Eлектромагнитни разходомери
Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 5, 2009
Видове, използвани материали, присъединяване, монтажни специфики
В предишен материал, посветен на електромагнитните разходомери, обърнахме специално внимание на конструкцията и метрологичните им характеристики. Подчертахме, че наричаните още магнитоиндуктивни или само магнитни разходомери са най-масово използваните. Причината е във високата им точност и надеждност, устойчивостта им на агресивни или абразивни среди, опростената конструкция - без подвижни части, и много др. В статията бе подчертано, че за момента не съществува друг тип разходомер, намиращ се в серийно производство, който е с толкова широки граници на използваните размери. Предлагат се електромагнитни разходомери от Ф3 мм до Ф3000 мм, с които се измерват дебити приблизително от 1 l/h до 100 000 m3/h.
Компактни и съставни ЕМР
Според общото изпълнение на измервателния прибор електромагнитните разходомери (ЕМР) са два вида – компактни и съставни. При компактната версия уредът е решен като обща конструкция. Вторият вид включва т.нар. съставни разходомери - на английски remote version и separate version, които се състоят от две части – едната се монтира на тръбопровода и съдържа измервателната тръба с бобините, електродите и клемната кутия за присъединяване на кабелите. Често се нарича измервателна част. Другата представлява електронен блок, често наричан трансмитер (б.ред. от transmitter) или преобразувател (от converter). Тя се свързва със специален кабел към измервателната част. По този кабел електронният блок подава необходимия ток за бобините и получава измереното напрежение Ue. Също така той разполага и с допълнителни жила за зануляване. Кабелът е изпълнен със специални екранировки и обикновено се доставя от производителя на разходомера. Предимство на съставния тип разходомер е изнасянето на електронния блок на разстояние от процесния тръбопровод (до 10 метра), което създава удобство както с оглед местна индикация, така и с цел промяна на параметрите на разходомера. Друго преимущество на този тип ЕМР е възможността електронният блок да бъде изнесен в безопасно помещение (например, когато измерваната среда е взривоопасна). И при двата типа разходомери свързването на захранващите и сигналните (или комуникационните) кабели се извършва в електронния блок. Разбира се, за един и същи модел ЕМР, съставната му винаги е по-скъпа и има по-усложнен монтаж.
Разходомери, тип сонда
В предишната статия, посветена на електромагнитните разходомери, бе споменато за моделите, тип сонда (insertion type). Те работят на същия принцип като останалите ЕМР с разликата, че в сондата (монтирана в процесния тръбопровод) са интегрирани бобините и електродите (фиг. 1). Сондата е с диаметър от порядъка та 25 - 30 мм и дължина около 200 мм. Близо до челната й повърхност са монтирани двете бобини, създаващи магнитно поле в процесната течност. Сигналното напрежение Ue се снема от електроди, изведени на челната повърхност на сондата, които имат електрически контакт с течността.
Този тип разходомери се отличават с много голяма универсалност – един и същ прибор може да се използва за тръбопроводи с размери от DN50 до DN2000, а някои версии и за открити канали или незапълнени тръбопроводи. Освен с по-ниската си цена, уредите тип сонда се отличават с бърз и лесен монтаж. На тръбопровода се заварява втулка, в която се вкарва сондата и се притяга резбово. Недостатъци на разходомерите от този тип са ниската им точност (грешка около 2%) и доста по-ненадеждната им работа. Затова ЕМР тип сонда се използват рядко, и то най-вече в неотговорни приложения. Типичен пример за използването им е във функцията на сигнализатор за разход – изходният сигнал на уреда е с две състояния.
Най-често се използва фланцево присъединяване
Както при всеки измервателен прибор, така и при ЕМР начинът за присъединяване към процеса е сред най-важните критерии за избор. Най-масово използваният начин на монтаж на електромагнитните разходомери е чрез фланцеви съединения. Вариантите са два – разходомерът се монтира на фланци или между тях (приборът се стяга между два фланеца посредством достатъчно дълги шпилки или болтове).
Друг начин на монтаж на ЕМР, популярен и у нас като тип сандвич (sandwich), е по-малко разпространен, най-вече поради малките диаметри на тръбопровода (до DN150).
Фланците на разходомера следва да бъдат подбрани не само за съответния размер и налягане (примерно DN100/PN16), но и като вид на използвания материал. Предлагат се варианти от въглеродна стомана (carbon steel) или от неръждаеми стомани (stainless steel). Ако фланците са от въглеродна стомана трябва да се избере и подходящо за приложението антикорозионно покритие – обикновено е защитен слой на алуминиева/цинкова основа или на епоксидна основа (например Amerlock 400). От неръждаемите стомани най-често използвани са стомана тип 1.4404 (316L) или 1.4751 (316Ti), които се отличават с много висока корозионна устойчивост.
