Как правильно подобрать расходомер для Вашего применения?

Содержание статьи:

1. Цена и популярность расходомера – не первостепенные критерии
2. Постановка задачи
3. Объемный или Массовый расход
4. Принцип действия расходомера и фазовое состояние измеряемой среды
5. Спецификация расходомера
6. Место установки

 

Если перед Вами встала задача по выбору расходомера для своей системы, то Вы вряд ли будете испытывать недостаток предложения. И это неудивительно, ведь технологии измерения расхода постоянно развиваются. Существующие методики постоянно совершенствуются, и периодически появляются новые техники измерения. В настоящий момент на рынке широко представлены вихревые, тахометрические, ультразвуковые, электромагнитные, тепловые, кориолисовые расходомеры, расходомеры переменного перепада давления, расходомеры обтекания. Это уже восемь больших групп приборов. А ведь есть еще специализированные расходомеры (оптические, меточные, концентрационные и т.д.), менее распространенные, но отлично справляющиеся с решением отдельных задач.

Каждый тип расходомеров имеет свои достоинства и особенности применения, которые в одной ситуации позволят с успехом решить Вашу задачу, а в другой – будут приводить к значительным погрешностям измерения расхода. Как не потеряться в разнообразии расходомеров при выборе прибора для Вашей системы? Какие факторы надо принять во внимание перед тем, как совершить покупку? Ниже в статье мы постарались ответить на эти вопросы.

 

Цена и популярность расходомера – не первостепенные критерии

Практика показывает, что часто используемые критерии выбора расходомеров: цена и популярность. Очень спорные критерии. Если ставить цену во главу угла, то в итоге легко получить расходомер, который либо вообще не подходит для Вашего применения, либо не охватывает всего рабочего диапазона расходов и условий эксплуатации, либо требует значительных затрат на обслуживание. Экономия при покупке в этом случае может обернуться значительными тратами на этапе эксплуатации.

Характерный пример – кориолисовые массовые расходомеры. Цена этих приборов выше, чем для многих других типов расходомеров. При этом кориолисовые расходомеры осуществляют прямое измерение массового расхода рабочей среды. В то время как все объемные расходомеры дают показания расхода при рабочих условиях. И эти показания зачастую необходимо переводить к стандартным условиям. Для чего объемный расходомер должен оснащаться дополнительными датчиками и блоком, осуществляющим пересчет показаний («флоу компьютер»). Кроме того, кориолисовые расходомеры легче обслуживать в процессе эксплуатации, что в итоге будет сокращать время простоя всей системы.

Виды расходомеров

С популярностью определенного типа расходомеров тоже не все так просто. Конечно же, важно знать, какие типы расходомеров чаще всего используется в вашей отрасли. Однако простой выбор того, что является наиболее популярным, также может привести к ошибке. Прибору предстоит работать в Вашей системе при Ваших рабочих условиях. Если он не подходит Вам, то показания прибора могут значительно отличаться от реального расхода. Со всеми сопутствующими негативными последствиями. При этом менее известные расходомеры могут обеспечить необходимую Вам точность измерения.

Еще один пример. Новые достижения в области технологий производства расходомеров позволяют выводить на рынок всё более совершенные приборы. Конечно же, сначала эти расходомеры не так хорошо известны, но могут обеспечивать лучшее решение. Например, в прошлом ультразвуковые расходомеры приходилось заново калибровать при замене рабочей жидкости, и их нельзя было использовать в применениях, где требовалось гигиеническое исполнение. В настоящее время появились новые ультразвуковые расходомеры, в которых эти проблемы решены. Это открывает возможность использования ультразвуковых расходомеров для еще более широкого круга задач и применений.

Кориолисовый массовый расходомер miniCORI-FLOW в составе системы дозирования

Ультразвуковой расходомер ES-FLOW малых расходов жидкости

Расходомер – это высокотехнологичное устройство, на работу которого влияет множество параметров. Ниже отмечены самые важные из них. При этом каждое применение уникально и требует индивидуального подхода.

 

Постановка задачи

С чего же следует начать? Конечно же, с правильной постановки задачи. И в первую очередь необходимо ответить на вопрос: что же предстоит измерять. Ниже приведены данные, которые необходимо собрать, прежде чем приступать к подбору расходомера.

