Файл: Реконструкция системы измерения количества нефти383 с применением массомеров Рromass 83f на приемосдаточном пункте Чернушка.docx

(1— турбина; 2—тахометр)

Рис. 2. Принципиальная схема турбинного тахометрического расходомера
Колесо турбины имеет малую массу и расположено в корпусе датчика концентрически. Поток набегает на колесо турбины в осевом направлении. Успокаивающее устройство уравнивает поток, таким образом, колесо подвергается воздействию квазиламинарного потока. Число оборотов колеса турбины пропорционально средней скорости потока через поперечное сечение. Тем самым число оборотов в широком диапазоне пропорционально объемному расходу. В турбину вкручивается или чувствительный элемент несущей частоты или индуктивный чувствительный элемент. Чувствительный элемент регистрирует число оборотов колеса турбины с малым обратным воздействием благодаря немагнитному корпусу датчика расхода. Колесо турбины выполнено из нержавеющей стали с достаточной магнитной проводимостью.

Общий вид турбинного расходомера приведена на рис. 3



Рис. 3. Общий вид турбинного расходомера
В расходомерах с чувствительным элементом несущей частоты колесо при каждом проходе лопасти воздействует на электрическое поле чувствительного элемента. Частота амплитудной модуляции соответствует числу оборотов колеса.

В расходомерах с индуктивным чувствительным элементом колесо при каждом проходе лопасти воздействует на магнитное поле чувствительного элемента. Изменение магнитного поля индуцирует в чувствительном элементе напряжение. Частота синусоидального напряжения чувствительного элемента соответствует числу оборотов колеса. После усиления и преобразования сигнала чувствительного элемента получается сигнал в виде прямоугольных импульсов. Число импульсов в единицу времени пропорционально мгновенному значению расхода.

Достоинства:

• 
  высокая стойкость к воздействию давления и малая потеря давления;
  
• 
  малое время реагирования;
  
• 
  момент инерции колеса турбины мал. Время разгона от состояния покоя до полного числа оборотов находится в зависимости от номинального диаметра датчика;
  
• 
  широкий диапазон температур;
  
• 
  нечувствительность к загрязнениям;
  
• 
  Недостатки:
  
• 
  сложность ремонта;
  
• 
  ограниченный срок службы из-за быстрого изнашивания вращающихся деталей;
  
• 
  существенная зависимость показаний от вязкости измеряемой среды;
  

---

Кориолисовые силовые расходомеры

Кориолисовыми называются расходомеры, в преобразователях которых под влия- нием силового воздействия возникает кориолисово ускорение, зависящее от расхода. Для образования этого ускорения непрерывно вращающемуся преобразователю расхода при- дают конфигурацию, заставляющую поток перемещаться в радиальном направлении по отношению к оси вращения, совпадающей с осью трубопровода.

Массовый кориолисовый расходомер представляет собой устройство, состоящее из датчика расхода и электронного преобразователя. Он позволяет получать информацию о массовом расходе вещества, его плотности и температуре в виде стандартных выходных сигналов, путём преобразования электронным блоком данных, получаемых от датчика. Измерение массового расхода происходит напрямую, а не переводом объёмного расхода в массовый с помощью вычислений.

Как только измеряемая среда начинает перемещаться в трубе, появляются дополнительные продольные колебания. Под действием силы Кориолиса в один момент времени входная и выходная части трубы отклоняются в разные стороны. То есть присутствует сдвиг по фазе. Высокочувствительные датчики воспринимают эти колебания. Как результат, сдвиг по фазе и является мерой расхода вещества.

Измеряемая среда, поступающая в сенсор, разделяется на равные половины, протекающие через каждую из сенсорных трубок. Движение задающей катушки (рис. 4 а)



Рис. 4а. Схема кориолисового расходомера

приводит к тому, что трубки колеблются вверх вниз в противоположном направлении друг к другу с определенной тактовой частотой. Если в трубе нет движения измеряемой среды – они колеблется равномерно. Как только измеряемая среда начинает перемещаться в трубе, появляются дополнительные продольные колебания.

Датчики, находящиеся на входе и на выходе из трубки регистрируют эти равно- мерные колебания. Сборки магнитов и катушек соленоидов, называемые детекторами, установлены на сенсорных трубках (рис. 4 б).



Рис. 4б. Схема кориолисового расходомера
Катушки смонтированы на одной трубке, магниты на другой. Каждая катушка движется сквозь однородное магнитное поле постоянного магнита. Сгенерированное напряжение от каждой катушки детектора имеет форму синусоидальной волны. Эти сигналы представляют собой движение одной трубки относительно другой.

