книги из ГПНТБ / Смирнов А.А. Основы автоматизации целлюлозно-бумажного и лесохимического производств учебник для техникумов

Избыточным давлением называется давление, равное разности между абсолютным давлением, под которым находится измеряемая среда, и атмосферным (барометрическим) давлением, если первое

больше второго.

При наличии избыточного давления абсолютное давление опре­ деляется по уравнению

^а = Л>+ Лізб>

где Ризб — избыточное давление; Ра — абсолютное давление, по размеру большее барометриче­

ского давления РбИзбыточное давление измеряется манометрами и поэтому

иногда называется манометрическим.

Абсолютное давление в первом случае, когда оно меньше баро­ метрического, равно разности между барометрическим давлением и разрежением; во втором случае, когда абсолютное давление больше барометрического, оно равно сумме избыточного и баро­ метрического давления; в третьем случае абсолютное давление равно барометрическому давлению.

Классификация приборов для измерения давления и разреже­ ния. Приборы для измерения давления или разрежения по принципу действия подразделяются на следующие основные группы:

ж и д к о с т н ы е , в которых измеряемое давление или разность давлений уравновешивается давлением столба жидкости;

д е ф о р м а ц и о н н ы е , в которых измеряемое давление или раз­ ность давлений определяется по деформации упругого чувстви­ тельного элемента или развиваемой им силе;

г р у з о п о р ш е в ы е , в которых измеряемо^ давление или разность давлений уравновешивается давлением, создаваемым весом поршня и грузов;

э л е к т р и ч е с к и е , действие которых основано на зависимости электрических параметров манометрического преобразователя от

измеряемого давления; т е п л о в ы е , принцип действия которых основан на зависимости

теплопроводности газа от давления; э л е к т р о р а з р я д н ы е , принцип действия которых основан на

зависимости параметров электрического разряда в разреженном газе от давления;

в я з к о с т н ы е , принцип действия которых основан на зависи­ мости вязкости газа от давления.

По назначению измерители давления и разрежения подразделя­ ются на следующие группы:.

м а н о м е т р ы — для измерения избыточного или абсолютного давления или разности давлений;

м и к р о м а н о м е т р ы — манометры лабораторного типа для из­ мерения давления газовых сред с верхним пределом измерения не более 40 кПа;

н а п о р о м еры — манометры избыточного давления для изме­ рения давления в газовых средах с верхним пределом измерения не более 40 кПа;

в а к у у м м е т р ы — для измерения вакуума или абсолютного давления менее 1000 Па;

т я г о м е р ы — вакуумметры для измерения разрежения в газо­ вых средах с верхним пределом измерения не более 40 кПа;

м а н о в а к у у м м е т р ы — для измерения избыточного давления

манометры для измерения разности двух давлений, ни одно из ко­

признакам разделяются на следующие группы:

манометры с видимым уровнем, в которых давление столба уравновешивающей жидкости определяется по разности уровней в двух сообщающихся сосудах, из которых один или оба сделаны из прозрачного материала;

поплавковые манометры, в которых давление столба уравнове­ шивающей жидкости определяется по положению поплавка, нахо­ дящегося в одном из двух сообщающихся сосудов;

кольцевые манометры, выполненные в виде разделенного перегородкой и частично заполненного уравновешивающей жид­ костью полого кольца, в котором давление столба уравновешиваю­ щей жидкости определяется по углу поворота кольца или по моменту силы, создаваемому кольцом;

колокольные манометры, в которых давление столба уравнове­ шивающей жидкости определяется по перемещению колокола, погруженного в уравновешивающую жидкость, или по создаваемой колоколом силе.

Манометры с видимым уровнем разделяются на следующие группы:

однотрубные, в которых площадь сечения одного из сообщаю­ щихся сосудов во много раз меньше площади другого;

двухтрубные, в которых оба сообщающихся сосуда имеют близкие по размеру площади сечения.

Деформационные манометры по конструктивным признакам разделяются на следующие группы:

трубчато-пружинные манометры, в которых упругим чувстви­ тельным элементом является трубчатая пружина;

мембранные манометры, в которых упругим чувствительным элементом является мембрана или мембранная коробка;

манометры с вялой мембраной, в которых измеряемое давление или разность давлений воспринимается вялой мембраной и пре­

68

образуется в силу, уравновешиваемую дополнительным устрой­ ством; сильфонные манометры, в которых упругим чувствительным элементом является сильфон.

