в чем измеряется мощность пара

Kessler-Ellis Products

Flow Products • Flat Panel Monitors • Industrial Instruments • Operator Interfaces • HMI Software

При автоматизации в легкой и пищевой промышленности перед инженерами часто встает проблема измерения расхода пара. В силу ряда физических особенностей парообразного состояния веществ решение задачи автоматического измерения расхода является весьма непростым. По этой причине, для начинающих и опытных специалистов в области метрологии, мы открыли на нашем сайте справочный раздел, посвященный проблемам измерения расхода веществ в парообразном состоянии. Основной упор в этом разделе будет сделан на применение приборов фирмы KEP в связке и первичными преобразователями расхода и другими приборами. Так же часть публикаций будет посвящена теоретическим вопросам в данной области.

Измерение расхода пара при помощи ультразвуковых расходомеров

Несмотря на анонсирование производителями серийно выпускаемых типов ультразвуковых расходомеров как приборов, которые могут применяться для измерения расхода пара, в этой сфере, в отличие от измерения расходов газов и жидкостей, успешного применения они пока что не нашли. Дело в том, что устройства реализуют доплеровский принцип измерений, который основывается на изменении частоты ультразвукового луча. Но при измерениях сухого насыщенного или перегретого пара этот принцип не может быть применен, так как поток не имеет неоднородностей, от которых луч может отражаться. А измерения влажного пара так же неэффективны из-за больших занижений показателей, происходящих вследствие различия между скоростями жидкой и газовой фаз. Подобные же расходомеры импульсного типа неприемлемы при измерении влажного пара из-за обратной проблемы – преломления, рассеивания и отражения лучей от капель воды.

Измерение расхода пара при помощи вихревых расходомеров

Для того, чтобы вычислить тепловую мощность и массовый расход влажного пара, требуется измерить степень его сухости. Большинство теплоэнергоконтроллеров и тепловычислителей российского производства имеют опцию, позволяющую ввести константу «степень сухости пара», которая корректирует энтальпию и удельную плотность влажного насыщенного пара.

Насыщенным паром называется пар, который находится с водой в термодинамическом равновесии. Температура и давление насыщенного пара взаимосвязаны и расположены на кривой насыщения, которой определяется температура воды, соответствующая данному давлению.

Подогретый пар представляет собой водяной пар, который нагрет до температуры, превышающей при данном давлении температуру кипения воды. Может получаться, к примеру, при дополнительном нагреве насыщенного пара.

Сухой насыщенный пар – это бесцветный прозрачный газ. Представляет собой гомогенную, то есть однородную среду. В некотором смысле такой пар может считаться некой абстракцией, потому что получение его достаточно затруднительно. В природе сухой насыщенный пар может быть встречен лишь в геотермальных источниках, а насыщенный пар, производимый паровыми котлами, таковым не является: типичное для него значение сухости колеблется в пределах 0,95–0,97. В нештатных же случаях (например, во время резкого возрастания потребления пара, при выносе котловой воды во время работы котла с пониженным давлением) степень сухости становится еще ниже. К тому же такой пар метастабилен: во время отдачи тепла он становится влажным насыщенным, а если же тепло поступает извне, сухой насыщенный пар легко становится перегретым.

Сложности, связанные с измерением влажного насыщенного пара, требуют комплексного решения. Единственно правильным вариантом надежного и метрологически достоверного учета массового расхода и тепловой мощности такого пара становится следующий комплексный метод, состоящий из нескольких этапов:

1)влажный пар сепарируется при помощи конденсатоотводчика и сепаратора;

2) сухой насыщенный пар измеряется любым из пригодных для этого расходомеров;

3) любым из пригодных для этого расходомеров измеряется расход конденсата;

4) производится расчет тепловых мощностей и массовых расходов конденсата и пара;

5) параметры интегрируются по времени, протоколы измерений формируются и архивируются.

