Потік, тиск і температура є трьома основними параметрами для виявлення об'єктів, які широко застосовуються у вимірюваннях. Зі швидким розвитком промисловості Китаю вимоги до вимірювання потоку в різних автоматизованих системах управління стали дедалі жорсткішими, що призвело до широкого застосування витратомірів.
Вимоги до приладів для вимірювання витрати в управлінні технологічними процесами
Витратоміри широко використовуються в контролі процесів. Їх роль полягає у визначенні швидкості потоку рідини в герметичних трубопроводах. У разі необхідності прилади для вимірювання потоку об’єднуються з приладами керування та приводами для формування систем регулювання, стабілізуючи потік у відповідних діапазонах для забезпечення стабільності процесу. Враховуючи цю специфічну функцію в управлінні процесом, прилади для вимірювання витрати повинні відповідати наступним вимогам.
1. Стабільність продуктивності
① Вихід приладів для вимірювання потоку повинен демонструвати відмінну стабільність. Якщо сам сигнал потоку містить шум, внутрішнє регулювання демпфування має стабілізувати показання для легкої інтерпретації. При інтеграції в систему керування з регулятором вихід регулятора не повинен мати помітних коливань.
② Вплив температури навколишнього середовища на значення, яке відображає прилад, має залишатися в межах заданих технічних параметрів.
③ Прилад має продемонструвати відмінну довгострокову -стабільність.
2. Вимоги до надійності
① Прилади повинні демонструвати високу надійність. Сучасні промислові установки мають тенденцію до широкомасштабних-безперервних процесів, де збій приладу може легко дестабілізувати роботу. Оскільки витратоміри, встановлені на трубопроводах, не можна відремонтувати, зупинивши процес, надійність має бути пріоритетною як у виробництві приладів, так і при проектуванні системи-включно з надійністю термісторів, які використовуються для температурної компенсації. Деякі виробники впроваджують резервування для компонентів, схильних до виходу з ладу та складних для ремонту. Інші методи розробки для заміни датчика без переривання потоку. Виробники електромагнітних витратомірів пропонують методи та інструменти для-безперебійної заміни електродів, що сприяє підвищенню надійності.
② Діагностика несправності. У разі поломки приладу діагностична система повинна автоматично вказувати місце та характер несправності, щоб мінімізувати час ремонту. Коли діагностичні дані передаються в цифровому вигляді на комп’ютер, комп’ютер може контролювати роботу приладу, запускати сигнали тривоги під час несправностей, відображати деталі несправності та навіть застосовувати необхідні заходи безпеки.
3. Сильний захист від-перешкод
① Стійкість до вібрації.
Більшість датчиків потоку встановлюються на трубопроводах у суворих польових умовах, де вібрація є основною завадою. Тому датчики потоку, передавачі та інші компоненти повинні володіти потужними -засобами захисту від перешкод. Деякі вихрові витратоміри та масові витратоміри Коріоліса погано працюють у польових умовах через недостатню стійкість до вібрації, демонструючи такі явища, як «помилкові показання» або «надмірні показання».
② Стійкість до радіочастотних перешкод
Витратоміри промислових об’єктів містять кілька джерел перешкод. Наприклад, підйомні крани, що проходять над головою, вилкові навантажувачі, що працюють поблизу, або персонал, який використовує рації, можуть спричинити підвищення показань на певних приладах для вимірювання витрати. Це відбувається, коли радіочастотні електромагнітні хвилі, що випромінюються електричними системами крана, свічками запалювання навантажувача або антенами рації, проникають у прилад різними шляхами, порушуючи його роботу. В останні роки вплив радіочастотних перешкод привернув значну увагу. Вимірювальні прилади тепер включають специфікації стійкості до радіочастотних перешкод і використовують численні заходи для підвищення стійкості до перешкод.
4. Короткий час відгуку
Багато приладів для вимірювання потоку утворюють системи керування з регуляторами, вимагаючи часу відгуку менше 1 секунди. У системах керування витратою заданого значення загальна постійна часу, що перевищує 1 секунду в сегменті вимірювання витрати, може значно погіршити якість керування. У важких випадках це може спричинити коливання системи та збій у роботі.
5. Різноманітні вихідні сигнали
① Аналоговий вихід.
Прилади для вимірювання витрати повинні мати аналоговий вихід 4–20 мА з характеристиками постійного струму.
② Вихідна частота.
Передавачі потоку (перетворювачі) передають сигнали потоку на прилади відображення або контролери через частоту, зберігаючи точність із мінімальними втратами-, що є ключовою перевагою цього методу.
③ Цифровий вихід.
Прилади для вимірювання витрати підключаються до комп’ютерів через комунікаційні порти, такі як RS485. Завдяки підтримці спеціального програмного забезпечення вони не лише передають виміряні параметри на комп’ютери, але й надсилають інформацію про несправності, дані конфігурації та індикатори стану приладу. Крім того, оператори можуть змінювати конфігурації польових приладів, виконувати перевірки, калібрування, технічне обслуговування та завдання управління дистанційно з диспетчерських через комп’ютери.
