Рисунок 5.1 Классификация приборов для измерения расхода

5 Выбор и расчет расходомера кислоты

5.1 Назначение расходомеров кислоты

Контроль за расходом реагентов в химических производствах позволяет правильно вести технологический процесс, учитывать материальные потоки готовой продукции и полуфабрикатов. Автоматическое регулирование расхода необходимо для стабилизации непрерывного технологического процесса и поддержания в заданных пределах различных величин, определяющих протекание процесса (концентрации реагентов, рН и др.).

В рассматриваемой системе автоматического регулирования с применением счетно-решающего устройства для измерения расхода кислоты используется расходомер.

Начальные условия для расходомера кислоты определяются его положением в схеме. Поступающая на расходомер исходная смесь обладает агрессивными свойствами, которые могут вызвать те или иные осложнения в случае повреждения трубопровода, расходомера или в следствии каких либо других причин.

Данный расходомер по функционально-целевой структуре относится к гидравлической ветви государственной системы приборов (ГСП) рисунок 5.2.

Гидравлические устройства ГСП применяются в системах автоматизации технологических процессов для регулирования перепада давления, расхода, которые могут быть преобразованы в унифицированный внутрисистемный гидравлический сигнал в виде давления.

Рисунок 5.2 - Функционально-целевая структура гидравлической ветви ГСП

5.2 Классификация расходомеров кислоты

Существует множество расходомеров кислоты. Проведем классификацию по одному основному признаку:

• Расходомеры переменного перепада

• Вихревые расходомеры

• Тахометрические расходомеры

• Расходомеры обтекания

5.2.1 Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления представляют собой систему, состоящую из сужающего устройства, дифференциального манометра-расходомера (дифманометра) и соединительных линий [5.4 ст. 689].

Сужающие устройства

Рисунок 5.3 - Сужающее устройство: 1 – сужающее устройство (диафрагма); 2 – датчик перепада давления; 3 – кривая изменения давления вдоль канала.

В трубопроводе, по которому протекает жидкость или газ, расположено специальное устройство, которое создает местное сужение потока. Вследствие перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается, в результате чего статическое давление за сужающим устройством становится меньше статического давления перед ним. Разность (перепад) этих давлений пропорциональна расходу протекающего вещества и поэтому может служить мерой расхода.

В свою очередь сужающие устройства делятся на диафрагмы, расходомерные сопла и сопла Вентури.

Диафрагмы

При измерении расхода жидкости широкое распространение получили диафрагмы, благодаря простоте конструкции, удобству монтажа и демонтажа [5.3 ст.152].

Рисунок 5.4 - Стандартная диафрагма

Стандартная диафрагма представляет собой сужаю­щее устройство (рис 5.4), выполненное в виде плоского диска с кон­центрическим отверстием для истечения жидкости. Она может применяться в трубопроводах диаметром не менее 50 мм при условии 0,05 m 0,7, где m — модуль сужающего устройства, равный отношению площадей отвер­стий сужающего устройства трубопровода при рабочей температуре, т. е. M= (d/D²). Бескамерные диафрагмы на p_у 40 кг с/см² изготовляются по ГОСТ 14322—73. камерные диафрагмы на p_у до 100 кг с/см²— по ГОСТ 14321—73.

Схематичное изображение диафрагмы приведено на рис.6.6.Выше оси показано измерение перепада давления через кольцевые камеры, ниже оси — через отдель­ные отверстия. На рисунке приняты следующие обозначения :D₂₀ — внутренний диаметр трубопровода перед служащим устройством при температуре 20°С; d₂₀ — внутренний диаметр диафрагмы при той же температуре; С — диаметр отдельного отверстия, диаметр отверстия или ширина кольцевой щели, соединяющей камеры с тру­бопроводом. При m 0,45 размер С не должен превышать 0,03 D_{20 ,}а при m > 45 он должен находиться в пределах 0,01 D₂₀ С 0,02 D₂₀ . Одновременно должны соблюдаться следующие условия: для чистых жидкостей и газов:1 мм С 10 мм.

Корпуса камер диафрагм по требованию заказчика изготовляются из стали марок 35 (допускается сталь ма­рок 20 и 25), Х18Н10Т или X17H13М2Т. Диски диафрагм изготовляются из стали марок Х17 (для температуры из­меряемой среды до 400° С) Х18Н10Т или Х17Н13М2Т Прокладки для диафрагм изготовляются изпаронита. Приняты следующие уловные обозначения материалов камер и диска: сталь марки 35 — а, Х18Н10Т — б, Х17Н13М2Т—в, X17 — г. По согласованию с предприятием-изготовителем кор­пуса камер, диски и прокладки диафрагм могут быть изготовлены из других материалов; в этом случае в услов­ном обозначении диафрагмы указывается марка материала.

Р асходомерные сопла

Рисунок 5.5- Схемы стандартных сопел

Расходомерное сопло (рис.5.5) представляет собой устройство с круглым отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и цилиндрическую часть на выходе. Точность измерения расхода соплами несколько выше точности измерения диафрагмами благодаря отсутствию дополнительной погрешности на недостаточную остроту входной кромки. Сопла в качестве сужающих устройств для расходомеров распространения не получили, так как потери напора в них немногим меньше (50%), чем в диафрагмах, а изготовление их значительно сложнее.

