Курсовая работа - Система измерения расхода нефти - файл n1.doc

Курсовая работа - Система измерения расхода нефти
скачать (660 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc660kb.01.06.2012 12:59скачать

n1.doc



МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Северо-Казахстанский государственный университет

имени М. Козыбаева
Факультет энергетики и машиностроения

Кафедра «Технология машиностроения»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
«Система измерения расхода нефти»

050716 DO ПР-08

АВТОР Россинский В.Г. ______________

(фамилия, инициалы) (подпись, дата)
РУКОВОДИТЕЛЬ Демьяненко А.В. ______________

(фамилия, инициалы) (подпись, дата)

г. Петропавловск, 2011 г.



Содержание
Введение

  1. Методы измерения массы продуктов 4

  2. Способы определения массового расхода 5

  3. Кориолисовы массовые расходомеры 6

  4. Конструкции трубок и принцип действия 9

  5. Объект измерения 14

  6. Выбор расходомера 16

6.1 Отличительные особенности 17

6.2 Принцип действия 18

6.3 Технические данные первичного преобразователя FCM2000 19

6.4 Конструкция первичного преобразователя 20

6.5 Технические данные вторичного преобразователя (конвертера) 21

6.6 Описание конвертера 23

6.7 Схема соединений первичного и вторичного преобразователей 24

  1. Структурная схема измерительной системы 25

  2. Рекомендации по установке 26

8.1 Установка в вертикальный трубопровод 26

8.2 Горизонтальная установка 26

8.3 Установка в ниспадающий трубопровод 27

8.4 Проблемная установка 27

8.5 Настройка на ноль 28

  1. Расчет надежности 29

  2. Помехозащищенность 30

  3. Расчет погрешности 31

  4. Эволюция кориолисовых расходомеров 32

  5. Некоторые особенности применения 33

  6. Точность и диапазоны расходов 34

  7. Размеры и падение давления 34

  8. Применения и ограничения 35

Заключение

Список литературы

Введение
В связи с развитием рыночной экономики возникает необходимость реорганизации системы учета сырьевых и продуктовых потоков. Все потоки по своему типу, например на нефтеперерабатывающем заводе можно разделить на: входящие (сырье на завод), внутрицеховые, межцеховые, выходящие (продукция с завода).

Возрастающие требования к качеству измерения расхода на узлах коммерческого учета вызывают необходимость замены ряда устаревших приборов на более современные. Причем они должны удовлетворять ряду качественных критериев: измерение массового расхода, измерение плотности, измерение температуры, наличие компьютерного интерфейса, удобство монтажа и эксплуатации.

Приборы, отвечающие этим требованием, относятся к прямому методу измерения массы продукта.

Таким прибором является кориолисов массовый расходомер. Он обладает точностью выше, чем все остальные расходомеры, имеет ряд преимуществ перед объемными расходомерами. В первую очередь это измерение массового расхода напрямую. Это особенно важно на химическом производстве, где необходим точный учет жидкостей.

Измерение массового расхода исключает необходимость в переводе объемного расхода в массовый, путем вычисления.

Рассмотрим подробно понятия и явления и законы, лежащие в основе принципа действия прибора.

1 Методы измерения массы продуктов
Структурная схема измерения массы продуктов


Рисунок 1. Структурная схема измерения массы продуктов

Прямой метод измерения массы продуктов


Прямой метод подразделяют на динамический и статический. При применении прямых методов измеряют массу продуктов с помощью весов, массовых счетчиков или массовых расходомеров.

Косвенный метод измерения массы продуктов


Косвенный метод подразделяют на объемно-массовый и гидростатический. При применении гидростатического метода измеряют гидростатическое давление столба продукта, определяют среднюю площадь заполненной части резервуара и рассчитывают массу продукта, как произведение значений этих величин, деленное на ускорение силы тяжести. При применении объемно-массового метода измеряют объем и плотность продукта при одинаковых условиях, а затем определяют массу продукта, как произведение этих величин. В зависимости от способа измерения объема продукта объемно-массовый метод подразделяют на динамический и статический.

Основным методом при коммерческих операциях является динамический метод с применением счетчиков или преобразователей расхода с интеграторами. Измерение массы продуктов происходит непосредственно на потоке в нефтепродуктопроводах.

2 Способы определения массового расхода
Массовый расход часто вычисляется по показаниям расходомера, измеряющего объемный расход, и плотномера. Плотность либо измеряется напрямую, либо вычисляется по показаниям датчиков температуры и давления. Эти измерения не очень точны, т.к. связь между давлением (температурой) и плотностью не всегда точно известна – каждый датчик вносит свою погрешность в общую погрешность измерения и скорость таких вычислений обычно не достаточна для определения мгновенных изменений в потоке.

Принцип действия одного из первых массовых расходомеров основывался на сообщении жидкости вращательного движения (рисунок. 2).


Рисунок 2. Принцип действия одного из первых массовых расходомеров
Он состоял из турбины возбуждения, которая приводилась во вращение от двигателя, стационарной турбины и пружины. Турбина возбуждения придавала вращательное движение жидкости с постоянной угловой скоростью. Чем выше плотность жидкости, тем больший вращающий момент требовался для достижения определенной угловой скорости. Далее жидкость поступала на стационарную турбину, которая удерживалась пружиной. Жидкость создавала вращающий момент на турбине. Таким образом, возникающее усилие в пружине зависело от массового расхода.

