4.3. Система пассивного отвода тепла

ВВЕДЕНИЕ

ультразвуковой расходомер жидкость датчик

Измерение расхода жидкостей в промышленности является важнейшей задачей, направленной на управление технологическими процессами. На практике широко применяются расходомеры следующих типов: тахометрические (крыльчатые, турбинные, винтовые), вихревые (с индуктивным, электромагнитным, ультразвуковым преобразованием сигнала), переменного перепада давления, постоянного перепада давления (ротаметры), электромагнитные, но все перечисленные методы обладают существенным недостатком, при установке требуют нарушения целостности трубопровода и относятся к методам разрушающего контроля. /1/

В настоящее время одним из более эффективных способов измерения расхода жидкости является использование ультразвуковых расходомеров с накладными датчиками, так как в этом случае отсутствует необходимость врезки в трубопровод и не нарушается поток жидкости какими-либо препятствиями внутри трубопровода. Именно это преимущество позволило применять расходомеры этого типа для контроля теплоносителя в составе СПНИ.

1. ПРИНЦИП РАБОТЫ

Прибор использует ультразвуковые сигналы для измерения потока жидкости по так называемому методу времени прохождения. Ультразвуковые сигналы посылаются первым датчиком, установленным на одной стенке трубы, отражаются от противоположной стенки и принимаются вторым датчиком. Эти сигналы посылаются либо в направлении потока, либо против его направления (рис. 1).

Рисунок 1

Поскольку среда, через которую распространяются сигналы, находится в движении, то время прохождения звуковых сигналов в направлении потока короче, чем время прохождения сигналов против потока (рис. 2).

Рисунок 2

Измеряется разность времени прохождения Дt, которая позволяет определить среднюю скорость потока на пути прохождения ультразвуковых сигналов. Затем выполняется коррекция профиля, чтобы получить среднюю скорость потока в поперечном сечении трубы, которая пропорциональна объемному расходу.

Прибор посредством специального электронного блока проверяет поступающие ультразвуковые сигналы на пригодность для проведения измерений и оценивает достоверность измеренных значений. Встроенные микропроцессоры управляют всем измерительным циклом и отбрасывают возмущающие сигналы, пользуясь методами статистической обработки сигналов.

На данный момент количество предложений ультразвуковых расходомеров достаточно велико, но практически все предложенные на рынке модели имеют температурные ограничения до 200 єС, решение этой проблемы успешно реализовано в приборе FLUXUS разработанный фирмой Flexim.

Датчики FLUXUS могут работать при температурах от -30 °C до 130 °C, но при помощи специально разработанных высокотемпературных датчиков температурный диапазон может быть увеличен до 200 °C и - кратковременно - до 300 °C, а использование волновых инжекторов (WaveInjector) повышает температурный диапазон до 400 °C.

Волновой инжектор представляет собой специальное устройство для крепежа накладных ультразвуковых датчиков на трубопровод (рис. 3), тем самым позволяет производить длительные измерения стандартными датчиками при температурах трубопровода до 400°C, сохраняя при этом все преимущества УЗК расхода с накладными датчиками.

Рисунок 3

Устройство WaveInjector включает в себя:

- Крепления датчика (1,4);

- Стыковочные пластины (2);

- Крепления к трубе с резьбовыми тягами (3).

Конструкция устройства Waveinjector® такова, что поверхность пластины, непосредственно контактирующая с горячей трубой, в сотни раз меньше поверхности рассеивающей тепло. При этом температура в месте установки датчиков будет гораздо ниже, чем максимальная рабочая температура стандартных датчиков (Рис. 4)./2/

Рисунок 4

Измерения могут производиться на трубах из любых распространенных материалов, например: стали, синтетических материалов, стекла или меди. Используя устройство Waveinjector® можно измерять расход в трубах диаметром от 40 до 1000 мм, погрешность измерений которого составляет +/-1% измеряемой величины, динамический диапазон 0…12 м/с /2/. Два накладных датчика позволяют производить неразрушающие измерения, которые не влияют на трубопровод и измеряемую жидкость. Датчики невелики по размеру, легкие и при этом очень прочные. В качестве акустического элемента сопряжения стыковочной пластины и трубопровода используется контактная фольга.

Неразрушающие методы позволяют осуществлять безопасные измерения агрессивной и высокотемпературной среды, текущей в закрытых каналах. Параметры потока могут быть изменены без прерывания процесса. Для монтажа прибора не требуются какие-либо изменения в системе трубопроводов.

2. СБОР ИОБРАБОТКА ДАННЫХ

Приборы FLUXUS ADM 7407 имеют встроенный жесткий диск для хранения полученных результатов. Объем встроенной памяти позволяет сохранить до 100000 результатов измерений. В меню прибора имеются настройки тактов сохранения результатов, диапазон изменяемых значений от 1 до 42300сек (12часов), т.е. если мы устанавливаем минимальный такт, то время сохранения результатов достигает 13 часов на каждый канал.

Данные в режиме офлайн снимаются с прибора через встроенный порт RS232.

Офлайновый выход представляет собой вывод сохраненных в памяти результатов измерений. Данные могут передаваться:

- на принтер, подключенный к последовательному интерфейсу FLUXUS;

- в виде ASCII-файла в программу терминала (например, HyperTerminal в системе Windows./2/

Сохраняются следующие данные:

- дата;

- время;

- идентификация точки измерения;

- параметры трубы;

- характеристики среды;

- параметры датчиков;

- проход при передаче звука (с отражением или по диагонали);

- расстояние между датчиками;

- показатель затухания;

- такт сохранения;

- измеряемая величина;

- размерность;

- результаты измерений;

- показания диагностических сигналов на момент измерения.

