На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   »
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Системный подход

01.02.2010 Измерение расхода с использованием осредняющих напорных трубок

 

Измерение расхода с использованием осредняющих напорных трубок

 

В нашей стране наиболее распространенным методом измерения расхода пара, жидкости и газа до недавнего времени был метод переменного перепада давления с использованием стандартных сужающих устройств (диафрагм, сопел, труб Вентури и др.). Всем знакомы преимущества и недостатки данного метода измерения.

 

Преимуществами являлись сравнительная техническая простота реализации метода без необходимости применения сложных микропроцессорных устройств, возможность индикации расхода прямопоказывающим прибором с квадратичной шкалой, возможность измерения расхода при малых скоростях течения жидкости или газов (0,1…0,5 м/с) и очень высокая устойчивость к загрязнению измеряемой среды.

Недостатками были высокая трудоемкость монтажа, значительная потеря давления на сужающих устройствах (что требует дополнительных затрат на работу насосов), трудность проведения поверок и невысокая точность при небольшом диапазоне изменения расхода (1:3).

Если для измерения расхода жидкостей разработан новый класс высоконадежных ультразвуковых расходомеров (эксплуатационная наработка на отказ – более 600 тыс. ч), имеющих большой динамический диапазон измерений (РСВУ-1400 при относительной погрешности 1 % имеет диапазон расходов 1:12,5, Sonoflo/Sono 3200/3000 Sonokit-2 при относительной погрешности 0,5 % – диапазон расходов 1:20), то для измерения расхода газов и пара предложен только метод «площадь – скорость» с осредняющими напорными трубками (ОНП). Одной из разновидностей ОНП является Annubar Diamond II и его более поздние модификации.

Принцип работы расходомера на базе ОНП Annubar Diamond II заключается в создании перепада давления набегающим потоком на теле специальной формы (рис. 1) с двумя импульсными трубками внутри и интеграции этого перепада давления по площади за счет определенного расположения отверстий связи со средой в импульсных трубках со стороны набегающего и сбегающего потоков. В идеальных условиях, если верить рекламе, все должно работать стабильно, а измерения – производиться с высокой точностью. Однако разработчики ОНП скрыли, что более чем 40-летние усилия так и не привели к созданию трубки, у которой бы отсутствовал срыв струи в пристенной области потока (это приводит к появлению дополнительной неучтенной погрешности).

 

 

Проводимые стендовые испытания на полированных трубах дают одни результаты, а измерения на реальных шероховатых трубах – другие. Кроме того, идеальная измеряемая среда в реальной эксплуатации оборудования отсутствует. В природном газе присутствуют тяжелые углеводороды (пусть и в небольших количествах), которые хорошо горят в топках, но при использовании ОНП в качестве первичного датчика откладываются как на стороне набегающего потока, так и на стороне сбегающего потока за счет кинетической энергии движения газа в трубопроводе, как это показано на рис. 1. На рис. 2 представлен тот же поток, проходящий через диафрагму. Здесь видно, что из-за завихрений возможны отложения тяжелых углеводородов и сопутствующей им пыли на диафрагме вне рабочей зоны, тем более что влияние отложений толщиной в 1 мм на работу диафрагмы в трубопроводе диаметром 200 мм не приводит к заметным изменениям перепада давления. Другое дело – осредняющая напорная трубка, где для связи с измеряемой средой используются отверстия диаметром 1 мм. Как видно на первом фото, после нескольких месяцев эксплуатации в газопроводе трубка Annubar полностью покрыта слоем налипших тяжелых углеводородов в смеси с пылью, что привело к засорению большинства отверстий связи со средой. На втором фото – та же трубка чистая (до установки в измерительный трубопровод). Говорить в данном случае о высокой точности и надежности измерений не приходится – расходоизмерительная система коммерческого учета газа просто перестает работать.

 

 

