Рекомендации по установке 24 Вывод 26 (стр. 4 из 5)
Например, уравнение для определения массового расхода массовым кориолисовым расходомером RotaMASS 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 RotaMASS:
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:
· массовый расход;
· плотность;
· объемный расход;
· температура.
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:
· ±0,5% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн;
при объемно-массовом динамическом методе:
· ±0,5% - при измерении массы нефтепродуктов от 100 тн и выше;
· ±0,8% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн;
при объемно-массовом статическом методе:
· ±0,5% - при измерении массы нефти и нефтепродуктов от 100 тн и выше;
· ±0,8% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн;
при гидростатическом методе:
· ±0,5% - при измерении массы нефтепродуктов от 100 тн и выше;
· ±0,8% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн.
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.
Структурная схема измерения массового расхода
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 (figure 5-5B).
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.
Некоторые особенности применения
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.
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.
Из-за широкого диапазона расходов кориолисового расходомера (от 30:1 до 200:1), 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.