русский
В данной статье представлен принцип работы и преимущества кориолисовых расходомеров , а также рассмотрены и проанализированы некоторые проблемы, возникающие при использовании кориолисовых расходомеров в различных процессах измерения материалов на нефтехимическом предприятии. Также обозначены вопросы, на которые следует обратить внимание при выборе и установке кориолисовых расходомеров, и обсуждается влияние напряжений и давления на кориолисовый расходомер.
Расходомер с кориолисовой силой широко используется в нефтехимической и других отраслях и является одним из самых передовых приборов для измерения расхода в мире на сегодняшний день.
Кориолисовский расходомер широко используется в нефтехимической промышленности.
Крупное нефтеперерабатывающее и химическое предприятие, компания «Цзиньси Нефтехимик», в основном производит бензин, керосин, дизельное топливо, жидкие углеводороды и другую продукцию. Кориолисовый расходомер является надежным инструментом в процессе измерения этих материалов, особенно в процессе измерения продукции предприятия, с точностью менее 2 ‰, что повышает точность измерения энерго- и материальных потоков в компании «Цзиньси Нефтехимик», позволяет избежать ненужных потерь и гарантирует сохранность интересов предприятия.
Для предприятий, нуждающихся в надежных решениях для измерения расхода с помощью кориолисовых расходомеров, такие компании, как Silver Automation Instruments, предлагают комплексные линейки расходомеров массового расходомера, разработанные для удовлетворения высоких требований нефтехимической промышленности.
Компания Silverinstruments.com предлагает полный ассортимент кориолисовых расходомеров.
Кориолисовый расходомер (КМР) — это расходомер прямого действия, использующий принцип силы Кориолиса, пропорциональной массовому расходу, создаваемой жидкостью во вращающейся системе, движущейся по прямой линии.
Как показано на рисунке 1, когда частица массой m движется со скоростью υ в трубопроводе, вращающемся с угловой скоростью ω вокруг оси p, частица испытывает две составляющие: ускорение и силу.
Физические принципы, лежащие в основе измерения:
1) Нормальное ускорение, также известное как центростремительное ускорение αr, имеет величину, равную ω/2r, и направлено к оси P;
2) Касательное ускорение αt, также известное как ускорение Кориолиса, имеет величину 2 Ом·м и перпендикулярно αr. Вследствие составного движения, сила Кориолиса Fc = 2 Ом·м действует на частицу в направлении αt, а трубопровод оказывает на частицу обратную силу - Fc = -2 Ом·м.
Когда жидкость с плотностью ρ течет с постоянной скоростью υ во вращающемся трубопроводе, любой участок трубопровода длиной Δx будет испытывать тангенциальную силу Кориолиса ΔFc.
Рисунок 1. Сила Кориолиса
Современное применение силы Кориолиса
Таким образом, прямое или косвенное измерение силы Кориолиса, создаваемой жидкостью, протекающей во вращающемся трубопроводе, позволяет определить массовый расход, что является основным принципом работы системы измерения силы Кориолиса.
Однако создать силу Кориолиса за счет вращательного движения сложно. В настоящее время все продукты изготавливаются с помощью вибрации трубопровода, что означает, что тонкостенная измерительная трубка с двумя закрепленными концами возбуждается на резонансной или близкой к резонансной частоте (или ее высшей гармонической частоте) измерительной трубки в средней точке. Жидкость, протекающая внутри трубки, создает силу Кориолиса, вызывая противоположное отклонение передней и задней половин измерительной трубки в средней точке. Величина отклонения регистрируется для определения массового расхода.
К основным преимуществам расходомера с кориолисовой силой относятся следующие аспекты:
(1) Прямое измерение массового расхода с высокой точностью измерения; В отличие от объемных расходомеров (таких как турбинные расходомеры или вихревые расходомеры), требующих компенсации плотности, кориолисовые расходомеры обеспечивают прямое измерение массы с лучшей в отрасли точностью.
Объемные расходомеры, такие как вихревые расходомеры, не могут напрямую измерять массовый расход.
(2) Широкий диапазон измеряемых жидкостей, включая различные жидкости с высокой вязкостью (например, смола, битум, сырая нефть), суспензии, содержащие твердые вещества, жидкости, содержащие небольшое количество равномерно распределенного газа (содержание газа в пределах 5%), и газы с достаточной плотностью (газы с высоким давлением).