Использование расходомеров переменного перепада давления для измерения пульсирующих (быстроменяющихся) потоков в некоторых случаях приводит к недопустимо большим значениям. Такое положение связано со многими источниками погрешности: влиянием соединительных (импульсных) трубок, влиянием квадратичной зависимости между перепадом давления и расходом, влиянием акустических явлений. Поэтому ГОСТом Р 8.586.1-2005, регламентирующим измерение подобных потоков расходомерами в пункте 6.3.1 устанавливается положение, согласно которому измеряемый расход должен медленно изменяющимся во времени или вообще постоянным.

При этом применение вихревых расходомеров для измерения пульсирующих расходов проблемы не составляет. Причиной этого становится их достаточное быстродействие в время изменения расхода пара. Во время измерения расхода пара, частоты срывов с тела обтекания вихрей находятся в диапазоне в сотни и тысячи герц. Во временных интервалах такой диапазон соответствует десяткам и даже единицам миллисекунд. Спектр сигналов, анализирующихся современными электронными схемами вихревых расходомеров, составляет 3–7 периодов синусоидальных вихревых сигналов. Отклик, который обеспечивается вихревым расходомером, вполне достаточен для того, чтобы отследить быстропротекающие процессы и составляет порядка 30–70 миллисекунд.

Измерение расхода пара в переходных режимах

Данная статья рассмотрит типовую систему измерения параметров парового потока с применением расходомера на базе электронных вычислителей параметров потока, а также датчиков давления. Здесь будут рассмотрены принципы построения измерительных систем параметров потока пара, базой построения которых являются датчики дифференциального давления.

Итак, типовая система, предназначенная для измерений параметров потока пара, основана на нескольких элементах.
К данным элементам относятся:
— расходомер, который устанавливается в паропроводе
— передатчик, который устанавливается вблизи расходомера или непосредственно на нём (могут быть несколько);
— статистический преобразователь давления, предназначенный для измерения парового давления;
— вычислитель, предназначенный для расчета параметров парового потока;
— модем для осуществления обмена данными с внешним устройством.
В случае необходимости удаленного измерения, система способна дополнятся программным обеспечением, модемом, а также удалённым компьютером.

Осуществление установки.
В процессе установки расходомера, статического преобразователя давления, а также дифференциального датчика давления, монтаж осуществляется согласно отраслевой руководящей документации и инструкциям заводов изготовителей.
Кроме этого должны учитываться, поставляемые производителем, отдельная документация калибровки и настройки.

Осуществление запуска.
В процессе осуществления запуска отдельных компонентов системы, необходимо произвести их конфигурацию для обеспечения корректной работы. В процессе этого необходимо на датчиках давления произвести двойную проверку по каждому диапазону измерений.

Измерение тепловой энергии и массового расхода влажного насыщенного пара связанно с определенными проблемами, вызванными строением пароконденсатной смеси:

1) скорость жидкой и газовой фаз влажного насыщенного различна, при этом каждая из них занимает в поперечном сечении трубопровода переменную эквивалентную площадь;

2) по мере возрастания влажности насыщенного пара, растет и его плотность, причем зависимость между плотностью влажного пара и давлением неоднозначна и, в свою очередь, находится в зависимости от степени его сухости;

3) по мере того, как влажность насыщенного растет, снижается его удельная энтальпия;

4) затруднительно определять степень сухости насыщенного пара, находящегося в потоке.

Источник

Учет расхода пара. Расходомеры и счетчики на пар

НАСЫЩЕННЫЙ И ПЕРЕГРЕТЫЙ ПАР, ОБЩИЕ ВОПРОСЫ, АСПЕКТЫ И ОСОБЕННОСТИ УЧЕТА

Например, когда степень сухости насыщенного пара падает ниже 70%, вследствие изменения параметров рабочего процесса, среда становится двухфазной.

Причины могут быть в повреждении теплоизоляции трубопровода или в превышении требуемого размера диаметра трубы. Это ведет к снижению температуры или давления.

Еще один фактор – коррозия и накипь, которые способствуют появлению в потоке механических включений. Кроме того, вероятно возникновение термоударов и гидроударов. Следовательно, средство измерения должно быть рассчитано на высокие перегрузки. В соответствии с требованиями нормативных документов по измерению пара расходомер должен иметь возможность коррекции показаний по температуре и давлению.