Все эти элементы имели движущиеся части и сложную механическую конструкцию. Подобные расходомеры были разработаны для авиационного топлива, некоторые из них используются до сих пор. Тем не менее, из-за их сложной конструкции и больших затрат на обслуживание, они постепенно заменяются более простыми и легкими в обслуживании устройствами.

Массовый расход также может быть измерен непосредственным взвешиванием или сочетанием точного датчика уровня жидкости с плотномером. Такая и подобные системы были использованы для измерения полного массового расхода жидких растворов.

3 Кориолисовы массовые расходомеры
Французский инженер Г.-Г. Кориолис первым заметил, что все тела, движущиеся по поверхности Земли, имеют тенденцию к отклонению в сторону, из-за восточного направления вращения планеты. В Северном полушарии отклонение происходит в правую сторону относительно направления движения; в Южном – в левую. Это отклонение непосредственно влияет на океанские приливы, а также на погоду на всей планете.


Рисунок 3. Действие силы Кориолиса при движении тел

по поверхности земли
Первые кориолисовы массовые расходомеры были сконструированы в 1970-х годах. Эти расходомеры искусственно придавали вращающее движение жидкости и измеряли массовый расход, фиксируя результирующий вращающий момент.

Рассмотрим течение жидкости в горизонтальной трубе. Закрепим трубу с одного конца и придадим ей вращение с постоянной угловой скоростью в горизонтальной плоскости относительно точки закрепления. Если жидкости сообщить кориолисово ускорение, посредством вращения трубы, то величина отклоняющей силы Кориолиса будет зависеть от массового расхода жидкости. Отклоняющая сила, действующая на трубу, будет всегда направлена вправо относительно вектора скорости. Вектор силы Кориолиса и вектор скорости жидкости лежат в одной (горизонтальной) плоскости.


Рисунок 4. Течение жидкости в горизонтальной трубе
Частица жидкости dm движется со скоростью V в трубе Т (рисунок 3). Труба вращается относительно неподвижной точки P. Частица находится на расстоянии r от точки P, равному радиусу трубы R. Частица движется с угловой скоростью w. Ускорение частицы складывается из двух составляющих: центростремительного, направленного к точке P и кориолисова, направленного вправо, относительно центростремительного.

ar (центростремительное)=w2r

at (кориолисово)=2wv

Для того, чтобы сообщить жидкости кориолисово ускорение, необходимо, чтобы со стороны трубы на частицу жидкости действовала сила atdm. Со стороны жидкости на трубу действует такая же сила, но противоположно направленная – сила Кориолиса:
Fc=atdm=2wv(dm)
Пусть жидкость имеет плотность D и течет с постоянной скоростью внутри вращающейся трубы через поперечное сечение площадью A. На часть трубы, имеющая длину x, будет действовать сила Кориолиса, величина которой равна:
Fc=2wvDAx
Поскольку массовый секундный расход равен dm=DvA, то Fc=2w(dm)x. В итоге имеем:

Массовый расход = Fc/(2wx)

Таким образом, измеряя значение силы Кориолиса жидкости во вращающейся трубе, можно определить величину массового расхода. Естественно, вращать трубу в промышленных условиях крайне неудобно, а в большинстве случаях просто невозможно, но если придать трубе колебательные движения или вибрацию, то можно достичь аналогичного эффекта. Кориолисовые расходомеры могут измерять массовый расход, как в прямом, так и в обратном направлении течения жидкости.

В большинстве конструкций, трубка закреплена в двух точках и ей сообщается колебательное движение между этими двумя точками. Такая конфигурация возможна, например, если заставить вибрировать пружину вместе с заполненной трубой на ее резонансной частоте, которая зависит от массы трубы с жидкостью. Частоту колебаний выбирают резонансной, т.к. при этом необходима минимальная вынуждающая сила пружины, чтобы поддерживать постоянные колебания заполненной трубы. Зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы приводит к тому, что при некоторой определенной для данной системы частоте амплитуда колебаний достигает максимального значения. Колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие вынуждающей силы при этой частоте. Это явление называется резонансом, а соответствующая частота – резонансной частотой. Значение резонансной частоты: wрез= square root(w02-2B2), где w0- собственная частота системы, B=r/2m – коэффициент затухания, r – коэффициент сопротивления, т. е. коэффициент пропорциональности между скоростью x и силой сопротивления, m – масса тела. Как видно, резонансная частота зависит от массы всей сборки.

4 Конструкции трубок и принцип действия



Принцип действия заключается в том, что когда трубки совершают колебательные движения, в системе возникает дополнительная сила инерции – сила Кориолиса. И под действием этой силы трубки начинают изгибаться. Их изгиб фиксируется датчиками.

Трубка может быть изогнутой или прямой. Некоторые конструкции могут быть самозаполняющимися, когда установлены вертикально (рисунок 4). Когда расходомер состоит из двух параллельных трубок, поток разделяется на два потока на входе и соединяется в один на выходе. При использовании одной трубки (или соединенных последовательно двух трубок) поток в расходомере не разделяется.


