Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

Но еще больше вопросов возникает при обосновании требова­ ний к необходимой длине прямого участка I2/D между первым местным сопротивлением, ближайшим к СУ, и вторым местным сопротивлением, против потока от СУТут явный недостаток эк­ спериментальных данных. В стандарте ИСО 5167 записано, что длину I2/D можно брать из табл. 11 и 12 исходя из типа второго местного сопротивления и вертикальной строки, соответствующей Р = 0,7, не считаясь с действующим значением р. Недостаточная обоснованность такого требования очевидна. Приведем лишь один пример. Если второе местное сопротивление — группа колец в разных плоскостях, a lKi/D = 25, то такая линия должна быть забракована, так как при Р= 0,7 требуется 62D и, как минимум (с дополнительной погрешностью 0,5 %), 3LD. Но если между первым и вторым сопротивлением установить открытую зад­ вижку, то линия будет удовлетворять требованиям ИСО 5167, так как для задвижки при р = 0,7 требуется иметь ZKl = (10-S-20)JD. Этот пример свидетельствует о необходимости корректировки ука­ заний ИСО 5167 по выбору длины lK2/D•По-видимому, учитывая это, в ИСО 5167 сказано, что допускается сокращение длины не­ обходимого прямого участка /к2 за счет соответствующего увели­ чения длины lK1, но лишь в том случае, если длина 1кх не менее указанных в табл. 11 и 12 значений (без скобок).

В работе, выполненной во Франции, вихревой генератор созда­ вал вихревой поток, характеризующийся величиной Q= 1 -<7ос/9вр> где qoc — расход в осевом направлении; двр — расход в направле­ нии, перпендикулярном к оси. Опыты проводились на воде в трубе диаметром 100 мм с диафрагмами, имевшими р = 0,4 и Р= 0,7. В работе, проведенной в США, исследовали закрученный поток воды после двух колен, расположенных под углом 90° друг к другу. Диафрагмы имели Р , равные 0,36, 0,50, 0,75. Кроме того, определяли влияние трубчатого струевыпрямителя, установлен­ ного впереди диафрагмы. В обеих работах указывается на необ­ ходимость внесения корректив в требуемые длины прямых учас­ тков при завихренных потоках. В работе, выполненной также в США, исследовали диафрагмы с Р , равной 0,40, 0,60 и 0,75 на трубе с D = 104 мм и прямолинейном участке l\/D = 17 после колена (или тройника).

Из всего сказанного следует, что вопрос о необходимых длинах прямых участков LK2 и LK1 не может считаться решенным как для диафрагм, так и особенно для сопел. Необходимы экспери­ ментальные работы для таких местных сопротивлений, как филь­ тры, отстойники и т. п. Подобные работы проводятся, но их недо­ статочно. Укажем на работы, которые были представлены на меж­ дународной конференции в Сеуле в 1993 г. В большинстве из них исследовалось влияние закрученного потока. Изучались эффек­ тивность применения трубчатого струевыпрямителя длиной 2,5JD и, кроме того, влияние пробкового крана, установленного после

72

колена. В ряде работ изучалась возможность установки миниатюрного термометра в непосредственной близости от диафрагмы и его влияние на измеряемый перепад давления.

1.15. ТРЕБОВАНИЯ К СОСТОЯНИЮ ТРУБОПРОВОДА

Участок трубопровода длиной 2D перед СУ должен быть ци­ линдрическим с круглым сечением. Результаты отдельных из­ мерений диаметра на этой длине должны отличаться не более чем на 0,3 % от среднего диаметра, определяемого по результа­ там двенадцати измерений в трех сечениях (по четыре измере­ ния в каждом). При угловом способе отбора первое сечение со­ впадает с входным торцом СУ, второе находится на расстоянии 0,25D от первого, а третье на расстоянии 0,5D от первого. На длине 2D после СУ ни один диаметр не должен отличаться боль­ ше чем на 3 % от среднего диаметра перед СУ. Кроме того, требу­ ется, чтобы на расстоянии 2D до и после СУ не было никаких уступов и наростов (в частности, заклепок и сварных швов) на внутренней поверхности трубопровода.

За пределами 2D трубопровод может состоять из отдельных со­ стыкованных секций и иметь уступы высотой А, удовлетворяющие двум требованиям h/D < 0,02 (l/D + 0,4X0,1 + 2,3(34) и h/D < 0,05. При этом к коэффициенту истечения С надо добавлять арифме­ тически дополнительную погрешность ±0,2 % . Недопустимы высоты уступов А, выходящие за указанные пределы, на выход­ ном прямом участке после СУ.