(3) Амплитуда измерительной трубки мала и может рассматриваться как неподвижная составляющая; внутри измерительной трубки нет препятствий или движущихся частей.
(4) Нечувствителен к распределению скорости потока на входе, поэтому нет необходимости в прямых участках трубы на входе и выходе.
(5) Значение измерения расхода нечувствительно к вязкости жидкости, а влияние плотности жидкости на значение измерения расхода минимально.
(6) Расходомер может измерять несколько параметров. Одновременное измерение массового расхода позволяет измерять плотность и температуру жидкости, а также получать данные об объемном расходе, концентрации растворенного вещества и содержании различных фаз (или компонентов) в жидкостно-твердых двухфазных жидкостях (или несмешивающихся двухкомпонентных жидкостях).
Кориолисовый расходомер может измерять множество параметров.
В нефтехимической отрасли растущее внимание к контролю затрат и повышению эффективности привело к повышению требований к измерению энергопотребления и расхода материалов на всех этапах производства и распределения. Предприятия постоянно модернизируют и обновляют свои измерительные приборы, включая расходомеры, используемые для отслеживания перемещения материалов между установками переработки сырой нефти и сопутствующим оборудованием.
В частности, в сфере поставок продукции высокоточные кориолисовые расходомеры широко используются для бензина, керосина, дизельного топлива, сжиженного газа и пропилена. Качественные поставщики, такие как Silver Instruments ( silverinstruments.com ), поддерживают эти внедрения, предлагая надежные, проверенные на практике решения на основе кориолисовых расходомеров, специально разработанные для нефтехимической промышленности.
Кориолисовый расходомер можно использовать для измерения расхода бензина, дизельного топлива, сжиженного газа, керосина и т.д.
Несмотря на исключительную производительность расходомеров, в процессе эксплуатации могут возникать различные проблемы. На основе нашего анализа основные причины этих проблем, как правило, делятся на две категории: внешние факторы, такие как неправильная установка, и внутренние факторы, связанные с физическими свойствами и параметрами измеряемой среды.
Пример из практики — Проблема установки погрузочной платформы:
В 2002 году погрузочная площадка нефтехимического завода Jinxi была оборудована шестью расходомерами DN150 (6 дюймов), которые использовались для измерения расхода бензина и дизельного топлива во время погрузки. В начале эксплуатации один из расходомеров дизельного топлива часто показывал кратковременный расход от 5 до 7 тонн без погрузки.
Как выполнить регулировку нулевой точки на кориолисовом расходомере
Несмотря на многочисленные проверки на месте и корректировки нулевой точки, это явление всё ещё повторялось. В конце концов, датчик массового расхода был отсоединен от технологического трубопровода, и было обнаружено, что фланец с одной стороны датчика отклоняется на 3 см по горизонтали от фланца, соединяющего технологический трубопровод.
В то время монтажная бригада была недостаточно профессиональной, а командир на месте работы не имел достаточного опыта. В результате датчик массового расхода был жестко закреплен, и на него воздействовало напряжение трубопровода. При сильном морском ветре расходомер часто испытывал кратковременные перепады расхода от 5 до 7 тонн, что влияло на нормальную работу прибора.
Правильная установка обеспечивает корректную работу кориолисового расходомера.
Таким образом, установка расходомеров и такие факторы, как условия окружающей среды на объекте, являются основными факторами, влияющими на нормальную работу кориолисовых расходомеров. Данный пример демонстрирует, как качество установки и факторы окружающей среды критически влияют на производительность расходомеров, что делает надлежащие процедуры установки и консультации экспертов необходимыми для успешного внедрения.
1.1 Анализ воздействия напряжений на трубопровод
В процессе установки датчика, если центр трубопровода, соединяющего датчик расхода, не выровнен (или не параллелен) или изменяется температура трубопровода, возникнут напряжения в трубопроводе, создающие давление, растяжение или сдвиговые силы, которые будут воздействовать на выравнивание между измерительными трубами расходомера, вызывая асимметрию измерительного зонда и приводя к дрейфу нулевой точки.
Стратегии смягчения последствий:
Поэтому при установке расходомера необходимо обеспечить выравнивание центра трубопровода, к которому подключен датчик расхода. При этом, в случае значительных перепадов температуры, в трубопровод можно установить теплоизоляционные фитинги.
