Разработка и применение кориолисового массового расходомера
2025/09/10
Аннотация: В данной статье кратко рассмотрен процесс разработки кориолисового массового расходомера, обобщен статус его разработки и применения, а также отмечены тенденции его развития.
Прямое измерение массового расхода против объемного расходомера
Измерение расхода, температуры и давления в совокупности составляет три основных параметра в области промышленных измерений, среди которых измерение расхода является наиболее сложным и требует высочайшей точности. Его экономичность, надежность и безопасность играют важную роль в производственном процессе. В настоящее время для измерения расхода используется множество типов приборов, таких как расходомеры с овальными шестернями, расходомеры дифференциального давления, электромагнитные расходомеры, турбинные расходомеры, ультразвуковые расходомеры и т. д., все из которых относятся к типу объемных расходомеров .
Измерение объемного расхода с помощью расходомера с овальными шестернями
Почему отраслям нужны решения для прямого измерения массового расхода
В сфере промышленного производства, в силу таких причин, как материальный баланс, тепловой баланс, хранение и экономический учёт, измерение массы протекающей жидкости всё больше внимания уделяется измерению. Хотя косвенный массовый расходомер может состоять из объёмного расходомера и плотномера, его конструкция сложна и подвержена влиянию давления и температуры, что приводит к значительным погрешностям измерений. Поэтому метрологи долгое время надеялись разработать массовый расходомер, способный напрямую измерять массовый расход жидкости в трубопроводах.
Измерение массового расхода Кориолиса не зависит от температуры, давления и вязкости.
Точность кориолисового расходомера по сравнению с электромагнитными и турбинными расходомерами
Точность турбинного расходомера не так хороша, как у кориолисового массового расходомера.
По сравнению с другими технологиями, такими как электромагнитные или турбинные расходомеры , кориолисовые расходомеры обеспечивают более высокую точность и прямое измерение массового расхода. Кориолисовый массовый расходомер (далее именуемый кориолисовым расходомером) — это новый тип массового расходомера, разработанный Micro Motion в 1977 году. Принцип его действия основан на принципе силы Кориолиса, пропорциональной массовому расходу, создаваемому жидкостью во вращающейся системе при линейном движении. Он может напрямую и точно измерять массу жидкости и одновременно получать значение плотности жидкости. В настоящее время он является одним из самых быстроразвивающихся расходомеров. После многих лет разработки этот новый тип массового расходомера значительно улучшил свои характеристики измерения и стал лидером в области измерения расхода. Статья по теме: [ Кориолисов расходомер против магнитного расходомера ]
Принцип работы и формула расходомера массового расхода Кориолиса
В основе действия кориолисового расходомера лежит сила Кориолиса. На диске, вращающемся с угловой скоростью ω, находится масса m. Точка движется со скоростью v, и в этой точке на частицу действует фиктивная сила инерции.
Функция Fc, ее размер:
Fc=2mωv
В формуле: Fc — сила Кориолиса; M — масса измеряемой частицы; ω — угловая скорость; V — радиальная скорость во вращающейся или колеблющейся системе.
Кориолисовый расходомер с U-образной трубкой для измерения вибрации и крутящего момента
Сила Fc – это сила Кориолиса, перпендикулярная плоскости, определяемой ω и v. Рассмотрим в качестве примера обычный массовый расходомер с U-образной трубкой. U-образная трубка равномерно вибрирует с частотой 80 Гц под действием электронного драйвера. Из-за силы Кориолиса жидкость течёт в противоположных направлениях по обеим сторонам U-образной трубки, и результирующая сила Кориолиса действует на стенки трубки в противоположных направлениях, как показано на рисунке 1. Из-за противоположного направления сил, действующих на параллельные трубки с обеих сторон, U-образная трубка подвергается воздействию крутящего момента M. Одновременно с колебаниями U-образной трубки вверх и вниз, она кажется попеременно закрученной сбоку, как показано на рисунке 2.