Диаметр трубопровода после диафрагмы и сопла на расстоя­ нии 2D может отличаться от среднего диаметра на входе не более чем на 3 % .

1.16. МОНТАЖ СУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ И ИХ ДЕФЕКТЫ

При монтаже любого СУ особенно важно обеспечить строгую его концентричность осей всех СУ и трубопровода. Согласно стан­ дарту ИСО 5167 эксцентриситет еХ9 т. е. смещение оси СУ относи­ тельно оси трубопровода, должно удовлетворять условию

Если 0,0025D / (0,1 + 2 ,3 т2) < ех < 0,005D / (0,1+2,3т 3), то к коэффициенту истечения С надо добавлять дополнительную погреш­ ность ±0,3 % . Эксцентриситет еХ9 выходящий за верхний предел последнего неравенства, недопустим. Эти неравенства устанавли­ вают довольно жесткие требования в отношении эксцентрисите­ та ех. Так, при m = 0,6 требуется ех й 0,0022D, что, например, при D = 100 мм дает значение еХ9 равное 0,28 мм. Ранее считали допу­

73

стимым значительно большие эксцентриситеты. Однако прове­ денные опыты [93, 98] показали необходимость уменьшать значе­ ние допустимого еХУчтобы избежать появления заметной отрица­ тельной погрешности измерения перепада давления, особенно при смещении диафрагмы в сторону отверстий для отбора давлений. Под влиянием этих опытов ИСО в конце 1970-х гг. предложило определять ех из неравенства ех < 0,0005П / (0,1 + 2 ,3 т2). Но удов­ летворить этому неравенству на практике очень трудно, если нет центрирующих выточек во фланцах и возможность смещения СУ ограничивается только фланцевыми болтами. Так, при D = 100 мм требуется, чтобы ех < 0,5 мм (при т = 0,1) и ех < 0,06 мм (при

т= 0,6). Поэтому в стандарте ИСО 5167, выпущенном в 1991 г.,

идано неравенство (53), увеличившее в пять раз эксцентриситет ех9 при котором отсутствует дополнительная погрешность, и еще в два раза верхний предел допустимого эксцентриситета (с уче­ том дополнительной погрешности).

Наряду с этими требованиями по эксцентриситету при монта­ же СУ необходимо обеспечить его перпендикулярность к оси тру­ бопровода с допустимым отклонением в пределах ±1°.

Большое внимание следует уделить закреплению и затяжке СУ, обеспечив возможность его свободного теплового расширения, чтобы не нарушились плокостность, перпендикулярность и соос­ ность в процессе эксплуатации. Толщина дополнительных про­ кладок должна быть минимально приемлемой. Недопустимо, если прокладка выступает внутрь трубопровода или в отверстие для отбора давления. Если прокладка выступает внутрь и уменьшает диаметр проходного сечения трубы с D до D', то коэффициент

расхода а возрастает за счет роста коэффициента скорости входа Е, а у диафрагм — еще и роста коэффициента сужения р. Это возрастание тем сильнее, чем меньше отношение D'/D, чем боль­ ше т и чем больше расстояние от прокладки до торцевой повер­ хности СУ. Согласно опытам [90, 111], при D'/D = 0,9 и т > 0,3 погрешность, вызванная возрастанием а, достигала у сопла 20 %, а у диафрагмы даже 40 % .

Необходимо также соблюдать требования относительно распо­ ложения точек отбора р\ и Р2- При угловом способе отбора уда­ ление их от плоскостей диафрагмы или сопла приводит обычно к отрицательной погрешности.

Четыре причины: коррозия, эрозия и загрязнение СУ, а также скапливающиеся перед ним осадки — могут существенно повли­ ять на точность измерения расхода в процессе эксплуатации. С первой причиной борются, изготавливая СУ из антикоррозий­ ного материала по отношению к измеряемому веществу. В боль­ шинстве случаев СУ изготавливают из той или другой марки кор­ розионно-стойкой стали. Поскольку этот материал достаточно твердый, то он хорошо сопротивляется и эрозии своей поверхнос­ ти, за исключением входной острой кромки диафрагмы, которая неизбежно притупляется в процессе эксплуатации. Но одно и то

74

же притупление сказывается на погрешности тем слабее, чем боль­ ше dj и при d > 125 мм им можно пренебречь, а при d < 125 мм надо применять сопла или износоустойчивые диафрагмы с напе­ ред притупленной кромкой. Некоторые вещества, в частности смолообразующие, дают отложения на поверхности СУ. При этом у диафрагмы уменьшается перепад давления вследствие загряз­ нения входной кромки, а у сопла возрастает перепад давления в результате уменьшения площади проходного сечения. В этих случаях необходимо чаще вынимать СУ для ревизии, чистки и замены, так как предотвратить загрязнение их поверхности очень трудно.

