Монтаж, обслуживание, устранение неисправностей приборов для измерения уровня газов и жидкостей

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Саха (Якутия)

«Ленский технологический техникум»

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ (ПИСЬМЕННАЯ) РАБОТА

Тема: Монтаж, обслуживание, устранение неисправностей приборов для измерения уровня газов и жидкостей

Ленск, 2018 г.

1.1 Общие понятия об уровнемерах

1.2 Назначение и место использования уровнемеров

1.3 Виды уровнемеров

2.1 Назначение прибора

2.2 Технические характеристики

2.3 Состав уровнемера

2.4 Устройство и работа уровнемера

2.5 Порядок монтажа уровнемера

3.1 Порядок работы

3.2 Ввод и корректировка параметров измерителя

Пример уровнемер VEGAPULS 61

1. Описание VEGAPULS 61

1.1 Назначение

1.2 Технические характеристики

1.3 Принцип действия изделия

1.4 Достоинства и недостатки изделия

1.5 Общие указания по монтажу

1.5.1 Диапазон измерения

1.5.2 Ложные отражения

1.6 Монтаж и установка датчиков

1.6.1 Общие указания

1.6.2 Монтаж датчиков с фланцевой рупорной антенной

1.6.3 Монтаж датчиков с трубчатой антенной в опусках (волноводах или отводных трубах)

2. Техническое обслуживание и ремонт изделия в ходе эксплуатации

2.1 Техническое обслуживание изделия

2.2 Проверка технического состояния изделия

1. Общие требования охраны труда

2. Требования охраны труда перед началом работы

3. Требования охраны труда во время работы

4. Требования охраны труда в аварийных ситуациях

5. Требования охраны труда по окончании работы

Заключение

Список литературы

Справочное приложение А

Справочное приложение В

Автоматизация является одним из важнейших факторов роста производительности труда в промышленном производстве. Непрерывным условием ускорения темпов роста автоматизации является развития технических средств автоматизации. К техническим средствам автоматизации относятся все устройства, входящие в систему управления и предназначенные для получения информации, ее передачи, хранения и преобразования, а также для осуществления управляющих и регулирующих воздействий на технологический объект управления.

Развития технологических средств автоматизации является сложным процессом, в основе которого лежат интересы автоматизируемых производств-потребителей, с одной стороны и экономические возможности предприятий -- изготовителей средств с другой.

Первичным стимулом развития является повышение эффективности работы производств -- потребителей, за счет внедрения новой техники могут быть целесообразными только при условии быстрой окупаемости затрат. Поэтому критерием всех решений по разработкам и внедрению новых средств, должен быть суммарный экономический эффект, с учетом всех затрат на разработку, производство и внедрение. Соответственно к разработке, изготовлению следует принимать прежде всего те варианты технических средств, которые обеспечиваю максимум суммарного эффекта.

В промышленном производстве в настоящее время существует разнообразный ряд технических средств, решающих задачу измерения и контроля уровня. Средства измерения уровня реализуют разнообразные методы, основанные на различных физических принципах. К наиболее распространённым методам измерения уровня, которые позволяют преобразовать значение уровня в электрическую величину и передавать её значение в системы АСУ ТП относится контактный способ.

Уровнемер -- прибор, предназначенный для определения уровня содержимого в открытых и закрытых сосудах, резервуарах, хранилищах и других ёмкостях. Под содержимым подразумеваются разнообразные виды жидкостей, в том числе и газообразующие, а также сыпучие и другие материалы. Уровнемеры так же называют датчиками/сигнализаторами уровня, преобразователями уровня. Главное отличие уровнемера от сигнализатора уровня -- это возможность измерять градации уровня, а не только его граничные значения. Уровнемер должен обеспечивать точные результаты измерения независимо от свойств продукта.

Ультразвуковой датчик - надежный и экономичный способ измерения уровня воды и разнообразный сыпучих веществ, не склонных к сильному пылеобразованию, а также расхода в безнапорных трубопроводах.

Акустические уровнемеры характеризуются бесконтактностью измерений, достаточно высокой надежностью и возможностью их использования в рамках коммерческого учета технологической продукции.

1. Уровнемеры

1.1 Общие понятия об уровнемерах

Уровнемеры - это специальные устройства, которые используются для определения уровня жидкостей, порошков и других материалов или сырья в определенных резервуарах, в которых они хранятся, или в рабочей среде.

На сегодняшний день уровнемеров существует огромное множество, с различными функциями, для различных материалов, уровень которых необходимо измерять и контролировать. И самое существенное отличие разных уровнемеров - это технологии и принципы их работы, от которых также зависит применение приборов, качество их работы, стоимость и доступность.