Метод расчета угла закручивания и разницы во времени расходомера Кориолиса
Крутящий момент M пропорционален FC, а FC пропорционален mv. Следовательно, измеряя угол закручивания θ U-образной трубки и рассчитывая крутящий момент M, можно получить значение массового расхода m. В связи со сложностью точного измерения угла закручивания θ, для измерения угла θ можно использовать зависимость между углом θ и разницей во времени Δt между параллельными прямыми трубками, проходящими через центральную точку равновесия на обоих концах U-образной трубки, что позволяет измерить массовый расход.
Мировой рынок кориолисовых расходомеров
Расходомер Кориолиса Micromotion от Rosemount
Типичными производителями зарубежных расходомеров Koch являются Rosemount и E+H, занимающие 65% и 25% рынка соответственно. Хотя кориолисовые расходомеры появились на рынке лишь в начале 1980-х годов, они постепенно стали доминирующим продуктом среди расходомеров, постоянно улучшая технические характеристики и уровень интеллектуальности. Авторитетные эксперты отмечают, что кориолисовы расходомеры заменят другие типы массовых расходомеров и некоторые объемные расходомеры в качестве основной технологии измерения расхода.
Темпы роста рынка кориолисовых расходомеров и статистика продаж за 1991–2004 гг.
Факт рыночных продаж также подтверждает этот момент: многие традиционные расходомеры испытывают значительное снижение доли рынка, в то время как только расходомеры Koch растут со среднегодовым темпом роста 16%. Согласно статистике, расчетная установленная мощность во всем мире в 1991 году составляла от 110 000 до 130 000 единиц. В 1995 году мировые продажи расходомеров составили 3 миллиарда долларов США, из которых на кориолисовые расходомеры пришлось 235 миллионов долларов США, или около 8%. За последние пять лет средний годовой доход от продаж различных расходомеров во всем мире составил 2,2 миллиарда долларов США, из которых доля кориолисовых расходомеров составляет 420 миллионов долларов США, или 19%, в то время как на другие типы расходомеров приходится менее 8%.
Тенденции исследований в области промышленной автоматизации и кориолисовых расходомеров
Однако, с ростом спроса на автоматизированные технологии сбора и обработки информации в промышленном производстве, промышленные параметры и условия, которые невозможно было измерить из-за сложности и сложности свойств жидкостей, выдвинули требования к мониторингу и измерению массового расхода. Поэтому такие страны, как США, Германия, Великобритания и Япония, проводят технологические исследования новых кориолисовых расходомеров. В связи с обширными рыночными перспективами и высокой прибыльностью этих новых приборов, страны инвестируют значительные средства и стремятся освоить передовые технологии.
Статус разработки кориолисового расходомера в Китае
Китай начал сравнительно поздно исследовать и применять кориолисовые расходомеры. С середины 1980-х годов кориолисовые расходомеры начали применяться в некоторых импортных комплектах оборудования. К 1992 году было введено в эксплуатацию около 2000 единиц, в основном в нефтяной и химической промышленности. В последние годы, благодаря более глубокому пониманию сути кориолисовых расходомеров, количество установленных кориолисовых расходомеров в Китае продолжало расти, а область их применения расширялась. Однако подавляющее большинство из них импортируется из-за рубежа.
Кориолисовые расходомеры серий SH-CMF и SH-CMD от silverinstruments.com производятся уже почти 40 лет. Мы стремимся к совершенству в производственных процессах, а 40-летний опыт применения позволил нашим высококачественным расходомерам стабильно и эффективно применяться в различных отраслях промышленности. В некоторых специализированных отраслях промышленности мы добились прорывов, таких как кориолисов расходомер высокого давления на 1000 бар, сверхнизкотемпературный расходомер на -260 градусов Цельсия, сверхвысокотемпературный расходомер на 400 градусов Цельсия, а также использование специальных материалов для датчиков массового расхода, таких как тантал и титан. Монель и другие материалы – все мы добились технологических прорывов.
