Наименьшим гидравлическим сопротивлением обладают электромагнитные и ультразвуковые измерители расхода, так как они не имеют изгибов и частей, выступающих внутрь измерительной части. Они относятся к полнопроходным. Некоторые потери давления могут быть вызваны материалом футеровки измерительной части (например, резиновой футеровкой) или неправильной установкой (уплотнительные прокладки выступают внутрь проточной части расходомера).
В таблице 3 приведены значения динамического диапазона измерения расхода и максимальные значения скорости потока для расходомеров различного принципа действия.
Таблица 10
|
Метод |
Динамический диапазон |
Максимальная скорость потока, м/с |
|
|
Электромагнитный |
100:1 |
10 (жидкость) |
|
|
Вихревой |
25:1 |
10 (жидкость), 80 (пар, газ) |
|
|
Ультразвуковой (врезные датчики) |
100:1 |
10 (жидкость) |
|
|
Ультразвуковой (накладные датчики) |
100:1 |
12 (жидкость), 40 (пар, газ) |
|
|
Кориолисовый |
100:1 |
10 (жидкость), 300 (пар, газ) |
3.2 Метрологические характеристики и их влияние на выбор
В настоящее время встречаются электромагнитные расходомеры с заявленным динамическим диапазоном 500:1 и даже 1000:1. Такие значительные динамические диапазоны измерения достигаются путем применения многоточечной калибровки при выпуске расходомера из производства. К сожалению, в процессе дальнейшей эксплуатации метрологические характеристики ухудшаются и реальный динамический диапазон значительно сужается.
Метрологические характеристики расходомеров выходят на первый план в случае их применения для коммерческого учета ресурсов. Необходимо помнить, что все приборы, которые планируется использовать для целей коммерческого учета, должны быть в обязательном порядке внесены в Государственный реестр средств измерений после прохождения соответствующих испытаний, по результатам которых подтверждаются заявленные производителем метрологические характеристики. Именно действующим описанием типа средства измерения следует руководствоваться при оценке погрешностей. Так как, например, в некоторых случаях, заявленная производителем низкая погрешность измерения может быть обеспечена не во всем диапазоне, а только в некоторой его узкой части. И, к сожалению, производители не всегда отражают этот факт в своей технической документации и рекламных материалах.
Для снижения издержек на последующее метрологическое обслуживание (поверку) расходомеров при прочих равных условиях рекомендуется выбирать приборы с максимальным межповерочным интервалом. На данный момент большинство расходомеров имеет межповерочный интервал один раз 4 года и более. При выборе марки прибора не стоит гнаться за максимальным значением межповерочного интервала в случае когда долговременная точность измерения является определяющей характеристикой, особенно если это предложение от малоизвестного производителя. Для расходомеров с условным диаметром более 250 мм (DN 250) наличие методики поверки без демонтажа измерительной части, так называемой имитационной, беспроливной поверки, зачастую становиться решающим фактором в пользу выбора конкретного производителя и типа. Проведение поверки проливным методом расходомеров с условным диаметром более 250 мм в настоящее время является сложной задачей в виду отсутствия аттестованных проливных установок для поверки средств измерения расхода большого диаметра. Но необходимо помнить, что метод беспроливной поверки добавляет к базовой погрешности измерения еще дополнительную погрешность 1...1,5%, что не всегда может быть приемлемо.
В таблице 4 приведены метрологические характеристики измерителей расхода с различным способом измерения, пожалуй, с лучшими на сегодняшний день показателями точности. Если предлагаемое поставщиком решение обладает еще более высокими показателями точности, то следует более тщательно подойти к вопросу проверки заявленных метрологических характеристик данного оборудования.
Таблица 11
|
Метод |
Погрешность |
Повторяемость результатов |
|
|
Электромагнитный |
>±0,2...0,4% |
>0,1...0,2% |
|
|
Вихревой |
>±0,75...1% |
>0,1% |
|
|
Ультразвуковой (врезные датчики) |
>±0,5...2% |
>0,25% |
|
|
Ультразвуковой (накладные датчики) |
>±0,5...1% |
>0,15% |
|
|
Кориолисовый |
>±0,1...0,15% |
>0,05% |
На точность измерения объемного и массового расхода влияет не только метод измерения, качество применяемых при изготовлении материалов, примененные схематические решения и программные алгоритмы вычислений, но и правильность монтажа и настройки, своевременность и полнота технического обслуживания.
Определившись с методом измерения расхода, условным диаметром расходомера и требуемой точностью измерения, уже можно сузить круг поиска до нескольких моделей расходомеров. Но даже одна конкретная модель расходомера, как правило, имеет несколько возможных конструктивных исполнений. Конструктивное исполнение определяет способ присоединения расходомера к трубопроводу, тип интерфейса для передачи измеренных значений расхода на устройство верхнего уровня, наличие пользовательского интерфейса и дополнительных сервисных функций, перечень необходимых аксессуаров для монтажа и последующего технического обслуживания расходомера.
В зависимости от применяемого метода измерения расходомеры накладывают довольно жесткие требования к тому участку трубопровода, на который их планируют установить. Ранее уже говорилось о том, что для нормальной работы расходомера необходимо обеспечить требуемую скорость движения измеряемой среды в трубопроводе. Это значит, что может потребоваться или обустройство местных сужений трубопровода, или, в более редких случаях, расширение трубопровода. При этом необходимо обеспечить требуемые значения длин прямых участков до и после расходомера в соответствии с рекомендациями производителя. Прямые участки нужны для уменьшения турбулентности потока -- выравнивания скоростей и направления движения отдельных струй в потоке.