Наиболее распространенными способами для измерения уровня, позволяющие превращать значение уровня - в электрическую величину, а также перенаправлять данное значение в заданные автоматические системы управления, являются:

- контактные методы (емкостный, поплавковый, гидростатический, буйковый);

- бесконтактные методы (зондирование электромагнитным излучением, зондирование звуком, а также зондирование радиационным излучением).

Уровнемеры разделяют по продукту (веществу), уровень которого измеряется:

* датчики уровня для жидкостей (вода, растворы, суспензии, нефтепродукты, масла и т.п.)

* датчики уровня для сыпучих веществ (порошки, гранулы и т.п.)

1.2 Назначение и место использование уровнемеров

Для ведения технологических процессов большое значение имеет контроль за уровнем жидкостей и твердых сыпучих материалов в производственных аппаратах. Друг от друга устройства отличаются по:

· способу измерения;

· конструкции;

· назначению;

· числу компонентов измерения;

· функциональности.

Деление на подгруппы используется для каждого вида. Конкретное предназначение прибора зависит именно от этого. Измерение уровней твёрдых, жидких, сыпучих веществ, находящихся в открытых и закрытых резервуарах под давлением или без - основное предназначение уровнемеров. Они обеспечивают точность измерений вне зависимости от уровня загрязнения и состава среды.

Во всех сферах жизнедеятельности, где необходимы точные измерения уровня без непосредственного участия человека, могут потребоваться такие измерители. Их используют поставляющие потребителям топливо организации, в сфере обслуживания (АЗС, станции технического обслуживания), жилищно-коммунальном хозяйстве (водоснабжение), сельском хозяйстве (зернохранилища), в промышленности (медицинская, химическая отрасли, нефтегазовый комплекс и тому подобное).

Только перечисленными выше областями использования применение уровнемеров не ограничивается. В реальном времени они помогают контролировать многие технологические процессы, связанные с сыпучими грузами или жидкостями. Они фиксируют данные и постоянно отслеживают уровень тех или иных веществ. Регистрация данных может осуществляться без непосредственного контакта рабочего с измеряемой средой, которая может оказаться агрессивной.

1.3 Виды уровнемеров

Визуальные - являются наиболее простым видом измерителей уровня. Их работа основана на принципе сообщающихся сосудов, а за уровнем жидкости следят напрямую через водомерное стекло.

Механические уровнемеры - в которых отсчет уровня происходит либо по оценке положения предмета на поверхности жидкости относительно двух точек измерений - это поплавковые уровнемеры, либо по оценке уровня жидкости, вытесненной при погружении предмета (закон Архимеда - FA = сgV, где с - плотность жидкости (газа), g - ускорение свободного падения, а V - объём погружённого тела) - буйковые уровнемеры.

Гидростатические уровнемеры - принцип действия основан на уравновешивании давления столба измеряемой жидкости и столба жидкости, которая заполняет измерительный прибор на каком-либо производстве.

Электрические уровнемеры промышленной специализации делятся на емкостные и омические.

Акустические уровнемеры - принцип действия основан на измерении времени отражения звуковых колебаний от поверхности раздела газ - контролируемая среда. Разновидностью акустических уровнемеров являются ультразвуковые уровнемеры.

Наиболее современным является радарный уровнемер. Принцип действия его основан на измерении времени переотражения от поверхности раздела газ - контролируемая среда высокочастотных радиоволн. Последний тип уровнемера позволяет производить измерение уровня, как жидкостей, так и сыпучих тел. При этом его можно использовать и при измерении уровня агрессивных сред, например кислот, расплавленной серы, аммиака и т.д.

По принципу действия эти уровнемеры разделяются на визуальные, поплавковые, гидростатические, электрические, ультразвуковые, радиоизотопные.

Визуальные уровнемеры (рис. 1) - простейшие измерители уровня жидкости. К технологическому аппарату 1 через запорные вентили 2 подсоединено указательное стекло (трубка 3). Аппарат и трубка представляют собой сообщающиеся сосуды, поэтому уровень H жидкости в трубке всегда равен ее уровню в аппарате и отсчитывается по шкале.

Поплавковые уровнемеры. Чувствительный элемент - поплавок, находящийся на поверхности жидкости (рис. 2а). Поплавок 1 уравновешивается грузом 3, который связан с поплавком гибким тросом 2. Уровень жидкости определяется положением груза относительно шкалы 4. Пределы измерений устанавливают в соответствии с принятыми значениями верхнего и нижнего уровней.

Значительно надежнее тонущие поплавки - массивные буйки (рис. 2б). При изменении уровня жидкости по закону Архимеда изменяется действующая на конец рычага 2 выталкивающая сила (вес буйка 1). Соотв. изменяющийся момент сил, действующих на рычаг 2, от буйка передается через вал 5, закрепленный в донышке 7, на трубку 6 и уравновешивается моментом ее скручивания. Изменение угла скручивания трубки пропорционально величине уровня.

