14-7. Методические указания по измерению расхода жидкостей, газов и пара расходомерами с сужающим устройством

Общие указания. Стандартные сужающие устройства могут применяться в комплекте с дифманометрами для измерения расхода и количества жидкостей, газов и пара в круглых горизонтальных, вертикальных и наклонных трубопроводах диаметром не менее на основании, расчета без индивидуальной градуировки при соблюдении требований Правил 28-64 [61].

Точность измерения расхода вещества по перепаду давления в сужающем устройстве зависит не только от типа выбранного сужающего устройства и дифманометра, а в равной мере и от соблюдения ряда условий, рассматриваемых ниже.

Необходимо, чтобы измеряемое вещество заполняло все поперечное сечение трубопровода перед сужающим устройством и за ним. Пар должен быть перегретым. Поток в трубопроводе является или может быть практически принят установившимся. Фазовое состояние вещества не изменяется при прохождении через сужающее устройство (например, растворенные в жидкости газы не выделяются, водяной пар остается перегретым, жидкость не испаряется).

Конденсат и пыль, выделяющиеся при измерении расхода газа или пара, а также газы или осадки, выделяющиеся при измерении расхода жидкости, не скапливаются в трубопроводе вблизи сужающего устройства.

При измерении расхода вещества, вызывающего отложения на сужающем устройстве, обеспечена возможность периодической

очистки (продувки, промывки) сужающего устройства. Применение стандартных сужающих устройств для измерения расхода коллоидальных растворов допустимо в тех случаях, когда раствор по степени дисперсности и физическим свойствам мало отличается от однофазной жидкости.

При измерении расхода агрессивных жидкостей или газов, а также нефтепродуктов и активных сред необходимо дифманометры устанавливать со специальными разделительными сосудами. Для измерения расхода активных сред необходимо применять разделительные сосуды с металлическими разделительными перегородками.

Место установки дифманометров должно обеспечивать удобство обслуживания и наблюдения за их работой; дифманометры должны быть установлены по отвесу или уровню на прочных основаниях в местах, которые не подвергаются вибрациям и ударным сотрясениям (при наличии вибраций необходимо применять амортизирующие приспособления). Вторичные приборы дифманометров, как правило, устанавливаются на щитах.

Если измерение расхода ведется в условиях, при которых параметры измеряемой среды отличаются от параметров, принятых для расчета сужающего устройства и шкалы расходомера, то для получения действительного значения расхода необходимо в показания прибора ввести соответствующую поправку или по показаниям прибора произвести пересчет. Рассмотрим общий случай, когда плотность измеряемой среды отклоняется от принятого значения при расчете сужающего устройства и шкалы расходомера. В этом случае действительный расход определяется по формулам 1

где плотность измеряемой среды соответственно для расчетных и действительных условий.

В эксплуатации расходомеры необходимо периодически проверять, а также производить осмотр сужающего устройства. Рекомендуется периодически проверять герметичность вентилей, штуцеров, уплотнительных муфт и в целом соединенной линии, так как утечка через неплотность может сильно исказить показания прибора. Для нормальной эксплуатации соединительных линий необходимо вблизи дифманометра устанавливать вентили для продувки линий.

Установка сужающих устройств. При установке сужающих Устройств необходимо соблюдать ряд указанных ниже условий,

несоолюдение которых может привести к недопустимым погрешностям измерений. Место установки сужающего устройства и способы его крепления должны обеспечивать возможность периодического осмотра. При выборе места установки сужающего устройства необходимо, чтобы участки трубопровода до и после его были прямыми и цилиндрическими с круглыми сечениями. Длина этих участков должна быть такой, чтобы различные искажения потока, происходящие от его прохождения через закругления, колена, вентили и т. п., смогли вполне сгладиться. При этом необходимо иметь в виду, что более существенное значение имеют искажения потока перед сужающим устройством и значительно меньшее — за ним.

