СОБЫТИЯ

На Омском НПЗ готовят мощности для первого в России производства игольчатого кокса

На Омском НПЗ «Газпром нефти» начался монтаж основного реакционного оборудования в рамках работ по модернизации установки замедленного коксования. Проект позволит начать первое в России производство игольчатого кокса — ...

Завод порошковой металлургии «ПОЛЕМА» подписали соглашение о сотрудничестве в области разработки новых сплавов на основе тугоплавких металлов.

Соглашение предполагает проведение совместных фундаментальных исследований и прикладных работ в области порошковой металлургии и тугоплавких металлов. Сотрудничество «ПОЛЕМА» и ИФТТ РАН будет направлено на внедрение в промышленное ...

На Омском НПЗ готовят мощности для первого в России производства игольчатого кокса

На Омском НПЗ «Газпром нефти» начался монтаж основного реакционного оборудования в рамках работ по модернизации установки замедленного коксования. Проект позволит начать первое в России производство игольчатого кокса — ...

Счетная палата прогнозирует резкий рост цен на бензин в 2019 году

Повышение акцизов на топливо в РФ с 1 января 2019 года может привезти к новому резкому скачку цен на бензин. Об этом сообщается в заключении Счетной палаты на проект бюджета на 2019-2021 годы. «Увеличение акциза в 1,5 раза с 1 января 2019 года ...

ООН: Состояние океанов никогда не было столь угрожающим, как сейчас

Загрязнение, окисление воды, подводный шум, таяние льда в Арктике и Антарктике создали беспрецедентную угрозу для Мирового океана. Об этом говорится в докладе генерального секретаря ООН Антониу Гутерриша. Мировой океан - это «легкие» ...

Обзор методов измерения массового расхода

ОБЗОР МЕТОДОВ ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОГО РАСХОДА

Международные и национальные товарные рынки традиционно развиваются скачкообразно. Моментом скачка служит появление революционного продукта, аналог которого стараются воспроизвести конкуренты или, как минимум, адаптировать под него выпускаемую продукцию. В сфере измерения расхода таким революционным продуктом стали массовые расходомеры, которые обеспечили более высокую точность измерения и учет расхода в массе. Вследствие чего на текущий момент наиболее востребованным на рынке расходометрии является оборудование, измеряющее массовый расход.

На профессиональном сленге термины «массомер», «кориолис», «массовик» уже давно вошли в оборот и стали привычными для большинства метрологов, «КИПовцев» и «автоматчиков». Большинство специалистов связывают массовый метод измерения с двумя способами: кориолисовым и термо­анемометрическим, при этом производство приборов на основе обоих методов представляет собой технологическую сложность, из­за чего предложение на внутреннем рынке РФ таких расходомеров отечественного производства невелико (рисунок 1). Следует отметить, что применение современных достижений высокопроизводительной электроники в сочетании с математической обработкой позволяет вычислять массовый расход с достаточной точностью, также и вихревым методом.

На текущий момент среди российских приборостроительных предприятий, выпускающих расходомеры, основанные на кориолисовом принципе измерения, сложился пул признанных производителей и поставщиков. При этом лидерами по поставке приборов, основанных на термально­массовом методе измерения, на отечественном рынке, безусловно, являются импортные производители, предлагающие термодифференциальные массовые расходомеры.

Технологически более простым и экономичным средством измерения массового расхода является вихревой принцип измерения, реализованный в узлах учета на базе вихревых расходомеров (рисунок 2).

Для того чтобы понять преимущества и недостатки каждого из методов измерения и, как следствие, приборов, целесообразно сравнить как непосредственно преимущества и недостатки самих методов измерения, так и расходомеры, основанные на каждом отдельно взятом способе определения расхода.

Классическим началом любого анализа в расходометрии является сравнение ответов на вопрос о погрешности измерения. Минимальную погрешность измерения (на текущий момент величина погрешности составляет 0,1%) обеспечивает кориолисовый метод измерения, в то время как вихревой метод и термально­массовый могут обеспечить точность измерения расхода с большей погрешностью.