• Фазовое состояние: газ, жидкость, суспензия, пар, при рабочих условиях. Как известно, одно и то же вещество при разных условиях может принимать различные фазовые состояния. И важно таким образом подбирать рабочие условия, чтобы внутри расходомера не происходили фазовые переходы.
• Химический состав. В случае смеси из различных веществ – химический состав отдельных компонентов, их доля (объемная, массовая, мольная) в смеси. По химическому составу, а также рабочим условиям можно будет определить/рассчитать физические свойства среды, необходимые для оценки работоспособности расходомера в Ваших условиях. Какие свойства понадобятся – зависит от принципа действия выбранного расходомера. Химический состав также позволяет оценить совместимость среды с материалом корпуса и уплотнений расходомера.
• Диапазон рабочих расходов. При определении верхнего предела измерения лучше сделать запас в 5-10%. Хотя некоторые расходомеры могут давать показания и для расходов более 100% верхнего предела измерения (ВПИ), но паспортная точность гарантируется только при расходах менее 100%. Будет обидно, если какие-то изменения в параметрах вашей системы приведут к незначительному увеличению расхода, который Вы не сможете корректно измерить. Нижний предел измерения также важен. Не бывает расходомеров, измеряющих расход от 0 до 100% ВПИ. Всегда есть нижний предел измерения, ниже которого показания расходомера не будут укладываться в паспортную точность. Диапазон рабочих расходов должен укладываться в интервал между Верхним и нижним пределами измерения расходомера. Иначе придется подбирать несколько расходомеров, чтобы перекрыть весь ваш рабочий диапазон.
• Рабочий диапазон температур среды. Этот параметр может стать фильтром, по которому придется отказаться от использования целого ряда расходомеров. Экстремально низкие и высокие температуры требуют специальных методов измерения. Или же переноса точки измерения в часть системы, где температура среды ближе к комнатной.
• Рабочий диапазон давлений среды. Также может выступать в качестве своеобразного ограничения. Работа в условиях, близких к вакууму, или при высоких давлениях сильно сокращает круг расходомеров для рассмотрения.
• Наличие посторонних включений. В том числе пары воды и масла, твердые частицы в газе, взвешенные частицы и пузырьки газа в жидкости и т.д. На самом деле важно всё. Так, конденсация воды или масла внутри газового расходомера может приводить к ухудшению его точности. А накопление твердых частиц в измерительной части расходомера может привести к выходу прибора из строя. Для ряда расходомеров жидкости с подвижными частями наличие растворенного воздуха будет приводить к кавитации, разрушающей корпус прибора.
• Стабильность потока. На этапе подбора прибора необходимо определиться, будет ли поток постоянным, или он будет разрываться. Труба заполнена полностью или частично
• Коррозионные свойства. Может ли среда при условиях эксплуатации повредить корпус, уплотнения расходомера и встроенные датчики. Речь идет не только о самой среде, но и о малых включениях.
• Параметры места эксплуатации. Будет ли расходомер работать в лабораторных, промышленных условиях, условиях чистого производства или на улице. Диапазон температуры, влажности окружающей среды по месту эксплуатации. Какая потребуется степень пыле- и влагозащиты. Нужна ли взрывозащита. Возможно ли коррозионное воздействие на расходомер извне. Присутствуют ли рядом источники мощного электромагнитного излучения.

Это основная информация. На более поздних стадиях, в зависимости от типа выбранного расходомера, для корректного подбора могут понадобиться дополнительные данные. А теперь, определившись с задачей, можно приступить к выбору расходомера для ее решения.

 

Объемный или Массовый расход

В первую очередь вспомним, что существует два основных способа измерения расхода: объемный и массовый (объем или масса среды, проходящие через поперечное сечение трубопровода в единицу времени). Подробно различия между объемным и массовым расходом обсуждаются в статье >>>.

Мера количества газа: масса или объем. Количество молекул (масса) газа в обоих цилиндрах совпадает. Однако объем и давление отличаются в два раза.

Расходомеры можно разделить на две большие группы – расходомеры, измеряющие объемный или массовый расход. Какой расходомер выбрать – зависит от применения, цели измерения и уже использованных в системе компонентов.

Надо отметить, что показания объемных расходомеров определяются рабочими условиями. Так, два объемных расходомера, установленные на одном непрерывном трубопроводе при высоком и низком давлении будут давать кратно отличающиеся показания (в соответствии с изменением давления). Корректное сравнение показаний объемных расходомеров возможно только при приведении их показаний от рабочих условий к единым условиям, например, стандартным условия для газа по ГОСТ 2939-63.

Показания массовых расходомеров в значительно меньше зависят от рабочих условиями. А показания кориолисовых расходомеров практически от них не зависят, поскольку напрямую измеряют массу проходящего вещества. Возвращаясь к примеру из предыдущего абзаца, сравнивать показаний массовых расходомеров можно без дополнительных пересчетов. Сравнение показаний объемных и массовых расходомеров также возможно. Для этого объемный расход необходимо перевести в массовый через плотность среды при рабочих условиях. Или же наоборот, массовый расход перевести в объемный расход при рабочих или стандартных условиях.

