Расходомеры для линий возврата воды, масла и дизельного топлива.

Быстрый ответ

Для систем охлаждения двигателя и генератора с тремя отдельными обратными линиями выбор подходящего расходомера зависит от рабочей среды. Для обратной линии воды (DN80 / 3 дюйма, 225-2250 л/мин, удельный вес 1,0, 0,75 сП) и обратной линии масла (DN25 / 1 дюйм, 26-266 л/мин, удельный вес 0,88, 20 сП) используйте турбинный расходомер . Для обратной линии дизельного топлива (DN15 / полдюйма, 1-200 л/ч), где вязкость умеренная и расход низкий, используйте расходомер с овальной шестерней . Все три типа расходомеров поддерживают выходной сигнал 4-20 мА или 0-10 В при напряжении 24 В постоянного тока.

В системах охлаждения двигателей и генераторных установках обычно используются три отдельных трубопровода для возврата жидкости в резервуары или теплообменники: трубопровод для возврата воды (охлаждающей жидкости), трубопровод для возврата смазочного масла и трубопровод для возврата дизельного топлива. Каждый из них имеет свой диаметр труб, диапазон расхода, вязкость и плотность. Неправильный выбор типа расходомера на любом из этих трех трубопроводов является распространенной причиной проблем с контрольно-измерительными приборами на объекте.

В этом руководстве рассматривается, как выбрать расходомеры для каждой обратной линии, какие характеристики необходимо уточнить перед заказом, и почему турбинные расходомеры работают с водой и маслом, а овальные шестеренчатые расходомеры — правильный выбор для дизельного топлива с низким расходом.

Понимание трех линий возврата

Обратный трубопровод воды подает охлаждающую воду из теплообменника или радиатора обратно в резервуар или градирню. Расход воды высок, а вязкость низкая, обычно около 0,75 сП при рабочей температуре. Труба диаметром 3 дюйма (DN80), по которой протекает от 225 до 2250 л/мин, хорошо подходит для турбинного расходомера: диапазон скоростей достаточно широк для получения стабильного сигнала, а вода достаточно чистая, чтобы подшипники турбины служили долго.

Линия возврата масла устроена иначе. Смазочное масло с вязкостью 20 сП примерно в 20-25 раз более вязкое, чем вода. Это влияет на выбор расходомера и допустимый диапазон расхода, особенно для турбинных расходомеров. Труба диаметром 1 дюйм (DN25) при расходе от 26 до 266 л/мин все еще находится в пределах рабочего диапазона вязкости турбинного расходомера, но только если минимальный расход не слишком сильно снижен.

Из трех типов трубопроводов возврата дизельного топлива наиболее требователен к расходу. Расход топлива в трубопроводе возврата дизельного топлива от форсунки или топливной системы часто намного ниже, чем ожидается: 1–200 л/ч — это очень малый расход, а 1 л/ч в трубе диаметром полдюйма соответствует крайне низкой скорости. Турбинные расходомеры не работают надежно при такой скорости. А вот овальные шестеренчатые расходомеры работают.

Турбинный расходомер для линии возврата воды (3 дюйма / DN80)

Скорость при минимальном расходе (225 л/мин в диаметре DN80) составляет примерно 0,74 м/с. Большинство промышленных турбинных расходомеров начинают выдавать надежный сигнал при скорости выше 0,3 м/с, поэтому запас прочности в нижнем диапазоне достаточен. При максимальном расходе (2250 л/мин) скорость составляет около 7,4 м/с, что находится в пределах нормальных рабочих параметров турбинных расходомеров. Коэффициент регулирования здесь составляет 10:1, с чем турбинные расходомеры справляются без проблем.

Система SCADA для расходомеров

Доступны варианты выходного сигнала: 4-20 мА для аналоговых входов ПЛК или 0-10 В для систем, предпочитающих сигналы напряжения. Оба выхода линейно отображают полный диапазон расхода. Для систем охлаждения, где необходимо видеть точный расход на дисплее SCADA или запускать сигнал тревоги при низком расходе, выход 4-20 мА является более распространенным выбором, поскольку он менее подвержен падению напряжения на длинных кабельных трассах.

