связанное регулирование и регулирование соотношения расхода теплоносителя и продукта с коррекцией по температуре продукта .

Регулирование работы трубчатых печем. В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности широкое применение находят трубчатые печи, в которых продукт, непрерывно прокачиваемый через змеевик, нагревается за счет тепла, выделяющегося при сжигании топлива. Трубчатая печь является сложным объектом регулирования; стабилизацию конечной температуры продукта в ней необходимо обеспечить при значительно изменяющихся температуре и расходе продукта. Постоянно изменяется также состояние змеевика и тепловой изоля ции. Компенсация всех возмущений осуществляется изменением количества подаваемого в печь топлива.

В связи с тем что для трубчатой печи характерны большие запаздывания (20-30 мин по каналу «расход топлива - конечная температура продукта»), целесообразно использовать связанное регулирование. На рис. 6.5, а представлена схема регулированиярасхода топлива с коррекцией по температуре нагреваемого продукта на выходе из печи. Качество регулирования заметно улучшается при введении вспомогательного контура регулироваrшя температуры топочных газов над перевальной стенкой. Это улучшение сильно влияет на температуру продукта на выходе из печи. Схема на рис. 6.5, б обеспечивает регулирование температуры продукта на выходе из печи с учетом изменений температуры над перевальной стенкой и расхода нагреваемого продукта.

Качество регулирования можно улучшить также, введя дополнительно регулятор расхода нагреваемого продукта.

В случае нагревания горючих продуктов трубчатые печи необходимо оснащать системами регулирования соотношения топлива, воздуха и водяного пара; блокировками, прекращающими поступление газообразного топлива и воздуха при снижении их давления ниже установленных рараметров, а также при прекращении электро- (или пневмо-) питания приборов КИП И А; средствами сигнализации о прекращении поступления топлива и воздуха при принудительной подаче их в топочное пространство; средствами контроля за уровнем тяги и прекращения подачи газообразного топлива в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разрежения в печи; средствами подачи водяного пара в топочное пространство и в змеевики при прогреве труб.