Контроль технологических процессов

Принципиальные схемы деформационных дифференциальных манометров представлены на рис. 2.3. У мембранного дифманометра (типа ДМ) упругим чувствительным элементом является мембранный блок (рис 2.3, а), состоящий из двух заполненных дистиллированной водой мембранных коробок, закрепленных с обеих сторон в основании. Основание с верхней и нижней крышками корпуса прибора образует две камеры: нижнюю - плюсовую и верхнюю - минусовую Внутренние полости мембранных коробок сообщаются через отверстие в перегородке. Большее давление подводится к нижней камере, а меньшее к верхней Под действием разности давлений нижняя мембранная коробка сжимается, вытесняя находящуюся в ней воду в верхнюю коробку. Последняя расширяется, что воспринимается передающим преобразователем.

Рисунок 2.3 - Принципиальные схемы деформационных дифференциальных манометров

Чувствительным элементом дифманометра (типа ДМИ, ДМЭ), представленного на рис. 2.3, б, является вялая (мягкая) неметаллическая мембрана с жестким центром, работающая совместно с винтовой цилиндрической пружиной. Мембрана, укрепленная между двумя крышками корпуса прибора, образует две камеры, в которые подводятся давления. Под действием разности давлений жесткий центр мембраны и связанный с ним шток сердечника преобразователя перемещаются до тех пор, пока сила, вызываемая разностью давлений, не уравновесится силой упругости винтовой пружины. Преобразователь вырабатывает сигнал измерительной информации, пропорциональный измеряемой разности давлений.

У сифонного дифманометра типа ДСС (рис 2.3, в) чувствительный элемент состоит из расположенных на общем основании двух сильфонов, донышки которых жестко связаны между собой штоком, а внутренние полости заполнены кремнийорганической жидкостью. Под действием разности давлений сильфоны начинают деформироваться, вызывая перемещение штока, кинематически связанного с компенсационным преобразователем.

К месту измерения давления на технологическом трубопроводе или металлическом кожухе технологического аппарата должна быть приварена закладная конструкция (например, штуцер), к которой присоединяется импульсная линия, направляемая к приборам.

Поскольку при измерении давлений и разрежений могут возникнуть дополнительные погрешности за счет влияния динамического напора движущейся струи, отборные устройства следует размещать в местах, где скорость движения среды наименьшая, поток плавный, без завихрений, т.е. на прямолинейных участках трубопроводов, при максимальном расстоянии от запорных и регулирующих устройств, колен, компенсаторов и других гидравлических сопротивлений.

Отборные устройства нельзя устанавливать на коленах трубопровода, так как при этом возникает дополнительная погрешность, вызванная центробежными силами. Отборные устройства должны подключаться к технологическим агрегатам и трубопроводам таким образом, чтобы обеспечивалось удаление воздуха из соединительных линий, заполненных жидкостями, или удаление конденсата из линий, заполненных газом. Поэтому отборы давления жидкостей и пара на горизонтальном или наклонном трубопроводе подключают сбоку или ниже горизонтальной оси трубопровода и во всех случаях с уклоном таким образом, чтобы воздух или газ, выделяющийся из жидкости в соединительной линии к измерительному прибору, имели свободный выход в трубопровод.

В верхнюю и нижнюю части трубопровода отборы подключать не следует, потому что в первом случае в соединительные линии могут попасть воздух или газ, а во втором случае - выпавшие из жидкости осадки.

Отборы давления (разрежения) газа и воздуха в горизонтальном или наклонном трубопроводе вваривают выше горизонтальной оси в верхней части трубопровода и во всех случаях с уклоном, обеспечивающим слив конденсата в трубопроводы. Конструкция отборов должна предусматривать возможность их очистки Для этого трубы отборных устройств давления (разрежения) снабжаются заглушкой, отвинтив которую можно прочистить отборное устройство.

На металлургических объектах часто приходится измерять давление и разрежение в запыленных средах. При этом возможно отложение твердых частиц (пыли) в соединительных линиях, а также попадание пыли непосредственно в измерительный прибор. Поэтому в таких случаях отборные устройства снабжают специальными пылеуловителями - циклонами, в значительной степени ограничивающими попадание пыли в соединительную линию или прибор.

На рис. 2.4 показана схема установки отборных устройств для запыленных сред с циклонами. Трубка отбора давления приваривается к металлической стенке агрегата. Другой конец ее входит в пылеуловитель - циклон. Перед попаданием в импульсную линию поток измеряемой среды изменяет свое направление (на рис. 2.4 показано стрелками), при этом частицы пыли и влаги осаждаются в нижней части циклона. Отсюда они удаляются при открытии заглушки. Для уменьшения количества пыли, попадающей в отборное устройство, линия между технологическим трубопроводом и циклоном прокладывается под углом 45°.

