книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

Мультипликаторы рекомендуется применять для целей авто­ матического регулирования, когда не так важно абсолютное зна­ чение расхода, а важно изменение этой величины по отношению к другой заданной величине. Мультипликаторы также необходи-

172

Г л а в а 6

СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА РАСХОДОМЕРОВ

СДИФМАНОМЕТРАМИ

6.1.СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ ТРУБКИ

Сужающее устройство (или другой преобразователь расходомера переменного перепада давления) соединяется с дифференциальным манометром двумя импульсными (соединительными) трубками.

В большинстве случаев диаметр трубок выбирают в пределах от 8 до 13 мм (чаще всего 10-12 мм). Меньшие диаметры неже­ лательны из-за опасности засорения трубок и образования в них воздушных пузырей или водяных пробок. С увеличением же диа­ метров возрастает расход материала и проводка становится гро­ моздкой, а при измерении расхода газа происходит и запаздывание показаний. Но с увеличением длины трубок, а также вязкости и загрязненности измеряемой среды ИСО рекомендует [12] увеличи­ вать диаметр трубок (табл. 26).

Длину соединительных трубок желательно выбирать возможно меньше. При этом возрастают надежность проводки и быстродей­ ствие расходомера. Так, ИСО рекомендуют иметь эту длину не бо­ лее 16 м, но нет запрета на применение и более длинных трубок.

Материал для изготовления трубок должен выдерживать дав­ ление измеряемого вещества, быть антикоррозийным и по возмож­ ности удобным для монтажа. В большинстве случаев применяют стальные трубки: водогазопроводные (газовые) и бесшовные (ис­ пользуются при относительно больших давлениях). Бесшовные могут быть изготовлены из углеродистой стали, а также из низко­ легированной и высоколегированной. Более удобны для монтажа красномедные трубки из-за их гибкости в отожженном состоянии. Они применимы при измерении расхода пара, воды, сухого и влаж­ ного воздуха. Но вследствие дефицита цветных металлов их при­ меняют лишь в особых случаях, например на транспортных уста­ новках, когда возможна вибрация линии и не допустимо примене­ ние стальных трубок. В некоторых случаях находят применение трубки из латуни, алюминия и алюминиевых сплавов. Для невы-

Т а б л и ц а 26

Внутренние диаметры соединительных трубок в зависимости от их длины

174

соких давлений (до 0,6 МПа) могут применяться трубки из спе­ циальной резины и пластмасс: полиэтиленовые, поливинилхло­ ридные, винипластовые и фторопластовые. Последние пригодны для измерения расхода различных агрессивных сред при темпе­ ратурах от -196 до +250 °С [11].

При монтаже соединительных трубок надо обеспечить их гер­ метичность и возможность периодической чистки, осуществляемой в разъемных соединениях, которые обычно образуются с помощью накидных гаек. Плотность трубок проверяется в процессе специ­ альных испытаний. На концах трубок устанавливают запорные органы (желательно игольчатые вентили прямоточного типа), об­ ладающие одним и тем же сопротивлением при любом направле­ нии движения среды. Это особенно важно при измерении перемен­ ных расходов. Проходные сечения вентилей должны быть не меньше, чем сечения трубок.

Не допустимы горизонтальные участки у трубок. Последние должны иметь уклон не менее 1 : 10 или лучше 1 : 12 [12] для того, чтобы конденсат и осадки могли удаляться в ловушки или отстойники, а пузырьки газа подниматься к газосборникам или уходить в трубопровод. Эти уклоны надо увеличивать при измере­ нии расхода жидкостей более вязких, чем вода. Изгибы у трубок надо делать плавными, т. е. без прямых и острых углов, а также без вмятин. Расстояние от стен и колонн цеха должно быть не менее 25-30 мм [11]. Во избежание неодинакового нагрева или охлаждения обеих трубок их надо располагать близко друг к другу и (в случае необходимости) изолировать. Пластмассовые трубки необходимо прокладывать на расстоянии не менее 100 мм от по­ верхностей, имеющих температуру 60-100 °С. Трубки должны быть доступны для контроля и чистки.

6.2. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ПАРА

При измерении расхода пара соединительные трубки заполне­ ны конденсатом. При измерении расхода может нарушиться ра­ венство конденсатных столбов в обеих трубках за счет перемеще­ ния части конденсата в дифманометр. Во избежание этого при­ меняют уравнительные сосуды, имеющие большую площадь по­ перечного сечения. Они устанавливаются непосредственно у су­ жающего устройства.