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ МЕТОДИКИ И НОРМАТИВЫ

При всем разнообразии существующих методов измерения, выбор расходомеров для учета пара ограничен. В данной статье предлагаем рассмотреть два основных способа – с помощью сужающих устройств и вихревых расходомеров.

Первый метод предусматривает установку в трубопроводе сужающего устройства (СУ). Преимущественно в качестве СУ используются диафрагмы, но также возможно применение сопел, труб Вентури и других местных гидравлических сопротивлений.

При прохождении потока через диафрагму характер его течения меняется. Непосредственно перед сужающим устройством давление среды возрастает, а после него – снижается. Чем больше разница давления до диафрагмы и после неё, тем выше расход.

Давление среды, а также его перепад на сужающем устройстве измеряют методами и СИ, соответствующими требованиям ГОСТ 8.586.5. Учет пара данным методом также регламентируется ГОСТ Р 8.586.1 – 2005, в котором, в частности, прописано, что по условиям применения стандартных сужающих устройств, контролируемая среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам (п. 6.2.2), а её расход должен быть постоянным или медленно изменяющимся во времени. (п. 6.3.1)

Второй метод с помощью вихревых расходомеров основан на эффекте фон Кармана. За телом обтекания по обеим его сторонам в потоке происходит поочередное образование вихрей. Частота вихреобразования пропорциональна скорости потока. Измерив пульсацию давления, возникающего в потоке вихрей за телом обтекания, возможно узнать расход.

При учете пара вихревыми расходомерами, помимо расхода в рабочих условиях, также необходимо дополнительно измерять давление и температуру среды. Измеренные параметры поступают в тепловычислитель, который рассчитывает значение массы пара либо тепловой энергии.

Отметим, что для измерения массы насыщенного пара достаточно только одного внешнего датчика на выбор, поскольку определенное значение давления соответствует значению температуры.

Таблица температуры и давления насыщенных паров здесь

Алгоритмы расчета теплофизических свойств пара прописаны в методике Государственной службы стандартных справочных данных ГСССД МР 147-2008.

Как правило, в составе средств измерения указанные выше алгоритмы являются принадлежностью вычислителя или контроллера. Однако, применительно к вихревым расходомерам торговой марки «ЭМИС», такие алгоритмы являются составной частью программного обеспечения электронного блока вторичного преобразователя самого счетчика – расходомера.

В соответствии с данными алгоритмами «ЭМИС»-ВИХРЬ 200» самостоятельно осуществляет коррекцию и вычисления, благодаря возможностям электронного блока с функцией вычислителя («ВВ»), предусматривающего подключение внешних датчиков давления и температуры.

Прибор рассчитывает следующие параметры: мгновенный и массовый расход пара, его плотность, энтальпию и накопленную энергию.

Таблица: Параметры алгоритмов расчета

При этом важно отметить, что при поверке функции «ВВ» расходомера в момент его выпуска из производства данная процедура должна осуществляться с применением датчика давления и температуры.

Помимо встроенных аттестованных алгоритмов, в соответствие с ГСССД, в числе преимуществ вихревых расходомеров также следующие возможности:

-удаленная передача данных, в том числе беспроводная;
-цифровая фильтрация сигнала;
-имитационная поверка без снятия с трубопровода;
-бесплатное фирменное сервисное и диагностическое ПО «ЭМИС»-Интегратор».

Вместе с тем необходимо заметить, что при требовании или желании заказчика может поставляться узел учета тепловой энергии «ЭМИС-Эско 2210», в состав которого также будет входить вычислитель, как отдельное средство СИ.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПАРА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Учитывая тот факт, что зачастую значение расхода пара изменяется, в зависимости от объемов производства и других факторов, существенную роль играет диапазон измерений. У вихревого расходомера этот показатель составляет от 1:20 до 1:40. Если же в качестве средства измерения используется сужающее устройство, то в комплектации с интеллектуальными датчиками давления его динамический диапазон с приемлемой для заказчика погрешностью будет в пределах 1:10. При этом стоимость комплекса будет сопоставима с вихревыми расходомерами.