В качестве второго преимущества кориолисового расходомера необходимо выделить возможность калибровки погрешности от 0,5% и 0,25% до 0,15% и 0,1% соответственно, в то время как вихревым методом возможно обеспечить погрешность 2,0% (для жидкости) и 2,6% (для газов) – для узлов учета. Термо­анемометрический метод обеспечивает для газов и воздуха погрешность в пределах 2,5%. При этом для кориолисового и вихревого расходомера погрешность является относительной, а для термально­массового – приведенной. Важно дополнительно пояснить, что применение термально­массового расходомера возможно только на газообразных средах. Обусловлено это тем, что жидкости имеют значительно большую теплоемкость, чем газы, и, соответственно, сам метод измерения (термо­анемометрический) является неэффективным для измерения жидкости. Однако в некоторых случаях для заказчика более значимым параметром является не точность, а воспроизводимость измерений, и у термально­массовых расходомеров среднеквадратичное отклонение находится на достаточно высоком уровне – 0,1%, и оно сопоставимо с аналогичным значением для кориолисовых и вихревых расходомеров, равным 0,02% – 0,1%.

Следующим критерием для сравнения является измеряемая среда. Следует отметить, что для всех расходомеров есть ограничения на содержание газовых включений.

Для вихревых расходомеров сохранение стабильности метрологических характеристик в заданном классе точности нормировано при содержании механических примесей до 250 мг/куб. м и не более 1 г/л для жидкостей, и содержание газовых включений в жидкости не более 2,5% по объему для преобразователей класса точности 0,5% и не более 4% для преобразователей классов точности 1 и 1,5% (при содержании газовых включений до 10% по объему полная относительная погрешность не превышает +/­ 5%). Последнее является существенным преимуществом, поскольку идеально чистых сред в производственных процессах не бывает.

Кориолисовые расходомеры обеспечивают стабильность метрологических характеристик при содержании газовых включений в жидкости не более 1% по объему для массовых расходомеров классом точности 0,1%, 0,15%, 0,25% и не более 3% для массовых расходомеров класса точности 0,5%.

Данный вид расходомеров может использоваться как на жидких, так и на газообразных средах. Кроме того, кориолисовый расходомер имеет важное преимущество: возможность измерения двухкомпонентных сред). У одного из отечественных производителей для массового расходомера на дисплее электронного блока реализована функция отображения в текущем режиме процентного отношения доли одной среды относительно общего расхода и массового расхода второй среды, что востребовано в нефтяной отрасли при учете чистой нефти.

Таким образом, термо­анемометрический способ наилучшим образом реализуется при измерении воздуха и газов. В части характеристик измеряемой среды вихревой расходомер может конкурировать с кориолисовым. Для термально­массового расходомера требования к среде измерения еще более высокие, чем для кориолисового, в основном это связано с сухостью измеряемых газовых сред.

Продолжая сравнивать функциональные особенности выбранных расходомеров, следует отметить, что в предлагаемом техническом решении на базе вихревого расходомера в составе узла учета на текущий момент имеется необходимость дополнения самого прибора датчиком давления, температуры и контроллером, но наличие последнего прибора является необязательным требованием.

Ключевой особенностью вихревого расходомера одного из лидирующих отечественных производителей данного продукта является цифровая электроника собственной разработки, которая позволяет обрабатывать сигнал, производить аналоговую и цифровую фильтрацию сигнала во временной и частотной областях благодаря применению прямых и обратных преобразований Фурье (рисунок 3). Также электроника может приводить расход к нормальным условиям и отображать с суммарной погрешностью, заданной для всех измерительных компонентов, входящих в состав узла учета.

Из практики применения контрольно­измерительных приборов любой профессионал знает о наличии помех в месте установки. Помехи могут иметь различную природу: механическую и электромагнитную. В этой связи необходимо учитывать, что расходомеры, работающие на вихревом способе измерения, наименее устойчивы к вибрациям, в то время как к электромагнитным помехам восприимчивы все три типа расходомеров. У расходомера на базе термо­анемометрического способа измерения, в частности, в силу физических особенностей процесса определения расхода, практически отсутствует восприимчивость к различным внешним возмущающим факторам. Однако у любого из сравниваемых приборов в случае наличия сильных электромагнитных полей (которые могут воздействовать на выходной сигнал) могут наблюдаться отклонения от заданных параметров работы. Для уменьшения влияния помех на сигнальные тракты целесообразно использовать цифровые протоколы, которые снижают влияние электромагнитных помех на полезный сигнал и выходные параметры. Тем не менее многие производители, осознавая недостатки, борются с возникающими в процессе эксплуатации помехами различными способами.