Гидростатические уровнемеры. Их действие основано на уравновешивании давления столба жидкости p в аппарате (хранилище) давлением столба жидкости, заполняющей измерит, прибор, или пружинным механизмом (р = Hr, где r = const- плотность жидкости). При достаточно больших значениях уровня Я и в отсутствие избыточного давления над жидкостью в качестве У. можно применять манометр с трубчатой пружиной, устанавливаемый на отметке т. наз. нулевого уровня (рис. 3).

Дифманометрические уровнемеры позволяют измерять уровень в открытых (атмосферное давление) или закрытых (давление либо разрежение) резервуарах (рис. 4). Относительно постоянный уровень жидкости в одном из колен измерительного прибора (дифманометра), а, следовательно, и в контролируемом аппарате обеспечивается уравнительным сосудом (наполнен до определенного уровня той же жидкостью, что и в аппарате). Высота столба жидкости в другом колене дифманометра изменяется с изменением уровня в аппарате. Каждому значению уровня в нем отвечает некоторый перепад давления, обусловленный расстоянием по высоте между аппаратом и прибором. Если аппарат работает при атмосферном давлении, уравнительный сосуд размещают на отметке нулевого уровня (рис. 4а), если под давлением - на высоте максимального уровня (рис. 4б).

Пьезометрические уровнемеры (рис. 5) основаны на принципе гидравлического затвора (обычно водяного). Для измерения уровня используют воздух или инертный газ, который под давлением р продувают через слой жидкости (рх - давление над ней). Количество воздуха ограничивают диафрагмой 1 или регулирующими вентилями 2 так, чтобы скорость движения его в трубопроводе была минимальна (с целью уменьшения потерь на трение). Для контроля расхода воздуха устанавливают специальные стаканчики 3 или ротаметры. Уровень жидкости H=(р-рx)/pж, где рж - плотность замыкающей жидкости в дифманометре. Перепад давления (р-рх) определяется по высоте столба жидкости h в манометре. В случае измерения уровня агрессивных жидкостей необходимо подводить воздух в обе линии, подсоединяемые к дифманометру. Пьезометрические приборы широко применяются для измерения уровня жидкости в подземных резервуарах.

В электрических уровнемерах (рис. 6) измеряемые значения уровня жидкости преобразуются в соответствующие электрические сигналы. Наиболее распространены емкостные и омические приборы.

В емкостных уровнемерах (рис. 6а) вместе со стенками сосуда 1 электрод 2 образует чувствительный элемент - цилиндрический конденсатор, электрическая емкость которого изменяется пропорционально уровню жидкости. Емкость измеряется электронным блоком 3, сигнал из которого поступает в блок 4, представляющий собой релейный элемент (в схемах сигнализации достижения определенного уровня) или указывающий прибор (в схемах измеренного уровня).

Омические (кондуктометрические) уровнемеры (рис. 6б) основаны на измерении сопротивления при замыкании электрической цепи, образованной электромагнитным реле 1, электродом 2 и контролируемой средой (уровень У) электропроводностью от 2·10~3 См.

Ультразвуковые уровнемеры (рис. 7). В них используется явление отражения ультразвуковых колебаний (импульсов) от плоскости раздела жидкость-газ (обычно воздух). Время между моментом посылки первичного импульса и моментом возвращения отраженного импульса является функцией высоты измеряемого уровня. Эти приборы позволяют измерять уровень без контакта с контролируемой средой в труднодоступных местах.

Радиоизотопные уровнемеры основаны на сравнении интенсивностей потоков a- или b-излучения, проходящих выше либо ниже уровня раздела двух сред разной плотности. Применение этих приборов целесообразно в случае невозможности использовать иные уровнемеры.

Уровнемеры для сыпучих материалов, уровнемеры для сыпучих тел имеют свои особенности. Характерным отличием сыпучих материалов от жидкостей является непропорциональность передачи давления на дно и стенки емкости в зависимости от уровня в ней контролируемого вещества. Простейшие уровнемеры для сыпучих материалов выполняются с чувствительными элементами, соприкасающимися с поверхностью вещества. Изменение уровня дистанционно передается на вторичный измерительный прибор.

Наиболее, распространены лотовые уровнемеры (рис. 8). В них зонд (лот) 5 и груз 7 подвешены на блоке храпового колеса 4. Зонд периодически приподнимается с помощью управляемого пневматическим генератором импульсов пневматического мембранного привода 2 (воздействующего на колесо через собачку 3) и опускается на поверхность сыпучего материала 6 под действием силы тяжести.