Виявлення потоку та використання витратоміра
Вимірювання потоку є поширеним промисловим методом вимірювання, який широко застосовується в таких галузях, як виробництво електроенергії, металургія, хімічне машинобудування, нафтова промисловість і харчова промисловість. Будь-який процес, пов’язаний із змінами маси, потребує вимірювання витрати. Витратоміри служать інструментами для цього вимірювання. На основі різних принципів вимірювання ці інструменти можна розділити на кілька типів. З удосконаленням сучасних методів вимірювання витратоміри еволюціонували від перших типів диференціального тиску, об’ємних і електромагнітних. Тепер вони відрізняються не тільки простішими структурами, але й різноманітнішими функціями. Точність вимірювань витратомірів безпосередньо впливає на правильне та стабільне виконання процесів промислового контролю, що має пряме відношення до національного економічного розвитку Китаю. Таким чином, опанування принципів загальних витратомірів і розуміння застосування типових витратомірів у системах автоматизації має вирішальне значення для підвищення рівня промислової автоматизації та стандартів контрольно-вимірювального обладнання.
Застосування витратомірів в автоматизованих системах управління
1. Застосування витратомірів в нафтопромислових автоматизованих системах вимірювання
Нафтопромисли представляють собою одну з наймасштабніших галузей для застосування витратомірів, які в основному використовуються для вимірювання видобутку нафти, статистики та аналізу, включаючи щоденний моніторинг видобутку свердловини. Сучасні вимірювальні та технологічні технології сприяють своєчасному розумінню стану розробки нафтових родовищ і змін у колекторах, уможливлюючи аналіз динамічних змін у видобутку нафти та газу для подальшого спрямування стратегій розробки нафтових родовищ. У нафтопромисловому під-блоку вимірювання сирі видобуті рідини спочатку проходять через три-фазові сепаратори, які поділяються на три потоки: один направляється до компресорної станції через регулюючий клапан, інший направляється до відстійника через електромагнітний витратомір, а третій направляється до буферного резервуару через масовий витратомір.
Суміш нафти-води проходить через датчик масової витрати, який збирає такі параметри, як швидкість потоку, температура та щільність у нафтопроводі. Ці сигнали передаються в процесор, де відповідні алгоритми мікрокомп'ютера аналізують і обчислюють зібрані параметри сирої нафти і води. Після проходження етапу передачі дані надсилаються на хост моніторингу через зв’язок TCP/IP Ethernet. Це забезпечує комплексні функції керування, включаючи відображення даних, зберігання, звітування та друк, завдяки чому забезпечується моніторинг кількох систем вимірювання нафти-води.
Крім того, на місцях-розвороту свердловин нафтових родовищ, вирішуючи широко розповсюджені проблеми бурових розчинів із високою-щільністю та важких матеріальних відходів у глибоких свердловинах, датчик витратоміра збирає та аналізує зміни в’язкості, щільності бурового розчину та параметрів продуктивності центрифуги. Після того, як система керування обчислить робочу швидкість центрифуги та відповідну потужність обробки, комп’ютерне-керування вихідним сигналом установлює робочий процес системи керування. Це ефективно підвищує швидкість відновлення важких матеріалів і знижує витрати на їх використання.
2. Застосування витратомірів у технологічних системах електростанцій
2.1 Застосування в процесах подачі повітря в котли
У котлах електростанцій витратоміри в основному вимірюють витрати повітря, пари та повітря, що подається в котел. Найбільш часто використовуваним витратоміром є вихровий витратомір. Працюючи за принципом швидкості, він використовує регулярне явище вихору для вимірювання потоку. Коли такі рідини, як пара або повітря, протікають повз датчик, перед датчиком утворюється зона високого-тиску, де тиск перевищує статичний тиск у трубі. Коли рідина прискорюється через ділянку прискорення труби, утворюється зона низького-тиску, де тиск нижчий за статичний тиск труби. Потім за цією зоною низького-тиску виникає вихрова-зона вакууму, створюючи коливання тиску. Частота цих коливань прямо пропорційна швидкості потоку газу. Вимірюючи цю частоту вібрації та застосовуючи відповідне перетворення та компенсацію, можна розрахувати швидкість рідини.
Розглянемо вихровий витратомір для вимірювання потоку повітря, що подається в котел, як приклад: витрата повітря, що подається в котел, є критичним параметром, що відображає робочий стан котлів і вентиляторів електростанції, відіграючи життєво важливу роль у системі автоматичного керування спалюванням котла. Фактичні повітропроводи електростанції мають переважно прямокутний переріз-, що ускладнює точні вимірювання за допомогою звичайних витратомірів. Вихровий витратомір демонструє чудову продуктивність у цьому застосуванні.
При використанні вихрових витратомірів для вимірювання витрати припливного повітря в котел система складається з датчика, перетворювача і центру управління. Датчик складається з вихрового генератора та вихрового детектора, які в основному відповідають за вимірювання потоку повітря, що подається, і перетворення його в сигнал відповідної частоти. Цей частотний сигнал піддається формуванню та посиленню всередині перетворювача, виводячи керуючий сигнал постійного струму 4–20 мА в центр керування. Там виміряний потік повітря відображається, записується та аналізується, служачи критичним джерелом для визначення робочого стану котла на електростанції.