Трубчато-пружинные манометры в свою очередь разделяются на манометры общего назначения, не требующие специального исполнения и защиты и применяющиеся для измерения давления (разрежения) водяного пара, неагрессивных жидкостей и газов, и на манометры специального назначения, требующие специаль­ ного исполнения и защиты для предохранения приборов от воздей­ ствия измеряемой среды, вибраций, сотрясений и т. д.

Для внешнего отличия крышка (кожух) и корпус приборов специального назначения окрашиваются в условные цвета: для водорода — в темно-зеленый, для ацетилена — в белый, для других

В приборах с корпусом из пластмассы черного цвета в услов­ ный цвет окрашивается кольцо крепления стекла прибора. На циферблат наносится наименование измеряемого прибором газа, подчеркнутое чертой соответствующего цвета. На циферблат прибора для измерения давления (разрежения) кислорода, кроме того, наносится надпись «Маслоопасяоі».

Корпусы манометров общего назначения покрываются либо прозрачным лаком', либо краской черного цвета, а с целью предо­ хранения от коррозии хромируются, никелируются или обрабатыва­ ются аналогичными способами.

Применение приборов не по назначению недопустимо и может привести к взрыву 'или быстрому выходу измерительного меха­ низма из строя.

Жидкостные манометры. U-образный манометр — наиболее про­

трубки, укрепленной на деревянном основании, и циферблата, рас­ положенного между коленами трубки или непосредственно за труб­ кой. На циферблате нанесены деления через один миллиметр, причем нулевая отметка ставится в середине шкалы.

Трубка до нулевой отметки заполняется жидкостью — водой, ртутью, спиртом и т. п., удельная плотность которой известна. Затем прибор устанавливают по отвесу и одно колено соединяют с пространством, где нужно измерить давление. После подключе­ ния давления жидкость в одном колене опустится, а в другом колене соответственно поднимется.

Результат измерения U-образным манометром избыточного дав­ ления не зависит от площади сечения трубки и равен произведению разности уровней жидкости в коленах трубки на удельную плотность.

69

Для изготовления U-образных манометров обычно применяются стеклянные трубки с внутренним диаметром 5—8 мм.

. При калиброванных трубках отсчет при измерении ведется по одному, колену, а результат удваивается. При некалиброванных трубках отсчет ведется по высоте уровней в обоих коленах, а ре­ зультат суммируется.

Разновидностью U-образного манометра является однотрубный манометр, у которого одно из колен заменено чашкой. Нулевая отметка на циферблате такого манометра расположена внизу шкалы, и отсчет ведется по уровню жидкости в трубке. Действи­ тельная высота столба всегда больше кажущейся, и для устранения

Рис. 17. Устройство мембранного тягсшапоромера

отсчет брать по одному колену, пренебрегая понижением уровня в чашке.

Погрешность U-образных манометров из-за неточности отсчета колеблется в пределах ± 1 мм столба заполняющей жидкости.

Микроманометры с постоянным углом наклона трубки являются обычными однотрубными приборами, у которых трубка наклонена

кгоризонту под некоторым углом.

Вмикроманометрах с наклонной трубкой измеряемое давление равно произведению длины перемещения столба жидкости в на­

клонной трубке на размер удельной плотности этой жидкости и на синус угла наклона трубки. Точность микроманометров с постоян­ ным углом наклона капиллярной трубки составляет ±2% от верх­ него предела шкалы прибора. Для измерения давления или разре­ жения, меняющихся в больших пределах, применяются микромано­ метры с переменным углом наклона трубки.

Мембранные тягомеры и напоромеры. Мембранные тягомеры,

напоромеры и тягонапоромеры применяются для измерения малых давлений или разрежений сухих газов, имеющих температуру не выше 60° С и не действующих разрушающе на материал деталей

70

прибора (латунь, бронза и красная медь). Эти приборы выпуска­ ются для утопленного монтажа и имеют профильную шкалу.

