Система дозирования

Предприятия, использующие в своих технологических процессах высокоточные расходомеры, зачастую заинтересованы не только в учете расхода жидкостей или газов, но и в точном дозировании различных компонентов. В первую очередь это относится к химической, фармацевтической, пищевой и косметической отраслям промышленности. В этих отраслях качество конечного продукта напрямую зависит от оптимального сочетания компонентов в готовом продукте, т.е. от процесса дозирования. Достаточно часто на предприятиях начинают налаживать точный учет расхода всех компонентов, используемых при приготовлении конечного продукта (краски, моторные масла, лекарственные препараты, пищевые продукты, кремы, шампуни), но при этом процессы дозирования оставляют без изменения, т.е. дозируют либо с помощью технически несовершенных приборов, либо вообще вручную, "на глазок". А ошибки в дозировке приводят или к производству некачественной продукции или вообще к браку.

Вышеуказанные отрасли промышленности являются не единственными потенциальными потребителями систем дозирования. Их также целесообразно применять при сливе-наливе дорогостоящих продуктов, транспортируемых железнодорожным и автомобильным транспортом. Это в первую очередь нефтепродукты и сжиженный газ. Для их перевозки в настоящее время достаточно часто используют специальные

тарированные емкости (цистерны). Учет расхода с их помощью недостаточно эффективен в случае неполного заполнения цистерн, а также в случае использования нестандартных емкостей. К тому же точность измерений расхода с помощью тарированных емкостей не велика.

В настоящее время Промышленная группа "Метран" предлагает готовые решения по созданию автоматизированных узлов дозирования. Стандартный дозатор состоит, как правило, из расходомера, одного или нескольких клапанов и контроллера. Управление дозатором и отслеживание текущих параметров дозирования осуществляется с рабочей станции оператора либо по месту, с встроенной панели управления. Выбор конкретного оборудования для узла дозирования производится индивидуально под каждый объект, с учетом особенностей технологического процесса и потребностей конечного пользователя. Мы предлагаем своим потенциальным Заказчикам весь спектр услуг при создании узлов дозирования: обследование объекта, проектирование узла дозирования, поставка оборудования, монтаж, пусконаладочные работы, сдача в эксплуатацию, гарантийное и постгарантийное сервисное обслуживание. Далее приводится краткое описание принципа действия стандартного дозатора.

1. Общее описание дозатора

Дозатор состоит из следующих функциональных

блоков:

-расходомер;

-клапан;

-контроллер;

-местная панель оператора.

Расходомер предназначен для измерения текущего и суммарного расхода дозируемой среды, а также плотности среды. Расходомер состоит из сенсора, устанавливаемого на трубопроводе, и электронного блока, который может быть установлен как непосредственно на сенсоре, так и на удалении до 300м на щите КИП. Сенсор расходомера имеет фланцевое либо иное (по спецификации заказчика) соединение с трубопроводом. Электронный блок имеет выход Modbus, по которому передается информация по расходам текущему и накопленному и плотности.

Клапан предназначен для подачи и отсечения подачи дозируемой среды. Клапан управляется двумя дискретными сигналами "Открыть" и "Закрыть".

Контроллер предназначен для выполнения функций:

-подсчета импульсов от расходомера;

-подсчета отпущенных доз;

-сравнения расхода дозируемой среды и уставки

äîçû;

- выдачи сигналов на открытие и закрытие

клапана.

2. Принцип работы дозатора

Дозатор может работать в автоматическом и ручном режиме. В автоматическом режиме отпуск дозы производится по сигналу от устройств, не входящих в состав дозатора. В ручном режиме отпуск дозы производится по сигналу с операторской панели.

После подачи сигнала на отпуск дозы контроллер открывает клапан и начинает получение информации по расходу от расходомера. По достижении заданной уставки дозы контроллер закрывает клапан.

Точность отпускаемой дозы определяется стабильностью скорости закрытия клапана и расхода дозируемой среды. При стабильности данных параметров и использовании упреждающих алгоритмов, вносимых в контроллер, обеспечивается высокая точность дозирования.