Одно важное замечание по установке: для обеспечения симметричного профиля скорости турбинные расходомеры требуют наличия 10 диаметров трубы прямого участка до насоса и 5 диаметров после него. В условиях ограниченного пространства вблизи напорного патрубка насоса или клапана это первое, что следует проверить перед выбором фланцевого турбинного расходомера.

Турбинный расходомер для маслоотводящей магистрали (1 дюйм / DN25)

При значении 20 сП инженеры начинают задаваться вопросом, является ли турбинный расходомер по-прежнему оптимальным выбором. Ответ — да, при условии, что минимальная скорость потока остается выше порогового значения запуска, скорректированного с учетом вязкости. При 20 сП производительность турбинного расходомера при низком расходе ухудшается по сравнению с работой на воде: трение в подшипниках ротора выше, поэтому для стабильного запуска требуется более высокая скорость потока жидкости.

Для трубы диаметром 1 дюйм (DN25) при минимальном расходе 26 л/мин скорость потока составляет около 0,92 м/с. Это выше практического порогового значения для хорошо спроектированного промышленного турбинного расходомера, равного 20 сП. Максимальная скорость при 266 л/мин составляет около 9,4 м/с. Коэффициент регулирования снова составляет приблизительно 10:1.

Температура технологического процесса здесь имеет большее значение, чем на водопроводе. Температура смазочного масла в контуре двигателя может достигать 80–100 °C. Материал корпуса турбинного расходомера и материал подшипников ротора должны совпадать. Стандартными для работы с смазочным маслом являются корпуса из углеродистой или нержавеющей стали с подшипниками из карбида вольфрама или керамики. Выбор неправильного материала подшипников является распространенной причиной преждевременного выхода из строя маслотурбинных расходомеров в генераторных помещениях.

Если масло содержит твердые частицы (металлические частицы износа, углеродные отложения), целесообразно установить крупноячеистый фильтр перед турбинным расходомером. Подшипники ротора турбины не рассчитаны на непрерывную работу с абразивными частицами.

Почему для обратной магистрали дизельного топлива необходим овальный шестеренчатый расходомер

Вот в чём чаще всего ошибаются инженеры при первоначальном проектировании трёхлинейной системы. Обратный поток дизельного топлива от 1 до 200 л/ч по трубе диаметром полдюйма (DN15) на бумаге выглядит аналогично двум другим линиям. Но это не так.

Один литр в час в трубе диаметром DN15 соответствует скорости около 0,0016 м/с. Это значительно ниже минимальной начальной скорости для любого турбинного расходомера. Ротор турбины не будет вращаться с такой скоростью, независимо от качества его изготовления. Овальные шестеренчатые расходомеры работают по совершенно другому принципу: два овальных ротора зацепляются друг с другом внутри прецизионно обработанной камеры. Каждый оборот пары роторов вытесняет фиксированный объем жидкости. Расходомер подсчитывает обороты механически, без минимального порогового значения скорости. Он работает точно от 1 литра в час до еще меньших расходов в зависимости от модели.

Шестеренчатый расходомер с передаточным отношением 200:1 охватывает весь диапазон от 1 до 200 л/ч с неизменно высокой точностью. Именно поэтому шестеренчатые расходомеры с овальным передаточным отношением являются стандартом для мониторинга расхода дизельного топлива на генераторных установках в центрах обработки данных, больницах и промышленных предприятиях Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока.

Одна из практических проблем использования овальных шестеренчатых расходомеров на обратных магистралях дизельного топлива: дизельное топливо может содержать пузырьки воздуха в обратном контуре, особенно если противодавление впрыска низкое. Воздух в расходомере объемного действия может привести к завышенным показаниям. Установка небольшого воздухоотделителя перед расходомером устраняет этот источник ошибки. Большинство клиентов не делают этого при первой установке, а затем обращаются повторно, увидев неожиданно высокие показания. Мы регулярно сталкиваемся с этим на проектах по установке обратных магистралей дизельного топлива.