Еще один важный момент, который надо учесть, это максимальная температура пара, которая может быть от +100 до +600 градусов. Расходомеры перепада давления способны работать во всем обозначенном диапазоне, предел для вихревых расходомеров составляет +450 градусов.

При этом прибор имеет конструктивные особенности и исполнения: перфорированную стойку, которая не допускает перегрева преобразователя, а также два датчика пульсации давления, расположенных за телом обтекания по обе стороны от него без выступления в проточную часть. Эти датчики также содержат пьезоэлементы, которые преобразуют пульсации давления в электрические сигналы.

УЗЛЫ УЧЕТА ПАРА НА БАЗЕ ДИАФРАГМЫ

В 2020 году в продуктовой линейке компании «ЭМИС» ожидается появление измерительных комплексов на базе сужающих устройств, в качестве которых используется диафрагма, что стало закономерным шагом в связи с запуском в 2018 году производства интеллектуальных датчиков давления «ЭМИС»-БАР». Их основная приведенная погрешность составляет от ±0,04 %, что позволяет осуществлять учет методом перепада давления с требуемой точностью.

По запросу заказчиков, компания «ЭМИС» готова поставлять полностью укомплектованные комплексы, включающие диафрагму, интеллектуальные датчики абсолютного и дифференциального давления «ЭМИС»-БАР», термопреобразователь, откалиброванные прямолинейные участки, фланцы, импульсные трубки, клапанные блоки, конденсационные и уравнительные сосуды и другие комплектующие для монтажа.

Узлы учета пара на базе вихревых расходомеров.

Как уже говорилось ранее, для измерения пара компания «ЭМИС» по требованию или желанию заказчика может поставлять измерительные комплексы «ЭМИС-Эско 2210» как средство измерения (внесены в Госреестр СИ под №72830-18), в состав которых входят: вихревой расходомер «ЭМИС»-ВИХРЬ 200», датчик давления «ЭМИС»-БАР», тепловычислитель и первичный преобразователь температуры утвержденного типа.

При использовании узла учета «ЭМИС-Эско 2210», в составе которого имеется контроллер, сохраняются ранее перечисленные преимущества вихревых расходомеров, но при этом появляются и дополнительные:

Наилучшим подтверждением надежности измерений с использованием вихревых расходомеров является многолетний опыт эксплуатации. В частности, расходомеры «ЭМИС»-ВИХРЬ 200» уже более 10 лет безотказно выполняют задачи по учету теплоносителей на предприятии «Магнезит». В своём отзыве заказчик отмечает, что с 2010 года по настоящее время для учета перегретого пара используются три измерительных узла на базе приборов «ЭМИС»-ВИХРЬ 200». Замечаний по их работе не выявлено. В процессе эксплуатации расходомеры показали себя надежным средством измерения, полностью соответствующим заявленным производителем параметрам.

Положительные отзывы поступили от многих заказчиков, в числе которых также специалисты «Уральского электрохимического комбината», входящего в госкорпорацию «Росатом»:

«Службой Главного энергетика АО «УЭХК» более 10 лет на коммерческих узлах учета пара используются преобразователи расхода вихревые «ЭМИС»-ВИХРЬ 200» Ду – 25, 50, 150. Приборы установлены как в помещениях, так и на улице. Общее количество – 14 штук. За время эксплуатации замечаний к их работе не зафиксировано, отрицательных результатов поверки не отмечено».

УЗЛЫ УЧЕТА АИП НА БАЗЕ «ЭМИС»-ВИХРЬ 200″ И ДИАФРАГМЫ

Обратная связь от заказчиков и их пожелания зачастую становятся стимулом к поиску новых задач измерения расхода. Так по запросу одной из нефтедобывающих компаний в 2011 году инженерный центр ЗАО «ЭМИС» первым в России разработал и запатентовал узел учета пара с автономным источником питания.

Измерительный комплекс запитывается от теплогенератора (ТЭГ), тепловая энергия преобразуется в электрическую, а показатели измеряемых параметров передаются оператору по GSM-каналу.