Рисунок 2.4 - Схема установки отборных устройств для запыленных сред с циклонами.

При отборе импульса давления (разрежения) дымовых газов отборное устройство следует устанавливать в месте с наименьшей концентрацией твердых частиц в вертикальном или наклонном положении для предупреждения скапливания влаги и пыли в трубке отбора давления.

Передача давления (разрежения) к измерительному прибору производится через разделители жидкостные и мембранные в случаях, когда измеряемая среда (жидкость или газ) действует разрушающе на материалы, из которых изготовлен чувствительный элемент измерительного прибора; имеет высокую вязкость или загрязненность; пожаро- или взрывоопасна, а дифманометр по условиям эксплуатации установлен на значительном расстоянии от места измерения в помещении, в которое подобные среды вводиться не должны; осуществить непосредственное присоединение прибора к отборному устройству невозможно.

Разделители жидкостные получили общее название разделительных сосудов. При их применении измеряемая среда заполняет импульсную трубку от места отбора до разделительного сосуда, а от разделительного сосуда до измерительного прибора импульсная линия заполняется разделительной жидкостью.

Жидкостные U- образные манометры устанавливаются строго вертикально. Жидкость, заполняющая манометр, должна быть незагрязненной и не содержать воздушных пузырьков.

Деформационные манометры (вакуумметры) должны, как правило, устанавливаться в вертикальном положении таким образом, чтобы их шкалы были хорошо видны и к приборам был обеспечен свободный доступ обслуживающего персонала. При этом для считывания показаний на близком расстоянии (1 - 1,5 м) диаметр прибора может быть до 100 мм, для большого расстояния (2 – 3 м) - не менее 160 мм. Для выбранного манометра допустимое рабочее давление должно составлять не более 3/4 верхнего предела шкалы прибора при постоянном давлении среды. Манометр присоединяют к импульсной линии или отборному устройству через трехходовой кран или трехходовой вентиль (зависит от физических параметров среды).

Трехходовой кран (вентиль) дает возможность включать и отключать манометр, проверять нулевую точку, продувать соединительную линию, а также проверить прибор в рабочей точке, т.е. непосредственно в условиях эксплуатации. Для этого к фланцу трехходового крана присоединяют контрольный манометр.

При измерении давления газов корпуса манометров окрашивают в соответствующие цвета: кислорода - голубой, водорода - темно-зеленый, ацетилена - белый, хлора и фосгена - серовато-зеленый; остальных горючих газов - красный; негорючих газов - черный.

ПРИБОРЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗОВ, ЖИДКОСТЕЙ И СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Расход вещества определяется его количеством, проходящим в единицу времени через данное сечение канала (например, трубопровода). Различают массовый расход и объемный расход.

Массовый расход определяют как массу вещества, проходящего через поперечное сечение потока в единицу времени. В системе СИ единицей массового расхода является килограмм в секунду (кг/с). Килограмм в секунду равен массовому расходу, при котором через определенное сечение за время 1 с равномерно перемещается вещество массой 1 кг.

Объемный расход определяют как объемное количество вещества в м3, проходящее через сечение потока в единицу времени. В системе СИ единицей объемного расхода является кубический метр в секунду (м3/с). Кубический метр в секунду равен объемному расходу, при котором через определенное сечение за время 1 с равномерно перемещается вещество объемом 1 м3.

Устройство для измерения количества вещества, протекающего через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени (смену, сутки и т. д.), называют счетчиком количества. При этом количество вещества определяется как разность двух последовательных показаний счетчика в начале и конце этого промежутка. Показания счетчика выражаются в единицах объема, а иногда единицах массы.

Устройство для измерения расхода, т.е. количества вещества, протекающего через данное сечение трубопровода в единицу времени - час (ч), называют расходомером, а для измерения расхода и количества вещества одновременно - расходомером со счетчиком. Счетчики (интегрирующие устройства) могут быть встроены практически во все приборы, применяемые для измерения расхода.

Для измерения расхода и количества жидкостей, газа и пара на металлургических заводах применяются расходомеры, которые можно разделить на следующие группы: переменного перепада давления в сужающем устройстве, постоянного перепада давления (обтекания), электромагнитные и переменного уровня. Первые три группы расходомеров применяются при напорном движении измеряемой среды, когда поток со всех сторон ограничен жесткими стенками.

В качестве сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара применяют стандартные и нестандартные устройства.

К стандартным (нормализованным) сужающим устройствам относятся диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури, применяющиеся для измерения расхода вещества без их индивидуальной градуировки.