 

Принцип действия расходомера и фазовое состояние измеряемой среды

Второе, на что следует обратить внимание – принципиальная возможность работы расходомера определенного типа с Вашей рабочей средой. Физически принципы, лежащие в основе измерения расхода, и особенности исполнения расходомеров могут накладывать ограничения на их применение. Поэтому немного подробнее остановимся на описании наиболее распространенных сейчас типов расходомеров.

• Расходомеры переменного перепада давления (с сужающим устройством – труба Вентури, сопло Вентури, сопло, диафрагма; центробежные; с напорными устройствами – трубка Пито). Измеряют объемный расход. Основаны на зависимости разницы давлений, создаваемых конструкцией расходомера, от расхода. Это универсальные расходомеры, они могут работать с газами, жидкостями. Некоторые виды расходомеров переменного перепада давления могут измерять расход суспензий.
• Расходомеры обтекания (ротаметры; поплавковые и поршневые расходомеры). Измеряют объемный расход. Их чувствительный элемент воспринимает давление потока и перемещается под его воздействием. Величина смещения пропорциональна расходу. Хорошо работают с газами и жидкостями.
• Вихревые расходомеры. Измеряют объемный расход. Их конструкция обеспечивает возникновение колебаний давления в потоке в результате вихреобразования или колебания струи. Величина расхода зависит от частоты колебания давления. Успешно применяются с газами, жидкостями и даже паром.
• Тахометрические расходомеры (турбинные с аксиальной или тангенциальной турбиной; шариковые, камерные, роторно-шаровые). Измеряют объемный расход. Имеют подвижный, обычно вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна расходу. Тахометрические расходомеры работают с газами, жидкостями, в том числе вязкими жидкостями. Могут использоваться для измерения расхода криогенных сред и сжиженных газов.
• Ультразвуковые расходомеры. Измеряют объемный расход. Осуществляется измерение зависящего от расхода эффекта, возникающего при проходе акустических колебаний через поток жидкости или газа. Часто применяются для работы с жидкостями, реже с газами. Ультразвуковые расходомеры, одни из немногих, могут работать с суспензиями и паром.
• Электромагнитные расходомеры. Измеряют объемный расход. В основе работы лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. Чаще всего применяются расходомеры, в которых расход пропорционален величине электродвижущей силы, возникающей в жидкости, при пересечении ею магнитного поля.
• Тепловые расходомеры (калориметрические; термоанемометрические). Измеряют массовый расход. Перенос тепла движущейся средой от нагретого тела пропорционален расходу. Обеспечивают измерение расхода газа и жидкости с высокой точностью, в том числе микрорасходов, недоступных для других типов расходомеров.
• Кориолисовые расходомеры. Измеряют массовый расход. Основаны на использовании силы Кориолиса, возникающей в колебательной системе, в которой одновременно имеет место поступательное и вращательное движение. Величина кориолисовой силы зависит от расхода измеряемой среды. Успешно используются с газами, жидкостями, суспензиями.
• Существует целый ряд специализированных расходомеров, позволяющих решать довольно специфичные задачи. Сюда можно отнести оптические расходомеры (допплеровские, на эффекте Физо-Френеля, корреляционные), ионизационные, концентрационные, меточные расходомеры и т.д. Как правило, они применяются там, где использование традиционных способов измерения не дает желаемых результатов или невозможно.

Видно, что при выборе расходомера некоторые типы приборов можно сразу исключить из рассмотрения в связи с тем, что они не смогут работать с Вашей рабочей средой. Например, электромагнитные расходомеры работают только с токопроводящими жидкостями. Многие расходомеры не подходят для измерения расхода газа или суспензии. Ниже для различных фазовых состояний рабочей среды перечислены основные типы применяемых расходомеров:

• Газ – кориолисовый, тепловой, переменного перепада давления, ротаметр, вихревой, турбинный, камерный
• Жидкость – кориолисовый, тепловой, переменного перепада давления, ротаметр, вихревой, турбинный, камерный, ультразвуковой, электромагнитный
• Суспензия – кориолисовый, ультразвуковой, электромагнитный, некоторые расходомеры переменного перепада давления
• Пар – вихревой, ультразвуковой, диафрагменный

 

Спецификация расходомера

Сейчас самое время обратить внимание на технические характеристики расходомеров, которые остались в Вашем списке для рассмотрения. Обязательно обратите внимание на:

• Совместимость с рабочей средой. Совместимость с точки зрения фазового состояния среды мы рассмотрели на предыдущем шаге. Здесь необходимо проверить, позволяют ли физические свойства (плотность, вязкость, тепловые, электрические, акустические свойства и т.д.) расходомеру определенного типа работать с Вашей средой. Необходимо оценить коррозионную стойкость прибора. На этом этапе было бы разумно связаться с поставщиками расходомеров. Не всегда всю необходимую информацию по расходомерам можно найти в интернете. Кроме того, поставщик, зная специфику предлагаемой продукции, может указать на нюансы применения выбранного расходомера в Ваших условиях.