Принцип действия ТЭГ основан на эффекте Пельтье. Генератор устанавливается на трубопроводе ниже по потоку после расходомера, датчиков давления и температуры. Питание с ТЭГ посредством специального преобразователя напряжения передается на измерительные приборы, расположенные в шкафу. Сигналы с них поступают на расчетно-измерительный преобразователь или в электронный блок вихревого расходомера, который осуществляет вычисления и архивирует результаты. Также он обеспечивает связь с ПК для конфигурирования и передачи любых измеренных параметров по каналам связи общего пользования GSM/GPRS с помощью контроллера.

По желанию заказчиков термоэлектрический генератор может быть применен в качестве автономного источника питания и для узла учета на базе диафрагмы. Сигналы с датчиков давления и температуры будут поступать на вычислитель, далее при помощи передающего контроллера измеренные и вычисленные значения будут передаваться в сеть по GSM/GPRS/.

ЗАО «ЭМИС», предлагая различные варианты технических решений по учету пара, стремится максимально удовлетворить все требования и пожелания Заказчика, руководствуясь при этом основными принципами:

Если у вас остались вопросы по работе расходомеров или узлов учета, вы можете задать свой вопрос инженерам компании “ЭМИС”:

Источник

spirax_sarco

Пароконденсатные системы для промышленных предприятий

Точность измерения расхода пара зависит от целого ряда фак­торов. Один из них – степень его сухости. Часто этим показа­телем пренебрегают при подборе приборов учета и измерения, и совершенно напрасно. Дело в том, что насыщенный влажный пар по сути является средой двухфазной, и это вызывает ряд проблем в измерении его массового расхода и тепловой энер­гии. Как решить эти проблемы, мы сегодня разберемся.

Свойства водяного пара

Для начала, определимся с терминологией и выясним, каковы особенности влажного пара.

Насыщенный пар – водяной пар, находящийся в термодинами­ческом равновесии с водой, давление и температура которого связаны между собой и располагаются на кривой насыщения (рис.1), определяющей температуру кипения воды при данном давлении.

Перегретый пар – водяной пар, нагретый до температуры выше температуры кипения воды при данном давлении, получаемый, например, из насыщенного пара путем дополнительного нагре­ва.

Влажный насыщенный пар (рис.2) представля­ет собой механическую смесь сухого насыщенно­го пара с взвешенной мел­кодисперсной жидкостью находящейся с паром в термодинамическом и ки­нетическом равновесии. Флуктуация плотности га­зовой фазы, наличие по­сторонних частиц, в том числе несущих электриче­ские заряды – ионы, при­водит к возникновению центров конденсации, носящей гомогенный ха­рактер. По мере роста влажности насыщенно­го пара, например, из-за тепловых потерь или повышения давления, мельчайшие капельки воды становятся центрами конденсации и по­степенно растут в размерах, а насыщенный пар становится гетерогенным, т.е. двухфазной сре­дой (пароконденсатной смесью) в виде тумана. Насыщенный пар, представляющий газовую фазу пароконденсатной смеси, при движении передает часть своей кинетической и тепло­вой энергии жидкой фазе. Газовая фаза потока несет в своем объеме капельки жидкой фазы, но скорость жидкой фазы потока существен­но ниже скорости его паровой фазы. Влажный насыщенный пар может формировать границу раздела, например, под воздействием гравита­ции. Структура двухфазного потока при конден­сации пара в горизонтальных и вертикальных трубопроводах меняется в зависимости от со­отношения долей газовой и жидкой фаз (рис.3):

Рисунок 2. PV-диаграмма водяного пара

Рисунок 3. Структура двухфазного потока в горизонтальном трубопроводе

Характер течения жидкой фазы зависит от соотношения сил трения и сил тяжести, и в горизонтально расположенном трубо­проводе (рис.4) при высокой скорости пара течение конденсата может оставаться пленочным, как и в вертикальной трубе, при средней может приобретать спиралевидную форму (рис.5), а при низкой пленочное течение наблюдается только на верхней внутренней поверхности трубопровода, а в нижней формирует­ся непрерывный поток, «ручей».