На рис. 17 приведена схема мембранного тягонапоромера. Чувствительным элементом прибора является герметичная мем­ бранная коробка 5. Измеряемое избыточное давление подводится к штуцеру, соединенному с внутренней полостью мембранной коробки трубкой 1. Под действием измеряемого давления жесткий центр верхней мембраны начинает перемещаться. Это перемещение посредством поводка 8 и рычага 7 передается через тягу 2 на ось 4 стрелки 3. Стрелка устанавливается на нулевую отметку шкалы

изменяется; малая ось сечения увеличивается.

Основной деталью трубчато-пружинного манометра с одновит­ ковой пружиной (рис. 18) является согнутая по кругу полая трубчатая пружина 1, имеющая в сечении форму овала или эллипса. Пружина одним концом впаяна в держатель 2, который оканчива­ ется ниппелем 4 с резьбой для присоединения манометра к объекту измерения. Другой конец пружины закрыт пробкой 3 и при по­ мощи поводка 5 соединен с сектором 6. Сектор 6 может поворачи­ ваться на своей оси и при помощи зубчатого зацепления приводить во вращение трибку (маленькую шестерню). Ось трибки проходит через отверстия в тех же пластинах, что и ось сектора. Для уничто­ жения мертвого хода в зубчатом зацеплении трибки с сектором трибка снабжается спиральной пружиной, которая прижимает трибку к сектору, чем и уничтожаются зазоры в зацеплении,

71

давления 1568 кПа следует установить манометр со шкалой до

2500 кПа и т. д.

При резко колеблющейся нагрузке наивысшее рабочее давление не должно выходить за пределы двух третей шкалы манометра. Кроме того, как при плавно меняющейся, так и при резко колеблю­ щейся нагрузке манометры не должны применяться для измерения давлений, располагающихся в пределах первой трети их шкалы. Это требование вызвано недостаточной чувствительностью пружины к давлениям, находящимся в пределах первой трети шкалы.

Выбранный манометр дол­ жен иметь пломбу, которая при­ дается прибору при государ­ ственной поверкеПломба дей­ ствительна в течение 1 года со дня опломбирования мано­ метра. При выборе манометров следует учитывать их назначе­ ние и размеры шкалы.

Для предохранения пружи­ ны прибора от действия на нее горячих паров, жидкостей или газов между манометром и отверстием для отбора давле­ ния помещают предохрани­ тельную петлю (сифонную трубку), располагая ее так, чтобы она была постоянно за­ полнена конденсатом или ка­ кой-либо нейтральной жид­ костью.

При установке манометров выше или ниже отверстия для отбора давления нужно вво­ дить поправку на высоту стол­ ба в том случае, когда измеря­ ется давление воды, жидкости или пара. В установках, где

имеют место резкие колебания или внезапные изменения давле­ ния, надлежит применять особые предохранительные приспособле­ ния— буферные емкости или дроссельные устройства, в которых пульсация давления частично поглощается.

Для уплотнения соединения приборов следует применять про­ кладки из алюминия и фибры для приборов с рабочим давлением 50 000 кПа и из красной отожженной меди при более высоких дав­ лениях.

Не допускается применение прокладок из фибры для кисло­ родных манометров, из красной меди — для ацетиленовых маномет­ ров. Не допускается также применение прокладок из свинца и кожи

7 4

и навертывание пакли для уплотнения соединения любых мано­ метров.

Для обеспечения надежной работы манометра в эксплуатацион­ ных условиях решающее значение имеют правильные выбор и уста­ новка прибора. Манометр, работающий с перегрузкой или не­ правильно установленный (например, без защиты от специальных воздействий), быстро выйдет из строя и потребует замены.

Все манометры, установленные на рабочие места и имеющие в соединительной линии трехходовой кран, должны раз в смену проверяться «на нуль». Это достигается соединением манометра с атмосферой посредством трехходового крана. При отсутствии трехходового крана подобная проверка не производится. Одновре­ менно раз в смену при помощи того же крана должна произво­ диться продувка соединительной линии в течение 20—30 с.

Область и особенности применения приборов для измерения давления и разрежения в целлюлозно-бумажной промышленности. Измерители давления и разрежения широко применяются для контроля и регулирования производственных процессов целлю­ лозно-бумажной промышленности. Например, тягомерами измеря­ ется разрежение на участке от серных печей до поглотительной аппаратуры и в других местах; манометрами измеряется давление в варочных котлах периодического и непрерывного действия, дав­ ление пара в трубопроводах перед сушильными цилиндрами бумагоделательных машин, давление хлора в цистернах хлорного склада; трубчатыми или U-образными ртутными вакуумметрами измеряется разрежение в отсасывающем ящике и в отсасывающих валах пресспата и т. д.

В условиях целлюлозно-бумажного производства применение измерителей давления и разрежения в большинстве случаев свя­ зано с необходимостью надежной защиты их измерительных уст­ ройств от воздействия агрессивных сред (кислоты, щелока, сусла, бражки и др.). В качестве защитных средств от корродирующего воздействия рабочей среды применяют разделительные камеры либо с нейтральным жидким наполнителем, либо с гибкими резиновыми мембранами.

Разделительная жидкость не должна химически реагировать и давать физическую смесь с рабочей средой. Например, наполни­ телем часто служит невязкое масло. Опыт эксплуатации подобных устройств показывает, что разделительные камеры с масляным заполнением в некоторых случаях работают ненадежно. При изме­ рении давления в варочных котлах целлюлозного производства эти камеры при выдувке и вымывке целлюлозной массы из котла не­ редко оказываются без масла, т. е. разделительные камеры отказы­ вают в работе. Кроме того, масляное заполнение камер затрудняет

продувку соединительных трубок.

Более надежна защита манометров при помощи разделительной камеры с гибкой резиновой мембраной. Камера состоит из двух крышек, между которыми помещена эластичная мембрана. Соеди­ нительные трубки и камера заполняются водой. Для предохранения

75

резиновой мембраны от воздействия горячей агрессивной среды в соединительной трубке устанавливается обычная для манометров предохранительная петля.

Резиновые детали разделительных устройств приходится перио­ дически заменять. Такие же устройства применяются при повышен­ ной вязкости измеряемой среды. В этом случае изменения показаний манометра должны без запаздывания следовать за из­ менениями давления рабочей среды. Применение подобных разделительных устройств позволяет надежно измерять давление башенной и варочной кислот и щелока в сульфитцеллюлозном производстве; черных, зеленых и белых щелоков в сульфатцеллюлозном производстве; сусла и бражки в сульфитспиртовом произ­ водстве.

Дополнительная погрешность показаний манометра при приме­ нении защитных устройств не должна превышать половины по­ грешности, предусмотренной классом точности прибора.

Область и особенности применения приборов для измерения давления и разрежения в лесохимической и гидролизной про­ мышленности. Технологические процессы лесохимического и гидро­ лизного производств, как основанные на физических явлениях тепло- и массообмена, характеризуются вполне определенными для каждого процесса значениями давления и разрежения рабочих сред — жидкостей, паров и газов. Отклонение размеров давления и разрежения от заданных по технологическому режиму значений приводит к нежелательным изменениям показателей процесса или оборудования, например к снижению производительности и надеж­ ности оборудования, ухудшению качества продукции, снижению технико-экономических показателей, или может вызвать аварийное состояние оборудования или процесса. Возникновение указанных отклонений размеров давления и разрежения становится менее возможным в случае осуществления непрерывного контроля за текущими размерами давления и разрежения рабочих сред.

Например, в канифольно-терпентинном производстве техниче­ скими манометрами измеряется давление в паровых, скипидарных и других трубопроводах, в частности после насосов, а также в раз­ личных аппаратах (друк-фильтрах и др.). В канифольно-экстрак­ ционном производстве техническими манометрами общего назначе­ ния измеряется давление водяного пара в линиях подачи пара в экстракторы, давление бензина после насосов и в коллекторе оро­

При пирогенетической переработке древесины измерители дав­ ления и разрежения используются в качестве автоматики защиты против взрывов в топках, работающих на генераторном газе или мазуте, а также для измерения избыточного давления на выходе парогазов из верхней части вертикальной реторты и т. д.

В гидролизном производстве измеряется и регулируется давле­ ние в гидролизаппарате, давление в кубовой части ректификацион­

76

ной колонны фурфурольного производства, измеряется разрежение в патрубках вакуум-насосов и т. д.