Криогенный расходомер для измерения СПГ от silverinstruments.com
Малогабаритные массовые расходомеры газа широко используются в Китае, в основном в малогабаритном и среднем экспериментальном оборудовании, устройствах онлайн-анализа и обнаружения, а также в производстве полупроводников в химической и нефтехимической промышленности. Крупногабаритные массовые расходомеры газа используются в основном для измерения природного и угольного газа. Несмотря на небольшое количество, перспективы многообещающие. В последние годы развитие малогабаритных и средних массовых расходомеров газа в Китае идет быстрыми темпами. Например, в 1999 году в Китае было установлено 2785 единиц, включая 2150 единиц отечественного производства (в основном таких производителей, как Пекинский химический научно-исследовательский институт Министерства химической промышленности, Jianzhong Instrument Factory и Shengye Company), а также импортные приборы, в основном таких компаний, как Brooks UN. Из-за ограничений калибровочных устройств в настоящее время в Китае очень мало производителей массовых расходомеров газа большого диаметра, но silverinstruments.com может предложить кориолисовы расходомеры с максимальным диаметром 12 дюймов, способные измерять расход около 918 фунтов/с.
12-дюймовый кориолисовый расходомер от silverinstruments.com
Проблемы разработки и роста рынка массовых расходомеров жидкости в Китае
Из-за высокой технической сложности и длительного цикла разработки расходомеры жидкости развиваются относительно медленно. Несмотря на то, что многие научно-исследовательские институты и университеты занимаются разработкой этого продукта, число производителей крайне ограничено, а объёмы производства невелики (в основном, это Пекинский химический научно-исследовательский институт Министерства химической промышленности, Шаньсийский приборостроительный завод «Тайхан» и др.). В основном они зависят от импорта, но спрос растёт с каждым годом.
Рост продаж кориолисовых расходомеров Micro Motion в Китае в 1992–2004 гг.
По данным американской компании Micro Motion (MM), общий объём продаж компании в Китае к 1992 году составил 600 единиц, а объём продаж в том же году – 1000 единиц. К 1997 году количество установленных кориолисовых расходомеров составляло около 3500–4500 единиц, а к 2004 году достигло 7500 единиц. Эти приборы широко используются для измерения и контроля на нефтехимических и химических заводах, заводах по производству строительных материалов и стекла, а также в промышленных печах.
Сравнение характеристик китайских и международных кориолисовых расходомеров
Несмотря на то, что производство массовых расходомеров жидкости – задача весьма сложная, мы добились определённых технологических прорывов. Согласно выборочному сравнению продукции компаний MM Company, E+H Company и Пекинского химического научно-исследовательского института Министерства химической промышленности, проведённому в 2004 году Национальным управлением метрологии, технические характеристики и эксплуатационные характеристики трёх изделий в целом идентичны.
Кориолисовы расходомеры некоторых китайских производителей обладают высокими характеристиками, сопоставимыми с показателями международных брендов.
Применение кориолисовых массовых расходомеров в различных отраслях промышленности
Благодаря высокой точности, износостойкости, широкому диапазону измерения и возможности многопараметрического измерения кориолисовые массовые расходомеры нашли широкое применение в таких отраслях, как нефтяная, химическая, аэрокосмическая, энергетическая, бумажная, пищевая и фармацевтическая промышленность.
Измерение расхода суспензии TiO2 в бумажной промышленности с использованием кориолисовых расходомеров
Кориолисовый расходомер для измерения расхода шлама
TiO2, используемый для регулирования непрозрачности и белизны высококачественной бумаги в бумажном производстве, является очень дорогим материалом. Он добавляется в виде суспензии в воде и обычно измеряется электромагнитным расходомером для измерения расхода. Содержание порошка TiO2 в трубопроводах может меняться под воздействием многих факторов, и операторам приходится добавлять избыточное количество TiO2 для достижения минимально допустимых значений белизны и непрозрачности бумаги. Использование кориолисового расходомера может решить проблему контроля содержания TiO2, обеспечивая качество продукции без лишних затрат материалов и повышая экономическую выгоду.