3. Принципиальные особенности создания и погрешность дозирования

Поскольку дозатор это комплекс приборов, объединенных между собой, настройка и последующая аттестация проводятся для всего комплекса целиком.

Общая погрешность дозатора складывается из 2-х составляющих:

δÎÁÙ = δСИСТЕМ + δÑËÓ× ,

ãäå δСИСТЕМ - систематическая составляющая; δÑËÓ× - случайная составляющая.

Систематическая составляющая погрешности

определяется только погрешностью образцовой мерной емкости.

Случайная составляющая погрешности

вызвана большим количеством влияющих факторов:

-конструктивные особенности установки;

-плотность и вязкость среды;

-давление в трубопроводе;

-температура среды;

-объем доз и др.

Случайная составляющая может быть значительно уменьшена за счет того, что счетчик-дозатор будет собираться и аттестовываться на требуемую точность непосредственно на объекте либо на стенде производителя при помощи образцовых мерных емкостей, соответствующих ГОСТ 8.400-80, с внесением корректирующей характеристики в контроллер (входящий в состав дозатора) по специально разработанной методике (используется емкость 1-го разряда с классом точности 0,1).

Контроллер имеет порты RS232/RS485 с протоколом Modbus RTU (возможны другие протоколы), через которые обеспечивается интерфейс с панелью оператора, установленной по месту, и верхним уровнем рабочей станцией или управляющим контроллером.

Для управления клапаном контроллер имеет встроенные реле.

Панель оператора предназначена для местного управления отпуском дозы, задания уставки дозы, отображения количества отпущенной дозируемой среды

èколичества отпущенных доз. Панель имеет дисплей, поля цифровых и функциональных клавиш.

Панель оператора имеет степень защиты от пыли

èвлаги IP65.

Наше предприятие имеет необходимые средства и устройства для уменьшения влияния случайной составляющей погрешности, вплоть до ее несущественного значения, что обеспечивает достижение необходимой точности дозирования. К таким средствам относится, например, преобразователь частоты (опция) для обеспечения двух функций:

-стабилизации расхода среды за счет применения обратной связи по расходу;

-сглаживания гидравлических переходных процессов (гидроударов).

Выполнение этих функций гарантирует самую высокую точность отпуска дозы, которая будет определяться только точностью расходомера, значительно уменьшит возможные гидроудары при открытии и закрытии клапана.

‰Измеряемые среды: газ, пар, жидкость

‰Параметры измеряемой среды:

- температура:

-40…260°С интегральный монтаж; -40…450°С удаленный монтаж датчика;

-максимальное избыточное давление в трубопроводе 10 МПа;

‰Диаметрусловногопроходатрубопровода(Ду), мм:

-для всего модельного ряда 50…1820;

-для встраиваемых в трубопровод моделей (вариант с участком трубы) 12,5…50

‰Пределы измерений расхода рассчитываются для конкретного применения

‰Пределы основной допускаемой относительной погрешности при измерении массового (объемного) расхода:

±1,5%

‰Средний срок службы - 10 лет

Расходомер Метран-350 (совместное производство с компанией Emerson Process Management) предназначен для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также в системах коммерческого учета жидкостей, пара и газов.

Основные преимущества:

-простая установка в трубопровод через одно отверстие; возможность установки в трубопровод без остановки процесса (специальная конструкция);

-минимальная вероятность утечек измеряемой среды;

-более низкие потери давления и меньшие длины прямолинейных участков по сравнению с расходомерами на базе сужающих устройств;

-существенное снижение стоимости монтажа и обслуживания благодаря интегральной конструкции;

-легкость взаимодействия с существующими контрольными системами или вычислителями расхода посредством интеллектуального протокола коммуникаций HART®;

-простота перенастройки динамического диапазона;

-высокая надежность, отсутствие движущихся частей.