Действительный внутренний диаметр участка трубопровода перед сужающим устройством необходимо определять как среднее арифметическое значение результатов измерений в двух поперечных сечениях. Первое сечение берется непосредственно у входа в сужающее устройство, а второе — на расстоянии от него. Измерения должны производиться в каждом из этих сечений не менее чем в четырех диаметральных направлениях. Результаты отдельных измерений не должны отличаться от среднего значения более чем на

0,3%. Внутренний диаметр участка трубопровода на длине за сужающим устройством может отличаться от внутреннего диаметра участка трубопровода перед сужающим устройством не более чем на ±2%. Измеренный действительный внутренний диаметр трубопровода должен быть равен диаметру принятому для расчета сужающего устройства и шкалы расходомера.

Необходимые наименьшие длины прямых участков трубопровода постоянного диаметра перед сужающим устройством для наиболее часто встречающихся случаев их установки приведены на рис. 14-7-1.

Задвижки и вентили, установленные до сужающего устройства, особенно открытые не полностью, вызывают значительное возмущение потока. Поэтому сужающее устройство рекомендуется устанавливать до регулировочной задвижки или вентиля. Если они будут находиться перед сужающим устройством, то измерение можно считать надежным при условии, что длина участка составляет не менее

Необходимые наименьшие длины 12 прямого участка трубопровода за сужающим устройством приведены на рис. 14-7-2. Для диафрагм и сопл длина 12 отсчитывается от входного их торца, а для сопла Вентури — от его выходного торца.

Внутренняя поверхность трубопровода перед и за сужающим устройством не должна иметь каких-либо уступов, а также заметных невооруженным глазом наростов и неровностей от заклепок, сварных швов и т. п.

При установке сужающих устройств во фланцевом соединении трубопровода необходимо обращать особое внимание на плотность соединений, а также следить за правильной установкой сужающих устройств по отношению к направлению потока. При этом

(кликните для просмотра скана)

правильность установки должна быть проверена по стрелке, выбитой на внешней поверхности камеры. Уплотнительные прокладки между сужающим устройством и фланцами не должны выступать во внутреннюю полость трубопровода. Смещение оси отверстия сужающего устройства относительно оси трубопровода не должно превышать допускаемых значений, указываемых в [61].

Для уменьшения необходимых длин прямых участков трубопровода в случаях, если имеется неравномерное движение потока, применяют различного рода струевыпрямители. Однако следует указать, что установка их целесообразна только после местных сопротивлений, создающих вихревой поток (например, группа колен в разных плоскостях). Из числа применяемых струевыпрямителёй наибольшее внимание заслуживают трубчатый и пластинчатый струевыпрямители [59].

Рис. 14-7-2. Необходимые наименьшие длины прямых участков трубопровода за сужающим устройством.

Длина прямого участка трубопровода до или после сужающего устройства может быть сокращена вдвое по сравнению с длинами указанными на рис. 14-7-1, 14-7-2. При этом необходимо иметь в виду, что от указанного сокращения длины прямого участка трубопровода возникает дополнительная погрешность измерения расхода, равная 0,5%. В этом случае рекомендуется применять сужающие устройства с кольцевыми камерами для отбора давлений.

Если перепад давлений в сужающем устройстве измеряют через кольцевые камеры, то длина прямого участка трубопровода может быть сокращена в три раза по сравнению с длинами, указанными на рис. 14-7-1. В этом случае будет возникать дополнительная погрешность измерения расхода, равная 1%.

Следует указать, что сокращенная длина перед сужающим устройством в любом случае не должна быть менее

Как будет показано ниже, дополнительная погрешность от сокращения длины прямого участка трубопровода учитывается при определении погрешности измерения расхода.

Схемы соединительных линий при измерении расхода жидкостей, газов и пара. Ниже будут даны общие методические указания по построению схем соединительных линий и их прокладке при измерении расхода жидкостей, газов и пара расходомерами с сужающим устройством. Кроме того, будут рассмотрены наиболее распространенные варианты взаимного расположения сужающего устройства, вспомогательных приспособлений и дифманометров при измерении расхода указанных сред.

Длину соединительных линий необходимо выполнять такой, чтобы температура вещества, поступающего в дифманометр, была равна температуре окружающего воздуха. При этом желательно,

чтобы длина линии не превышала Допускается наибольшая длина соединительных линий до 50 до. Необходимо иметь в виду, что динамическая погрешность, которую может вносить дифманометр при измерении нестационарного расхода вещества, в значительной мере зависит от длины и диаметра соединительных линий [5, 59]. В каждом отдельном случае длина соединительных линий должна выполняться также с учетом рекомендаций, даваемых в заводской инструкции по монтажу и эксплуатации дифманометров и сужающих устройств.