Рисунок 5. Конструкции трубок и принцип действия
В любом случае, привод заставляет трубки вибрировать. Электромагнитный привод состоит из катушки, соединенной с одной трубкой, и из магнита, соединенного с другой трубкой. На катушку подается переменный ток, который заставляет магнит периодически то притягиваться, то отталкиваться.

Рассмотрим подробнее это явление. На проводник с током, которым является катушка, в магнитном поле (магнит) действует сила Ампера, равная произведению силы тока на векторное произведение элемента длины проводника на магнитную индукцию поля: dF=I[dl,B], где dF – элементарная сила Ампера, I – сила тока, dl – элемент длины проводника, В – индукция магнитного поля.

Поскольку магнит и катушка жестко закреплены на разных трубках, то сила будет отталкивать и притягивать трубки друг от друга или друг к другу. Необходимым условием является наличие переменного тока в катушке, т.к. сила должна менять направление.

Датчик может определить положение, скорость или ускорение трубок. Если используются электромагнитные датчики, магнит и катушка в датчике меняют свое положение друг относительно друга, во время того, как трубки вибрируют, вызывая изменение в магнитном поле катушки. Поэтому синусоидальное напряжение на катушке представляет собой движение трубок.

Принцип действия электромагнитного датчика основан на явлении электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1821г. Это явление заключается в возникновении индукционного тока, при движении катушки в постоянном магнитном поле или движении магнита (сердечника) внутри неподвижной катушки. Индукционный ток направлен по правилу Ленца, которое говорит, что индукционный ток имеет такое направление, чтобы его собственное магнитное поле противодействовало изменению магнитного потока. Закон Фарадея: э.д.с электромагнитной индукции в контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока Фm сквозь поверхность контура:
Eинд= – dФm/dt
Когда поток отсутствует (в расходомере с двумя трубками) и происходит вибрация, различия в показаниях двух датчиков в точках B1 и B2 отсутствуют. Если есть поток жидкости и привод создает вибрацию трубок, то силы Кориолиса создают вторичную изгибающую вибрацию, которая проявляется в небольшой разнице фаз относительных движений трубок. Это обнаруживается датчиками в двух точках. Отклонение трубок, вызываемое силой Кориолиса, имеет место только в том случае, когда одновременно присутствует поток жидкости и вибрация трубок. Вибрация без потока или поток без вибрации не дают каких-либо показаний прибора.


Рисунок 6. Устройство расходомера с двумя трубками



Рисунок 7. Принцип действия расходомера с двумя трубками


Рисунок 8. Зависимость показания расходомера при отсутствии и движении жидкости
При одновременном снятии сигналов происходит смещение по фазе на ∆Т. Это относительное запаздывание прямо пропорционально массовому расходу.

Естественная резонансная частота двухтрубной конструкции зависит от геометрии, конструкционных материалов и массы всей конструкции (массы трубок и массы жидкости внутри трубок). Масса трубы постоянна. Так как масса жидкости есть ее плотность (D), умноженная на объем (который также постоянен), частота вибрации может быть обусловлена плотностью протекающей жидкости. Следовательно, плотность жидкости может быть определена путем измерения резонансной частоты колебаний трубок (заметим, что плотность жидкости может быть определена и в отсутствие потока, пока трубки заполнены жидкостью и колеблются).

Толщина стенок трубок меняется значительно от модели к модели, но тем не менее, даже самая крепкая трубка будет иметь толщину меньше, чем у трубопровода. В дополнение во многих конструкциях используются трубки малого диаметра, что резко увеличивает скорость потока (от 1,5-3 м/c до более чем 7,6 м/с). Конструкции с большой толщиной стенки трубы и высокими скоростями потока требуют применение особых материалов из-за возникновения эрозии. Кориолисов расходомер должен быть сделан из особых материалов так как он подвергается коррозии, а также для предотвращения питтинга. Для трубопроводов обычно используются углеродистые и нержавеющие стали, так как допускается небольшое количество питтинга. Для расходомера даже незначительное количество питтинга недопустимо, так как стенки тонкие, а питтинг порождает концентрацию напряжении в конструкции, что может привести к ее разрушению. Поэтому стандартные таблицы коррозии (основанные на критерии потери веса) не годятся при выборе материалов для Кориолисова расходомера, и это должно быть учтено производителем.

Например, уравнение для определения массового расхода массовым кориолисовым расходомером FMC2000 имеет вид:
,

где

М = массовый расход

Ac = амплитуда колебаний трубок при действии силы Кориолиса

Аe = амплитуда вынужденных колебаний

Ас/Ae = фаза

Sk = постоянная прибора (калибровочная константа). Sk = Sk(200С)(1+Skt*(T-200С))

Sk(200С) = постоянная прибора при 200С.

fv = частота вынуждающих колебаний

Skt = поправочный коэффициент на температуру (константа, зависящая от материала)

Уравнение для плотности сенсора FMC2000:
,

где

p = плотность

fI(20) = частота вынуждающей силы при пустых трубках и температуре 200С.

fv(20) = частота вынуждающей силы при заполненных трубках и температуре 200С.