• Диапазон расходов. Это тот диапазон расходов, в котором может работать расходомер выбранной модели, точность измерения в котором соответствует паспортным значениям. Ваш рабочий диапазон расходов должен умещаться в измеряемый диапазон прибора. Конечно же, лучше выбирать расходомер с наибольшим доступным диапазоном расходов без ущерба для других, не менее важных параметров.
• Точность. Естественно, важнейшей характеристикой расходомера является точность. И не все расходомеры обладают одинаковой точностью. Как правило, чем прибор точнее, тем он дороже. Требования к точности зависят в первую очередь от Вашего применения. В одних применениях (аналитических) требуется максимально доступная абсолютная точность, а в других применениях (ряд технологических процессов) достаточно и точности 10%.
• Повторяемость. Мера того, как часто Вы получаете одни и те же результаты при выполнении одного и того же измерения в одних и тех же условиях. Точность требует повторяемости, но при этом повторяемость не требует точности. Повторяемость просто требует воспроизводимости измерений. Зачастую повторяемость расходомера может становиться даже более важной характеристикой, чем точность.
• Диапазон допустимых температур и давления эксплуатации. Установленные Вами ранее диапазоны рабочих температур и давлений измеряемой среды не должны выходить за соответствующие диапазоны для расходомера. В противном случае возможно повреждение внутренних элементов прибора, а также нарушение герметичности корпуса прибора (кратное превышение давления) и попадание измеряемой среды в окружающую среду.
• Специальное исполнение. В случае, когда эксплуатация расходомера будет осуществляться на просто в лаборатории с постоянной температурой и влажностью, а в особых условиях, может потребоваться применение прибора в специальном исполнении. Процессы в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности особенно нуждаются в сохранении стерильности рабочей среды. Часто производители предлагают специальные исполнения для расходомеров под такие задачи. Обратите внимание на класс пыле- и влагозащиты IP (Ingress Protection). Лабораторные приборы зачастую не имеют защиты от попадания влаги (IP40), в то время как для промышленного оборудования она обязательна (IP65 и выше). Многие производители предлагают расходомеры во взрывозащищенном исполнении, и как правило, это отдельные серии приборов. Эксплуатация в уличных условиях или при наличии коррозионного воздействия извне также требует особых конструктивных решений.
• Стоимость. Как указано выше, здесь необходимо учитывать не только стоимость расходомера, но и затраты на установку, техническое обслуживание и ремонт прибора с течением времени. И в первую очередь надо рассматривать функциональность расходомера, его возможности по решению стоящей перед Вами задачи. А цена всё же должна быть вторичным фактором. Хотя бывают ситуации, когда цена заставляет пересмотреть всю концепцию системы с целью ее усовершенствования или упрощения.

 

Место установки

Выходим на финишную прямую. Для целого ряда расходомеров корректность их работы зависит от правильности установки по месту эксплуатации. Выяснить, возможна ли корректная установка подобранных приборов в Вашу систему, – еще одна задача, которую надо решить при подборе расходомера. Вот некоторые аспекты, которые следует учитывать.

• Конфигурация трубопровода до и после расходомера (наличие и количество изгибов, сужения, клапаны), длина прямых участков на входе и выходе расходомера.
• Размер трубопровода. Некоторые расходомеры плохо работают с трубами малого сечения, а некоторые не могут измерять расход жидкости в больших трубах.
• Материал, из которого изготовлена труба.
• Будет ли расходомер установлен под определенным углом? Это может серьезно повлиять на работу расходомера.

Мы почти закончили, основная часть работы по подбору расходомера выполнена. Осталось определиться с дополнительными опциями конкретной модели расходомера, которую Вы выбрали (способ подключения к трубопроводу, аналоговые и цифровые интерфейсы, варианты питания и управления и т.д.). И теперь точно настало время связаться с поставщиком, чтобы разместить заказ J

При размещении заказа рекомендуем всё же сообщить всю информацию, собранную на этапе постановки задачи. Специалист поставщика сможет проверить корректность подбора. Ведь одна голова хорошо, а две – лучше! Тем более, что всегда существуют исключения, когда с формальной точки зрения расходомер может применяться, но на практике лучшие результаты показывают расходомеры других моделей. Поставщик сможет предложить Вам расходомер, который точно будет работать в Вашей системе.

При необходимости Вы можете связаться с нами через онлайн консультант в нижнем правом углу экрана. Мы готовы обсудить Вашу задачу по телефону + 7 (495) 789-3664, доб.1. Если Вам удобно вести переписку, ждем Вашего письма на почтовый ящик sales@massflow.ru