---

Когда расход отсутствует, синусоидальные сигналы, поступающие с детекторов, находятся в одной фазе (рис. 5).



Рис. 5. Зависимость расхода от разности фаз

При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисового ускорения, которое, в свою очередь, приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой, т.е. когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а в выходной способствует. Это приводит к изгибу трубки.

Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное. Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки.

Как результат изгиба сенсорных трубок генерируемые детекторами сигналы не совпадают по фазе, так как сигнал с входного детектора запаздывает по отношению к сигналу с выходного детектора (рис. 6).



Рис. 6. Зависимость расхода от разности фаз

Разница во времени между сигналами (ΔT) измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше ΔT, тем больше массовый расход.
При движении измеряемой среды через сенсор проявляется физическое явление, известное как эффект Кориолиса. Поступательное движение среды во вращательном движении сенсорной трубки приводит к возникновению кориолисова ускорения, которое, в свою очередь, приводит к появлению кориолисовой силы. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой, т. е. когда трубка движется вверх во время половины ее собственного цикла, то для жидкости, поступающей внутрь, сила Кориолиса направлена вниз. Как только жидкость проходит изгиб трубки, направление силы меняется на противоположное. Таким образом, во входной половине трубки сила, действующая со стороны жидкости, препятствует смещению трубки, а в выходной способствует. Это приводит к изгибу трубки. Когда во второй фазе вибрационного цикла трубка движется вниз, направление изгиба меняется на противоположное.

---

Общий вид массомер Promass 83F представлен на рис. 7



Рис. 7. Общий вид массомер Promass 83F

Сила Кориолиса и, следовательно, величина изгиба сенсорной трубки прямо пропорциональны массовому расходу жидкости. Детекторы измеряют фазовый сдвиг при движении противоположных сторон сенсорной трубки. Как результат изгиба сенсорных трубок генерируемые детекторами сигналы не совпадают по фазе, так как сигнал от входной стороны запаздывает по отношению к сигналу с выходной стороны. Разница во времени между сигналами (ΔT) измеряется в микросекундах и прямо пропорциональна массовому расходу. Чем больше массовый расход, тем больше ΔТ.

Достоинства:

• 
  высокая точность измерений параметров;
  
• 
  работают вне зависимости от направления потока;
  
• 
  не требуются прямолинейные участки трубопровода до и после расходомера;
  
• 
  надёжная работа при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давления рабочей среды;
  
• 
  длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей;
  
• 
  измеряют расход сред с высокой вязкостью.
  

Недостатки:

• 
  неизбежны гидравлические потери, обусловленные необходимостью разветвления потока жидкости на два трубопровода и последующее объединение двух потоков;
  
• 
  высокая стоимость устройств.
  

При измерении расхода нефти используются кориолисовые расходомеры производимые компаниями «Эндресс+Хаузер» (технические характеристики расходомера «Promass 83F» приведены в таб. 6)

Таблица 6

Технические характеристики расходомера «Promass 83F»

Характеристика	Значение
Принцип измерений	Кориолисовые расходомеры
Диапазон расхода, т/ч	0 – 2200
Погрешность, %	±0,05
Типоразмеры, мм	от 8 до 250
Давление измеряемой среды, МПа	от 1,6 МПа до 10,0 МПа
Температура измеряемой среды, °C	до +200
Выходные сигналы	аналоговый токовый 4-20 мА импульсный
Взрывозащита	ATEX, FM, CSA, TIIS
Температура окружающей среды, °С	от -50 до +70
Пылевлагозащита	IP670
Срок службы	не менее 8 лет

---

«ЭМИС» (технические характеристики расходомера «ЭМИС МАСС-260» приведены в таб. 7)

Таблица 7

Технические характеристики расходомера «ЭМИС МАСС-260»

Характеристика	Значение
Принцип измерений	Кориолисовые расходомеры
Диапазон расхода, т/ч	5 – 1000
Погрешность, %	±0,15
Типоразмеры, мм	от 10 до 200
Давление измеряемой среды, МПа	до 6,4 МПа, до 25
Температура измеряемой среды, °С	от -50 до +200
Выходные сигналы	аналоговый токовый 4-20 мА импульсный RS-485 Modbus HART
Взрывозащита	1Exd[ib]IICT6X (электронный блок) 1ExibIIC(T3-T4) (датчик)
Температура окружающей среды, °С	от -50 до +70
Пылевлагозащита	IP67
Срок службы	Не менее 12 лет

---