KD = калибровочная постоянная для плотности

fv(20) = fv (1+FKT*(T-200С)) – температурная поправка для частоты вынуждающих колебаний

FKT = температурный поправочный коэффициент, зависящий от материала и размера трубок.
Другой составной частью кориолисовой системы измерения расхода являются преобразователь сигналов и контроллер, монтируемые на приборном щите в операторной. Преобразователь преобразует низкоуровневый сигнал сенсора в аналоговый сигнал 4-20 mА и частотный, выходные сигналы.

По частотному каналу идет информация о расходе, а аналоговые сигналы программируются на измерение плотности.

На контроллер кроме массы продукта и плотности заведены сигналы температуры продукта. Контроллер имеет выход через персональный компьютер на принтер для автоматической печати.

Результатом обработки сигналов датчика будут:

Такие массовые расходомеры обеспечивают относительную погрешность измерений не более ±0,15%.

Пределы относительной погрешности методов измерения массы нефти и нефтепродуктов на узлах учета, в соответствии с ГОСТ 26976 - 86 "Нефть и нефтепродукты. Методы измерения массы", должны быть не более:

при прямом методе:

при объемно-массовом статическом методе:

при гидростатическом методе:

Экономическая эффективность от внедрения массовых расходомеров на узлах учета нефти и нефтепродуктов, при их отгрузке по трубопроводам, достигается за счет уменьшения относительной погрешности измерения массы продуктов.
5 Объект измерения
Нефть – природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. Она представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси .

Физические характеристики нефти:

цвет ­­­­­­– жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти) и даже бесцветная нефть;

средняя молекулярная масса 220—300 г/моль (редко 450—470);

плотность нефти (объемная масса) – изменяется в пределах 730—1040 кг/мі. На практике для её измерения чаще используют единицы измерения грамм на кубический сантиметр (г/смі) и соответственно плотность нефти колеблется в пределах 0,730—1,040 г/смі. Наиболее распространенные величины плотности нефти — 0,82- 0,90 г/смі. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления;

температурой кипения – она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ?100 °C в случае тяжёлых нефтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450—500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы), реже 560—580 °C (90—95 %);

температура кристаллизации от ?60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже);

вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 ммІ/с для различных не́фтей), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше);

удельная теплоёмкость 1,7—2,1 кДж/(кг∙К);

удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг;

диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5;

электрическая проводимость (удельная) от 2∙10?10 до 0,3∙10?18 Ом?1∙см?1;

температура вспышки от ?35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов);

нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии;

имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли.

Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых. Для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке. Нефть занимает ведущее место в мировом топливно-энергетическом балансе: доля её в общем потреблении энергоресурсов составляет 48 %. В перспективе эта доля будет уменьшаться вследствие возрастания применения атомной и иных видов энергии, а также увеличения стоимости и уменьшения добычи.

Основным методом измерения расхода нефти при коммерческих операциях является динамический метод с применением счетчиков или преобразователей расхода с интеграторами. Измерение массы продуктов происходит непосредственно на потоке в нефтепродуктопроводах

Экономическая эффективность от внедрения массовых расходомеров на узлах учета нефти и нефтепродуктов, при их отгрузке по трубопроводам, достигается за счет уменьшения относительной погрешности измерения массы продуктов.


6 Выбор расходомера

В данной курсовой работе я выбрал кориолисовый массовый расходомер типа FCM2000.


Рисунок 9. Кориолисовый массовый расходомер типа FCM2000.


II 2G EEx emd [ib]

IIC T6: MC27 (? DN 40 [1_1/2”])

II 1/2G EEx emd [ib] IIC T6: MC27

(DN 50 [2”] – DN150 [4”])

6.1 Отличительные особенности

Модели FCM2000 представляет собой экономичный и простой массовый расходомер, который может быть выполнен как в компактной, так и раздельной версиях. Компактный вариант позволяет снизить затраты на монтаж и кабель связи; информация о расходе считывается прямо с прибора и его монтаж не требует большого пространства. Действие модели FCM2000 основано на кориолисовом принципе.

Конструкция расходомера имеет следующие преимущества:

­­– Отсутствие требований по прямолинейности входного и выходного участка трубы

– Массивный жесткий внешний корпус надежно защищает от осевых и фланцевых нагрузок и вибраций трубопровода

– Широкий диапазон типоразмеров первичного преобразователя от Ду15 до Ду150

– Различные типы присоединения к трубе

– Два раздельных аналоговых выхода для текущих значений расхода и плотности, импульсный выход от счетчика расхода

– Контактные входы и выходы

– HART Протокол

– Исполнение для взрывоопасных зон: тип искрозащиты выходного сигнала может быть выбран, изменен как “i” или “e” и определяется техническими требованиями установки.

– Сертифицированный по EHEGD DSP-конвертер.

Цифровой конвертер обработки сигналов (DSP)

Конвертер включает в себя цифровой микропроцессор жидкости обработки сигналов, позволяющий проводить измерения массового расхода и плотности с высокой плотностью. Сигнал от кориолисового сенсора конвертируется в цифровой сигнал без промежуточного преобразования в аналоговый. Превосходная стабильность и надежность вместе с быстрой обработкой сигнала без промежуточных аналогово-цифровых преобразований успешно производится новой моделью DSP-конвертера. Существенным преимуществом прибора является наличие функций самодиагностики первичного и вторичного преобразователей вкупе с абсолютной стабильностью нуля.