Сопла Вентури

Сужающим устройством, обладающим высокой точностью измерения расхода и не создающим больших потерь напора, является сопло Вентури. Сопла Вентури имеют более сложную форму, чем диафрагма. Форма их отверстия до некоторой степени напоминает форму потока при его сужении, благодаря чему при прохождении потока потеря давления в них меньше, чем у диафрагмы. В зависимости от длинны и центрального угла конуса различают длинные и укороченные сопла Вентури [5.7 ст. 135]. Сопла Вентури изготавливают двух типов (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6 - Схема сопел Вентури: а) первого типа; б) второго типа.

Первый тип предназначен для труб условным проходом от 50 до 200 мм, выполняют с соплом из цветных металлов и чугунным корпусом. Второй тип предназначен для труб условным проходом от 250 до 1400 мм, выполняют с чугунным соплом, покрытым антикоррозийным корпусом без фланцев. При установке сопла Вентури необходимо соблюдать соосность трубы и сопла.

Дифманометры

Поплавковые дифференциальные манометры применяются для из­мерения расхода жидкостей, паров, воздуха и газов, а также для изме­рения перепада давления, избыточного давления, разрежения и уровня жидкости. По принципу действия поплавковые дифманометры аналогичны двухтрубным, но в отличие от них имеют сообщающиеся сосуды разных диаметров. Разность давлений, подводимых к обоим сосудам, уравно­вешивается весом столба жидкости, на поверхности которой в плюсо­вом (широком) сосуде имеется стальной поплавок. Перемещение по­плавка вследствие изменения уровня используется для измерения пере­пада. Сохраняя постоянный размер плюсового сосуда и изменяя диаметр и высоту минусового (узкого) сосуда, можно при одном и том же ходе поплавка измерять различные величины предельных перепадов. Индукционная телеметрическая система питается переменным током напряжением 220 в, частотой 50 Гц.. Подключение питания осуществляется со стороны более сложного в тарировке вторичного прибора [5.4 ст. 178].

Рисунок 5.7 Дифманометр поплавковый типа ДПЭВ с индук­тивным датчиком

На заводе-изготовителе комплект приборов тарируется при сопротивлении линий связи от дат­чиков до каждого вторичного прибора, равном 3 ом. Сечение каждого провода или жилы кабеля при длине до 200 м должно быть не менее 1,5 мм², а при длине до 500 м не менее 2,5 мм². Выполнение линий связи, соединяющих катушки, проводами разных сечений не допу­скается. Габаритные размеры 350Х205 мм, высота от 720 до 1570 мм (в зависимости от измеряемого перепада).

Двухтрубные дифманометры предназначены для измерения рас­хода жидкостей, путем определения ве­личины перепада давления на су­жающем устройстве, а также для измерения уровня. Основная погрешность приборов 0,5% от максимального предела показаний. Температура в месте установки прибора должна быть не ниже 0° и не свыше 40° С. Прибор должен быть установлен строго вертикально.

Дифманометры мембранные эти приборы предназначены для измерения расхода жидкости, избыточного давления, разрежения, уровня жидкости в открытых резервуарах и в со­судах под давлением. Приборы выполняются с электрической дистан­ционной передачей показаний на вторичные приборы.

Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, состоящий из двух мембранных коробок и ввер­нутых с обеих сторон в разделительную диафрагму. В зависимости от величины расчетного перепада давления устанавливаются мем­бранные коробки определенной жесткости. В случае, если перепад давления превышает расчетный или одна из мембранных коробок нахо­дится под воздействием односторон­ней перегрузки, повреждения ко­робки не произойдет, так как обе мембраны складываются по про­филю, вытесняя всю жидкость во вторую коробку .

Дифманометры кольцевые, по способу отсчета приборы делятся на показывающие и самопи­шущие. Имеются механические (без дополнительных устройств) и с электрической дистанционной передачей на вторичные приборы. Ме­ханические приборы применяются в случаях, когда расстояние от места измерения до прибора не более 50 м (считая по длине импульсных трубок). Приборы с электрической передачей используются при необ­ходимости передачи показаний на большие расстояния.

На Рис 5.8. показан самопишущий расходомер с водяным запол­нением. Основной частью прибора является полое тонкостенное кольцо 1 с траверсой 2, в последней закреплены опорные призмы 3, с помощью которых кольцо опирается на стальные подушки, закрепленные в крон­штейне 4. В нижней части кольца укреплены предельные грузы 5, которые позволяют устанавливать требуемый максимальный перепад. Максимальный угол поворота кольца 50°, он ограничивается упорной пластинкой 6 и упорами 7. Полости кольца резиновыми трубками 8 сооб­щаются с подводящими трубками 9. У расходомеров подводящие трубки снабжаются игольчатыми вентилями 15 и 16, из них два запорных и 1 уравни­тельный. Передача движения от кольца к пишущему механизму осуще­ствляется при помощи лекала 10. Форма лекала определяется необхо­димостью получения размерной шкалы для расходомеров путем извле­чения квадратного корня из величины действующего перепада давления. Диаграммная лента 13 приводится в движение барабаном 14, вращаю­щимся от синхронного двигателя или часового механизма.

Рисунок 5.8. Кольцевой самопишущий (расходомер).

На кронштейне пишущего механизма укреплена показывающая шкала 12, вдоль которой перемещается стрелка 11.