Если уровень не изменяется, зонд поднимается и опускается на одно и то же расстояние. При понижении уровня материала зонд опускается на большее расстояние, чем поднимается, и наоборот. Уровнемер должен работать так, чтобы при изменении уровня в заданных пределах давление сжатого воздуха на выходе прибора изменялось от 20 до 100 кПа. С выхода пневмопреобразователя 8 воздух подается на вторичный прибор.

Лотовые уровнемеры позволяют измерять уровень до 20 м. В меньшей степени для определения уровня сыпучих материалов применяют также поплавковые, массовые, электрические (емкостные) и радиоизотопные уровнемеры.

Гидростатические датчики уровня измеряют давление жидкости и преобразуют его в значение уровня, поскольку гидростатическое давление зависит от уровня и плотности жидкости, но не зависит от формы и объема резервуара. Они представляют собой дифференциальные датчики давления, к которым подается давление среды и для сравнения второй вход соединяется с атмосферой или с областью избыточного давления в случае емкости под давлением. Гидростатические уровнемеры применяются для однородных жидкостей в резервуарах без существенного движения жидкости и могут использоваться для вязких жидкостей, суспензий и паст.

Конструктивно гидростатические датчики бывают двух типов: мембранные и погружные. В первом случае тензорезистивный или емкостной датчик непосредственно соединен с мембраной и весь прибор находится в нижней части резервуара, при этом расположение мембраны датчика соответствует минимальному уровню. В случае погружного датчика мембрана находится в жидкости и передает давление на тензорезистивный сенсор через столб воздуха, запаянный в подводящей трубке. Гидростатические уровнемеры обеспечивают высокую точность при невысокой стоимости и простоте конструкции.

Ультразвуковые уровнемеры зондируют рабочую зону волнами ультразвука, то есть волнами давления с частотой свыше 20 кГц. Конструктивно такой уровнемер состоит из излучателя и приемника колебаний, выполненных на кварцевой пластине, на которой измеряется напряжение отражённого сигнала. Ультразвуковой датчик устанавливается в верхней части резервуара. При этом сигнал проходит через воздух и отражается от границы с твердой (жидкой) средой. Уровнемер в этом случае называется акустическим.

Скорость распространения ультразвука зависит от температуры, поэтому применяется термокомпенсация с помощью встроенного термодатчика. Рабочий диапазон достигает 25 м при погрешности измерения в 1%. Ультразвуковые уровнемеры могут использоваться для агрессивных сред и для сред с самыми различными физическими свойствами, за исключением сильнопарящих, сильнопенящихся жидкостей и мелкодисперсных и пористых гранулированных сыпучих продуктов.

Радарные уровнемеры - это наиболее высокотехнологичные средства измерения уровня. Для зондирования рабочей зоны и определения расстояния до объекта используется электромагнитное излучение СВЧ диапазона. В непрерывных уровнемерах идёт как излучение частотно модулированного сигнала, так и одновременно прием отраженного сигнала с помощью одной и той же антенны. На выходе получается смешанный сигнал, который анализируется с применением специального ПО. Импульсные микроволновые уровнемеры излучают сигнал с паузами, в которых прием происходит отраженного сигнала. Прибор вычисляет время прохождения прямого и обратного сигналов и определяет значение расстояния до поверхности.

Радарные уровнемеры не имеют непосредственного контакта с контролируемой средой, они могут применяться для агрессивных, вязких, неоднородных жидких и сыпучих материалов. От ультразвуковых бесконтактных уровнемеров их отличает меньшая чувствительность к температуре и давлению, а также устойчивость к запыленности, испарению, пенообразованию. Радарные уровнемеры обеспечивают высокую точность, что позволяет использовать их в системах коммерческого учета, они позволяют производить измерения уровня сред с низкой диэлектрической проницаемостью и, следовательно, слабой отражательной способностью. Они удобны в емкостях, где присутствует различное оборудование, сокращающее свободную зону для работы радара.

Чем больше размер антенны, тем более сильный и узконаправленный сигнал она излучает и, в тоже время, тем лучше прием отраженного сигнала. Рупорная антенна применяется в больших емкостях, позволяет работать с широким спектром сред по диэлектрической проницаемости, применима в сложных условиях и обеспечивает диапазон измерения до 35…40 м. Стержневая антенна применяется в небольших емкостях с химически агрессивными средами или гигиеническими продуктами, а также в случае, когда доступ в емкость ограничен малыми размерами патрубка. Диапазон измерения - до 20 м. Поверхность стержневой антенны покрыта слоем защитной изоляции. Трубчатая антенна представляет собой удлиненный волновод. Она позволяет формировать наиболее сильный сигнал за счет снижения рассеивания и используется в особо сложных случаях при наличии сильного волнения поверхности среды или большого слоя густой пены либо для случая сред с низкой диэлектрической проницаемостью.