Данная модель особо эффективна в следующих случаях:

– Необходимость измерений расхода с высокой плотностью

– Необходимость измерений плотности жидкости

– В случае приготовления смесей из нескольких компонентов по специальному рецепту

– Жидкость не имеет электрической проводимости или с высокой вязкостью или имеет в твердые частицы.

– В процессах розлива-дозирования.

6.2 Принцип действия

При протекании в принудительно вибрирующей трубе потока с определенным значением массы, в поперечном сечении начинает действовать кориолисова сила, как это указано на рисунке ниже.

Величина изгиба трубы, вызванная действием этой силы прямо пропорционально скорости течения и измеряется оптимально позиционированным сенсором.

Трубки-сенсоры первичного преобразователя постоянно вибрируют с частотой, соответствующей значению резонансных колебаний системы. Данное значение является функцией геометрической формы, механических характеристик материала трубы, а также массы протекающей жидкости, что обеспечивает точное измерение плотности.



Рисунок 10. Принцип работы 2-х трубной конструкции

6.3 Технические данные первичного преобразователя FCM2000


Рисунок 11. Первичный преобразователь FCM2000
Диапазон измерений по плотности – 0,5…3,5 кг/м3

Диапазон расхода – от 0,02 до 1200 м3/ч

Точность измерений

Расхода ±0,4%; ±0,25%;±0,15%

Повторяемость измерений расхода

0,1% при точности 0,15%

0,15% при точности 0,4% или 0,25%

Плотности ±5 г/л (стандартно) и ±1 г/л опция

Повторяемость измерений плотности ±0,1 г/л

Температуры

В диапазоне -50˚…+180˚С менее ±1˚С

В диапазоне -20˚…+120˚С менее ±0,5˚С

Материалы

Части, контактирующий с жидкостью нержавеющая сталь SST 1.4571/316 Ti; 1,4435/316L; сплав Hastelloy C4/2.4610

Корпус нержавеющая сталь SST 1,4301/304

Максимальная температура жидкости

Безопасные зоны -50˚…+180˚С стандартно

Зоны EEx -20˚…+150˚/180˚С ; опция EEx -40˚…+150˚/180˚С
Температура окружающей среды

Безопасные зоны -25˚…+60˚С стандартно

Зоны EEx -20˚…+60˚С ;

опция EEx -40˚…+60˚/180˚С

Присоединение к технологической трубе:

Фланцы по DIN или ASME

Накидной хомут Tri-Clamp по ISO 2852

Номинальное давление (по фланцам) PN 16; PN 40; PN 100 (для Ду?80)

6.4 Конструкция первичного преобразователя

Конструкция первичного преобразователя представляет собой две параллельных измерительных трубы, объединенных рассекателем потока. Силовая схема из двух труб с изгибами может эффективно противостоять внешним силам и моментам.


Рисунок 12. Конструкция из параллельных труб
На входе и выходе измерительные трубы соединяются сварным соединением с рассекателями потока. Тем самым отсутствует их прямое соединение с технологической трубой. Это позволяет дополнительно изолировать чувствительные элементы от осевых и фланцевых нагрузок, а также вибраций трубопровода. В местах нагрузок массивного жесткого внешнего корпуса отсутствуют сварные соединения в местах нагрузок. Элементы монтажа приводов, измерительных труб и сенсоров крепятся методом вакуумной пайки серебром.


Рисунок 13. Двухтрубная конструкция первичного преобразователя.

6.5 Технические данные вторичного преобразователя (конвертера)


Рисунок 14. Вторичный преобразователь FCM2000
Диапазон измерений – выбирается пользователем

Класс защиты – IP 67

Электрические соединения – М20х1,5

Максимальная длина кабеля для раздельной конструкции – 300м

Источник питания:

Высоковольтный – 115…230 VAC

Низковольтный – 24 VAC/VDC

Частота – 50…60 Гц

Потребляемая мощность – менее 25 ВА

Температура окружающей среды – -20…+60
Конструкция полевого корпуса

Литой корпус RAL 7012, окрашенный с крышкой RAL 9002

Измерения в прямом/обратном направлении потока индицируются на дисплее направлением стрелки и выходным контактным сигналом.

Дисплей размерностью 2х16, ж.к. с подсветкой конфигурируется пользователем для отображения на 2 строках следующих параметров: текущий массовый или объемный расход, плотность или температура, суммарный расход в массовых или объемных единицах.
После снятия крепящих винтов конвертер можно установить в 4-х позициях для оптимального доступа оператора.


Управление магнитным стеком позволяет проводить конфигурацию конвертера без снятия передней крышки.

Ввод установочных параметров.

Ввод установочных параметров производится 3-мя кнопками конвертера. Корпус конвертера может разворачиваться на угол до 180°. Дисплей может быть развернут в 4-х позициях.

Мультиплексный режим отображения позволяет попеременно выводить на одной строке дисплея 2 параметра из таких данных, как расход в % от максимума, расход в физических единицах или диаграмму, инструментальный номер, направление расхода.