К нестандартным сужающим устройствам относятся сегментные диафрагмы, диафрагмы с коническим входом, сопла с профилем «четверть круга», сдвоенные диафрагмы и другие, применяемые в особых случаях (например, для загрязненных и вязких сред) и требующие индивидуальной градуировки, так как на их применение и изготовление нет норм стандарта. Поскольку в практике в основном применяются стандартные (нормализованные) сужающие устройства, ниже будут рассмотрены только они.

Диафрагма представляет собой тонкий плоский диск с круглым отверстием, центр которого лежит на оси трубы. Отверстие имеет цилиндрическую и конусную части. Диафрагма всегда устанавливается цилиндрической частью (острой кромкой) против потока измеряемой среды. Сужение потока начинается до диафрагмы, и на некотором расстоянии за диафрагмой поток достигает минимального сечения. Затем поток постепенно расширяется до полного сечения трубопровода.

При протекании вещества через диафрагму за ней в углах образуется «мертвая зона». В ней вследствие разности возникает обратное движение жидкости, называемое вторичным потоком. Двигаясь в противоположных направлениях, струйки основного и вторичного потоков вследствие вязкости среды свертываются в виде вихрей. На вихреобразование за диафрагмой затрачивается значительная часть энергии, а следовательно, имеет место и значительная потеря давления. Изменение направления струек перед диафрагмой и сжатие струи после диафрагмы на величину давления оказывают незначительное влияние. Отбор давлений производится через расположенные непосредственно до и после диска диафрагмы два отдельных отверстия (или специальные камеры), к которым подключаются импульсные соединительные линии, идущие к измерительному прибору.

Сопло представляет собой насадку с круглым концентрическим отверстием, имеющим плавно сужающуюся часть на входе и развитую цилиндрическую часть на выходе. Профиль сопла обеспечивает достаточно полное сжатие струи, поэтому площадь (сечение) цилиндрической части сопла может быть принята равной наименьшему сечению струи. Вихреобразование за соплом вызывает меньшую потерю энергии, чем у диафрагмы, поэтому потеря давления для сопла несколько меньше, чем для диафрагмы. Отбор давлений осуществляется так же, как и у диафрагмы.

Сопло Вентури конструктивно состоит из цилиндрического входного участка, плавно сужающейся части, переходящей в короткий цилиндрический участок, и из расширяющейся конической части - диффузора. При такой форме сужающего устройства в основном благодаря наличию выходного диффузора потеря давления значительно меньше, чем у диафрагмы и сопла. Отбор давлений осуществляется с помощью двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью сопла Вентури группой равномерно расположенных по окружности отверстий. Труба Вентури отличается от сопла Вентури тем, что входной цилиндрический участок переходит во входной конус, затем идут коротким цилиндрический участок (горловина) и диффузор.

Специалисты технологи (доменщики, сталеплавильщики, теплотехники, газовщики и др.) должны знать основные параметры измеряемой среды, необходимые в качестве исходных данных для расчета и выбора типа сужающего устройства, а также уметь правильно определять место установки сужающего устройства на технологическом трубопроводе.

При расчете диаметра отверстия сужающего устройства для измерения расхода газа в нормальных условиях необходимы следующие исходные данные: наибольший, средний и наименьший измеряемый объемный расход, приведенный к нормальному состоянию; компонентный состав газа или плотность при нормальных условиях; температура газа; избыточное давление потока газа; барометрическое давление окружающей среды; допустимая потеря давления на сужающем устройстве при максимальном расходе газа; влажность газа в рабочих условиях; диаметр трубопровода; материал трубопровода и сужающего устройства. В качестве параметров потока газа принимают их усредненные значения, исходя из условий и режимов работы расходомерного устройства.

При выборе места установки сужающих устройств необходимо учитывать основные конструктивные особенности трубопровода, влияющие на погрешности измерения расхода. В первую очередь необходимо, чтобы участки трубопровода до и после сужающего устройства были цилиндрическими с круглыми сечениями и прямыми. Дело в том, что местные сопротивления (колена, угольники, задвижки, вентили, регулирующие органы и т. д.), установленные на рабочем трубопроводе, искажают кинематическую структуру набегающего на сужающее устройство потока. Поэтому между местным сопротивлением и сужающим устройством должен быть расположен прямой участок трубопровода постоянного диаметра, длина которого должна быть такой, чтобы различные искажения потока, происходящие от его прохождения через закругления, колена, вентили и т. п., смогли вполне сгладиться. Отсюда длина такого прямого участка есть расстояние между ближайшими торцовыми поверхностями сужающего устройства и местного сопротивления. Установка сужающих непосредственно у местных сопротивлений не допускается.