Внутренний диаметр соединительных линий должен быть не менее а внутренний диаметр труб, соединяющих кольцевые камеры или отдельные отверстия сужающего устройства с уравнительными или разделительными сосудами, — не менее

Рис. 14-7-3. Расположение четырех пар отверстий для отборов давлений в кольцевых камерах сужающего устройства в патрубках со сварным соединением при измерении расхода воды (а и в) и пара (б и в).

При измерении расхода вещества, находящегося под низким давлением, для выполнения соединительных линий следует применять трубы с большим диаметром. Соединительные линии должны прокладываться по кратчайшему расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтали не менее Изгибы труб линий должны выполняться плавными. Соединительные линии должны быть герметичными. Кроме того, соединительные линии должны быть защищены от действия внешних источников тепла или холода.

Вентили, устанавливаемые в соединительных линиях, должны быть прямоточными, а площадь сечения проходного их отверстия Должна быть не менее площади сечения труб. Установка вентилей в трубах, соединяющих уравнительные сосуды с кольцевыми камерами или отдельными отверстиями сужающего устройства, не допускается.

К одному сужающему устройству может быть подключено несколько дифманометров. При этом каждый дифманометр должен иметь независимые друг от друга соединительные линии,

присоединяемые к отдельным отверстиям в кольцевых камерах сужающего устройства. В качестве примера на рис. 14-7-3 показано расположение четырех пар отверстий в кольцевых камерах сужающего устройства для отбора давлений при измерении расхода воды и пара в горизонтальном и вертикальном трубопроводах.

При измерении расхода жидкости дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства (рис. 14-7-4,а).

Рис. 14-7-4. Схема соединительных линий при измерении расхода жидкости с расположением дифманометра ниже (а) и выше (б) сужающего устройства. 1 — сужающее устройство; 2 — запорный вентиль; 3 — продувочный вентиль (устанавливается при необходимости); 4 — продувочный вентиль соединительной линии; 5 — дифманометр; 6 — отстойный сосуд с продувочным рентилем (устанавливается при необходимости); 7 — газосборник с вентилем для продувки.

Такой способ установки дифманометра по отношению к сужающему устройству исключает при измерении расхода возможность попадания газа, который может выделиться из протекающей жидкости в трубопроводе, в соединительные линии и прибор. При прокладке соединительных линий они должны иметь на всем протяжении уклон в одну сторону.

Для горизонтальных и наклонных трубопроводов соединительные линии должны подключаться к нижней половине сужающего устройства под углом . В верхней половине и в нижней части сужающего устройства соединительные линии подключать не рекомендуется, так как в первом случае в соединительные линйи может поступать газ в процессе измерения, а во втором случае — осадки,

Если дифманометр будет установлен выше сужающего устройства, то в наивысших точках соединительных линий необходимо установить газосборники с вентилями для продувки Газосборники с продувочными вентилями устанавливаются во всех случаях, когда в силу тех или иных условий прокладки соединительных линий образуются высокорасположенные отдельные участки линий, в которых могут скапливаться газы.

Рис. 14-7-5. Соединение сужающего устройства с уравнительными сосудами при температуре измеряемой жидкости 4 свыше 120°С. а — горизонтальный трубопровод; б - вертикальный трубопровод.

Газосборники с вентилями для продувки устанавливаются также во всех наивысших точках соединительных линий в случаях невозможности выполнения одностороннего уклона, например, при обходе всевозможных препятствий (стен, трубопроводов и т. п.).

Для уменьшения возможности поступления газа из трубопровода в соединительные линии при установке дифманометра выше сужающего устройства трубки вблизи последнего прокладываются с -образным изгибом, опускающимся ниже трубопровода не менее чем на

При измерении расхода горячих жидкостей необходимо обеспечивать равенство температур жидкости в обеих соединительных линиях, так как в противном случае не будет иметь место равенство плотностей жидкости в трубках и возникнет дополнительная погрешность. Эта погрешность будет тем больше, чем больше объем «плюсовой» камеры дифманометра. Поэтому при применении для измерения горячих жидкостей поплавковых, кольцевых и сильфонных (за исключением сильфонных с силовой компенсацией) дифманометров необходимо в соединительные линии включать Уравнительные сосуды, которые обеспечат равенство плотностей жидкости в линиях, соединяющих сосуды с прибором. Объем внутренней полости каждого сосуда должен быть не менее объема жидкости, перетекающей из уравнительного сосуда в дифманометр при изменении его показаний от нуля до верхнего предела измерения. При этом площадь поперечного сечения уравнительного сосуда Должна быть не менее площади «плюсовой» камеры дифманометра.