1.2 Управление вибрацией окружающей среды
Пример из реальной жизни: В нефтеперерабатывающем заводе Цзиньси установлен кориолисовый расходомер для сырой нефти, расположенный внутри установки, рядом с насосной станцией, что вызывает значительную вибрацию в технологическом трубопроводе. В результате возникают проблемы с показаниями расходомера, что приводит к аномальной производительности установки.
Реализация решения: В данном случае мы установили опоры на обоих концах расходомера, чтобы уменьшить воздействие вибрации и обеспечить его нормальную работу.
Лучше иметь опоры на обоих концах расходомера.
Расходомеры могут работать в условиях вибрации, но должны быть изолированы от источников вибрации.
Передовые методы контроля вибрации:
Особенно в случаях сильной вибрации для соединения с вибротрубкой можно использовать гибкие трубы, а для изоляции вибрации — опорные рамы. Но гораздо важнее предотвратить совпадение частоты вибрации с рабочей частотой или гармонической частотой расходомера. Когда несколько приборов одной модели установлены последовательно или параллельно вблизи земли, особенно на одной опорной платформе, вибрации рабочей частоты между расходомерами будут влиять друг на друга, вызывая аномальные вибрации, а в тяжелых случаях приборы могут выйти из строя.
1.3 Оптимальное расположение датчика массового расхода при установке
Правильное положение и установка датчика массового расхода также очень важны для нормальной работы расходомера. Остаточные твердые частицы внутри измерительной трубки и накипь на стенках трубки могут влиять на точность измерений.
Инструкция по установке:
Критическое требование : Обеспечить полное заполнение мерной трубки при любых условиях эксплуатации.
Конечно, в некоторых особых случаях способ установки датчиков массового расхода все же может быть изменен. Например, из-за особенностей технологического трубопровода расходомера для измерения расхода сырой нефти в нефтеперерабатывающем заводе Цзиньси, хотя он измеряет жидкости, используется метод установки измерительной трубки вверх. В этом случае необходимо высокое противодавление на выходе расходомера, чтобы обеспечить заполнение измерительной трубки. В то же время следует уделять внимание проблеме вибрации, чтобы уменьшить ее влияние на показания расходомера.
1.4 Удар при установке клапана
Требования к запорным клапанам: Для обеспечения отсутствия потока измеряемой среды при обнулении показаний датчика расхода необходимо установить запорные клапаны до и после расходомера, а также убедиться в отсутствии утечек.
Расположение регулирующего клапана: Если необходимо установить регулирующий клапан, его следует установить после расходомера, что способствует поддержанию максимально возможного статического давления расходомера и предотвращает возникновение кавитации и мгновенного испарения.
Пример из практики — Проблема измерения параметров сжиженного газа:
В нефтехимическом цехе компании Jinxi Petrochemical используется кориолисовый расходомер, показания которого постоянно значительно отклоняются от нормы. Была проведена комплексная проверка установки расходомера, никаких проблем обнаружено не было. Расходомер был отправлен в калибровочный отдел для калибровки, результаты которой были признаны удовлетворительными. Однако после повторной установки проблемы с данными измерений расходомера сохранились.
Рабочее давление рабочей жидкости не должно превышать номинальное давление расходомера.
Анализ первопричин: В ответ на эту ситуацию мы сравнили рабочие параметры локального расходомера с параметрами процесса калибровки и обнаружили, что давление сжиженного газа на месте составляло 1,6 МПа, в то время как давление среды во время процесса калибровки составляло около 0,3 МПа. Следовательно, изменение измеренного давления среды повлияло на показания массового расходомера.
Пояснение к техническим аспектам: На самом деле, при выборе качественного расходомера следует прежде всего учитывать, что измеряемое давление среды не должно превышать заданное рабочее давление, а также степень влияния изменений статического давления. Изменения давления влияют на герметичность измерительной трубки и степень эффекта Бурдона, а также на исходное смещение нуля, которое нарушает асимметрию измерительной трубки. Хотя вариации констант прибора и дрейф нуля невелики, их влияние на высокоточные приборы нельзя игнорировать при значительных различиях в давлении и калибровке во время эксплуатации.
Корреляция между давлением и эффектом давления:
• Инструменты малого диаметра: высокое соотношение толщины стенки к диаметру минимизирует воздействие давления.
• Инструменты большого диаметра: низкое соотношение толщины стенки к диаметру создает значительную чувствительность к давлению.
