1.2 Приборы для измерения расхода по перепаду давления в сужающем устройстве (теория сужающих устройств, расчет градуировочной характеристики, особенность расчета при малых числах Рейнольдса)

Перепад давления на сужающем устройстве - разность между значениями статического давления среды до и после сужающего устройства с учетом разности высоты положения отверстий для отбора давления до и после сужающего устройства.

Если отверстия для отбора давления расположены на разных высотах, то учитывают и статическое давление, обусловленное разностью высот расположения отверстий.

Разницу между статическими давлениями среды на входе и выходе сужающего устройства определяют с помощью средств измерений перепада давления (дифференциальных манометров - дифманометров) любого типа путем подсоединения их через соединительные трубки к отверстиям для отбора давления. Допускается подключение к одному сужающему устройству двух или более дифманометров.

ППД оснащают присоединительными (разъединительными), продувочными и уравнительными кранами (вентилями). Эти устройства (полностью или часть из них) могут быть конструктивно выполнены в одном блоке.

Разъединительные краны предназначены для отделения СИ от ИТ. Разъединительные краны рекомендуется помещать на соединительных трубках непосредственно у места их соединения с ИТ. При установке уравнительных (конденсационных) сосудов разъединительные краны (вентили) допускается монтировать непосредственно за ними. Площадь проходного сечения крана должна быть не менее 64% площади сечения соединительной трубки. В рабочем режиме разъединительные краны должны быть полностью открыты. Рекомендуется отдавать предпочтение установке шаровых кранов.

Соединительные трубки (линии). ППД располагают как можно ближе к СУ. Рекомендуется, чтобы длина соединительных трубок не превышала 16 м. При необходимости применения больших длин целесообразно использовать электрическую или пневматическую передачу.

Во избежание искажения перепада давления, возникающего из-за разности температуры трубок, две соединительные трубки должны быть расположены рядом.

Если существует опасность нагрева или охлаждения заполненных жидкостью соединительных трубок при их вертикальном или наклонном расположении, то их совместно теплоизолируют.

При применении соединительных трубок, составленных из отдельных секций, диаметр условного прохода этих секций должен быть одинаковым.

Внутренний диаметр соединительных трубок должен быть более 6 мм.

Если существует опасность конденсации среды, находящейся в соединительных трубках, или образования в ней пузырьков газа, то внутренний диаметр соединительных трубок должен быть не менее 10 мм.

Рекомендуемые значения внутреннего диаметра соединительных трубок приведены в таблице ниже.

Таблица 2

Внутренний диаметр соединительных трубок

Соединительные трубки устанавливают с уклоном к горизонтали более чем 1: 12. Такой уклон обеспечивает движение конденсата и твердых частиц вниз до обогревающих отстойников или цилиндров, а пузырьков газа вверх - до газосборных камер.

Допускается делать уклоны ступенчатыми при условии, что отстойные камеры находятся во всех нижних точках, а газосборные камеры - во всех верхних точках.

Разность длины соединительных трубок ППД должна быть как можно меньшей.

При подключении к СУ двух или более ППД допускается подключение соединительных трубок одного ППД к соединительным трубкам другого. При этом расстояние от СУ до мест подключения соединительных трубок подключаемого ППД должно быть одинаковым, насколько это возможно.

Абсолютное или избыточное давление измеряют перед сужающим устройством манометром любого типа через отдельное отверстие, размещенное в сечении измерительного трубопровода в месте установки отверстия для отбора перепада давления. Допускается присоединение манометра к плюсовой соединительной трубке дифманометра.

Измерение температуры. Для расчета физических свойств среды необходима информация о ее температуре до СУ в сечении ИТ, предназначенном для отбора статического давления. Для исключения влияния ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) на распределение скоростей потока в этом сечении его размещают до или после СУ на некотором расстоянии от СУ.

Во всех случаях необходимо стремиться к тому, чтобы ПТ или его защитная гильза (при ее наличии) как можно меньше загромождали проходное сечение ИТ.

ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) погружают в ИТ на глубину от 0,3D до 0,7D.

В случае измерения расхода пара или среды, температура которой более 120 єС, рекомендуется ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) погружать в ИТ на глубину от 0,5D до 0,7D.

Наилучшим расположением ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) при их установке является радиальное, схема которого приведена на рис.2.

Допускается их наклонное расположение, как приведено на рис.2б и 2г, или установка за СУ в колене, как приведено на рис.2в. Указанное направление потока на рисунках ниже - рекомендуемое.