Выход в этом случае один – обеспечить высокую степень очистки природного газа перед каждым узлом его учета на базе осредняющей напорной трубки Annubar Diamond II. Как известно, обычные механические фильтры не обеспечивают очистку природного газа от тяжелых углеводородов, поэтому газоснабжающие организации при выдаче Технических условий на установку узлов коммерческого учета природного газа требуют перед узлами учета установку фильтров типа «Циклон». Стоимость одного фильтра типа «Циклон» без автоматики слива и подземного хранилища продуктов фильтрации составляет около 20 тыс. евро, а комплектного с автоматикой слива и подземным хранилищем тяжелых углеводородов – около 70 тыс. евро. Стоимость комплекта расходоизмерительной системы природного газа Суперфлоу IIE (Совтигаз), использующего стандартную диафрагму в качестве первичного датчика и с относительной погрешностью измерения расхода газа 0,5 %, составляет около 60 млн руб., в то время как расходоизмерительная система на базе трубки Annubar Diamond II с вычислителем ROC 407 и относительной погрешностью измерения расхода газа 1,4 % стоит около 50 млн руб. При использовании системы Суперфлоу IIE достаточно установки на входе перед узлом учета обычного механического фильтра типа ФГ-37 стоимостью 3,3 млн руб., в то время как при использовании расходоизмерительной системы на базе трубки Annubar Diamond II с вычислителем ROC 407 требуются проектирование и установка дорогостоящей системы фильтрации типа «Циклон». Кроме того, во многих случаях не удается вообще найти площадку размерами 10×10 м на действующих котельных для установки фильтров типа «Циклон», и уж тем более – для подъездной дороги для автомобилей, обеспечивающих откачку и вывоз продуктов фильтрации природного газа.

Далее следует рассмотреть те «достоинства», которые возникают при использовании осредняющих напорных трубок в расходоизмерительных системах учета тепловой энергии в водяных системах водоснабжения. Анализ отложений на стенках трубопроводов и диафрагм, работающих на сетевой воде, показывает, что даже в теплосетях с подпиткой химически очищенной водой за 2–3 года эксплуатации возникают отложения от 0,5 до 2 мм кальций-железистого шлака. Распилы водопроводных оцинкованных труб питьевой холодной и горячей воды с диаметром условного прохода 15 мм показали наличие отложений кальций-железистого шлака толщиной до 5 мм за 20 лет эксплуатации трубопроводов. Проведенный анализ указывает на возможность отложений на осредняющих напорных трубках кальций-железистого шлака и закрытия калиброванных отверстий, что может привести к значительной погрешности результатов измерений или к полному выходу из строя расходоизмерительной системы. Второй проблемой при применении осредняющих напорных трубок на сетевой воде является то обстоятельство, что трубки Annubar устанавливаются в трубопроводы сетевой воды снизу. Для этого необходимо наличие под трубо­проводом свободного пространства не менее 1,5 диаметра трубопроводов, что, в свою очередь, зачастую требует строительства под трубами бетонированных котлованов с лестницами в условиях действующего производства. Следует предусматривать и строительство механических фильтров на обратных трубопроводах, предотвращающих попадание в измерительные участки трубопроводов расходоизмерительной системы твердых предметов, удары которых по ОНП могут привести к их повреждению.

Столкнувшись с данными проблемами при проектировании систем коммерческого учета газа и тепловой энергии водяных систем теплоснабжения, автор статьи думал, что хотя бы на паропроводах будет легче – пар не загрязняет трубки Annubar, установка фильтров типа «Циклон» не требуется. Однако все оказалось не так просто. При проектировании системы учета отпуска тепловой энергии с Бобруйской ТЭЦ-2 на Бобруйский шинный комбинат (БШК) по паропроводу 22 ата выяснилось, что на выходные дни БШК останавливает работу и паропровод отключается. Весь пар в трубопроводе диаметром 400 мм и длиной 800 м конденсируется и выпадает на дно трубопровода, после чего стекает в импульсные трубки первичного датчика и в мембранные камеры датчиков перепада давления (трубки Annubar устанавливаются в паропроводы также снизу). В зимний период при замерзании конденсата возможно повреждение как импульсных линий, так и датчиков перепада давления из-за расширения льда в камерах. Предотвратить промерзание 800-метрового трубопровода путем его обогрева водяной системой практически невозможно. Полностью слить конденсат из трубы также не представляется возможным из-за прогибов трубопроводов. Выход один – при отключении подачи пара в зимний период демонтировать трубку Annubar.

На другом крупном теплоисточнике трубки Annubar были установлены в прямошовный электросварной трубопровод. После нагревания паропровод деформировался (прямошовные трубопроводы изготавливаются путем изгибания стального листа на оправе и сварки стыков электросварочным аппаратом). Трубка Annubar (стоимостью 10 тыс. долл.) была погнута и пришла в негодность, хотя величина деформации трубопровода не превысила нормативной величины.

Весь накопленный опыт работы и проведенный анализ внедрения расходоизмерительных систем на базе ОНП говорит об очень дорогостоящем и сложном процессе создания систем измерения, если одним из их элементов является ОНП. Не следует путать лабораторную надежность ОНП и эксплуатационную надежность (она-то и оказалась крайне низкой). Эксплуатационная надежность зависит от многих и многих факторов, начиная от самой измеряемой среды и заканчивая культурой обслуживания средств измерений.

 

Владимир ЖУК, кандидат технических наук

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком