OPTISWIRL 4200 со встроенным датчиком давления и температуры с функцией приведения расхода газовых сред к стандартным условиям
Не секрет, что в сфере измерений различных физических величин предпочтение отдается оборудованию, которое имеет оптимальные точностные характеристики, а также низкую стоимость владения и установки.
Это касается как измерений в сфере коммерческого учета, так и технологического учета.
В свою очередь необходимо отметить, что внедрение на предприятиях современных систем приводит к пересмотру парка существующих средств измерений, а также к существенному увеличению количества средств измерений за счет установки дополнительных точек измерений.
В качестве примера можно рассмотреть широко внедряемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих предприятиях Системы учета материального баланса.
Особое место занимает измерение расхода газа, которое предполагает не только измерение расхода газа при рабочих условиях, но также приведение рабочего расхода к стандартным условиям (T=+20 ºС и P=101.325 кПа), в соответствии с ГОСТ 2939. Актуальный вопрос - вычисление массового расхода газа.
Как правило, для измерения расхода газа используется классическая схема измерения, состоящая из следующего об
- Расходомер (FT)
- Датчик давления (PT)
- Датчик температуры (TT)
- Вычислитель
- Автоматизированная система управления технологическими процессами предприятия (АСУ ТП).
Состав схемы измерения представлен на рис.1
Рис. 1 Схема измерения расхода газа с тремя независимыми датчиками: расходомер, датчик давления, датчик температуры.
Вычислитель осуществляет функцию расчета расхода газа, приведенного к стандартным условиям. Если есть необходимость вычисления массы газа – это можно выполнить в АСУ ТП или средствами вычислителя, если в нем имеется такая функция.
Компания КРОНЕ предлагает решение для измерения расхода газа, основанное на применении вихревого расходомера OPTISWIRL 4200 интегрального типа.
Одна из особенностей вихревого расходомера интегрального типа – это размещение в первичном преобразователе датчика давления и температуры, как показано на рис.2.
Рис. 2 Расположение датчика давления и температуры в первичном преобразователе вихревого расходомера OPTISWIRL 4200
Схема измерения расхода газа, при использовании вихревого расходомера OPTISWIRL 4200 интегральной версии будет выглядеть следующим образом (см. рис.3)
Рис. 3 Измерение расхода газа. Использование вихревого расходомера OPTISWIRL 4200 интегральной версии
Возникает вопрос, какие «плюсы» имеет схема измерения газа, основанная на применении вихревого расходомера, показанная на рис. 3 по сравнению со схемой, показанной на рис. 1.
Сокращение материальных и временных затрат
Для того, чтобы оценить состав измерительного комплекса измерения расхода газа, на рис. 4…7 показаны различные варианты исполнения измерительных комплексов. На рис. 8 показана сводная таблица, позволяющая оценить номенклатуру применяемых материалов и изделий, от которых в итоге зависит количество материальных и временных затрат на установку и эксплуатацию измерительного комплекса.
Рис. 4 Схема измерения расхода газа с тремя независимыми датчиками во взрывоопасной зоне. Вариант 1. Использование отдельных кабельных линий от датчиков до вычислителя.