Таким образом, в общем случае поток пароконденсатной сме­си при движении представляет собой три составляющих: сухой насыщенный пар, жидкость в виде капель в ядре потока и жид­кость в виде пленки или струи на стенках трубопровода. Каждая из этих фаз имеет свою скорость и температуру, при этом при движении пароконденсатной смеси возникает относительное скольжение фаз. Математические мо­дели двухфазного течения в паропро­воде влажного насы­щенного пара пред­ставлена в работах.

Рисунок 4. Структура двухфазного потока в вертикальном трубопроводе

Рисунок 5. Спиралевидное движе­ние конденсата.

Проблемы измерения расхода

Измерение массового расхода и тепловой энергии влажного на­сыщенного пара связано со следующими проблемами:
1. Газовая и жидкая фазы влажного насыщенного пара движут­ся с различной скоростью и занимают переменную эквива­лентную площадь поперечного сечения трубопровода;
2. Плотность насыщенного пара возрастает по мере роста его влажности, причем зависимость плотности влажного пара от давления при различной степени сухости неоднозначна;
3. Удельная энтальпия насыщенного пара снижается по мере роста его влажности.
4. Определение степени сухости влажного насыщенного пара в потоке затруднительно.

Вместе с тем, повышение степени сухости влажного насыщенно­го пара возможно двумя известными способами: «мятием» пара (снижением давления и, соответственно, температуры влажного пара) с помощью редукционного клапана и отделением жидкой фазы с помощью сепаратора пара и конденсатоотводчика. Со­временные сепараторы пара обеспечивают почти 100% осуше­ние влажного пара.

Измерение расхода двухфазных сред – крайне сложная задача, до сих пор не вышедшая за пределы исследовательских лабо­раторий. Это в особой степени касается пароводяной смеси.

Большинство расходомеров пара являются скоростными, т.е. измеряют скорость потока пара. К ним относятся расходомеры переменного перепада давления на базе сужающих устройств, вихревые, ультразвуковые, тахометрические, корреляционные, струйные расходомеры. Особняком стоят кориолисовые и те­пловые расходомеры, непосредственно измеряющие массу протекающей среды.

Рассмотрим, как различные виды расходомеров справляются со своей задачей, если имеют дело с влажным паром.

Расходомеры переменного перепада давления

Расходомеры переменного перепада давления на базе сужаю­щих устройств (диафрагм, сопел, труб Вентури и других местных гидравлических сопротивлений) до сих пор являются основным средством измерения расхода пара. Однако, в соответствии с подразделом 6.2 ГОСТ Р 8.586.1-2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом перепада давления»: По условиям применения стандартных сужающих устройств, кон­тролируемая «среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам«:

При наличии в трубопроводе двухфазной среды пара и воды из­мерение расхода теплоносителя приборами переменного пере­пада давления с нормированной точностью не обеспечивается. В этом случае «можно было бы говорить об измеренном рас­ходе паровой фазы (насыщенного пара) потока влажного пара при неизвестном значении степени сухости».

Таким образом, применение таких расходомеров для измере­ния расхода влажного пара приведет к недостоверным показа­ниям.

Оценка возникающей методической погрешности (до 12% при давлении до 1 МПа и степени сухости 0,8) при измерении влаж­ного пара расходомерами переменного перепада давления на базе сужающих устройств проведена в работе.

Ультразвуковые расходомеры, успешно применяемые при изме­рении расхода жидкостей и газов, ещё не нашли широкого приме­нения при измерении расхода пара, несмотря на то, что отдель­ные их типы выпускаются серийно или были анонсированы производителем. Проблема заключается в том, что ультра­звуковые расходомеры, реализующие доплеровский принцип из­мерений, основанный на сдвиге частоты ультразвукового луча, не пригодны для измерения перегретого и сухого насыщенного пара из-за отсутствия неоднородностей в потоке, необходимых для от­ражения луча, а при измерении расхода влажного пара сильно занижают показания из-за отличия скоростей газовой и жидкой фазы. Ультразвуковые расходомеры времяимпульсного типа наоборот неприменимы для влажного пара из-за отражения, рас­сеивания и преломления ультразвукового луча на каплях воды.

Вихревые расходомеры разных производителей при измерении влажного пара ведут себя неодинаково. Это определяется как конструкцией первичного преобразователя расхода, принципа детектирования вихрей, электронной схемы, так и особенно­стями программного обеспечения. Принципиальным является влияние конденсата на работу чувствительного элемента. В некоторых конструкциях «серьезные проблемы возникают при измерении расхода насыщенного пара, когда одновременно в трубопроводе существует газовая и жидкая фаза. Вода кон­центрируется вдоль стенок трубы и препятствует нормальному функционированию датчиков давления, установленных запод­лицо со стенкой трубы». В других конструкциях конденсат может затапливать сенсор и блокировать измерение расхода вовсе. Зато у некоторых расходомеров это практически не влия­ет на показания.

Кроме этого, двухфазный поток, набегая на тело обтекания, фор­мирует целый спектр вихревых частот, связанных как со скоро­стью газовой фазы, так и со скоростями жидкой фазой (капель­ ной формы ядра потока и пленочной или струйной пристеночной области) влажного насыщенного пара. При этом амплитуда вих­ревого сигнала жидкой фазы может быть весьма значительной и, если электронная схема не предполагает цифровой фильтрации сигнала с помощью спектрального анализа и специального ал­горитма выделения «истинного» сигнала, связанного с газовой фазой потока, что характерно для упрощенных моделей рас­ходомеров, то будет происходить сильное занижение показаний расхода. Лучшие модели вихревых расходомеров обладают си­стемами DSP (цифровой обработки сигнала) и SSP (спектральной обработки сигнала на основе быстрого преобразования Фурье), которые позволяют не только повысить отношение сигнал/шум, выделить «истинный» вихревой сигнал, но и устранить влияние вибраций трубопровода и электрических помех.

Несмотря на то, что вихревые расходомеры предназначены для измерения расхода однофазной среды, в работе показано, что они могут быть использованы для измерения расхода двух­фазных сред, в том числе, пара с каплями воды при некоторой деградации метрологических характеристик.

Влажный насыщенный пар со степенью сухости свыше 0,9 по экспериментальным исследованиям EMCO и Spirax Sarco мож­но считать гомогенным и за счет «запаса» по точности расходо­меров PhD и VLM (±0,8-1,0%), показания массового расхода и тепловой мощности будут находиться в пределах погрешно­стей.

При степени же сухости 0,7-0,9 относительная погрешность из­мерений массового расхода этих расходомеров может дости­гать десяти и более процентов.

Другие исследования, например, дают более оптимисти­ческий результат – погрешность измерения массового расхода влажного пара соплами Вентури на специальной установке для калибровки расходомеров пара находится в пределах ±3,0% для насыщенного пара со степенью сухости свыше 0,84.

Чтобы избежать блокирования чувствительного элемента вих­ревого расходомера, например, чувствительного крыла конден­сатом, некоторые производители рекомендуют ориентировать первичный преобразователь таким образом, чтобы ось чувстви­тельного элемента была параллельна поверхности раздела пар/конденсат.

Другие типы расходомеров

Расходомеры переменного перепада/переменной площади, обтекания с подпружиненной заслонкой и мишенные перемен­ной площади не допускают измерение двухфазной среды из-за возможного эрозионного износа проточной части при движении конденсата.

Принципиально только массовые расходомеры кориолисового типа могли бы измерять двухфазную среду, однако исследова­ния показывают, что погрешности измерений кориолисовых расходомеров в значительной степени зависят от соотношения долей фаз, а «попытки разработать универсальный расходомер для многофазных сред скорее ведут в тупик». В тоже время ко­риолисовые расходомеры интенсивно развиваются, и, воз­можно, успех будет достигнут уже скоро, но пока таких промыш­ленных средств измерений на рынке нет.

Источник