Ультразвуковые технологии при контроле и учете расхода вещества и энергии
Актуальность повышения требований к точности и надежности информации, а также снижение общих затрат на ее получение при контроле и учете расхода вещества и энергии не вызывает сомнений, для проведения соответствующих измерений используют приборы - расходомеры.
Технологии и контрольно-измерительное оборудование
к.т.н А.О. Тлеукулов (Компания ПЕРГАМ), к.т.н., доц. В.Р. Козлов (МГУИЭ)
Повышение требований к точности и надежности информации, снижение общих затрат на ее получение при контроле и учете расхода вещества и энергии актуально всегда. Метрологические характеристики средств измерений, используемых для решения этих задач, как правило, соответствуют текущему состоянию существующих трубопроводных систем, что, очевидно, не исключает необходимость дальнейшего улучшения точности и надежности приборов и систем контроля и учета расхода вещества и энергии.
Помимо совершенствования метрологических качеств приборов и систем контроля, предназначенных для решения этих задач, существенное значение имеет способность их первичных измерительных преобразователей или датчиков не создавать помех движению среды и, таким образом, исключить потери давления и снизить нагрузку на технологические аппараты и линии, производящие и передающие тепловую энергию.
Ультразвуковые расходомеры
Для решения задач контроля и учета вещества и энергии обычно используются традиционные расходомеры переменного перепада (диафрагмы), турбинные и вихревые расходомеры, датчики которых, установленные внутри трубы, приводят к диссипации энергии, снижая, при этом, подачу энергии и тепла потребителю. Кроме того, монтаж/демонтаж датчиков таких приборов требует прерывания технологического процесса (отключения технологической линии) и довольно значительных затрат времени на эти операции.
В настоящее время для решения этих задач широко используются ультразвуковые расходомеры-счетчики жидкости, газа и пара фирмы Panametrics, которые могут эксплуатироваться с различными типами ультразвуковых преобразователей, не создающими помех движению потока среды: расходомеры-счетчики жидкости - с накладными и стационарными преобразователями; расходомеры газа и пара - со стационарными преобразователями.
Установка преобразователей
При установке стационарных преобразователей их рабочая часть не выступает внутрь трубопровода, а используя при установке промежуточные вставки Pan-Adapta, монтаж/демонтаж ультразвуковых преобразователей может быть выполнен без прерывания технологического процесса даже при высокой температуре и давлении. Накладные ультразвуковые преобразователи устанавливаются снаружи трубы с помощью большого набора стандартных монтажных приспособлений фирмы Panametrics.
Ультразвуковые расходомеры фирмы Panametrics реализуют известный времяимпульсный метод измерения расхода. Однако его возможности значительно расширены, благодаря запатентованным фирмой Panametrics технологиям кодирования акустических сигналов и их корреляционной обработки, которые позволили значительно увеличить отношение сигнал/шум и проводить точные измерения расхода при отсутствии дрейфа показаний большинства двухфазных сред (содержащих до 5 % (об.) газовых пузырьков и до 10 % (об.) твердых включений), определение расхода которых недоступно традиционными времяимпульсными расходомерами
.
Автоматическая следящая коррекция окна приема
Реализуемая в расходомерах фирмы Panametrics функция автоматической следящей коррекции окна приема (АСКОП) дает возможность выполнять измерения расхода с минимальной погрешностью даже в тех случаях, когда свойства жидкости неизвестны или изменяются в процессе измерения.
Эта функция обеспечивает динамическую развертку окна приема при изменении скорости звука из-за вариаций температуры анализируемой среды или изменении состава в многопродуктовых трубопроводах.
Диапазон изменения окна приема определяется значениями минимальной и максимальной скорости звука, которые устанавливаются пользователем программным путем. После выбора оптимального сигнала параметры окна приема фиксируются до тех пор, пока не произойдут следующие резкие изменения скорости звука.
При этом АСКОП переходит в режим автоматического поиска оптимального сигнала и далее вся процедура повторяется.
Измерение расхода сложных многофазных систем: сточные воды, суспензии, пульпы
Дополнительно к времяимпульсному методу только в расходомерах-счетчиках жидкости фирмы Panametrics используется новый зондирующий TransFlection метод, который обеспечивает измерение расхода таких сложных многофазных систем, как неочищенные сточные воды, суспензии, пульпы и т.п.
В случае применения зондирующего метода также используются два ультразвуковых преобразователя , один из которых посылает серию импульсов с регулярной последовательностью. Ультразвуковые импульсы, проходя через жидкость, отражаются от неоднородностей потока (пузырьки, частицы) и затем принимаются вторым преобразователем. По существу, эти ультразвуковые сигналы являются «картинками», последовательно отображающими определенную часть потока в трубе.
Прибор сравнивает эти «картинки» по мере их поступления. В результате сравнения (усреднения) этих «картинок» исключаются стационарные объекты, путем вычитания сигналов, которые остаются неизменными во всех или в большинстве «картинок». Затем прибор анализирует перемещение оставшихся объектов в каждой, следующей одной за другой «картинке», для определения расхода и направления потока жидкости. В результате этого, зондирующий метод позволяет осуществлять измерение расхода жидкостей, содержащих до 30 % (об.) пузырьков газа и до 60 % (об.) твердых включений.
Стационарные массовые расходомеры газов
Фирма Panametrics производит ряд стационарных времяимпульсных массовых расходомеров газов специализированного и общепромышленного назначения GF868, GN868 и GM868. Расходомеры работают со стационарными ультразвуковыми преобразователями, монтаж/демонтаж которых в трубопроводе производится без остановки технологического процесса.
Для измерения массового расхода пара разработаны и начат выпуск нового стационарного расходомера GS868 и измерительного преобразователя расхода пара XG868, которые могут быть использованы для измерения расхода влажного, насыщенного и перегретого пара в динамическом диапазоне изменения расхода 150:1 в трубах диаметром от 50 до 1200 мм и температурах до 450°С. Пределы изменения рабочего давления от 0 до 10 MПа.
Эксплуатация при температурах 450°С возможна при использовании системы ультразвуковых преобразователей BWT, реализующих волноводную концентрацию пучка импульсов Bundle Wavequide Technology фирмы Panametrics.
Ультразвуковые преобразователи BWT
BWT - новая волноводная система ультразвуковых преобразователей расходомеров предназначена для измерения расхода сложных сред (вязких и высокомолекулярных жидкостей) и газов при высокой температуре и давлении и эксплуатируется со стандартными расходомерами фирмы Panametrics.
При определении массового расхода газа необходима точная и оперативная информация о его влагосодержании. Для этих целей и, в частности, для измерения влажности природного газа фирмой Panametrics выпускается портативный влагомер System 280, который может эксплуатироваться в опасных зонах и имеет встроенную систему подготовки пробы.
Поверка расходомеров
В настоящее время наиболее важное значение при решении задач учета и контроля приобретают вопросы методического и технического обеспечения расходомеров жидкостей и газов для их периодической поверки. Для этих целей могут быть использованы как проливные способы, реализующиеся или на специальных установках и по месту монтажа расходомера, так и беспроливные имитационные способы с применением специальных конструкций имитаторов.