Системы управления двухкомпонентным химическим смешиванием с двумя кориолисовыми расходомерами
Измерение расхода смолы и отвердителя
В химической промышленности многие процессы требуют непрерывного контроля двух компонентов, смешиваемых в фиксированном соотношении, например, смешивание смолы и отвердителя. В системе управления выбраны два кориолисовых расходомера, а для управления насосами, регулирующими скорость подачи обоих компонентов, используются два преобразователя. Преобразователи оснащены ПИД-регуляторами, и вся система реализует управление соотношением двух компонентов.
Кориолисовы расходомеры в производстве полипропилена с твердыми катализаторами
В процессе производства полипропилена турбинные или объемные расходомеры подвержены повреждениям из-за использования твердых катализаторов; электромагнитные расходомеры также не подходят из-за непроводящей природы растворителей; присадки, нагретые до 100–150 °C, также образуют налёт на датчиках дифференциального давления из-за перепадов температур, что влияет на точность измерений, а расход присадок напрямую влияет на качество продукции. Применение кориолисового расходомера не ограничивается различными факторами, упомянутыми выше, и обеспечивает точность измерений.
Применение кориолисовых расходомеров в производстве пива и виски
Массовый расходомер, используемый в ликероводочной промышленности
В процессе производства пива необходимо смешивать сахар и воду, для чего используется кориолисовый расходомер. Выходной сигнал плотности позволяет оператору оценить степень растворения сахара. Стабильность выходного сигнала плотности подтверждает равномерность растворения, что позволяет эффективно контролировать партию и качество. Используется для контроля содержания крахмала в процессе производства виски и других алкогольных напитков, что позволяет сократить время дистилляции, увеличить производительность и повысить эффективность всего производственного процесса. Другие приложения для измерения расхода Кориолиса
Преимущества и ограничения кориолисового расходомера в промышленных применениях
Принцип действия кориолисового расходомера обуславливает его выдающиеся преимущества, такие как высокая точность и широкий диапазон измерений, но также имеет и недостатки, такие как высокие потери давления, высокие требования к процессам изготовления и монтажа, а также подверженность внешним вибрациям. За последнее десятилетие технический уровень кориолисовых расходомеров значительно повысился, а область их применения расширилась. Можно предвидеть, что в будущем кориолисовые расходомеры будут развиваться ещё быстрее.
Перспективные тенденции развития технологии кориолисовых массовых расходомеров
Исходя из текущего состояния исследований и применения кориолисового расходомера, основными направлениями его развития являются:
Разработка кориолисового расходомера большого диаметра для промышленного применения
Разработка новой серии массовых расходомеров (большого диаметра). Чтобы расширить область применения приборов, различные компании разработали изделия большого и даже сверхбольшого калибра на основе оригинальных изделий малого и среднего размера, чтобы удовлетворить потребности различных пользователей.
Многопараметрические кориолисовые расходомеры: измерение массового расхода и плотности
Разработка универсального подхода к единой таблице. Кориолисовый расходомер в основном используется для измерения массового расхода жидкостей, но, согласно своему принципу действия, он также может измерять плотность жидкостей. Этот расходомер также может использоваться для измерения массового расхода газов, находящихся под высоким давлением из-за их повышенной плотности. Кориолисовый расходомер от silverinstruments.com может измерять плотность жидкости.
Анализ ошибок изготовления и установки кориолисового расходомера
Проанализировать влияние и численную взаимосвязь ошибок изготовления и монтажа кориолисовых расходомеров с целью снижения требований к точности изготовления и монтажа в пределах допустимого диапазона погрешностей измерений и уменьшения технологической сложности изготовления и монтажа.
Кориолисовые расходомеры для жидкостей низкой плотности и двухфазных сред
Дальнейшее расширение области применения кориолисового расходомера для измерения расхода газа низкой плотности и двухфазных газожидкостных сред.
Дополнительная информация о кориолисовом расходомере на сайте silverinstruments.com:
