Тема 2.3. Измерение расхода, количества, уровня Единицы и методы измерения расхода и количества вещества

В теплоэнергетических процессах необходим учет количества вещества. При этих измерениях важными являются понятие количества и расхода.

Количество выражают в объемных (литр, м³) или массовых (кг и т) единицах измерения.

Расход – это количество вещества, проходящее в единицу времени по трубопроводу, каналу и т.д.

Расход также может быть массовым и объемным. Объемный расход выражают в л/ч, м³/с, м³/ч. Массовый расход в кг/ч, т/ч.

Единицы массы и массового расхода дают более полные сведения о количестве и расходе вещества, чем объемные, так как объем зависит от температуры и давления (особенно для газа). При измерении объема газа результаты измерения приводят к н.у. (абсолютное давление101325Па и температура 20, влажность 0%).

Между массовым и объемным расходом есть зависимость

=Qоб ,

где

Измерительный прибор, служащий для измерения расхода – расходомер. Расходомеры бывают показывающими и самопишущими. Различаются в зависимости от среды, расход которой определяют (газовые, жидкостные и т.д.) Расходомеры часто снабжают интегратором – встроенным счетным механизмом.

Приборы для измерения количества – счетчики и весы. Для определения количества вещества, прошедшего по тракту за период времени, отсчитывают показания в начале и конце периода и находят разность между ними.

Для определения расхода и количества применяют следующие методы:

• метод перепада давлений – основан на изменении статического давления среды, проходящей через суженное сечение трубопровода;

• скоростной метод – основан на определении средней скорости движения потока;

• объемный метод – на определении объема вещества;

• весовой метод – на определении массы вещества.

• электромагнитный метод

• акустический

На практике чаще всего применяют метол перепада давления, скоростной метод, объемный и весовой метод. Вторые два метода более точные, а первые два используются в простых и компактных приборах.

Приборы для измерения расхода и количества делят на следующие группы:

- расходомеры с сужающим устройством;

- скоростные расходомеры и счетчики;

- объемные счетчики;

- ротаметры;

- электромагнитные расходомеры;

- ультразвуковые расходомеры;

- автоматические весы.

Расходомеры с сужающим устройством

Метод измерения на основе переменного перепада давлений используется очень широко, для измерения расхода пара, газа, жидкости в трубопроводе свыше 300мм используется только этот метод. Он основан на зависимости перепада давлений в сужающем устройстве, установленном в трубопроводе, от расхода среды. Сужающее устройство является первичным преобразователем. Перепад давлений измеряется с помощью диф.манометра (вторичный прибор). СУ и диф.манометр связаны соединительной линией (2 трубки). СУ имеет круглое отверстие, расположенное концентрично относительно стенок трубы, диаметр отверстия меньше диаметра трубы. Дифманометр может быть показывающим или с дистанционной передачей показаний, может иметь встроенный интегратор. Шкала дифманометра градуируется в единицах расхода (массовых или объемных). Расходомер с дистанционной передачей показаний снабжен бесшкальным дифманометром-расходомером, работающим в комплекте с показывающим или самопишущим вторичным прибором.

СУ делят на стандартные, специальные и нестандартные. Стандартные СУ рассчитаны, изготовлены и установлены в соответствии с ГОСТ. Для них известны точные значения коэффициента расхода, поэтому нет необходимости в градуировке. Стандартные СУ широко распространены для трубопроводов большого диаметра.

С пециальные изготавливают для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50мм. Все остальные называются нестандартные.

Р ассмотрим принцип действия (рис 49). При протекании потока по трубопроводу скорость потока за СУ увеличивается вследствие местного сжатия. Увеличение скорости, т.е. кинетической энергии, приводит к падению потенциальной энергии, т.е. давлению. Таким образом, появляется перепад давление на участке, где установлено СУ. Этот перепад измеряется дифманометром. При измерении поток должен полностью заполнять трубопровод, движение должно быть стационарным, турбулентным, на поверхности трубопровода и на СУ не должно быть отложений, фазовое состояние среды не должно меняться. Расход перегретого пара считается, как для газа.

Недостатки метода переменного перепада давления: значительная линейная длина трубопровода, потери давления, необходимость индивидуальной градуировки при диаметре менее 50мм.

К стандартным СУ относятся диафрагмы, сопла, реже сопла и трубы Вентури (менее изучены, поэтому точность меньше при измерениях).

Диафрагма – тонкий диск с круглым отверстием, ось которого совпадает с осью трубы. Передняя (входная) часть отверстия цилиндрической формы, задняя переходит в конус. Отбор давлений на диф.манометр производится до и после диафрагмы (р₁ и р₂). Входная кромка выполняется острой.

Сопло имеет спрофилированную переднюю часть, переходящую в цилиндр.

Сопло Вентури имеет переднюю спрофилированную часть, переходящую в цилиндрическую часть и выходной конус. Конус бывает длинным и укороченным.

Диафрагмы и сопла по способу отбора давления делят на камерные и бескамерные (рис.50). Камерные имеют кольцевую камеру до СУ (+) и после СУ (-). Их наличие позволяет усреднить давление по окружности трубопровода, что обеспечивает более точное измерение перепада давления. Отбор в бескамерных диафрагмах и соплах производится с помощью двух отверстий перед и за СУ.

Расчет стандартного СУ - это определение диаметра отверстия. Для расчета СУ должны быть заданы мах и средний измеряемый массовый или объемный расход среды, внутренний диаметр трубопровода, параметры среды (давление и температура) до СУ, материал трубопровода.

Р асчет СУ проводится с помощью специальных программ, например Расходомер-СТ Казанского НИИ расходометрии.

К специальным СУ (рис.51) относятся диафрагмы с коническим входом, цилиндрические сопла, сопла «четверть круга», двойные диафрагмы, сегментные диафрагмы, износоустойчивые диафрагмы (из спец. материалов), диафрагмы для D менее 50мм.