Застосовуючи вихрові витратоміри для вимірювання витрати повітря в котлі, слід уважно звернути увагу на вибір діапазону приладу та компенсацію температури/тиску. Підтримання виміряного потоку рідини в межах від 1/2 до 2/3 пропускної здатності вихрового витратоміра гарантує, що точність залишається в прийнятних межах. Крім того, необхідно вибрати відповідні прилади для вимірювання температури та тиску, щоб доповнити вихровий витратомір, створивши точну та точну систему автоматизації котла. Завдяки розвитку комп’ютерної та мікроелектронної технології, інтелектуальні вихрові витратоміри набули широкого поширення. Маючи можливість калібрування потоку та само-діагностики, вони забезпечують більш гнучкий контроль на основі умов роботи котла електростанції та виконують виправлення помилок, представляючи більш зрілу технологію.
2.2 Застосування в процесах десульфурації димових газів
Витратоміри також широко використовуються в процесах десульфурації димових газів електростанцій. Через високий вміст пилу, високі температури та корозійні властивості викидів димових газів у поєднанні з турбулентністю та завихренням у димових каналах котла точне вимірювання витрати є складним завданням. Отже, для обчислення середніх значень потрібні кілька точок вимірювання. Численні точки вимірювання на електростанціях-включно з первинним повітрям, вторинним повітрям, живильним газом котла та десульфурованим димовим газом-створюють значні проблеми для моніторингу димових газів. Витратоміри димових газів для десульфурації використовують унікальний принцип, заснований на термічній дисперсії. Вони перетворюють співвідношення між різницею температур на датчику RTD і швидкістю потоку в лінійний вихідний сигнал потоку. У поєднанні зі спеціалізованими моделями потокових даних і теорією нечіткого управління вони генерують керуючі сигнали. Контроль системи досягається за допомогою спеціальних датчиків-заряду та очисних пристроїв.
3. Застосування витратомірів у технологічних системах очищення стічних вод
Системи очищення стічних вод фармацевтичних заводів
Зі швидким розвитком сучасної промисловості важливість очищення міських стічних вод продовжує зростати. Витратоміри знайшли широке застосування в автоматизованих очисних спорудах. Стічні води містять значну кількість завислих речовин, стічних вод, домішок, хвороботворних мікроорганізмів тощо. Різні точки моніторингу мають різні вимоги до витратомірів. Електромагнітні та ультразвукові витратоміри застосовуються як електромагнітні, так і ультразвукові витратоміри, причому останніми роками ультразвукові витратоміри набувають все більшого застосування завдяки їх високій точності, гарній інтеграції та компактним розмірам.
Візьмемо як приклад застосування ультразвукових витратомірів для очищення стічних вод: завдяки інтеграції ультразвукових витратомірів з лотком Паршалла, потік стічних вод контролюється для контролю впускних і перепускних клапанів, таким чином досягаючи регулювання потоку під час очищення стічних вод. У ультразвуковій системі автоматичного керування потоком ультразвукові датчики виявляють інформацію про потік. Вимірюючи відстань від нульової позиції до діафрагми датчика та повний -діапазон шкали, фактичний потік стічної води, що відповідає висоті, визначається та передається на центральний мікропроцесор системи керування. Після перетворення імпульсний сигнал 4–20 мА виводиться на програмований контролер у центральній диспетчерській. Після зв’язку термінал керування відображає інформацію, включаючи миттєву швидкість потоку, максимальне значення, мінімальне та середнє значення. Він підтримує статистику потоків і друк, а також працює на основі логіки діагностики несправностей.
Коли виникають збої в системі або аномальний потік, він видає інформацію про тривогу, спонукаючи операторів налаштувати вхідний клапан і перепускний клапан для контролю потоку, таким чином задовольняючи виробничі вимоги процесу очищення стічних вод. Досконаліші системи керування можуть розглядати потік як змінний вхід до ПЛК у центральній диспетчерській. Це дозволяє здійснювати прямий програмний розрахунок і контролювати кроки регулювання для впускного та перепускного клапанів. Водночас перетворення цих клапанів на електричний привід усуває потребу в ручному втручанні оператора, що ще більше підвищує ефективність системи.
Крім цих застосувань, витратоміри широко використовуються в процесах десульфурації, системах електропостачання постійного струму, очищенні стічних вод від газифікації вугілля, вимірюванні енергії, захисті навколишнього середовища та інших сферах, проникаючи на кожну стадію перетворення енергії в промисловому виробництві. З постійним прогресом промислової автоматизації та швидким розвитком комп’ютерної мікроелектронної технології витратоміри еволюціонували від механічних до електронних конструкцій. Нові типи витратомірів продовжують з'являтися, відіграючи все більш значну роль у національній економіці Китаю та демонструючи багатообіцяючі перспективи розвитку.