Выбор расходомера для сверхбольшого диаметра трубопровода

Thread Content

Под сверхбольшим диаметром трубы мы обычно подразумеваем трубы с диаметром более 1 метра, включая круглые/квадратные/прямоугольные трубы. У труб огромного диаметра, из-за их больших габаритов, при проектировании основное внимание уделяется сокращению занимаемого пространства и экономии затрат. Следовательно, при определении длины прокладки трубопровода не учитываются требования к монтажу расходомера, и поэтому не существует требований к длине участков прямых труб перед и после него. Это создает довольно серьезные ограничения для использования в большинстве типов расходомеров; даже при попытке их применения эффективность будет крайне низкой. Как решить эту проблему? Давайте сначала рассмотрим особенности расхода жидкости в крупных трубопроводах: 1. Диаметр труб превышает 1 метр, у некоторых он достигает 5,6 метра. Чаще всего имеют прямоугольную форму; их конфигурация сложная. Длина прямых участков труб очень мала — часто менее 1D. Распределение скорости потока сложное и постоянно меняется в зависимости от нагрузки на вентилятор (в трубах большого диаметра, как правило, измеряется объем воздуха). 2. В трубе существуют вихри, размер и положение которых постоянно меняются в зависимости от расхода. 3. Для снижения потерь давления скорость потока в трубе обычно составляет менее 5–10 метров в секунду; при комнатной температуре общее статическое давление воздуха составляет всего 15–60 Па. 4. В газе часто присутствует пыль, что может легко привести к засорению обычных датчиков разницы давлений. Ниже приведены некоторые приборы, используемые в настоящее время для измерения больших диаметров труб. По количеству измеряемых точек: 1) Измерение в одной точке. Определение расхода путем измерения скорости потока в какой-либо конкретной точке трубопровода (например, в его центре). К таким приборам относятся вставные турбинные расходомеры, расходомеры по эффекту Вентури, термические расходомеры для измерения массового расхода газа и т. д. Условием их корректной работы является наличие прямого участка трубопровода длиной 15–25D (где D – диаметр трубы). Из-за изменчивых вихрей в крупных трубопроводах вероятность наличия постоянной средней скорости потока при различных нагрузках на вентиляторы крайне мала, поэтому такие устройства редко оснащаются системами автоматического управления. Здесь необходимо пояснить один момент: многие производители расходомеров утверждают, что их приборы калибровались в аэродинамической трубе, и точность измерений достигает ±1%. Однако следует помнить, что это точность измерения скорости потока; под расходом, говоря простыми словами, понимается сумма скоростей во всем профиле потока. В целом, при недостатке прямых участков трубы или наличии препятствий для потока спереди и сзади, результаты измерений с использованием одной точки измерения остаются неудовлетворительными. Если требуется высокая линейность, воспроизводимость и надежность, а точность должна лишь находиться в приемлемых пределах, то для таких условий эксплуатации можно использовать разработанный и усовершенствованный компанией SIERRA метод калибровки с выбором точек на месте. С помощью этого метода выбирается оптимальная точка вставки. В этом методе используется термический расходомер массы газа. С помощью одного такого расходомера измеряются изменения расхода газа путем выбора нескольких точек на поперечном сечении (в зависимости от степени соответствия полученных данных изменениям объема потока воздуха). Результаты измерений, полученные во всех этих точках, подвергаются математической обработке с целью определения наилучшей точки измерения. Это позволяет получить значения расхода газа, которые не только имеют линейную зависимость, но и отражают средний расход газа по всему поперечному сечению. 