Сравнение:

Турбина против овальной шестерни для применения в обратных линиях

Выходной сигнал: 4-20 мА против 0-10 В

Как турбинные, так и овальные зубчатые счетчики, используемые в данном применении, доступны с аналоговым выходом 4-20 мА или 0-10 В. Выбор зависит от приемной стороны.

Стандарт 4-20 мА используется для аналоговых входов промышленных ПЛК и АСУ ТП. «Нулевой ток» (4 мА = 0 тока) означает, что при обрыве провода показания тока ниже 4 мА, что приводит к срабатыванию сигнализации о неисправности, а не к отображению нулевого тока. Кабели длиной до нескольких сотен метров вполне пригодны для использования без ошибок, связанных с падением напряжения. По этой причине большинство инженеров, работающих с генераторами и системами мониторинга энергии, используют диапазон 4-20 мА.

Выходное напряжение 0-10 В подходит для коротких кабельных трасс и некоторых входных плат SCADA, которые предпочитают сигналы напряжения. Целостность сигнала ухудшается на длинных кабелях из-за сопротивления, поэтому по возможности используйте кабели 0-10 В длиной менее 30 метров. Если панель управления находится в том же помещении, что и счетчики, то 0-10 В вполне достаточно.

Некоторые модели поддерживают одновременное переключение между обоими выходами или позволяют переключаться между ними с помощью DIP-переключателя или меню конфигурации. Уточните это на этапе заказа, если клиенту необходима гибкость в будущем.

Краткое описание установки трехлинейных систем

Трубопровод возврата воды (3-дюймовая турбина)

Установите устройство горизонтально, расположив ось ротора горизонтально. Предусмотрите прямой участок трубы диаметром 10 x DN до и 5 x DN после. Избегайте установки после частично открытого дроссельного клапана. Установите запорный клапан до и после устройства для проведения технического обслуживания. Подключите сигнал 4-20 мА к аналоговому входу ПЛК; 4 мА = 0 л/мин, 20 мА = максимальная производительность в л/мин в соответствии с конфигурацией.

Маслоотводящая магистраль (турбина 1 дюйм)

Требования к прямолинейному участку такие же, как и к водомеру. Установите Y-образный фильтр перед водомером, рассчитанный на диаметр трубы и рабочее давление. Убедитесь, что материал подшипника совместим со смазочным маслом при максимальной технологической температуре. Если обратный трубопровод работает при температуре около 80–100 °C, выберите водомер с опцией высокотемпературной электроники или выносным корпусом передатчика.

Обратный трубопровод дизельного топлива (овальная шестерня диаметром полдюйма)

Устанавливайте в любом положении. Перед топливораспределительным устройством установите мелкоячеистый фильтр (100 микрон или мельче). Рассмотрите возможность установки воздухоотделителя, если в топливном контуре низкое противодавление или он работает с перебоями. Уточните материалы конструкции: большинство овальных шестеренчатых расходомеров для дизельного топлива используют алюминиевый корпус со стандартными уплотнениями из NBR, совместимыми с обычным дизельным топливом и легким мазутом. Для смесей биодизеля с содержанием серы выше B20 следует использовать уплотнения из PTFE или FKM.

Рекомендации по продукции Silver Instruments

Компания Silver Automation Instruments поставляет турбинные расходомеры и овальные шестеренчатые расходомеры для всех трех типов обратных трубопроводов из стандартного складского запаса. Возможны варианты индивидуальной настройки, включая стандарт подключения к технологическому процессу (фланец ANSI/DIN или резьба NPT/BSP), материал корпуса (алюминий, углеродистая сталь, нержавеющая сталь 316L) и материал уплотнения (NBR, FKM, PTFE).