Освен присъединяване на или между фланци се предлагат и други възможности за свързване на ЕМР към процеса – присъединяване на заварка, чрез използване на специални щуцери за връзка с гъвкав тръбопровод (маркуч), чрез слепване (например към пластмасов тръбопровод) и много други. Те се използват по-рядко, предимно в някои специални случаи, както и за по-малки диаметри на тръбопровода.
Използвани материали за измервателната тръба
Като материал за измервателната тръба, производителите на прибори използват най-вече неръждаеми стомани - 1.4301 (304) или 1.4404 (316L). По отношение на тръбата, най-важен е изборът на вътрешно покритие на тръбата, което обикновено е с дебелина до няколко милиметра.
Основни функции на покритието са да изолира измервателната тръба от процесната течност както електрически, така и химически. От коректния избор на материалa за покритие, в много голяма степен зависи пригодността на разходомера за конкретното приложение, както и надеждната му работа. Предлаганите материали са твърда и мека гума (Hard rubber, Soft rubber), PTFE (Poly tetra fluoro ethylene, познат най-вече с търговската марка “тефлон”), PFA (perfluoroalkoxy - материал, доближаващ се като качества с PTFE, но с по-голяма здравина) и ETFE (Ethylene & Tetra-fluoro ethylene, известен още като Tefzel). Когато процесната течност съдържа абразивни частици, например пясък, е най-удачно разходомерът да бъде с керамично покритие. Най-масово използваната керамика е Al2O3, която осигурява безпроблемна експлоатация на прибора с години, но за сметка на това цената на разходомера е няколко пъти по-висока в сравнение с другите покрития.
Размерът на ЕМР никога не е по-голям от DN на тръбопровода
Следва да се има предвид, че неправилният монтаж на електромагнитните разходомери би могъл не само да влоши характеристиките им, но и да ги направи непригодни за работа.
Първото условие, което трябва да се спазва, е, че размерът на ЕМР следва винаги да е равен или по-малък от размера на тръбопровода. Недопустимо е, при никакви обстоятелства, диаметърът на разходомера да бъде по-голям от този на тръбопровода. Например, на тръбопровод с DN100 може да се инсталира прибор с DN100, DN80 или по-малък.
Специалистите, занимаващи се с автоматизация, често прилагат правилото “един размер по-надолу”, т.е. избират най-близкия по-малък от стандартния ред размери. В този случай, за монтажа на разходомера са необходими преходи (фиг. 2). Те трябва да се изработят така, че ъгълът, образуван между цилиндъра на разходомера (мисленно продължен) и околната повърхнина на пресечения конус на прехода, да е по-малък от 8°. Ограничението по отношение на максималния ъгъл налага да се използват преходи, при това удължени. Следва да се има предвид, че ползите от подобно решение са няколко. На първо място - се постига увеличаване на скоростта на потока през разходомера, а това води до намаляване на грешката при малки дебити (фиг. 3). Друго предимство е разширяването на измервателния обхват вследствие по-високата скорост. Също така се намалява вероятността от образуване на отлагания и утайки по вътрешната повърхност на разходомера.
Намаляването на размера на ЕМР в редица приложения е добър начин за удовлетворяване на съществуващите изисквания по отношение на правите участъци (преди и след прибора), тъй като участъкът преди разходомера ще бъде 5 пъти d, а не 5 пъти D (фиг.2).
Друго предимство на редукцията е, че разходомерите с по-малък диаметър са с по-ниска цена, по-малки размери и тегло, а следователно и по-лесен монтаж/демонтаж.
Като недостатък на решението с редукцията на размера трябва да се посочи загубата на налягане, която вече е налице. На фиг. 4 са дадени графики за различни скорости и съответните падове на налягането, които се наблюдават.
Нека разгледаме следния пример – на тръбопровод DN250 ще се инсталира разходомер DN200. Следователно по графиката на фиг. 4 се отчита, че за скорост от 8m/s и d/D = 200/250 = 0,8 загубата на налягане ще е около 23 mbar (или 0,023 bar), като в повечето случаи тя е пренебрежимо по-малка.
Статията продължава в следващия брой на сп. Инженеринг ревю с други изисквания при монтажа на електромагнитните разходомери, използвани електроди и специфики на електронния блок.
Вижте още от Автоматизация
Новият брой 5/2024