Расходомеры Метран-350-М и Метран-350-Р конструктивно подразделяется на следующие модели (рис. 9…15):

-BR - ввертные резьбовые модели (рис.9);

-BF - фланцевые модели (рис.10);

-HT, HF - модели с возможностью монтажа (демонтажа) без сброса давления в трубопроводе с помощью специального устройства (рис.11, 12);

-NF, NW, NT - модели, встроенные в калиброванную секцию трубы (рис.13, 14, 15).

Принцип действия расходомера основан на измерении расхода среды (жидкости, газа, пара) методом переменного перепада давлений.

Основной элемент расходомера - осредняющая трубка Annubar Diamond II+ (далее сенсор), на которой возникает перепад давлений, пропорциональный расходу.

Сенсор имеет в поперечном сечении форму ромба с острыми боковыми гранями и закругленными передней и задней кромками (рис.1), что обеспечивает фиксированную точку отрыва потока измеряемой среды. Это позволяет уменьшить флуктуации статического давления за сенсором.

На обеих кромках расположены отверстия, число которых зависит от диаметра трубопровода (типоразмера сенсора). Через отверстия измеряемая среда поступает в соответствующую осредняющую камеру. Сенсор устанавливается перпендикулярно направлению потока, пересекая поток по всему сечению. Отверстия, направленные против течения среды, и соответствующая осредняющая камера воспринимают давление скоростного напора среды (повышенное давление). Отверстия, направленные по течению среды, и соответствующая осредняющая камера воспринимают давление разрежения (пониженное давление). Перепад давлений пропорционален расходу.

При загрязненности измеряемой среды частицы, присутствующие в потоке, проходят вокруг сенсора вследствие зоны высокого давления и аэродинамической формы трубки, поэтому засорения отверстий не происходит.

Расходомер Метран-350-Р состоит из сенсора, монтажного и соединительного оборудования и датчика перепада давлений 3051CD, который обеспечивает:

-измерение создаваемого на сенсоре перепада давлений,

Рис.1. Обтекание сенсора.

пропорционального объемному расходу при реальных значениях давления и температуры измеряемой среды;

-преобразование значения объемного расхода в выходной сигнал 4-20 мА и/или цифровой код по протоколу HART, а также в показания текущих значений расхода на встроенном жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ).

Расходомер Метран-350-М состоит из сенсора, монтажного и соединительного оборудования и датчика 3095MV, который обеспечивает:

-измерение статического давления (избыточного или абсолютного);

-измерение возникающего на сенсоре перепада давлений; измерение температуры среды при помощи термопреобразователя сопротивления, размещенного в сенсоре, или отдельного термопреобразователя сопротивления типа Pt 100;

-вычисление массового расхода и суммарной массы при реальных значениях давления и температуры измеряемой среды;

-вычисление объемного расхода и суммарного объема газа, приведенного к нормальным условиям;

-преобразование значения массового расхода в выходной сигнал 4-20 мА и/или цифровой код по цифровому протоколу HART, а также в показания текущего значения объемного, массового расхода, суммарной массы (объема) измеряемой среды, перепада давлений, статического давления, температуры на ЖКИ.

Расходомеры имеют систему самодиагностики.

d - диаметр трубопровода, Ду, мм; ρ - плотность среды, кг/м3.

‰ Выходные сигналы:

- унифицированный токовый 4-20 мА; для расходомеров Метран-350-Р токовый сигнал

пропорционален объемному расходу при реальных значениях давления и температуры измеряемой среды. Для расходомеров Метран-350-М токовый сигнал пропорционален массовому расходу и объемному расходу, приведенному к нормальным условиям;

-цифровой (протокол HART)

‰Динамический диапазон 8:1

‰Пределы основной допускаемой относительной погрешности при измерении массового и объемного расхода ±1,5 %

‰Перечень измеряемых сред приведен в табл.2.

