Вихрови разходомери

Част II. Монтажни специфики, предимства и недостатъци на уредите

 а да се постигнат оптималните метрологични характеристики на вихровите разходомери, е необходимо да се спазват определени правила при монтажа и експлоатацията им. Както бе посочено в първата част, линейният обхват на разходомера се постига при число на Рейнолдс в измервателното устройство между 20 000 и 7 000 000 (фиг. 1). Минималната му стойност би могла да бъде 4000, което е и условието за завихряне.

Ламинарен поток преди разходомера
За да се избегнат паразитни завихрения в устройството и грешки, е необходимо потокът в тръбопровода преди разходомера да е ламинарен. Това се постига при малки числа на Рейнолдс, характерни за които са вискозните сили. Движението на флуида е с равномерна скорост, а токовите линии са успоредни. Местните съпротивления и регулатори създават турбулентни движения на флуида, характеризиращи се с вихри, водовъртежи и други флуктоации на потока, а числото на Рейнолдс е по-високо от граничната стойност. Разликата, която се получава при измерване на турболентен и ламинарен поток, може да се илюстрира чрез скоростния профил на потока (фиг. 2).

Външен и вътрешен монтаж
Стандартният начин за монтаж на разходомерите е с външен монтаж, на фланци. Съществува и по-малко разпространено изпълнение на вихров разходомер за вътрешен монтаж в тръбопровода (фиг. 3). Реализира се през малък отвор, предварително подготвен за присъединяване на резба или с фланец. Това изпълнение е подходящо, когато технически е невъзможно да се монтира друг тип, например при големи размери на тръбопроводите. В подобни приложения е невъзможно монтирането на разходомера по стандартен начин или това би било твърде скъпо. Разходомерът би могъл да бъде снабден с механизъм за монтаж и демонтаж под налягане (фиг. 4), без прекъсване на процеса, като за тази цел се използва предварително монтиран на тръбопровода пълнопроходен кран.
Измервателното устройство на вихровия разходомер се разполага по средата на тръбопровода и измерва локалната скорост на потока. Основно изискване е да се осигури успоредно ориентиране на измервателното устройство спрямо оста на тръбопровода. Измерената от сензора стойност се използва за изчисляване на средната скорост и обемния разход през тръбопровода.

Прави участъци преди и след вихрови разходомери
Сред основните изисквания е да се осигурят прави участъци - преди и след измервателното устройство. Необходимо е да се има предвид, че това е много важно изискване за вихровите разходомери. Минималното разстояние от коляно или редуцир вентил до измервателното устройството следва да е от 15 - 20 пъти DN (фиг. 5.1) на тръбопровода. Ако колената са две последователни, на 90 градуса, минималното разстояние трябва да е 30 пъти DN (фиг. 5.2). Ако колената са в различни направления, минималният участък е от 40 до 50 пъти DN (фиг. 5.3). В случай че в линията на тръбопровода има регулиращ кран, е препоръчително разходомерът да се монтира преди крана. Ако това не е възможно, разстоянието следва да е минимум 50 пъти DN.
Правият участък след устройството трябва да е минимум (5 - 6).DN, като изискването се отнася за колена, редуцири, кранове, термоджобове и пробоотборни точки. За оптимален се приема вариант, при който вихровият разходомер е с фабрични пробоотборни точки за налягане и вграден термоелемент за корекция по температура.
За да се намалят разстоянията пред измервателното устройство, съществува възможност да се монтира изправител на потока, наричан още струеизправител (фиг. 7). Това устройство представлява диск с определена дебелина и равномерно разпробити кръгли отвори.
В този случай е необходимо да се предвидят допълнителните хидравлични загуби в тръбопровода от внасянето на струеизправител в линията. Те могат да се изчислят по следната формула Dp [mbar] = 0.0085.r [kg/m2].v2 [m/s], където Dp е падът на налягане, r - плътността на флуида, а v - скоростта на потока.

Равнопроходно свързване и измерване на горещи флуиди
Друго съществено изискване при вихровите разходомери е т.нар. равнопроходно свързване на разходомера с тръбопровода (фиг. 8). Използваните уплътнения също трябва да съответстват на външния и вътрешния размер на разходомера. При монтажа е задължително центроването на фланците, уплътненията и измервателното тяло. Известно е, че децентроването на основните монтажни елементи би довело до повишаване грешката при измерване.
Ако уредът ще измерва пари или други горещи флуиди, термоизолацията следва да се изпълни в пълно съответствие с инструкциите на производителя, за да се избегне прегряване на измервателното устройство и трансмитера. Неизолираните части служат за отвеждане на топлината от тялото. При монтаж на уреда в хоризонтални тръбопроводи с високи температури на флуида се препоръчва електронният блок (трансмитера) на разходомера да се разположи под тръбопровода, за да не се загрява и конвективно.

Изисквания към ориентацията на монтаж
Съществено изискване, свързано с монтажа на разходомери, е избраната ориентация. По принцип вихровите уреди могат да се монтират на тръбопровода във всякаква позиция, като се спазват някои основни изисквания.
При измерване на течности във вертикални тръбопроводи, посоката на протичане (фиг. 9.1) следва да е отдолу нагоре. Целта е да се избегне частичното запълване на тръбопровода. При хоризонтален монтаж (фиг. 9.2) е препоръчително уредът да не се монтира в най-високата точка на тръбопровода, за да се избегне задържането на газове и необходимостта от периодично обезвъздушаване.
На тръбопроводи за газове и пара (фиг. 9.3) разходомерът се монтира над оста - в най-високия участък, за да се избегне възможното задържане на конденз.

Преимущества на вихрови разходомери
l Висока точност, която не се влияе от температурата и налягането на измервания флуид. Водещите производители на вихрови разходомери осигуряват точност на произвежданите модели, както следва: за течности, под ±0,75 % от стойността при Re > 20 000 (скорост 0,4 - 10m/s) и ±1% при 4000< Re < 20 000; за газове и пара, под ±1% от стойността при Re > 20 000 (скорост 2 - 80m/s) и под ±1% от обхвата при 4000< Re < 20000.
l Опростена конструкция. Отсъствието на движещи се части в конструкцията на разходомера го прави лесен за поддръжка и експлоатация;
l Работа в широк температурен обхват на процесната променлива, обикновено от -200 до 400 °С. По тази причина вихровите разходомери намират широко приложение при измерване на пара и други високо или нискотемпературни флуиди;
l Вихровите разходомери осигуряват аналогов сигнал за моментната стойност на процесната характеристика и дискретен сигнал в схема с отворен колектор, подходяща за интегриране на разхода във вторичен уред;
l Сред предимствата на уредите е и възможността за захранване по двупроводна схема. За потенциално експлозивни зони изпълнението на линията и уреда следва да е ia;
l Съществува и възможност за резервирано изпълнение при използване в системи за безопасност;
l Някои модели вихрови разходомери разполагат с интегрирани датчици за корекция по температура и налягане.

Недостатъци на вихровите разходомери
Счита се, че вихровият разходомер не е подходящ за измерване на:
l Нееднородни флуиди;
l Флуиди, съдържащи абразивни или склонни към отлагане примеси;
l Флуиди с променлив и висок динамичен в