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 комплексаВариант 1Вариант 2Вариант 3Вариант 4 
Интегральная версия 
OPTISWIRL 4200
Расходомер, шт.1111
Датчик давления, шт.1110
Датчик температуры, шт.1110
Закладная для установки датчика давления, шт.1110
Закладная для установки датчика температура, шт.1110
Вентильный блок для датчика давления, шт.1110
Гильза для установки датчика температуры, шт.1110
Кабельные вводы Exd,шт. 3771
Соединительная коробка, шт.0100
Шкаф Exd, шт.0010
Кабель 2х2х0,75 (для примера), м.30015115100
Кабель 7х2х0,75 (для примера), м.010000

Электромонтажные изделия

(короб, лоток), м.
27510010095

Электромонтажные изделия

(труба), м.
1520155
Искробезопасные барьеры, шт.3311

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.