Технические средства АСУТП(продолжение)

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Методы и приборы для измерения расхода пара, газа и
жидкости

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Количество вещества выражается в единицах объема или массы (т.е. в м3 или килограммах).
Количество жидкости с равной степенью точности может быть измерено и объемным, и массовым методами,
количество газа - только объемным.
Для твердых и сыпучих материалов используется понятие насыпной или объемной массы, которая зависит от гранулометрического состава сыпучего материала. Для более точных измерений количество сыпучего материала определяется взвешиванием.

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение трубопровода в единицу времени. Массовый расход измеряется в кг/с, объемный - в м3/с.
Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда они называются расходомерами-счетчиками. Такие приборы позволяют измерять расход и количество вещества.

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Классификация
Механические
объемные
ковшовые
барабанного типа
мерники
скоростные
по методу переменного перепада давления
по методу постоянного перепада давления
напорные трубки
ротационные
Электрические
электромагнитные
ультразвуковые
радиоактивные

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Метод переменного перепада давления
Является самым распространенным и изученным методом измерения расхода жидкости, пара и газа
В измерительной технике сужающими устройствами являются диафрагмы, сопла и сопла Вентури
Наиболее часто из них применяются диафрагмы

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Диафрагма
I - I - сечение потока до искажения формы.
II - II - сечение в месте максимального сужения.
Рп - потери давления на трение и завихрения.
Разность давлений Р1 - Р2 зависит от расхода среды, протекающей через трубопровод.

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Комплект расходомера состоит из элементов:
сужающее устройство (Д);
импульсные трубки (Т);
дифманометр (ДМ).
В качестве дифманометров обычно используются преобразователи разности давлений типа "Сапфир".

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Расходомеры постоянного перепада давления
гидродинамические,
поршневые,
поплавковые,
ротаметрические расходомеры

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Расходомеры постоянного перепада давления (2)
Наиболее распространенными приборами группы расходомеров постоянного перепада давления являются ротаметры
Преимущества по сравнению с методом переменного перепада давления:
потери Рп незначительны и не зависят от расхода;
имеют большой диапазон измерения и позволяют измерять малые расходы

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Принцип действия основан на измерении положения Н поплавка, вращающегося в расширяющейся кверху трубке под влиянием направленной вверх струи.
Q - расход проходящего через трубку газа или жидкости,
α - угол наклона стенок трубки.
Зависимость Н от Q нелинейна, но в начальном и среднем участках равномерность делений шкалы искажается в незначительной степени.
Отсутствие прямой зависимости между Q и Н требует индивидуальной градуировки каждого прибора.

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Расходомеры переменного уровня
Используются для измерения расходов смесей продуктов, содержащих твердые частицы, пульсирующих потоков, особо активных сред.
Измерения осуществляются при атмосферном давлении.
Состоит из элементов:
1 - калиброванный сосуд,
2 - уровнемерное стекло,
3 - отверстие в днище,
4 - перегородка для успокоения потока.

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Расходомеры скоростного напора
Измерение расхода основано на зависимости динамического напора от скорости потока измеряемой среды.
Дифманометр, соединяющий обе трубки, показывает динамическое давление, по котором судят о скорости потока и, следовательно, о расходе

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Исполнительные устройства

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Исполнительным устройством (ИУ) называется устройство в системе управления, непосредственно реализующее управляющее воздействие со стороны регулятора на объект управления путем механического перемещения регулирующего органа (РО) объекта

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Большинство управляющих воздействий в нефтепереработке,
нефтедобыче и нефтехимии реализуется путем изменения расходов веществ (например, сырья, топлива, кубового остатка колонны и т.д.).
Уравнение статики ИУ для расхода F жидкости или газа может быть описано как
F = F(∆P, ν, ρ, C1, C2, …),
∆P – перепад давления на РО,
ν - вязкость,
ρ – плотность,
Сi – некоторые параметры, зависящие от конструкции РО, режима истечения потока и т.д.
Отсюда видно, что расход F может быть изменен путем:
изменения ∆P (насосные ИУ),
ν или ρ (реологические ИУ),
коэффициентами Ci (дроссельные ИУ)

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Насосные ИУ
С вращательным движением РО:
шестеренчатые – зубья шестеренок создают со стенками корпуса множество объемов, посредством которых жидкость из всасывающей линии подается в нагнетательную; обратный ток жидкости существенно меньше, так как при зацеплении шестеренок между собой остаточные объемы невелики.
шиберные – при вращении шиберы центробежными силами прижимаются к корпусу и образуют с ним переменные объемы: на всасывающейся линии увеличивающиеся, на нагнетательной –уменьшающиеся.
винтовые – перекачка производится винтовым шнеком.
центробежные – изменение расхода происходит за счет изменения входной скорости в полости ротора насоса.
С поступательным движением РО:
поршневые,
мембранные,
сильфонные.

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Шестеренчатый насос
Шиберный насос

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Исполнительные устройства реологического типа
Некоторые жидкости и дисперсионные системы могут изменять вязкость под действием электрического поля (например, вазелиновое, трансформаторное, касторовое масла, олефины, алюмосиликаты и др.), т.е. F= F(ν).
Преобразователь в ИУ данного типа осуществляет изменение электромагнитного поля в РО в зависимости от u, которое в свою очередь влияет на ν. При этом расход F на РО изменяется пропорционально

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Исполнительные устройства дроссельного типа
Эти ИУ нашли преимущественное распространение в силу универсальности и простоты. В зависимости от u ИМ изменяет какой-либо параметр дросселя РО, что приводит к изменению расхода F.
Пропускной характеристикой дросселя называется зависимость расхода F от перепада давления ∆Р = Рвх – Рвых, положения РО и т.д.

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ

Гаврилов А.В. НГТУ, кафедра АППМ
Типы дроссельных ИУ
Плунжерные – расход регулируется путем изменения площади проходного сечения, образованного парой «седло-затвор». Форма затвора подбирается таким образом, чтобы пропускная характеристика F = F(h) была линейна (h – положение штока).
Шланговые – расход регулируется сжиманием гибкого шланга (тип ПШУ-1).
Диафрагмовые – используют гибкие мембраны.
Заслоночные – используют заслонки в виде дисков, вращающихся в сечении трубопровода.
Краны – используют затворы, выполненные в виде цилиндра, усеченного конуса или сферы с проходным отверстием; расход регулируется поворотом затвора на определенный угол.
Задвижки – расход регулируется плоской задвижкой, перемещающейся перпендикулярно оси трубопровода.