Данные сохраняются в виде текстового файла и для удобства обработки переносятся EXCEL.

В состав измерительного канала переносного расходомера входят:

- первичные преобразователи (датчики)

- прибор FLUXUS ADM F601, на дисплее которого отображается информация об измеряемых величинах.

Измерительный канал стационарного расходомера состоит:

- первичных преобразователей (датчиков)

- специального соединительного кабеля

- прибора FLUXUS ADM 7407

- автономного измерительного блока IMP35953А

- персонального компьютера (для отображения и обработки информации).

При работе прибора в онлайне, т.е отображение результатов измерений на мониторе, так же имеется возможность скопировать полученные данные с жесткого диска прибора. Это необходимо в тех случаях когда вызывают сомнения результаты измерений и для достоверности необходимо отследить диагностические сигналы прибора. Прибор показывает диагностические сигналы необходимых для подтверждения правильности установки датчиков и выборе места измерения. Ультразвуковой расходомер FLUXUS ADM 7407 показывает несколько диагностических сигналов:

- амплитуда принимаемого сигнала (S);

- качество сигнала (Q);

- время прохождения сигнала («trans.»);

- отношение полезный сигнал/шум (SCNR).

По уровням сигналов можно судить о достоверности результатов.

3. ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИБОРА

При работе с ультразвуковыми расходомерами следует выполнять эксплуатационные требования по выбору точки измерения и монтажу датчиков, также необходимо проанализировать распространение звука в измеряемой среде. Это необходимо для получения достоверной информации.

Правильный выбор точки измерения имеет первостепенное значение для надежности измерений и их точности. Измерение должно проводиться на трубе в которой возможно распространение звука и в которой наблюдается полностью сформировавшийся осесимметричный профиль потока.

Для получения навыков работы с прибором, а так же повышения точности измерений был проведен ряд экспериментов на стендах ОКБ «Гидропресс» массового пролива кассет и горячей обкатки (ГО-1).В качестве контрольных приборов использовались сужающие устройства ДКН на стенде ГО-1 и электромагнитный расходомер Yokogawa AXF 250G на стенде массового пролива кассет. В ходе экспериментов отрабатывалась методика монтажа датчиков УЗК. Были опробованы возможные варианты установки:

- диагональный режим (датчики должны быть смонтированы на противоположных сторонах трубы);

- отражательный режим (датчики должны быть смонтированы на одной стороне трубы);

- установка двух каналов на одной измерительной точке под углом 90°;

- использование свинцовых и серебряных контактных пластин

- показания прибора при различных коэффициентах затухания.

Схема расположения расходомеров на трубопроводе стенда массового пролива кассет представлена на рисунке 5.

Рисунок 5

1 - Трубопровод; 2, 3 - Датчики УЗК, 4 - Электромагнитный расходомер YokogawaAXF 250G.

Из рисунка 5 видно, что датчики УЗК установлены в соответствии со всеми рекомендациями по установке.

На стенде массового пролива кассет была проведена проверка показаний расходомеров при разных показателях затухания (таблицы 1, .2, 3), проводимая в диапазоне расходов от 300 до 500 мі/ч. Каждый результат измерений, показываемый на дисплее прибора, представляет собой среднюю величину результатов измерений за последние Х с, где Х представляет собой показатель затухания. Показатель затухания, равный 1 с, означает, что результаты измерения не усредняются, пока скорость измерения не составит 1 значение в секунду. Значение показателя затухания по умолчанию равно 10 с. Оно обычно соответствует нормальным условиям потока. Большой разброс показаний, вызванный повышенной турбулентностью потока, требует большего значения показателя затухания. В то же время использование больших показателей затухания ведет к отклонению регистрируемых показаний вследствие их запаздывания от реальных значений расходов.

Таблица 1. Показатель затухания равен 1 секунде

Таблица 2. Показатель затухания равен 10 секундам

Таблица 3. Показатель затухания равен 30 секундам

Из приведенных в таблицах данных видно, что при показателе затухания,. равном 10 с, среднеквадратичное отклонение показаний ультразвуковых расходомеров от показаний электромагнитного расходомера не превышает 2 %. Поэтому во время дальнейших испытаний использовался показатель затухания, равный 10 с./3/

Схема установки ультразвуковых расходомеров на трубопроводах колонки стенда ГО-1 приведена на рисунке 5. Датчики УЗК располагались на выходном трубопроводе колонки диаметром 133х13 мм. Расстояние от мест установки расходомеров до поворота потока, выходящего из патрубков колонки, составляло 850 мм, что соответствовало 8D, те меньше рекомендуемого значения (10D?L, где D -диаметр трубопровода, L- расстояние от источника возмущений до датчиков УЗК ).

Рисунок 6.

Сравнение результатов измерений представлено в таблице 4 и рисунке 7

Таблица 4

Рисунок 7.

Из таблицы и рисунка видно, что расходомерные устройства показывают одинаковый результат на скорости потока до 5,2 м/с, но с увеличением скорости показания ультразвукового расходомера отличаются от сужающего устройства. Это связано с тем, что с увеличением скорости нарушается профиль потока и не обеспечивается необходимая для точных измерений осесимметричность профиля потока. Следовательно результаты измерений полученные на местах где требования к расположению прибора не могут быть выполнены, требуют тщательного анализа.

4. ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ УЗК В ХОДЕ ПУСКОНАЛАДОЧНЫХ ИСПЫТАНИЙ РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