Одним из определяющих факторов в выборе, скорее всего, расходомера, чем типа измерения, является рабочее давление. Для вихревого расходомера – это
25 МПа, для массового расходомера – это 15 МПа, а для термо­анемометрического – 10,5 МПа. Однако невысокое рабочее давление термально­массового расходомера обусловлено возможностью использования на трубопроводах большого диаметра и монтажом без остановки потока. При этом многие производители в комплекте поставки предлагают в том числе устройство для «горячего» ввода и извлечения зонда.

Одним из функциональных преимуществ термо­анемометрического метода измерения является возможность измерения малых и сверхмалых расходов. При этом динамический диапазон для таких приборов составляет на текущий момент 1:200, для массовых в основном – 1:100, для вихревого расходомера – 1:46.

Немаловажным фактором при выборе прибора для измерения массового расходомера является температура рабочей среды. Продолжая говорить о преимуществах как вихревого расходомера, так и самого вихревого метода измерения в части температуры рабочей среды, сразу же следует добавить возможность его использования на достаточно высоких температурах – до +4600С, в то время как при кориолисовом и термально­массовом методах измерения рабочая температура составляет +3000С и +2050С.

В предыдущем абзаце косвенно был затронут вопрос требований к расходомерам по монтажу на трубопроводе. В этой связи у кориолисового расходомера есть значительное преимущество: его установка не требует прямых участков, кроме того, возможна установка на вертикальном трубопроводе. Такая же возможность имеется и у термально­массовых, и у вихревых расходомеров, но только на восходящем потоке. Ограничение обусловлено требованием по заполняемости трубы.

Далее, необходимо обратить внимание на фактор, которому также придается существенное значение, – такой, как падение давления. Для массового
и вихревого методов показатель зависит от диаметра трубопровода; для термально­массовых расходомеров он является незначительным, и здесь наблюдается явное преимущество в пользу последнего.

Исследуя преимущества и недостатки приборов, помимо анализа технических характеристик и функциональных особенностей отдельно взятого оборудования, важно уделить внимание в том числе и экономическим факторам, в первую очередь таким, как покупная цена и стоимость владения. Здесь основным критерием выступает срок межповерочного интервала, при этом для массовых и вихревых счетчиков расхода – это 4 года, а для термально­массовых – 2 года (за редким исключением у отдельно взятых зарубежных компаний – 4 года).

Кроме того, одним из значимых критериев владения прибором в последнее время стала возможность имитационной поверки, которая из рассматриваемых моделей расходомеров реализована в полном объеме только у термомассового. При этом во время имитационной поверки поверяется основной измерительный канал расходомера (канал температуры), что позволяет заказчику в полной мере оценить работоспособность прибора. Вихревой метод также имеет возможность имитационной поверки, изложенной в методике поверки. Для кориолисовых расходомеров возможность имитационной поверки отсутствует.

В части покупной цены оборудования КИПиА – первоначальные затраты на приобретение   вихревого расходомера, даже в совокупности с датчиками давления и температуры, для измерения массового расхода будут значительно ниже покупной цены кориолисового расходомера.

Соотношение технических особенностей расходомеров по результатам проведенного обзора выглядит следующим образом: наиболее оптимальными способами измерения массового расхода являются кориолисовый и термо­анемометрический методы. В этом случае следует признать, что вихревой метод является адаптированным.

Таким образом, сделать однозначное заключение, лежащее в основе потребительского спроса, о явных преимуществах какого­либо из методов измерения или приборов, основанных на вихревом, кориолисовом и термо­анемометрическом способах, затруднительно. Поэтому производители предлагают потребителям всевозможные опции, которые не являются существенным отличием в своем классе оборудования, но создают удобство их использования и решают второстепенные задачи.

 

NGS3(32) 2018


Категория статьи: Метрология

К содержанию журнала
«Нефть и Газ Сибири» №3(32) 2018 г.
Справочник отраслевых организаций
Яндекс.Метрика