Защита данных.

Все данные могут храниться до 10 лет в энергонезависимом модуле NV_RAM. Дополнительная рабочая информация сохраняется в серийном модуле EEPROM конвертера

6.6 Описание конвертера
HART-протокол

HART протокол обеспечивает коммуникацию полевого прибора с системой управления и/или портативным коммуникатором. Передача сигнала производится по линии аналогового выхода 1, при этом оба сигнала не оказывают взаимного влияния.


Рисунок 15. Коммуникация с использованием HART-протокола
Режим передачи

FSK-модуляция по аналоговому сигналу 4-20 мА по стандарту Bell 202

Число бод – 1200 бод (бод единица скорости телеграфирования. Определяется как одна элементарная посылка тока за 1 с. Названа по имени Ж. Бодо.)

Формат

Логическая 1: 1200 Гц; Логический ноль 0: 2200 Гц

Кабель:

AWG24 витой

Максимальная длина кабеля

1500 м

Максимальная амплитуда сигнала

1,2 mApp

Нагрузка аналогового выхода

Мин> 250 Ом, макс.<560 Ом

Ex: Мин.>250 Ом, Макс.<300 Ом

6.7 Схема соединений первичного и вторичного преобразователей


Рисунок 16. Схема соединений первичного и вторичного преобразователей
Соединение

Сигнальный кабель D173D146U01 устанавливается в соединительных коробках конвертера (а) и первичного преобразователя (b).

Подготовка сигнального кабеля производится в соответсвии с руководством по эксплуатации.

7 Структурная схема измерительной системы

С первичного преобразователя аналоговый сигнал выхода 1 и аналоговый сигнал выхода 2 поступает по сигнальному кабелю D173D146U01 на конвертер, где он преобразуется в цифровой сигнал и отображается на цифровом дисплее вторичного преобразователя.

8 Рекомендации по установке
8.1 Установка в вертикальный трубопровод.

Наилучшей считается установка первичного преобразователя в вертикальный трубопровод с поднимающимся потоком. Это устраняет возможность осаждения твердых частиц на нижнем изгибе трубок, а также скоплению пузырьков газа в верхнем при нулевом потоке. К тому же это позволяет при необходимости провести дренирование трубы.


Рисунок 17. Вертикальная установка с самодренированием.


8.2 Горизонтальная установка


Рисунок 18. Горизонтальная установка, угол наклона для дренажа 2-4˚

8.3 Установка в ниспадающий трубопровод.

Данный способ установки возможен только при условии установки на выходном участке сужения с целью предотвратить частичное осушение измерительного канала.


8.4 Проблемная установка

Ниже указаны способы установки, которые могут создать проблемы в работе расходомера.

А. Установка в наивысшей точке трубопровода приводит к скоплению в этом месте газовых пузырей.

В. Другой ошибкой будет установить расходомер в конце трубопровода со свободным истечением жидкости.


Рисунок 19. Ошибочные способы установки
Примечание:

При монтаже расходомеров раздельной конструкции необходимо проверить правильность маркировки.

Первичный преобразователь с маркировкой на табличке X001 соответствует конвертеру Y001 и т.д.

Потери давления.

Величина потери давления на первичном преобразователе является функцией физических характеристик жидкости и величины расхода и вычисляется специальной компьютерной программой.

8.5 Настройка на ноль

Для проведения настройки первичного преобразователя на нуль требуется наличие запорной арматуры в составе трубопровода. Если остановка процесса для настройки на нуль невозможна – требуется установка байпаса. Установка на нуль должна производиться в полностью заполненной трубе.


Рисунок 20. Настройка на ноль

9 Расчет надежности
Исследование поведения аппаратуры (объекта) во время эксплуатации и оценка ее качества определяет его надежность. Термин "эксплуатация" происходит от французского слова "exploitation", что означает получение пользы или выгоды из чего-либо.

Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах.

Для количественного выражения надежности объекта и для планирования эксплуатации используются специальные характеристики - показатели надежности. Они позволяют оценивать надежность объекта или его элементов в различных условиях и на разных этапах эксплуатации.

Надежность представляет собой комплексное свойствво, сочетающее в себе понятие работоспособности, безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохранности.

Работоспособность - представляет собой состояние ОБ, при котором он способен выполнять свои функции.

Безотказность - свойство ОБ сохранять свою работоспособность в течение определенного времени. Событие, нарушающее работоспособность ОБ, называется отказом. Самоустраняющийся отказ называется сбоем.

Долговечность - свойство ОБ сохранять свою работоспособность до предельного состояния, когда его эксплуатация становится невозможной по техническим, экономическим причинам, условиям техники безопасности или необходимости капитального ремонта.

Ремонтопригодность - определяет приспособляемость ОБ к предупреждению и обнаружению неисправностей и отказов и устранению их путем проведения ремонтов и технического обслуживания.

Сохраняемость - свойство ОБ непрерывно поддерживать свою работоспособность в течение и после хранения и технического обслуживания.

10 Помехозащищенность
Помехозащищенность характеризуется способностью аппаратуры к выделению полезного сигнала из помех и должна обеспечивать сохранение основных тактических показателей радиоэлектронного оборудования при наличии помех. Для защиты от помех используются методы автоматической регулировки усиления ( АРУ) приемника и методы селекции. 