Устройство уравнительных сосудов, а также и их расположение должны обеспечивать удаление газов (воздуха) из сосудов.

Включение уравнительных сосудов в соединительные линии производится по схемам, показанным на рис. 14-7-5, При этом для наклонных и вертикальных трубопроводов трубы, соединяющие сосуд с сужающим устройством, должны располагаться на одном уровне, соответствующем нижнему отверстию для отбора давления в сужающем устройстве.

Рис. 14-7-6. Схема соединительных линий при измерении расхода пара с установкой дифманометра ниже (а) и выше (б) сужающего устройства. 1 — сужающее устройство; 2 — уравнительный сосуд; 3 — запорный вентиль; 4 — продувочный вентиль; 5 — дифманометр; 6 — газосбориик с вентилем для продувки.

Трубу, соединяющую сосуд с верхним отверстием сужающего устройства, необходимо теплоизолировать.

При измерении расхода пара необходимо обеспечить постоянство и одинаковость верхних уровней конденсата в обеих соединительных линиях. Это достигается посредством включения в линии в непосредственной близости от сужающего устройства уравнительных сосудов (рис. 14-7-6). При измерении расхода в вертикальных и наклонных паропроводах боковые отверстия в уравнительных сосудах должны располагаться в плоскости верхнего отверстия для отбора давления в сужающем устройстве. Трубы, соединяющие отверстия для отбора давлений в сужающем устройстве с уравнительными сосудами, на участках вблизи сосудов должны располагаться горизонтально и на одном уровне. При этом необходимо эти трубы покрывать теплоизоляцией.

Для того чтобы можно было пренебречь дополнительной погрешностью при измерении расхода пара, которая может возникнуть из-за разности уровней конденсата в сосудах при быстром изменении расхода, уравнительные сосуды должны иметь достаточные размеры.

Для поплавковых, кольцевых и сильфонных дифманометров площадь поперечного сечения в уравнительного сосуда должна удовлетворять условию [61]:

где плотность воды и пара при температуре насыщения, соответствующей рабочему давлению в паропроводе, объем «плюсовой» камеры дифманометра, предельный номинальный перепад давления,

При измерении расхода пара дифманометр рекомендуется располагать ниже сужающего устройства и ниже уравнительных сосудов (рис. 14-7-6,а). Такой способ взаимного расположения сужающего устройства и дифманометра облегчает удаление воздуха из соединительных линий.

Если дифманометр при измерении расхода пара располагается выше сужающего устройства, то в наивысшей точке соединительных линий следует установить, так же как и при измерении расхода воды, газосборники с вентилями для продувки (рис. 14-7-6, б). Кроме того, необходимо прокладывать соединительные линий по выходе из уравнительных сосудов с -образным изгибом, опускающимся вниз ниже паропровода не менее чем на

При измерении расхода газа дифманометр следует устанавливать выше сужающего устройства, чтобы конденсат, образовавшийся в соединительных линиях, мог бы стекать в трубопровод (рис. 14-7-7). К сужающему устройству, установленному в горизонтальном или наклонном трубопроводе, соединительные линии следует присоединять к верхней половине его. Это исключает возможность попадания конденсата в соединительные линии из трубопровода. Прокладку соединительных линий желательно производить вертикально, но если дифманометр устанавливается не непосредственно над сужающим устройством, то соединительные линии следует прокладывать с уклоном, достаточным для стекания конденсата в трубопровод.

Если обеспечить односторонний уклон соединительных линий по всей их длине невозможно, последние должны быть снабжены коленами и в низших точках этих колен должны быть установлены сборники конденсата с вентилями для продувки. Кроме того, при измерении расхода горячих газов следует обеспечивать одинаковую температуру в обеих соединительных линиях.