Надежность и долговечность работы измерителей давления и разрежения в лесохимическом и гидролизном производствах обес­ печивается правильностью выбора первичных измерительных пре­ образователей и измерительных приборов, правильностью выполне­ ния монтажа, наладки и эксплуатации этих устройств. Выбор, монтаж и эксплуатация усложняются взрывоопасностью многих процессов, что заставляет применять в основном средства автома­ тики пневматического действия и во взрывозащищенном испол­ нении.

Все, что было отмечено ранее в отношении особенностей при­ менения измерителей давления и разрежения в целлюлозно-бумаж­ ной промышленности, целиком относится и к лесохимической и гидролизной промышленности.

Область и особенности применения приборов для измерения давления и разрежения в производстве древесных пластиков и плит.

В производстве древесных плит и пластиков давление и разреже-. ние измеряются на всех стадиях производства, так как размеры давления и разрежения определяют производительность оборудо­ вания, технико-экономические показатели производства, качество получаемых древесных плит и пластиков и т. п. От соответствия текущих значений давления и разрежения их номинальным значе­ ниям зависит надежность и долговечность оборудования. Например, измерением и регулированием давления водяного пара над уров­ нем перегретой воды в аккумуляторе обеспечивается взрыво­ безопасность аккумулятора, измерением и регулированием давле­ ния горячего прессования обеспечивается высокая производитель­ ность пресса периодического действия и необходимое качество прессуемых плит и пластиков.

Все, что было ранее отмечено в отношении особенностей при­ менения измерителей давления и разрежения в целлюлозно-бумаж­ ной, лесохимической и гидролизной промышленности, полностью относится и к производству древесных плит и пластиков.

ГЛАВА 5. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА МАТЕРИАЛОВ

Классификация приборов для измерения расхода и количества материалов. Различают понятия — расход и количество веществ, например водяного пара, различных жидкостей или газов.

Расходом называют количество вещества, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени. Количеством называют суммарный объем или массу вещества, протекающего через сече­ ние трубопровода в течение учитываемого времени — часа, смены, суток и т. п.

В зависимости от технологических надобностей расход вещества может изменяться. С этой целью достаточно изменить открытие

7 7

гидравлическим или пневматическим исполнительным механизмом. Расход может измениться независимо от степени открытия регу­ лирующего органа в случае, если изменится давление контролируе­ мой среды. Так, повышение давления в трубопроводе перед регу­ лирующим органом увеличит расход, а падение давления —

уменьшит его.

Для оперативных целей применяют показывающие расходомеры, позволяющие определять значение расхода в любой момент времени. Для учета используют самопишущие и интегрирующие (суммирующие) расходомеры. В зависимости от конструкции рас­ ходомер может быть показывающим, самопишущим или комбини­ рованным, может дополнительно иметь суммирующее устройство или быть только суммирующим и т. д.

Единицами измерения расхода веществ в системе СИ является кубический метр в секунду (м3/с) и килограмм в секунду (кг/с). В СИ нельзя выражать количество и расход рабочей среды в еди­ ницах массы или единицах объема, приведенного к определенным

м3/ч, л/ч и кг/ч. В м3/ч и л/ч чаще всего выражают расход жидко­ стей и газов, а в кг/ч — расход водяного пара.

Единицей плотности в СИ является килограмм на кубический метр (кг/м3). Единицей динамической вязкости является паскальсекунда (Па-с), а единицей кинематической вязкости служит квадратный метр на секунду (м2/с).

Среди большого разнообразия расходомеров в настоящее время в целлюлозно-бумажном и лесохимическом производстве применя­ ются или являются перспективными по принципу действия следую­ щие приборы:

а) счетчики количества жидкости (расходомеры тахометрические) — приборы, в которых тахометрическое устройство измеряет расход или количество жидкости по величине, зависящей от ее расхода: скорости вращения крыльчатки, ротора, диска или другого тела, установленного в потоке;

б) расходомеры постоянного перепада — приборы, основанные на измерении расхода по значению вертикального перемещения поплавка или поршня, происходящего в зависимости от расхода и изменяющего при этом площадь проходного отверстия прибора таким образом, что перепад давления по обе стороны поплавка остается практически постоянным;

в) расходомеры переменного перепада — приборы, основанные на измерении расхода по размеру перепада давления на установ­ ленном внутри трубопровода постоянном по площади сечения мест­ ном сужающем устройстве;

78