Помехозащищенность относится к числу важнейших эксплуатационных характеристик прибора. 

В общем случае, помехи действующие во входных цепях измерительного прибора делят на помехи: возникающие между проводами измерительной линии за счет электромагнитных наводок во входном контуре, а также на сопротивлениях линии связи за счет паразитных токов утечек, в технической литературе их принято называть - помехами нормально вида (ПНВ); возникающие в цепях заземления из-за различия потенциальных точек заземления у источника измеряемого сигнала и прибора, содержащие как постоянную, так и переменную составляющие напряжения, в технической литературе их принято называть помехами общего вида (ПОВ), так как возникают в общей цепи для приборов – заземления.

Борьба с помехами нормального вида ведется путем введения в структурную схему измерительного прибора дополнительных схем компенсации, сглаживающих фильтров, автоматической обработки результатов измерения, а также применением интегрирующих алгоритмов работы прибора. Эта задача решается разработчиками данного измерительного прибора, а результаты ее решения отражены в его технических характеристиках по помехозащищенности.

Борьба с помехами общего вида ведется путем применения различных схем эквипотенциальной защиты входных цепей измерительного прибора, а именно правильного выбора точек заземления, экранировки источников помех, гальванической развязкой первичных преобразователей и так далее. Как правило, решение этих задач ложится на долю пользователя этого измерительного прибора.

11 Расчет погрешности
Результат всякого измерения всегда содержит некоторую погрешность. Поэтому в задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но также и оценка допущенной при измерении погрешности.

Напомним, что абсолютной погрешностью приближенного числа называется разность между этим числом и его точным значением, причем ни точное значение, ни абсолютная погрешность принципиально неизвестны и подлежат оценке по результатам измерений.

Относительной погрешностью приближенного числа называется отношение абсолютной погрешности приближенного числа к самому этому числу. Если оценка погрешности результата физического измерения не сделана, то можно считать, что измеряемая величина вообще неизвестна, поскольку погрешность может, вообще говоря, быть того же порядка, что и сама измеряемая величина или даже больше. В этом состоит отличие физических измерений от бытовых или технических, в которых в результате практического опыта заранее известно, что выбранный измерительный инструмент обеспечивает приемлемую точность, а влияние случайных факторов на результат измерений пренебрежимо мало по сравнению с ценой деления применяемого прибора.

12 Эволюция кориолисовых расходомеров



Первое поколение кориолисовых расходомеров представляло собой в основном конструкцию, состоящую из одной U-образной тонкостенной трубки, в которой высокие скорости потока достигались уменьшением поперечного сечения по сравнению с трубопроводом. Отклонение трубки определялось относительно одной точки. При вибрации трубки в точках закрепления создавались изгибающие силы с большой амплитудой. Это подвергало вибрации всю конструкцию. Эта проблема была решена использованием двухтрубной конструкции.

Такая конструкция снизила внешнюю вибрацию и уменьшила затрачиваемую энергию. Один привод использовался для инициирования вибрации трубок, и два датчика обнаруживали кориолисовое отклонение. Недостаток такой конструкции заключается в том, что сочетание уменьшенного поперечного сечения, тонкостенной трубки и высоких скоростей потока (до 15,2 м/с), приводило к преждевременной поломке прибора, включая наличие подтеков и проливов при работе с агрессивными средами.

Последующие усовершенствования конструкции заключались в изменении формы трубок, включая те, которые не разделяют поток (figure 5-3B) и те, что имеют несколько приводов (figure 5-5A). Использовались толстостенные трубки (толщина стенок в пять раз больше, чем в предыдущих конструкциях).

В некоторых расходомерах изгибающие напряжения были заменили на скручивающие для предотвращения концентрации напряжений, которые могут привести к разлому труб (рисунок 16в).


Рисунок 21. Конструкция современных кориолисовых расходомеров
Эти усовершенствования увеличили количество производителей и содействовали развитию кориолисовых расходомеров нового поколения, которые также надежны и износостойки, как объемные расходомеры. Современные расходомеры работают с низкими скоростями потока (менее 3 м/с) и низким падением давления, могут быть установлены в любом положении и имеют большой срок службы при работе с вязкими и агрессивными средами. Трубки нагружают с учетом их предела выносливости и обычно изготавливают из нержавеющей стали, Hastelloy и титана.

Hastelloy это торговая марка серии высокопрочных, коррозионно-стойких сплавов на основе никеля. Также они включают молибден и хром. Отлично подходят для химических целей. Имеют великолепное сопротивление питтингу, коррозионному растрескиванию и окислению до температуры 1037 0С. Температура плавления 1325-1370 0С.


13 Некоторые особенности применения

жидкость массовый расход

Действие силы Кориолиса на вибрирующую трубку незначительно. Полномасштабный поток может создать отклонение не более чем 0,025 мм. Для достижения отношения максимального расхода к минимальному, равного 100:1, датчики должны обнаруживать отклонения с точностью до 0,000025 мм в промышленной среде, где давление в трубопроводе, температура и плотность жидкости изменяются, и где вибрация трубы создает помехи измерению.