Дифманометр желательно располагать ниже сужающего уст­ ройства (рис. 62, а) с тем, чтобы воздух, выделившийся или слу­ чайно попавший в трубки, мог уйти в паропровод. При необходи­ мости установки дифманометра выше сужающего устройства надо на самом верху поместить газосборники (рис. 62, б). При гори­ зонтальном трубопроводе давления р\ и р2 отбирают по горизон­ тальному диаметру. При вертикальном и наклонном паропрово-

175

Рис. 62. Схемы расположения уравнительных сосудов и соеди­ нительных трубок при дифманометре. находящемся: а — ниже диафрагмы; б — выше диафрагмы

де трубку, идущую от нижнего отверстия отбора, теплоизолируют, поднимают до плоскости верхнего отверстия и в одной плоскости вводят обе трубки в уравнительные сосуды. Последние бывают со стоком и без стока конденсата в паропровод [012]. Преимуще­ ственно применяют первые. Их действие тем эффективнее, чем больше горизонтальная площадь / с зеркала в сосуде и чем мень­ ше измерительный объем Уи дифманометра, т. е. тот объем, кото­ рый перемещается из одного колена в другое при изменении пе­

репада от 0 до АршахПогрешность измерения расхода 6^ % , возникающая в момент

измерения перепада от Api до Др2» определяют формулой

где рж и рп — плотности жидкости и пара в уравнительном сосу­ де соответственно.

Эта формула позволяет определить площадь горизонтального поперечного сечения сосуда /с для заданной погрешности 8^ ис­ ходя из измерительного объема Уи и предельного перепада Дртах дифманометра. Чем больше Уи и чем меньше Дртах, тем больше должна быть площадь сосуда /с.

Форма уравнительных сосудов, рекомендуемая ИСО [12], пока­ зана на рис. 63. Малый сосуд имеет длину L = 100 мм и вмести­ мость 170-250 см3, большой — длину L = 230 мм и вместимость 600-800 см3. Толщина стенки s составляет 5, 7,1 и 12,5 мм при испытательном давлении 19 и 54 МПа. Диаметры di и d2 нахо­ дятся в пределах от 12,7 до 24 мм в зависимости от давления и способов соединения концов трубки. Диаметр d3 = (8+8,7) мм.

176

Рис. 63. Уравнительные сосуды, рекомендуемые ИСО

Для дифманометров компенсационного типа, имеющих очень малую величину VH, уравнительные сосуды можно [12] заменять короткими изолированными горизонтальными трубками.

При очень высокой температуре пара для предохранения сужа­ ющего устройства от попадания холодной жидкости из трубок ИСО рекомендует непосредственно перед сужающим устройством рас­ полагать ловушку типа кармана, объем которого примерно равен объему уравнительного сосуда.

6.3. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА ВОДЫ И НЕАГРЕССИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

При измерении расхода жидкостей дифманометр желательно устанавливать ниже сужающего устройства, чтобы воздух, выде­ лившийся в соединительных трубках, мог уйти в трубопровод. Если необходимо установить дифмано­ метр выше сужающего устройства, то еще выше дифманометра надо помес­ тить сборники воздуха, а соединитель­ ные трубки, присоединяемые к сужаю­ щему устройству при горизонтальном трубопроводе в плоскости горизонталь­ ного диаметра или немного ниже, надо сперва опустить вниз на 100-200 мм и лишь затем вести их кверху. Диаметр сборников воздуха 25-60 мм, высота равна четырем диаметрам. В случае загрязнения измеряемой жидкости надо несколько ниже сужающего уст­ ройства поместить отстойные камеры.

На рис. 64. показана схема с отстойны-

Рис. 64. Схема соединений при измерении рас­ хода воды в дифманометре, находящемся выше диафрагмы:

1 — отстойные камеры: 2 — сужающее устройство: 3 — дифманометр; 4 — воздухосборник

177

12 П. П. Кремлевский

ми камерами и сборниками воздуха при дифманометре, установ­ ленном выше сужающего устройства.

В случае опасности замерзания воды в соединительных труб­ ках применяют электрический или паровой обогрев. Но при этом надо обеспечить равномерность нагрева обеих трубок и избежать испарения воды в трубках. Если температура жидкости в трубо­ проводе более 120 °С, то для обеспечения равенства плотностей жидкости в обеих соединительных трубках следует установить уравнительные сосуды (как и при измерении расхода пара).

6.4. УСТРОЙСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ РАСХОДА АГРЕССИВНЫХ И ВЯЗКИХ ЖИДКОСТЕЙ

При измерении расхода агрессивных и вязких жидкостей надо предотвратить их проникновение в соединительные трубки и дифманометр. Для этого применяют сосуды с разделительными жид­ костями, вялые мембраны (но не для вязких жидкостей) и непре­ рывно продувают или промывают соединительные трубки.