Рисунок 2 - Схема установки чувствительного преобразователя термометра

При измерении температуры среды до СУ следует руководствоваться следующими положениями:

а) если диаметр Dt удовлетворяет условию 0,03D

установка ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) на расстоянии не менее 20D от СУ не влияет на показания расходомера;

при установке ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) от СУ на расстоянии 10D

ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) не допускается устанавливать на расстоянии менее 10D от СУ;

для труб Вентури расстояние от точки размещения ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) до сечения, в котором осуществляется отбор давления до СУ, должно быть не менее 4D;

б) если диаметр Dt удовлетворяет условию Dt

установка ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) на расстоянии не менее 5D от СУ не влияет на показания расходомера;

при установке ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) от СУ на расстоянии 3D?lt?5D к неопределенности коэффициента истечения следует арифметически добавить величину, равную 0,5%;

ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) не допускается устанавливать на расстоянии менее 3D от СУ;

в) расстояние между СУ и ПТ не должно превышать 30D;

г) между СУ и ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) должны отсутствовать местные сопротивления.

При измерении температуры потока после СУ следует выполнять требования:

а) ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) не допускается устанавливать от СУ на расстоянии более 15D;

б) если диаметр Dt не превышает 0,13D, то ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) устанавливают на расстоянии не менее 5D от СУ (кроме трубы Вентури);

в) если диаметр Dt не превышает 0,13D для трубы Вентури ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) размещают в сечении ИТ, расположенном на расстоянии не менее 2D от диффузора;

г) если диаметр Dt более 0,13D, но не превышает 0,26D, то ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) устанавливают на расстоянии от СУ, удовлетворяющем двум условиям: lt? 5D и lt? (8,55в0,55) D;

д) если диаметр Dt более 0,26D, то ПТ или его защитную гильзу (при ее наличии) устанавливают в расширитель;

е) допускается установка ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) в колене в соответствии с рис.2в;

ж) между СУ и ПТ или его защитной гильзой (при ее наличии) должны отсутствовать местные сопротивления (исключение составляют варианты, представленные на рис.2в, 2г).

Достоинствами расходомеров переменного перепада давления (на базе стандартных СУ) являются:

возможность измерения очень больших расходов газа (до 360000 мі/ч);

проверка беспроливным методом;

отсутствие необходимости высокой степени очистки газа.

К недостаткам следует отнести:

необходимость во внешнем питании;

узкий диапазон измерения, не более 1: 3 (при появлении многопредельных

"интеллектуальных" датчиков диапазон возможно расширить до 1: 10);

большие потери давления; большие длины прямых участков; малый

межповерочный интервал.

Принцип действия расходомеров этой группы основан на зависимости перепада давления, создаваемого неподвижным устройством, устанавливаемым в трубопроводе, от расхода вещества.

При измерении расхода методом переменного перепада давления в трубопроводе, по которому протекает среда, устанавливают сужающее устройство (СУ), создающее местное сужение потока. Из-за перехода части потенциальной энергии потока в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед СУ. Разность этих давлений тем больше, чем больше расход протекающей среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода. Перепад давления на СУ (рис.3) равен

где - давление на входе в сужающее устройство;

- давление на выходе из него.

Рисунок 3

Расчет линейной градуировочной характеристики вида и ее метрологических параметров.

Расчет градуировочной характеристики заключается в расчете коэффициентов и и при отсутствии средств вычислительной техники производится вручную. Для этого результаты градуировки вносятся в таблицу 3.

Таблица 3

В таблице 3 m - число параллельных измерений в контрольной точке; l - число контрольных точек на градуировочной характеристике; n - суммарное число измерений, произведенных при градуировке. Проверка правильности вычислений в таблице 3 производится по формуле

Расчет коэффициентов и ведется по формулам

Расчет остаточной величины среднего квадратического отклонения выходного сигнала от расчетной градуировочной характеристики проводится по формуле

Средние квадратические отклонения коэффициентов и рассчитываются по формулам

Расчет доверительных интервалов для коэффициентов и проводится по формулам

где - значение квантиля t-распределения при доверительной вероятности р = 0,95 и числе степеней свободы f = n - 2.

Число значимых цифр после запятой для коэффициентов и определяется интервальными значениями .

Число Рейнольдса вычисляется по формуле

При малых числах Рейнольдса (большие значения л) взаимное влияние местных сопротивлений проявляется слабее, длина влияния местного сопротивления имеет меньшую величину и приближенно может быть оценена по формуле

где - длина влияния местного сопротивления.