Гибкость (эластичность) металлических труб зависит от температуры; с увеличением температуры она увеличивается. Для устранения связанной с этим погрешности измерения температура трубы непрерывно измеряется термометром сопротивления (RTD element) и используется для компенсации изменения эластичности трубы.

Кориолисовы массовые расходомеры обычно калибруются на воде. Калибровка по плотности обычно производится заполнением трубок двумя или более калибровочными жидкостями (скорость потока равна нулю), плотность которых известна.

14 Точность и диапазоны расходов



Кориолисовые расходомеры обеспечивают относительную погрешность измерения расхода равную 0,1-2% в диапазоне расходов 100:1 (отношение максимального расхода к минимальному). В общем случае конструкции с изогнутыми трубками обеспечивают больший диапазон (100:1 до 200:1), в то время как расходомеры с прямой трубкой ограничены диапазоном от 30:1 до 50:1 и их точность ниже. Суммарная погрешность прибора складывается из основной погрешности и погрешности нулевого сдвига (zero-shift error), т. е. погрешности, связанной с ошибочным выходным сигналом, генерируемым при отсутствии потока. Погрешность нулевого сдвига вносит большой вклад в суммарную погрешность в начале диапазона расходов, где она находится в пределах 1-2%. Некоторые производители устанавливают суммарную погрешность, как сумму относительных погрешностей измерения расхода в верхней и нижних частях диапазона, в то время как другие считают ее суммой основной погрешности и погрешности нулевого сдвига. Поэтому необходимо внимательно читать сопроводительную техническую документацию при сравнении различных устройств.

При измерении плотности типичный диапазон погрешности кориолисова расходомера равен 0,002-0,0005 г/см3.

Погрешности обусловлены наличием газового фактора в жидкости (воздух, газ). При равномерном распределении маленьких пузырьков необходимо затратить больше энергии для вибрации трубок, поскольку если газовая фаза отделится от жидкости, то она ослабит силовое воздействие жидкости на трубки, следовательно, появится погрешность. Небольшие пустоты вызывают шум из-за ударов жидкости по трубам. Большие пустоты повлекут увеличение затрачиваемой энергии для вибрации трубок до недопустимого уровня, что может привести к аварии.

Во время работы на трубку действуют аксиальные, изгибающие и скручивающие силы. Если изменения температуры и давления жидкости или окружающей среды оказывают влияния на эти силы, то это может привести к изменению эксплуатационных свойств расходомера и может потребоваться его перенастройка.

15 Размеры и падение давления
Из-за широкого диапазона расходов кориолисового расходомера (от 0,02 до 1200 м3/ч), один и тот же расход может измеряться двумя или тремя разными размерами трубок. Используя расходомер наименьшего размера можно снизить затраты на его приобретение, но при этом возрастут скорости коррозии или эрозии, возникнет необходимость в увеличении давления в линии – все это повлечет за собой большие эксплуатационные убытки.

Использование расходомера меньшего размера, чем труба приемлемо тогда, когда размер трубы завышен и жидкость не содержит механических примесей, а также обладает низкой вязкостью. При работе с коррозионными, абразивными или вязкими средами уменьшение размеров расходомера не рекомендуется. Список приемлемых размеров труб и соответствующих падений давления, погрешностей и скоростей потока может быть получен у производителя.

Обычно кориолисовы расходомеры требуют большего перепада давления, чем традиционные объемные расходомеры, которые обычно работают при перепаде менее 0,069 MПа. Это объясняется уменьшенным диаметром трубок, по сравнению с трубопроводом и криволинейной траекторией потока в расходомере (гидравлическое сопротивление).

16 Применения и ограничения



Кориолисовы массовые расходомеры могут обнаруживать поток всех жидкостей, включая ньютоновских и неньютоновских, а также достаточно плотных газов. Они могут применяться на производстве, где предъявляются жесткие санитарные условия и где требуется гигиеничность.

При сливе жидкости из резервуара, автоцистерны, железнодорожной цистерны может возникнуть поток, состоящий из двух отдельных фаз (жидкость и газ). При этом показания прибора будут ошибочными. Если контроллер имеет функцию обнаружения двухфазного потока, то измерения будут автоматически остановлены. Контроллер может обнаружить такой поток по чрезмерно высокой потребляемой приводом энергии или по падению плотности потока (уменьшение амплитуды выходного сигнала датчика).
Заключение
По вышеизложенным фактам можно сделать следующий вывод - установка современных приборов массовой расходометрии с малой относительной погрешностью измерения массы на узлах учета является целесообразной, несмотря на их дороговизну.

Экономический эффект делает установку таких приборов быстро окупаемой за счет:

Список литературы


  1. www.google.ru

  2. www.youtube.com

  3. Техническое описание кориолисового массовый расходомер FCM2000

  4. Савельев И. В. Курс общей физики, т. 1. Механика. Молекулярная физика: Учебное пособие. – 2-е изд., перераб. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. – 432с.

  5. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учеб. пособие для втузов. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк., 1999. – 718 с.: ил.

  6. Повх И.Л. Техническая гидромеханика.

  7. http://zebu.uoregon.edu/~js/glossary/coriolis_effect.html


Лекции
Лабораторные
Справочники
Эссе
Вопросы
Стандарты
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации