книги / Теплотехнические измерения и приборы

При измерении наибольшего перепада давления Ар в сужающем устройстве днфманометрами, в которых мерой значения перепада давления является разность уровней рабочей жидкости, необхо­ димо учитывать не только плотность последней, но также и плот­ ность среды, находящейся над рабочей жидкостью. При использо­ вании колокольных с пружинным уравновешиванием, кольцевых с замкнутой кольцевой трубкой, мембранных и сильфонных дифманометров наибольший перепад давления Др в сужающем устройстве принимают равным их предельному номинальному перепаду дав­ ления Др„.

Для поплавковых дифманометров, заполненных ртутью, над которой нахо­ дится среда плотностью р' >14 кгс/м3, или маслом, над которым находится газ

плотностью р' > 0,9 кг/м3, после подстановки выражения (12-4-16) в уравнения (14-6-1) и (14-6-2), получим для определения QM, кг/ч и Q0, м3/ч:

где Др а в кгс/м2.

Для колокольных, кольцевых, мембранных и сильфонных дифманометров, а также для поплавковых, заполненных ртутью, над которой находится газ плот­ ностью р' 14 кг/м3, или маслом, над которым находитсягаз плотностью р' ^

=^0,9 кг/м3 (см. (12-4-18)], применяют уравнения расхода (14-6-1) и (14-6-2).

Если предельный номинальный перепад давления Ари дифманометра выражен в кгс/см2, то в приведенные основные расчетные формулы расхода следует подставлять значение Дрн, умножен­ ное на коэффициент 104.

Приведение расхода газа к нормальному состоянию. Приопределении расхода сухого газа уравнение (14-6-1) дает массовый расход газа. Для получения объем­ ного расхода газа в нормальном состоянии необходимо массовый расход сухого газа Qм, вычисленный по уравнению (14-6-1), разделить на рн. Разделив уравнение (14-6-1) на рп и заменив, используя формулу (14-5-2) р/рн, получим уравнение для определения расхода сухого газа в нормальном состоянии:

При определении расхода влажного газа уравнение (14-6-1) выражает общий расход газа QM, включая и содержащуюся в нем влагу. Для определения массового расхода сухого газа QM.C за вычетом влаги необходимо массовый расход QM, вычисленный по формуле (14-6-1), умножить на рс.г/р:

Для получения объемного расхода газа в нормальном состоянии необходимо массовый расход сухого газа QM.C, содержащегося во влажном газе, разделить на р„, т. е. на плотность газа в нормальном состоянии. Разделив на ра уравнение

и количества жидкостей, газов и пара в круглых горизонтальных, вертикальных и наклонных трубопроводах диаметром не менее 50 мм на основании расчета без индивидуальной градуировки при соблюдении требований Правил 28-64 [61].

Точность измерения расхода вещества по перепаду давления в сужающем устройстве зависит не только от типа выбранного сужающего устройства и дифманометра, а в равной мере и от соблю­ дения ряда условий, рассматриваемых ниже.

Необходимо, чтобы измеряемое вещество заполняло все попе­ речное сечение трубопровода перед сужающим устройством и за ним. Пар должен быть перегретым. Поток в трубопроводе является или может быть практически принят установившимся. Фазовое состояние вещества не изменяется при прохождении через сужаю­ щее устройство (например, растворенные в жидкости газы не выде­ ляются, водяной пар остается перегретым, жидкость не испаряется).

Конденсат и пыль, выделяющиеся при измерении расхода газа или пара, а также газы или осадки, выделяющиеся при измерении расхода жидкости, не скапливаются в трубопроводе вблизи сужаю­

щего устройства.