Наибольшую чувствительность к неравномерности и турбулентности потока имеют вихревые расходомеры, поэтому, как правило, им требуются самые длинные прямые участки. Кориолисовые расходомеры наименее чувствительны к неравномерности потока и, зачастую, не требуют обустройства прямых участков ни до, ни после расходомера. Вихревые расходомеры также наиболее чувствительны к вибрации трубопровода и если устранить ее невозможно, то разумным решением будет выбрать расходомер с другим методом измерения.
Крепление расходомера к трубопроводу обычно осуществляется с помощью фланцев, так как фланцевое соединение обеспечивает хорошую механическую прочность и герметичность соединения. При заказе расходомера рекомендуется заказать у поставщика и комплект фланцев для трубопровода, а также уплотнительные прокладки. Как правило, не допускается в качестве уплотнения использовать нанесенную на торцы расходомера полимерную футеровку измерительной части, так как это может привести к ее растрескиванию и отслоению. По этой же причине не рекомендуется устанавливать расходомеры с футерованной измерительной частью на насосных установках.
Существенно упрощает врезку фланцев специальная монтажная вставка («катушка»), имеющая такие же габаритные и присоединительные размеры, что и расходомер. Она позволяет избежать установки ответных фланцев с перекосом, отсутствует риск повреждения чувствительной электроники датчика при электрической сварке, а также механическое повреждение измерительной части расходомера при промывке трубопровода после монтажа. В некоторых специфических приложениях, например, в пищевой промышленности или в системах дозирования, или пневматических системах при измерении расходов в трубопроводах очень малого диаметра, применяется крепление с помощью накидных («молочных») гаек и пр.
Измеренное значение расхода чаще всего требуется передать на уровень выше -- на устройство контроля, учета или регулирования. Для этих целей служат различные выходные интерфейсы датчика расхода. Это может быть либо аналоговый выход, например, 4-20 мА, величина тока на котором пропорциональна величине мгновенного расхода, либо число-импульсный выход, который формирует выходной импульс каждый раз, когда через расходомер проходит определенный объем измеряемой среды. Также возможны исполнения расходомеров с частотным выходом или с цифровым выходом, например, RS485. В промышленности и особенно в контурах регулирования расхода обычно используют датчики с аналоговым выходом, в сфере ЖКХ часто применяют датчики с число-импульсным выходом.
При выборе расходомера с аналоговым выходом необходимо учитывать активным или пассивным является аналоговый выход датчика и вход вторичного прибора -- в некоторых случаях может потребоваться дополнительный источник питания для контура выходного сигнала. Из всех типов расходомеров только вихревые расходомеры могут быть подключены по двухпроводной схеме, так как для работы электроники вихревого расходомера требуется менее 3 мА. По этой же причине вихревые расходомеры это единственный тип расходомеров, из числа рассматриваемых, способный работать на автономном питании от встроенной литиевой батареи. Как правило, такие расходомеры применяются на узлах учета в ЖКХ и имеют число-импульсный выход для уменьшения энергопотребления.
Подключение всех электрических цепей датчика расхода должно производиться в строгом соответствии с рекомендациями производителя. Как правило, соединение выполняется экранированным кабелем для уменьшения влияния электрических помех. В особо сложных случаях, при большой длине соединительных кабелей и их открытой прокладке на улице для защиты от воздействия от атмосферного электричества следует использовать соответствующие устройства защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП).
Не будет лишним предусмотреть защиту расходомера и от механических повреждений и воздействий окружающей среды. То есть включить в комплект поставки различные защитные боксы, термочехлы, защитные козырьки и т.п. Так как в случае поломки расходомера затраты по его замене могут быть значительными, из-за необходимости останова трубопровода и его опорожнения, что влечет за собой останов технологического процесса.
При прочих равных условиях определяющими факторами, которые влияют на такие характеристики датчика расхода как точность, повторяемость результатов, стабильность показанийявляются:
- качество и геометрическая точность изготовления расходомерных трубок у кориолисовых расходомеров;
- конструкция узла «вихресъемника» и программные алгоритмы обработки сигнала и подавления помех у вихревых расходомеров;
- качество нанесения и материал футеровки и конструкция измерительных электродов у электромагнитных расходомеров;
- конструкция пьезоизлучателей и количество лучей у ультразвуковых расходомеров.
На надежность работы и отсутствие поломок в течении заявленного срока службы расходомера влияют:
- соответствие выбранного исполнения расходомера характеристикам измеряемой среды и условиям эксплуатации;
- монтаж и электрическое подключение в соответствие с рекомендациями производителя;
- использованная при производстве датчика расхода элементная база, материалы, конструкционные и схематические решения;
- квалифицированное техническое обслуживание с требуемой периодичностью.
Таким образом, при выборе производителя расходомера надо делать выбор в пользу производителей с отработанной технологией производства, современной производственной базой, выпустивших несколько поколений датчиков расхода и имеющих компетентную сервисную службу.
4. Разработка мероприятий по охране труда
Источником опасности при монтаже и эксплуатации расходомеров являются:
- переменное напряжение сетевого питания - 220 В;
- давление жидкости в трубопроводах до 1,6 (2,5) МПа;
- температура жидкости (трубопровода) до 150 °С.
Безопасность эксплуатации расходомеров обеспечивается:
- герметичностью фланцевого соединения ППР с трубопроводом;
- изоляцией электрических цепей составных частей расходомеров;
- надёжным заземлением составных частей расходомеров.
При эксплуатации расходомеров необходимо соблюдать общие требования безопасности:
- не допускается эксплуатация расходомеров со снятыми крышками его составных частей;