2) Измерение в нескольких точках на линии: расход воды определяется путем измерения скорости потока в нескольких точках на какой-либо прямой линии внутри трубопровода (для круглых труб — по диаметру, для прямоугольных труб — по высоте или ширине). Для измерений используются вставные расходомеры. По сравнению с точковым управлением точность повышается, а монтаж становится проще. Однако для прямого участка трубопровода требуется длина не менее 10 D, к тому же распределение скорости потока внутри трубы должно приближаться к форме концентрических кругов, чтобы можно было достичь необходимой точности. Например, у труб в одной из электростанций площадь поверхности составляет менее 1 квадратного метра. Из-за наличия внутри труб вихрей их размер и положение постоянно меняются под влиянием скорости потока воздуха. Поэтому в диапазоне регулировки скорости потока воздуха от 30 до 50% наблюдается явление: по мере увеличения скорости потока разница давлений, измеряемая с помощью специальных датчиков, снижается. Я тоже сталкивался с ситуацией, когда при использовании метода скорости и площади для определения скорости потока воздуха в трубопроводах вторичного воздуха, независимо от того, как я регулировал положение клапанов, скорость потока в этой точке всё равно оставалась равной 0! Поэтому такой метод измерения также трудно применять в промышленных системах управления. Исходя из всего сказанного, можно сделать вывод, что измерение объема воздуха в крупных трубопроводах представляет собой чрезвычайно сложную задачу. Когда невозможно изменить условия на строительной площадке, необходимо принять соответствующие меры для улучшения этих условий с целью точного измерения расхода воздуха. 《1» Модулятор тока. Мы уже знаем, что причиной проблем с измерениями является отсутствие участка прямого тока. Если обеспечить, чтобы в зону измерений прибора поступал полностью развитый турбулентный поток, то все будет в порядке. Очень хорошим решением будет установка выпрямителя. В настоящее время рекомендуется использовать сотовые регуляторы тока, которые уже более ста лет успешно применяются в аэродинамических трубах. Особенностью является большое соотношение площади потока к площади поперечного сечения трубы, что позволяет снизить потери давления. 《2» Многоточечный измеритель скорости потока: принцип его работы аналогичен принципу работы питтографа (в стране его чаще называют питтографом); скорость потока определяется путем измерения разницы давлений перед и после узкого сечения. Однако отличие заключается в том, что положение и количество точек измерения формируют матрицу в соответствии с соответствующими стандартами, что позволяет полностью отразить распределение скорости потока в трубопроводе. Чем больше точек измерения, тем точнее можно отразить распределение скорости потока в трубе. «3» Устройство автоматической промывки. Поскольку воздух, используемый на тепловых электростанциях, неизбежно содержит пыль, измерительные приборы, определяющие расход воздуха по разнице давлений, могут забиваться, что ограничивает их применение на таких станциях. Для предотвращения этой проблемы используется устройство обратной промывки, которое периодически очищает трубопровод. «4» Измерение — это обработка всех данных в системе с последующим выводом значения потока; это процесс крайне тонкий и сложный. Что касается подсчёта объёма потока и т. п., то здесь мы кратко упомянем об этом. Преимущества использования многоточечного метода: 1. Высокая точность измерений. 2. Относительно простая установка; потери давления невелики. Говорят (но это не подтверждено), что на долю тепловой энергетики в США приходится более 90% рынка. В нашей стране эту технологию используют всего несколько лет, и она по-прежнему находится в процессе совершенствования. Конечно, в настоящее время за рубежом постепенно начинают заменять традиционные дифференциальные расходомеры на матричные термические расходомеры массы. В настоящее время эта технология уже успешно применяется в некоторых электростанциях нашей страны. К брендам термических расходомеров массы газа предъявляются высокие требования: отечественные продукты имеют короткий срок службы, высокий уровень неисправностей и плохую линейность. В настоящее время внутри страны и за рубежом в этой области в основном используются три ведущих бренда: SIERRA/FCI/KURZ. Основные преимущества использования термического измерителя массового расхода газа заключаются в следующем: хорошая линейность и повторяемость измерений, отсутствие потерь давления, широкий диапазон измерений, возможность прямого измерения массового расхода без необходимости коррекции на температуру и давление. Диаметр трубы оказывает незначительное влияние на стоимость измерителя; чем больше диаметр трубы, тем больше преимущества у термического измерителя. Установка такого измерителя проще, чем у всех других типов измерителей расхода; стоимость установки минимальна, а также минимальны и затраты на обслуживание. Учитывая вышеуказанные особенности, измерение расхода воды при больших диаметрах труб становится все более популярным методом.