При измерении расхода вещества, вызывающего отложения на сужающем устройстве, обеспечена возможность периодической

соблюдение которых может привести к недопустимым погрешностям измерений. Место установки сужающего устройства и способы его крепления должны обеспечивать возможность периодического осмот­ ра. При выборе места установки сужающего устройства необходимо, чтобы участки трубопровода до и после его были прямыми и ци­ линдрическими с круглыми сечениями. Длина этих участков должна быть такой, чтобы различные искажения потока, происходящие от его прохождения через закругления, колена, вентили и т. п., смогли вполне сгладиться. При этом необходимо иметь в виду, что более существенное значение имеют искажения потока перед сужаю­ щим устройством и значительно меньшее — за ним.

Действительный внутренний диаметр участка трубопровода перед сужающим устройством необходимо определять как среднее арифметическое значение результатов измерений в двух поперечных сечениях. Первое сечение берется непосредственно у входа в сужаю­ щее устройство, а второе — на расстоянии 2D 20 от него. Измерения должны производиться в каждом из этих сечений не менее чем в че­ тырех диаметральных направлениях. Результаты отдельных изме­ рений не должны отличаться от среднего значения более чем на 0,3%. Внутренний диаметр участка трубопровода на длине 2D.0 за сужающим устройством может отличаться от внутреннего диа­ метра участка трубопровода перед сужающим устройством не более чем на ±2% . Измеренный действительный внутренний диаметр трубопровода должен быть равен диаметру Z)20, принятому для рас­ чета сужающего устройства и шкалы расходомера.

Необходимые наименьшие длины прямых участков трубо­ провода постоянного диаметра перед сужающим устройством для наиболее часто встречающихся случаев их установки приведены на рис. 14-7-1.

Задвижки и вентили, установленные до сужающего устройства, особенно открытые не полностью, вызывают значительное воз­ мущение потока. Поэтому сужающее устройство рекомендуется устанавливать до регулировочной задвижки или вентиля. Если они будут находиться перед сужающим устройством, то измерение можно считать надежным при условии, что длина участка 1г со­ ставляет не менее 100 £>20.

Необходимые наименьшие длины /2 прямого участка трубопро­ вода за сужающим устройством приведены на рис. 14-7-2. Для диа­ фрагм и сопл длина /2 отсчитывается от входного их торца, а для сопла Вентури — от его выходного торца.

Внутренняя поверхность трубопровода перед и за сужающим устройством не должна иметь каких-либо уступов, а также заметных невооруженным глазом наростов и неровностей от заклепок, свар­ ных швов и т. п.

При установке сужающих устройств во фланцевом соединении трубопровода необходимо обращать особое внимание на плотность соединений, а также следить за правильной установкой сужающих устройств по отношению к направлению потока. При этом правиль-

ность установки должна быть проверена по стрелке, выбитой на внешней поверхности камеры. Уплотнительные прокладки между сужающим устройством и фланцами не должны выступать во внутреннюю полость трубопровода. Смещение оси отверстия сужаю­ щего устройства относительно оси трубопровода не должно превы­ шать допускаемых значений, указываемых в [61].

Для уменьшения необходимых длин прямых участков трубо­ провода в случаях, если имеется неравномерное движение потока, применяют различного рода струевыпрямители. Однако следует указать, что установка их целесообразна только после местных сопротивлений, создающих вихревой поток (например, группа колен в разных плоскостях), Из числа применяемых струевыпрямителей

наибольшее внимание заслуживают трубчатый и пластинчатый струевы­ прямители [59].

Длина прямого участка трубопро­ вода до или после сужающего устрой­ ства может быть сокращена вдвое по сравнению с длинами 1г и /2, указан­ ными на рис. 14-7-1, 14-7-2. При этом необходимо иметь в виду, что от ука­ занного сокращения длины прямого участка трубопровода возникает до­ полнительная погрешность измере­ ния расхода, равная 0,5%. В этом

случае рекомендуется применять сужающие устройства с кольце­ выми камерами для отбора давлений.

Если перепад давлений в сужающем устройстве измеряют через кольцевые камеры, то длина 1г прямого участка трубопровода может быть сокращена в три раза по сравнению с длинами, указанными на рис. 14-7-1. В этом случае будет возникать дополнительная по­ грешность измерения расхода, равная 1%.

