Встраиваемые и проточные расходомеры для сжатого воздуха

Как и во всех системах измерения расхода газа, в системах сжатого воздуха используются два универсальных способа установки расходомеров: линейный и встраиваемый. Оба варианта широко применяются на практике, но существенно различаются по точности измерения, применимому диаметру труб, перепаду давления и способу установки. Ниже мы более подробно рассмотрим обе конфигурации, чтобы помочь вам сделать более обоснованный выбор для вашей системы измерения расхода сжатого воздуха .

Принципы работы

Прежде чем сравнивать формы установки, давайте кратко рассмотрим технологии расходомеров, используемые в системах сжатого воздуха:

• Термомассовые расходомеры измеряют теплопередачу между нагретым чувствительным элементом и протекающим газом для непосредственного определения массового расхода, без необходимости отдельной компенсации давления или температуры.
• Вихревые расходомеры измеряют частоту образования вихрей за обтекаемым телом для определения объемного расхода и подходят для высокоскоростных и высокопроизводительных коллекторов, но теряют сигнал при скорости ниже минимальной измеримой величины.
• Дифференциальные расходомеры (с диафрагмами, трубками Вентури, усредняющими трубками Пито) используют принцип Бернулли для связи перепада давления со скоростью потока, но требуют ввода данных о давлении и температуре в реальном времени для преобразования в массовый расход или стандартный объемный расход (Нм³/ч).

Расходомеры для сжатого воздуха

8-дюймовый расходомер сжатого воздуха

Цифровой расходомер сжатого воздуха

Вихревой расходомер воздуха

Диафрагма расходомера DP

На практике термомассовые расходомеры являются наиболее широко используемой технологией в системах сжатого воздуха. Они измеряют массовый расход напрямую, надежно реагируют при низких скоростях потока и одинаково хорошо работают как при обнаружении утечек в ответвлениях, так и при измерении расхода в главном коллекторе. В качестве термомассовых приборов чаще всего используются как линейные, так и встраиваемые конфигурации. В оставшейся части статьи мы сосредоточимся на том, как каждая форма установки работает в системах сжатого воздуха.

Встроенный термомассовый расходомер

Термомассовый расходомер устанавливается в трубопровод путем врезки трубы и непосредственного подключения расходомера к трубопроводу. Весь воздушный поток проходит через корпус расходомера. Внутри находятся два терморезисторных датчика, работающих в тандеме: один отслеживает температуру газа, другой нагревается. Разница температур между двумя элементами позволяет расходомеру определить объем протекающего газа.

Основные характеристики:

• Измерение по всей длине канала без необходимости каких-либо предположений о профиле скорости.
• Типичная точность: ±1,5% от показания, воспроизводимость ±0,5%.
• Широкий диапазон регулирования, обычно 100:1, обеспечивает надежное измерение как в условиях полного потока, так и при обнаружении утечек при низком потоке.
• Отсутствие движущихся частей, минимальные требования к техническому обслуживанию.
• Подходит для труб диаметром от DN15 до DN200; для труб диаметром более DN200 стоимость резко возрастает.

Встраиваемые термомассовые расходомеры

Терморасходомер вставного типа работает по тому же принципу двойного терморезистора, но вместо того, чтобы врезаться в трубу, зонд вводится через отверстие в стенке трубы на заданную глубину внутри потока. Зонд измеряет локальную скорость и температуру газа, а расходомер рассчитывает общий расход на основе этой пробы.

Доступны две конфигурации зондов:

• Одноточечные зонды позиционируют чувствительные элементы на фиксированной глубине, обычно 0,119D от центральной линии трубы, в точке, которая наилучшим образом отражает среднюю скорость при полностью развитом турбулентном потоке.
• Многоточечные усредняющие зонды отбирают пробы на нескольких глубинах по всему поперечному сечению трубы и усредняют показания, что снижает влияние неравномерных профилей потока.

Основные характеристики:

• Стоимость измерительных зондов не сильно возрастает с увеличением диаметра трубы, что делает погружные расходомеры экономически выгодными для применения в трубах большого диаметра, начиная с DN100 и выше.
• Точность: ±2% от показания в идеальных условиях; от ±3 до ±5% в случаях, когда прямолинейное движение вверх по течению недостаточно.
• Требуется прямая труба длиной от 15D до 30D на входе и 5D на выходе; устройства для регулирования потока могут снизить это требование.
• Зонд можно извлечь для очистки или повторной калибровки, не выключая систему.

Сравнение точности

Проточные и встраиваемые термомассовые расходомеры различаются по одному ключевому параметру: способу измерения расхода.

Встраиваемые расходомеры измеряют теплопередачу по всему поперечному сечению потока, что делает их в значительной степени нечувствительными к искажению профиля скорости. Встраиваемые расходомеры отбирают пробы в одной точке, и любое возмущение на входе, такое как отводы, переходники, частично открытые клапаны или тройники, может исказить показания.

Рекомендации по отбору:

• Встраиваемый режим работы следует выбирать, если требуется точность ±1–2%. Типичные области применения включают в себя выставление счетов за электроэнергию, распределение затрат и обнаружение утечек.
• Выбирайте установку с погрешностью ±3%, это достаточно для общего контроля потока в крупных коллекторах и доступно по значительно более низкой цене.

Диаметр трубы и стоимость

Встраиваемый термомассовый расходомер полного диаметра для коллектора DN300 может стоить в пять-десять раз дороже, чем аналогичный погружной измерительный зонд. Для коллекторов DN500 и выше встраиваемые термомассовые расходомеры полного диаметра, как правило, недоступны или нецелесообразны, поэтому единственным жизнеспособным вариантом остается погружной измерительный зонд.

Монтаж и техническое обслуживание

Способ установки — еще одна область, где линейно-встраиваемые и встраиваемые счетчики существенно различаются.

Для установки проточных счетчиков требуется разрезать трубу и установить фланцевый соединительный элемент, что влечет за собой полную остановку системы и сброс давления.

Вставные измерительные приборы обеспечивают большую гибкость:

• Стандартный монтаж предполагает сверление и приварку резьбового паза к стенке трубы, что по-прежнему требует остановки производства.
• Благодаря использованию инструмента для врезки под давлением, зонд можно установить под полным давлением системы, не прерывая подачу сжатого воздуха.
• Зонды можно извлечь через запорный клапан для очистки или повторной калибровки без демонтажа трубопровода, что особенно полезно в системах, где со временем на чувствительных элементах терморезистора накапливается масло или конденсат.

Падение давления

Падение давления — это потеря давления при прохождении сжатого воздуха через расходомер. Чем выше падение давления, тем больше усилий приходится прилагать компрессору для поддержания давления в системе и тем больше энергии потребляется.

Встраиваемые термомассовые расходомеры обычно создают постоянное падение давления от 20 до 50 мбар при номинальном расходе. Встраиваемые зонды, занимающие менее 5 процентов диаметра трубы, обеспечивают поддержание давления ниже 5 мбар в большинстве условий эксплуатации.

Для труб малого диаметра эта разница управляема. Для коллекторов большого диаметра с большими объемами потока падение давления становится реальной эксплуатационной статьей расходов, и в этом отношении встраиваемые расходомеры обеспечивают существенное преимущество.

Как обсуждалось выше, ни одна из конфигураций не является универсально лучшей. Правильный выбор зависит от диаметра трубы, требований к точности и условий на объекте. В большинстве систем сжатого воздуха оба типа расходомеров играют свою роль: линейные расходомеры в критических точках измерения, где точность имеет первостепенное значение, и встраиваемые расходомеры на более крупных коллекторах, где приоритетными являются стоимость и гибкость монтажа.