Разделительные сосуды с разделительными жидкостями. Этот метод защиты от агрессивных и вязких жидкостей наиболее рас­ пространен. Для его применения необходима разделительная жид­ кость, которая не должна смешиваться или взаимодействовать с измеряемой жидкостью и манометрической жидкостью дифманометра. Она не должна быть вязкой при температуре среды, окружа­ ющей соединительные трубки и дифманометр, и быть нейтральной по отношению к материалам, из которых они изготовлены. В каче­ стве разделительных жидкостей применяют: глицерин, водоглице­ риновые смеси, дибутилфталат, этиловый спирт, этиленгликоль, водоэтиленгликолевые смеси и др. Хорошо себя зарекомендовали при измерении расхода сильных кислот, щелочей, окислителей и вос­ становителей фтороуглеродистые жидкости Б-1 и М-1, имеющие температуру застывания -17 °С и -14 °С и вязкость при 20 °С от 1,5 •10“5 до 3,5 •1СГ5 м2/с и от 5 •1(Г5 до 11 •10“5 м*/с соответ­ ственно. Плотность этих жидкостей 2000 кг/м3. Они диэлектри­ ки и не взаимодействуют с металлами. Их можно применять,

вчастности, для измерения расхода хромовой кислоты, дымящей­ ся азотной кислоты, перманганата калия, перекиси водорода, га­ логенов и концентрированной серной кислоты до 200 °С.

Для измерения расхода вязких и коксующихся веществ (гуд­ рона, битума, рециркулянта), подаваемых поршневыми насосами,

вработе [10] рекомендуется заполнять сосуды чистым диэтилен­ гликолем, а в соединительные трубки ставить гасители пульса­

ций (капилляры) и применять компенсационные дифманометры, имеющие ничтожный измерительный объем.

Разделительной жидкостью заполняют дифманометр, соедини­ тельные трубки и половину объема разделительных сосудов, уста­ навливаемых около сужающего устройства (рис. 65). В остальной

178

Рис. 65. Схема расположения разделительных сосудов и соединитель­ ных трубок: а — разделительная жидкость тяжелее измеряемой; б — разделительная жидкость легче измеряемой;

1 — сужающее устройство; 2 — вентиль; 3 и 8 — уравнительные вентили; 4 — раздели­ тельный сосуд; 5 — измеряемая жидкость; б — разделительная жидкость; 7 — конт­ рольный вентиль; 9 — запорный вентиль; 10 — дифманометр; 11 — соединительная трубка при верхнем расположении дифманометра

части этих сосудов находится измеряемая жидкость, передающая давление р\ и Р2 в дифманометр через разделительную жидкость. Если плотность разделительной жидкости рр больше плотности из­ меряемой, то она заполняет нижние половины сосудов (рис. 65, а), в противном же случае — верхние (рис. 65, б).

При применении разделительных сосудов появляется система­ тическая погрешность измерения расхода 8д (% ) из-за разности плотностей рр и ри, определяемая уравнением

(Рр Рu)g

8,, = -400

Пdl APmax

где Уи — измерительный объем дифманометра; dc — диаметр разделительного сосуда; Артах — предельный перепад дифмано­ метра.

Для учета этой погрешности надо в показания расходомера вво­ дить поправку 8д или же рассчитывать сужающее устройство не на перепад Артах, а на перепад Дрр, определяемый формулой

АРр = АРтах ®^и(Рр ~~ Ри)£ / ndc *

179

12*

Рис. 67. Труба Вентури с защитными резиновыми раздели­ тельными элементами

Непрерывная продувка или промывка соединительных тру­ бок. Данный способ защиты заключается [14] в непрерывной по­ даче в соединительные трубки воздуха (при продувке) или воды (при промывке) от постороннего источника, давление которого выше, чем давление в трубках.

На рис. 68 изображена схема устройства для защиты дифманометра посредством непрерывной продувки трубок воздухом. По линии 1 воздух от небольшого компрессора или от сети сжатого воздуха проходит через регулировочные игольчатые вентили 2 и указатели расхода воздуха 7, заполняет трубки 3 и 4, а затем выходит в производственный трубопровод 6 в точках отбора дав­ лений pi и р2 (точки а). Дифманометр следует устанавливать выше сужающего устройства 5, необходимо иметь наклон трубок 4 в сторону последнего для удаления влаги и конденсата из воздуха. Чтобы разность давлений в точках б, измеряемая дифманометром, равнялась разности давлений р\ - Р2>надо иметь одинаковое паде­ ние давлений в обеих трубках на участках б—а, а для этого требу­ ется равенство скоростей воздуха в них, что достигается с помо­ щью регулировочных вентилей 2 и указателей расхода 3. Чтобы нарушение равенства скоростей продувки при изменении расхода измеряемого вещества и изменении pi - Р2 было пренебрежимо ма­ лым, надо иметь сопротивление вентилей 2 с участками трубок в—б во много раз больше, чем сопротивление участков трубок б—а.

Чем меньше расход воздуха на продувку, тем точнее разность давлений в точках б соответствует разности давленийpi ~Р2>но при этом увеличивается запаздывание показаний дифманометра с умень­ шением расхода измеряемого вещества. Для снижения запаздыва­ ния желательно иметь небольшие диаметры и длины как соедини­ тельных, так и воздушных трубок, но не нужно уменьшать проход­ ные сечения на участках б—а. При измерении установившихся и маломеняющихся расходов расход воздуха на продувку каждой труб-

181