Авторитетные результаты испытаний: Независимые испытания восьми расходомеров продемонстрировали поддающиеся количественной оценке эффекты давления:
| Статическое давление МПа | 2 | 2.4 | 2.8 | |
| Погрешность измерения расхода % | средний | -2.21 | -3.25 | -0.375 |
| макс | -1.57 | -2.55 | -2.6 | |
| мин | -3.15 | -4 | -4.56 | |
| Примечание: Во время калибровки должно действовать давление. | ||||
Рисунок 3. Влияние давления.
Изменение плотности измеряемой среды влияет на качество системы измерения расхода, вызывая изменение баланса датчика расхода и приводя к смещению нуля. При измерении конкретной жидкости, если обнуление производится в соответствии с фактическими условиями плотности жидкости, изменение плотности во время использования незначительно, и, как правило, проблем не возникает.
Проблемы, связанные с трубопроводами, содержащими несколько жидкостей: Однако измерение плотности нескольких жидкостей со значительными различиями в одном трубопроводе может привести к дополнительным ошибкам из-за колебаний нулевой точки, что требует тщательного учета при проектировании и эксплуатации системы.
Расходомер с кориолисовой силой позволяет измерять широкий диапазон вязкости жидкостей и демонстрирует хорошие измерительные характеристики. Фактически, вязкость жидкости может изменять демпфирующие характеристики системы, влияя тем самым на нулевое смещение и оказывая определенное воздействие на значения расхода при низких скоростях потока.
Рекомендации по проектированию: Одним из основных факторов, которые мы учитываем при выборе характеристик и размеров расходомеров в зависимости от условий эксплуатации, является то, что расчетные потери давления прибора должны находиться в допустимом диапазоне для данной трубопроводной системы. Для достижения оптимальной точности измерения с учетом перепада давления максимальный расход следует выбирать как можно большим в пределах допустимого диапазона.
Кривая потерь давления/вязкости кориолисового расходомера SH-CMF от silverinstruments.com
Зависимость вязкости от перепада давления: Перепад давления в расходомере увеличивается с увеличением вязкости жидкости, что означает, что увеличение вязкости приведет к увеличению потерь давления в приборе. При выборе кориолисового расходомера, используемого для измерения расхода сырой нефти в перегонном цехе нефтехимического завода Цзиньси, были полностью учтены факторы увеличения вязкости и потерь давления, что не повлияло на работу технологического оборудования.
Расход/Точность/Падение давления кориолисового расходомера серии SH-CMF от silverinstruments.com
В настоящее время существует множество факторов, влияющих на нормальное измерение расходомеров высокого качества. Некоторые из этих факторов требуют повторной установки расходомера, а другие — его замены. Это требует всестороннего учета всех влияющих факторов в процессе выбора расходомеров высокого качества для обеспечения их нормальной работы.
Требования к техническому обслуживанию и калибровке: В практических приложениях существует множество факторов, вызывающих дрейф нуля, таких как напряжение при установке датчиков, структурная асимметрия измерительных трубок и изменения физических параметров измеряемой жидкости. Это требует регулярной проверки и корректировки нулевой точки.
Технологические достижения следующего поколения: В настоящее время, благодаря непрерывному развитию измерительных технологий и постоянному улучшению характеристик расходомеров, в некоторых сериях расходомеров предлагается обеспечить соответствие характеристик на месте эксплуатации лабораторным условиям. После установки нулевой точки на заводе отпадает необходимость в ее корректировке на месте и при изменении технологических условий. Это позволит сократить количество клапанов, упростить установку и снизить трудозатраты на техническое обслуживание расходомеров. Одновременно предлагается также обеспечить независимость измерений расходомеров от изменений температуры или напряжений в трубопроводе.
Кориолисовый расходомер — это относительно точный, надежный, стабильный, эффективный и гибкий прибор для измерения расхода, который найдет широкое применение в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях. Он также надежно используется в процессе измерения расхода бензина, керосина, дизельного топлива, жидких углеводородов и других продуктов компании «Цзиньси», повышая точность измерения расхода энергии и материалов и избегая ненужных потерь.
Добро пожаловать на сайт silverinstruments.com, где вы найдете решения для измерения массового расхода.
Постоянное совершенствование технологии кориолисовых расходомеров позволяет постепенно снижать факторы, влияющие на нормальную работу измерительного оборудования, и упрощать техническое обслуживание. Лидеры отрасли, такие как Silver Instruments, продолжают развивать технологию кориолисовых расходомеров, предлагая комплексные решения для нефтехимических предприятий, стремящихся к высочайшему уровню точности измерений и надежности работы.