На горизонтальных линиях перед диафрагмой или соплом могут скапливаться конденсат и осадки. Для их удаления стан­ дарт ИСО 5167 рекомендует делать дренажные и продувочные отверстия диаметром не более 0,081) на расстоянии не менее 0,5Х> от отверстия для отбора давления. Для удаления конденсата это­ го достаточно, но не для удаления осадков, которые отлагаются больше всего у торцевой поверхности СУ.

Наконец, в процессе эксплуатации может увеличиваться ше­ роховатость трубопровода из-за его загрязнения и коррозии, что ведет к возрастанию коэффициента а. При значительных отло­ жениях в трубах необходимо их очищать.

1.17.ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

СПОМОЩЬЮ СТАНДАРТНЫХ СУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Всоответствии с международным стандартом ИСО 5167 по­ грешности отдельных величин, входящих в формулу расхода: сс(С), е, d, р и Ар, определяются в пределах границ, оцениваемых довери­ тельной вероятностью, равной 95 % . Тогда предельная погреш­ ность измерения расхода 8q равна удвоенной среднеквадратичес­ кой погрешности ад. Таким образом, имеем bq - 2aq. При этом считается, что погрешности отдельных величин, входящих в фор­ мулу расхода, малы и независимы друг от друга. Строго говоря, последнее предположение не совсем точно, так как а (С) есть фун­ кция^ D, v, v, ае — функцияd9DyДp,pi, х, но, считая корреляцион­ ные связи между ними слабыми, ими пренебрегают. Кроме того, для некоторых величин d, р, р, Т и Др известны только максималь­ ные погрешности однократного измерения, в то время как для С(а) и г известны среднеквадратические и предельные погрешно­ сти. Но, учитывая один и тот же порядок вероятности предель­ ных и максимальных погрешностей, считают возможным приме­ нять геометрический закон сложения погрешностей, принятый в математической статистике. Во всех ранее выпускавшихся оте­ чественных правилах измерения расхода с помощью СУ было принято складывать по геометрическому закону среднеквадрати­

75

ческие погрешности отдельных величин и уже затем получен­ ную таким образом среднеквадратическую погрешность измере­ ния расхода oq удваивать, чтобы получить предельную погреш­ ность 5д. Теперь уже в соответствии со стандартом ИСО 5167 погрешность получают, непосредственно складывая геометри­ чески предельные погрешности отдельных величин, входящих в формулу расхода. Таким образом,

Учитывая, что а = c / V 1- Р4, получим, что предельная погреш­ ность 8« определяется по формуле

а в ГОСТ 8.563.2-97 приведена следующая формула (9.19) для жидкости:

Здесь (2т2/а) 5^ — погрешность от неточности измерения d, учи­ тывая, что 8d = 0,07 % , а 2т2/а < 1 (для т < 0,64), данной погреш­ ностью можно пренебречь; (2m3/a ) &D2 — погрешность а от не­ точности измерения D. Так как &D = (0,3-Ю,4) % , то данной по­ грешностью можно пренебречь лишь при т < (0,2-Ю,3); 8^ — исходная погрешность коэффициента истечения. Для диафрагм

при т < 0,36 и 8с = (2vm -0 ,4 ) при т > 0,36. Для труб Вентури

8с= (1,2 + 1,5 т 2). Величина 8/ — погрешность С и а от сокраще­ ния требуемой длины прямого участка перед СУ в два или в три раза. Погрешность 8* = (0,5*1) % . Величина 8е — погрешность С и а от эксцентриситета СУ (допустимого). Погрешность 8е = 0,3 % . Величина 8д — погрешность С и а от допустимых неровностей внутренней поверхности трубопровода. Погрешность 8Л= 0,2 % . Величина 8Re — погрешность С и а, возникающая в случае, если действительное число Рейнольдса отличается от того, которое было принято при расчете коэффициента С. Величина 8&ш — погреш­ ность С и а от шероховатости трубопровода. Величина 8Лп — по­ грешность С и а от притупления входной кромки диафрагмы.

Предельную погрешность е рассчитывают по формуле

76