Рис. 5 Схема измерения расхода газа с тремя независимыми датчиками во взрывоопасной зоне. Вариант 2. Использование соединительной коробки в линии передачи данных
Рис. 6 Схема измерения расхода газа с тремя независимыми датчиками во взрывоопасной зоне. Вариант 3. Размещение вычислителя во взрывоопасной зоне с последующей передачей данных в АСУ ТП
Рис. 7 Схема измерения расхода газа, основанная на использовании расходомера KROHNE OPTISWIRL 4200 во взрывоопасной зоне. Вариант 4
| Состав измерительного комплекса | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 Интегральная версия OPTISWIRL 4200 |
|---|---|---|---|---|
| Расходомер, шт. | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Датчик давления, шт. | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Датчик температуры, шт. | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Закладная для установки датчика давления, шт. | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Закладная для установки датчика температура, шт. | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Вентильный блок для датчика давления, шт. | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Гильза для установки датчика температуры, шт. | 1 | 1 | 1 | 0 |
| Кабельные вводы Exd,шт. | 3 | 7 | 7 | 1 |
| Соединительная коробка, шт. | 0 | 1 | 0 | 0 |
| Шкаф Exd, шт. | 0 | 0 | 1 | 0 |
| Кабель 2х2х0,75 (для примера), м. | 300 | 15 | 115 | 100 |
| Кабель 7х2х0,75 (для примера), м. | 0 | 100 | 0 | 0 |
Электромонтажные изделия (короб, лоток), м. | 275 | 100 | 100 | 95 |
Электромонтажные изделия (труба), м. | 15 | 20 | 15 | 5 |
| Искробезопасные барьеры, шт. | 3 | 3 | 1 | 1 |
Рис. 8 Сводная таблица по составу измерительного комплекса
Можно сделать несколько выводов:
1. Существенное сокращение номенклатуры применяемых изделий при использовании схемы измерения, основанной на использовании OPTISWIRL 4200 интегральной версии (рис.1, рис.7)
2. Следствие из первого вывода - снижение стоимости узла, стоимости обслуживания, снижение номенклатуры ЗИП, снижение времени ввода узла в эксплуатацию и сокращение времени на его обслуживание, сохранение прочностных характеристик трубопровода за счет уменьшения количества технологических врезок.
Точностные характеристики:
Итоговая погрешность узла измерения расхода газа, приведенного к стандартным условиям, будет складываться из многих составляющих, таких как погрешность расходомера, датчика давления, датчика температуры. Погрешности датчиков описаны в инструкциях на приборы и могут быть учтены при расчете погрешности узла в целом. Но стоит обратить внимание на то, что для передачи используются аналоговые выходы 4…20 мА, которые также вносят свою лепту в погрешность узла в целом, если процесс измерения происходит в условиях изменения температуры окружающей среды. В этом случае, схема измерения, основанная на OPTISWIRL 4200 имеет преимущества в виде меньшего количества аналоговых выходных сигналов. Фактически, в АСУ ТП передается сигнал о расходе газа, приведенного к стандартным условиям, по одному токовому выходу. Для того, чтобы снизить влияние дополнительной погрешности токового выхода – можно организовать передачу данных по частотному выходу.
Характеристики по пределам допускаемой относительной погрешности измерений объемного расхода приведены ниже:
Пределы допускаемой относительной погрешности измерений объемного расхода (объема) в зависимости от числа Рейнольдса (Re). %:
а) Для жидкостей
- При Re ⩾ 20000 ± 0,75
- При 10000 ⩽ Re < 20000 ± 0,2
б) Для газа и пара
- При Re ⩾ 20000 ±1,0
- При 10000 ⩽ Re < 20000 ±2,0
в) Для газа, приведенного к нормальным условиям по ГОСТ 2939-63
- При Re ⩾ 20000 ±1,5
- При 10000 ⩽ Re < 20000 ±2,5
г) При имитационной поверке:
- Для жидкостей при Re ⩾ 20000 ±1,0
- Для газа и пара при Re ⩾ 20000 ±1,5
- Для жидкостей, газа и пара при 10000 ⩽ Re < 20000 ±2,5
Пределы допускаемой относительной погрешности измерений (вычислений) массового расхода и массы в зависимости от числа Рейнольдса (Re). %:
а) Для жидкостей
- При Re ⩾ 20000 ±1,5
- При 10000 ⩽ Re < 20000 ±2,5
б) Для газа и пара
- При Re ⩾ 20000 ±1,5
- При 10000 ⩽ Re < 20000 ±2,5
в) При имитационной поверке:
- Для жидкостей при Re ⩾ 20000 ±1,75
- Для газа и пара при Re ⩾ 20000 ±2,0
- Для жидкостей, газа и пара при 10000 ⩽ Re < 20000 ±3,0
Таким образом, даже в первом рассмотрении, схема измерения, основанная на использовании одного прибора, установленного в трубопровод вместо трех, дает возможность снизить себестоимость узла и траты на его обслуживание. В рамках больших установок, где количество точек измерения может достигать большого количества (к примеру, 30) экономия может достигнуть серьезных значений.