‰Предел основной допускаемой относительной погрешности при измерении расхода в случае установки расходомера в колене трубопровода (рис.8) ±3%

‰Демпфирование токового выхода от 0,2 до 29 с

‰Термометр сопротивления (Pt100) встроенный или внешний (в зависимости от модели)

‰Однострочный ЖКИ

‰Питание от источника постоянного тока напряжением 11…55 В

Таблица 2

‰ Монтаж расходомера Метран-350 осуществляется быстро и легко. Базовый вариант установки следующий (рис.2): в месте установки в трубопроводе сверлится отверстие, на этом месте приваривается соединитель (фланцевый или резьбовой), и после установки расходомер готов к работе.

‰При выборе места установки для измерения жидкости необходимо монтировать боковой дренажный/ вентиляционный клапан отверстием вверх для вентиляции газа. Для измерения воздуха или газа необходимо монтировать дренажный/вентиляционный клапан отверстием вниз для спуска накапливающейся жидкости.

‰При установке на горизонтальном трубопроводе монтаж следует проводить согласно рис.4.

Рис.2. Простота монтажа расходомера.

‰ Существует возможность монтажа (модели HT, HF) без остановки потока в трубопроводе (рис.3): в месте установки приваривается фитинг, к нему присоединяется клапан, просверливается отверстие при помощи специального устройства для сверления под давлением, устанавливается узел Flo-Tap, и после сборки расходомер готов к работе.

Рис.3. Установка расходомера без остановки потока.

‰Расходомеры Метран-350 в интегральном исполнении не требуют дополнительных импульсных трубок, кронштейнов и другой арматуры.

‰При высоких скоростях потока измеряемой среды и высоком давлении в магистрали требуется поддержка сенсора с противоположной стороны трубы.

‰Имеется возможность удаленного монтажа датчиков 3051СD и 3095MV в случае, если по условиям технологического процесса они не могут быть установлены вместе с сенсором.

Рис.4. Допускаемые варианты ориентации расходомера.

‰ При установке на вертикальном трубопроводе расходомер может быть установлен в любое положение при условии, что клапаны для вентиляции и дренажа будут ориентированы правильно. Установка на вертикальной трубе требует более частой вентиляции или спуска жидкости в зависимости от расположения.

Рис.5. Рекомендуемое расположение расходомера при измерении жидкости и газа в вертикальной трубе.

‰ Для измерений пара требуется удаленный монтаж датчика (рис.6).

Рис.6. Монтаж при измерении пара

âвертикальной трубе.

‰При монтаже предъявляются также требования к ориентации оси сенсора относительно оси трубопровода (рис.7).

.

Рис.16. Схема подключения к источнику питания.

Rнагр. - сопротивление нагрузки.

Рис.17. Схема подключения к HART-коммуникатору.

НАДЕЖНОСТЬ

Средний срок службы расходомера - 10 лет. Средняя наработка на отказ - 150 000 ч.

ПОВЕРКА

Межповерочный интервал:

-2 года для расходомеров с погрешностью ±1,5%;

-1 год для расходомеров с погрешностью ±0,5%.

ГАРАНТИЙНЫЕ ОБЯЗАТЕЛЬСТВА

Гарантийный срок эксплуатации - в течение 12 месяцев с даты ввода приборов в эксплуатацию, но не более 18 месяцев со дня отгрузки.

Рис.18. Схема подключения к персональному компьютеру.

Максимальное значение сопротивления нагрузки определяется следующим образом:

Напряжение источника питания - 11

Ríàãð.max =

0,022

Коммуникация по протоколу-HART требует, чтобы значение Rнагр. находилось в диапазоне от 250 до 1100 Ом включительно.

КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ

-расходомер Метран-350 с комплектом монтажных частей;

-паспорт;

-руководство по эксплуатации;

-конфигурационное программное обеспечение с HARTмодемом (по заказу);

-НАRT-коммуникатор (по заказу).

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ЗАКАЗА

Для оформления заказа на поставку расходомера необходимо заполнить и выслать Поставщику опросный лист.

Структура заказа составляется Поставщиком по данным опросного листа.

Форма опросного листа приведена далее.