Следует указать, что сокращенная длина перед сужающим устройством в любом случае не должна быть менее 6D20.

Как будет показано ниже, дополнительная погрешность от сокращения длины прямого участка трубопровода учитывается при определении погрешности измерения расхода.

Схемы соединительных линий при измерении расхода жидкостей, газов и пара. Ниже будут даны общие методические указания по построению схем соединительных линий и их прокладке при изме­ рении расхода жидкостей, газов и пара расходомерами с сужающим устройством. Кроме того, будут рассмотрены наиболее распростра­ ненные варианты взаимного расположения сужающего устройства, вспомогательных приспособлений и дифманометров при измерении расхода указанных сред.

Длину соединительных линий необходимо выполнять такой, чтобы температура вещества, поступающего в дифманометр, была равна температуре окружающего воздуха, При этом желательно,

чтобы Длина линии не превышала 15 м. Допускается наибольшая длина соединительных линий до 50 м. Необходимо иметь в виду, что динамическая погрешность, которую может вносить дифманометр при измерении нестационарного расхода вещества, в значи­ тельной мере зависит от длины и диаметра соединительных линий [5, 59]. В каждом отдельном случае длина соединительных линий должна выполняться также с учетом рекомендаций, даваемых в за­ водской инструкции по монтажу и эксплуатации дифманометров и сужающих устройств.

Внутренний диаметр соединительных линий должен быть не менее 8 мм, а внутренний диаметр труб, соединяющих кольцевые камеры или отдельные отверстия сужающего устройства с уравни-

Рис. 14-7-3. Расположение четырех пар отверстии для отборов давлений в коль­ цевых камерах сужающего устройства в патрубках со сварным соединением при измерении расхода воды (а и в) и пара (б и в).

тельными или разделительными сосудами, — не менее 12 мм. При измерении расхода вещества, находящегося под низким давлением, для выполнения соединительных линий следует применять трубы с большим диаметром. Соединительные линии должны проклады­ ваться по кратчайшему расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтали не менее 1 : 10. Изгибы труб линий должны выпол­ няться плавными. Соединительные линии должны быть герметич­ ными. Кроме того, соединительные линии должны быть защищены от действия внешних источников тепла или холода.

Вентили, устанавливаемые в соединительных линиях, должны быть прямоточными, а площадь сечения проходного их отверстия должна быть не менее площади сечения труб. Установка вентилей в трубах, соединяющих уравнительные сосуды с кольцевыми каме­ рами или отдельными отверстиями сужающего устройства, не допус­ кается.

К одному сужающему устройству может быть подключено не­ сколько дифманометров. При этом каждый дифманометр должен иметь независимые друг от друга соединительные линии, присоеди­

няемые к отдельным отверстиям в кольцевых камерах сужающего устройства. В качестве примера на рис. 14-7-3 показано расположе­ ние четырех пар отверстий в кольцевых камерах сужающего устрой­ ства для отбора давлений при измерении расхода воды и пара в гори­ зонтальном и вертикальном трубопроводах.

При измерении расхода жидкости дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства (рис. 14-7-4,а). Такой

Рис. 14-7-4. Схема соединительных линий при измерении расхода жидкости с рас­ положением дифманометра ниже (а) и выше (б) сужающего устройства.

способ установки дифманометра по отношению к сужающему уст­ ройству исключает при измерении расхода возможность попадания газа, который может выделиться из протекающей жидкости в тру­ бопроводе, в соединительные линии и прибор. При прокладке сое­ динительных линий они должны иметь на всем протяжении уклон в одну сторону.

Для горизонтальных и наклонных трубопроводов соединитель­ ные линии должны подключаться к нижней половине сужающего устройства под углом ф =; 30—90°. В верхней половине и в нижней части сужающего устройства соединительные линии подключать не рекомендуется, так как в первом случае в соединительные линии может поступать газ в процессе измерения, а во втором случае — осадки.