Соединительные линии не рекомендуется прокладывать вблизи горячих поверхностей печей, трубопроводов и т. д. Если этого избежать нельзя, то обе соединительные линии следует покрыть теплоизоляцией,

В случае расположения дифманометра ниже сужающего устройства рекомендуется опускать соединительные линии до точки, лежащей ниже дифманометра, где необходимо устанавливать сборники конденсата с вентилями для продувки (рис. 14-7-7, б).

Соединительные линии с разделительными сосудами. Если при измерении расхода среды ее свойства или условия эксплуатации не позволяют присоединять дифманометр к сужающему устройству указанными выше способами, то в соединительные линии включают разделительные сосуды. Разделительные сосуды должны устанавливаться в соединительных линиях как можно ближе к сужающему устройству.

Рис. 14-7-7. Схема соединительных линий при измерении расхода газа с установкой дифманометра выше (а) и ниже (б) сужающего устройства. 1 — сужающее устройство; 2 — продувочный вентиль (устанавливается при необходимости); 3 — запорный вентиль; 4 — вентиль для продувки линии; 5 — дифманометр; 6 — продувочный вентиль дополнительный; 7 — отстойный сосуд с продувочным вентилем.

На рис. 14-7-8, а показана схема соединительных линий с разделительными сосудами при измерении расхода жидкости, плотность которой меньше плотности разделительной жидкости, а на рис. 14-7-8, б - при измерении расхода жидкости, плотность Которой больше плотности разделительной жидкости.

На рис. 14-7-9 показана схема соединительных линий с разделительными сосудами при измерении расхода газа. На этой схеме дифманометр расположен ниже сужающего устройства; дифманометр можно установить и выше сужающего устройства.

Уровни разделительной жидкости в сосудах должны быть одинаковыми при нулевом перепаде давления. Разделительную жидкость

необходимо подбирать таким образом, чтобы она химически не взаимодействовала с измеряемой средой, не смешивалась с ней, а также не давала отложений и не воздействовала на материал разделительных сосудов, соединительных линий и внутренней полости дифманометра.

В качестве разделительной жидкости применяют воду, легкие минеральные масла, глицерин, водоглицериновые смеси, дибутил-фталат, этиленгликоль, водоэтиленгликолевые смеси и другие жидкости.

Рис. 14-7-8. Схема соединительных линий с разделительными сосудами при измерении расхода жидкости, плотность которой меньше (а) и больше (б) плотности разделительной жидкости. 1 - сужающее устройство; 2 — запорный вентиль; 3 — разделительный сосуд; 4 — контрольный вентиль; 5 — вспомогательный вентиль; 6 — продувочный вентиль; 7 — дифманометр; 8 — газосборник с вентилем для продувки.

Применение разделительных сосудов вследствие изменений уровней жидкости в них при колебаниях перепада давления связано с возникновением дополнительной погрешности в измерении расхода. Для снижения этой погрешности диаметр, вертикальных разделительных сосудов согласно Правилам 28-64 [61] должен удовлетворять следующим условиям:

Для поплавковых дифманометров

где внутренний диаметр соответственно поплавкового и сменного сосуда дифманометра, плотность

разделительной жидкости при давлении и температуре разделительных сосудов, плотность измеряемой среды при давлении и температуре разделительных сосудов, плотность рабочей жидкости дифманометра,

Для кольцевых дифманометров

где площадь радиального сечения кольца дифманометра,

Рис. 14-7-9. Схема соединительных линий с разделительными сосудами при измерении расхода газа. 1 — сужающее устройство; 2 — запорный вентиль; 3 — разделительный сосуд; 4 — контрольный вентиль; 5 — вспомогательный вентиль; 6 — продувочный вентиль; 7 — дифманометр.

Для сильфонного дифманометра (без силовой компенсации)

где эффективный диаметр сильфона, предельный номинальный перепад давления дифманометра, — перемещение дна сильфона, соответствующее верхнему пределу измерений дифманометра,

Знак перед скобкой под корнем в приведенных выше неравенствах принимается таким, чтобы значение числителя дроби было положительным.

При измерении расхода мембранными дифманометрами и сильфонными дифманометрами с силовой компенсацией влияние разделительных сосудов пренебрежимо мало.