Если дифмаиометр будет установлен выше сужающего устрой­ ства, то в наивысших точках соединительных линий необходимо установить газосборники с вентилями для продувки (рис. 14-7-4,6). Газосборники с продувочными вентилями устанавливаются во всех случаях, когда в силу тех или иных условий прокладки соединитель­ ных линий образуются высокорасположенные отдельные участки линий, в которых могут скапливаться газы. Газосборники с венти-

* )

Рис. 14:7-5. Соединение сужающего устройства с уравни­ тельными сосудами при температуре измеряемой жидко­ сти свыше 120°С.

а — горизонтальный трубопровод; б — вертикальный трубо­ провод.

лями для продувки устанавливаются также во всех нанвысших точках соединительных линий в случаях невозможности выполне­ ния одностороннего уклона, например, при обходе всевозможных препятствий (стен, трубопроводов и т. п.).

Для уменьшения возможности поступления газа из трубопровода в соединительные линии при установке дифманометра выше сужаю­ щего устройства трубки вблизи последнего прокладываются с U -об- разным изгибом, опускающимся ниже трубопровода не менее чем на 0,7 м.

При измерении расхода горячих жидкостей (t > 120°С) необ­ ходимо обеспечивать равенство температур жидкости в обеих соеди­ нительных линиях, так как в противном случае небудет иметь место равенство плотностей жидкости в трубках и возникнет дополнитель­ ная погрешность. Эта погрешность будет тем больше, чем больше объем «плюсовой» камеры дифманометра. Поэтому при применении для измерения горячих жидкостей поплавковых, кольцевых и силь­ фонных (за исключением сильфонных с силовой компенсацией) дифманометров необходимо в соединительные линии включать уравнительные сосуды, которые обеспечат равенство плотностей жидкости в линиях, соединяющих сосуды с прибором. Объем внут­ ренней полости каждого сосуда должен быть не менее объема жид­ кости, перетекающей из уравнительного сосуда в дифмаиометр при изменении его показаний от нуля до верхнего предела измерения. При этом площадь поперечного сечения уравнительного сосуда должна быть не менее площади «плюсовой» камеры дифманометра.

Устройство уравнительных сосудов, а также и их расположение должны обеспечивать удаление газов (воздуха) из сосудов.

Включение уравнительных сосудов в соединительные линии производится по схемам, показанным на рис. 14-7-5. При этом для наклонных и вертикальных трубопроводов трубы, соединяющие сосуд с сужающим устройством, должны располагаться на одном уровне, соответствующем нижнему отверстию для отбора давления

Рис. 14-7-6. Схема соединительных линий при измерении расхода пара с уста­ новкой дифманометра ниже (а) и выше (б) сужающего устройства.

/ — сужающее устройство; 2 — уравнительный сосуд; 3 — запорный вентиль; 4 — про­ дувочный вентиль; 5 — днфманометр; 6 — газосборннк с вентилем для продувки.

в сужающем устройстве. Трубу, соединяющую сосуд с верхним отверстием сужающего устройства, необходимо теплоизолировать.

При измерении расхода пара необходимо обеспечить постоянство и одинаковость верхних уровней конденсата в обеих соединительных линиях. Это достигается посредством включения в линии в непосред­ ственной близости от сужающего устройства уравнительных сосудов (рис. 14-7-6). При измерении расхода в вертикальных и наклонных паропроводах боковые отверстия в уравнительных сосудах должны располагаться в плоскости верхнего отверстия для отбора давления в сужающем устройстве. Трубы, соединяющие отверстия для отбора давлений в сужающем устройстве с уравнительными сосудами, на участках вблизи сосудов должны располагаться горизонтально и на одном уровне. При этом необходимо эти трубы покрывать теплоизо­ ляцией.