Измерительные комплексы играют важную роль во многих отраслях промышленности, позволяя точно контролировать расход и другие параметры различных сред. Давайте разберемся, что представляет собой измерительный комплекс, из каких компонентов состоит, какие бывают типы и каков принцип его работы.
Определение и назначение измерительного комплекса
Измерительный комплекс - это функционально объединенная совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенная для косвенных измерений объема газа при стандартных условиях.
Основное назначение измерительного комплекса - измерение расхода и объема газа с учетом давления, температуры и других параметров, а также приведение результатов измерений к стандартным условиям.
Измерительные комплексы применяются:
- В системах коммерческого учета газа
- На газораспределительных станциях
- На промышленных предприятиях
- В научных исследованиях
Состав измерительного комплекса
В состав измерительного комплекса входят следующие основные компоненты:
- Первичные преобразователи расхода (сужающие устройства)
- Датчики давления
- Датчики температуры
- Вычислитель (корректор)
- Устройства вторичной обработки и передачи данных
- Вспомогательные устройства (фильтры, клапаны и т.д.)
Первичные преобразователи расхода - сужающие устройства, в которых происходит изменение скорости потока газа. Наиболее распространены диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури.
Датчики давления и температуры предназначены соответственно для измерения давления и температуры газа. Используются различные типы датчиков, например Метран-150, МИДА-13П, ТСП-Н.
Вычислитель (корректор) производит обработку сигналов от датчиков, выполняет расчет расхода и объема газа, а также приведение к стандартным условиям. Пример - корректор СПГ762.
Устройства вторичной обработки и передачи данных - GSM/GPRS модемы, контроллеры и т.д. Обеспечивают связь, передачу и визуализацию данных.
Вспомогательные устройства включают запорно-регулирующую арматуру, фильтры, конденсатоотводчики и пр.
Типы измерительных комплексов
Измерительные комплексы классифицируются:
- По типу первичного преобразователя расхода
- По измеряемой среде
- По давлению
- По температурному диапазону
- По наличию взрывозащиты
По типу первичного преобразователя расхода различают измерительные комплексы на базе:
- Сужающих устройств (диафрагма, сопло и др.)
- Турбинных расходомеров
- Ротационных расходомеров
- Ультразвуковых расходомеров
По измеряемой среде выделяют измерительные комплексы для:
- Природного газа
- Попутного нефтяного газа
- Других технических газов
По давлению различают комплексы для низкого (до 0,1 МПа), среднего (0,1-0,6 МПа) и высокого (свыше 0,6 МПа) давления.
По температурному диапазону бывают комплексы для работы в диапазоне от -40 до +50°C, от -60 до +60°C и т.д.
По наличию взрывозащиты различают измерительные комплексы общепромышленного исполнения и во взрывозащищенном исполнении.
Основные технические характеристики
К основным техническим характеристикам измерительных комплексов относятся:
- Диапазоны измерений расхода, объема, давления, температуры
- Пределы допускаемой относительной погрешности измерений
- Условия эксплуатации (температура, влажность, давление окружающей среды)
- Напряжение питания и потребляемая мощность
- Степень защиты корпуса
- Габаритные размеры и масса
Например, диапазоны измерений расхода могут составлять 1:100 или 1:250, то есть отношение максимального расхода к минимальному равно 100 или 250.
Пределы допускаемой относительной погрешности измерений расхода и объема обычно находятся в диапазоне от 0,5% до 5%.
Рабочий диапазон температур окружающей среды для измерительных комплексов составляет от -40 до +50°С или от -60 до +60°С.
Принцип работы измерительного комплекса
Принцип работы измерительных комплексов основан на использовании уравнения расхода газа через сужающее устройство и закона изменения состояния идеального газа.
Первичный преобразователь расхода (сужающее устройство) создает перепад давления, который зависит от расхода газа. Датчики давления измеряют давление до и после сужающего устройства.
Датчики температуры измеряют температуру газа. Вычислитель по сигналам от датчиков рассчитывает значение объемного расхода газа.
Далее выполняется интегрирование расхода для определения объема газа за заданный период. Полученные значения расхода и объема приводятся к стандартным условиям с использованием закона идеального газа.
Результаты измерений и расчетов отображаются на дисплее вычислителя, а также могут передаваться на верхний уровень по интерфейсам связи.
Рассмотрим более подробно отдельные устройства, входящие в состав измерительных комплексов.
Первичные преобразователи расхода
Наиболее распространены сужающие устройства - диафрагмы, сопла ИСА 1932 и трубы Вентури. Они имеют определенные преимущества и недостатки.
Диафрагмы просты в изготовлении, но имеют высокие потери давления. Сопла ИСА 1932 более точны, чем диафрагмы, но дороже. Трубы Вентури наименее чувствительны к загрязнениям, но имеют большую длину.
Датчики давления и температуры
В качестве датчиков давления в измерительных комплексах чаще всего используются датчики избыточного давления на основе тензорезистивных чувствительных элементов, например Метран-150. Для измерения разности давлений применяют дифманометры ДМ-3583.
В качестве датчиков температуры применяют термопреобразователи сопротивления платиновые (100П, 500П, 1000П) и медные (50М, 100М).
Измерительный комплекс СГ
Измерительный комплекс СГ предназначен для работы с природным газом. Обычно используют диафрагмы в качестве сужающих устройств.
Измерительный комплекс СГ-ТК
В составе измерительного комплекса СГ-ТК в качестве первичного преобразователя используется турбинный расходомер, например СГ-16МТ. Он обеспечивает бóльшую точность по сравнению с диафрагмами.
Измерительный комплекс СГ-ЭКВЗ
Измерительный комплекс СГ-ЭКВЗ строится на базе ротационных счетчиков газа, таких как RABO. Ротационные счетчики имеют широкий динамический диапазон измерений.
Обеспечение безопасности при эксплуатации измерительных комплексов
Для безопасной эксплуатации измерительных комплексов необходимо соблюдать следующие требования:
- Контроль предельно допустимых значений давления и расхода газа
- Выполнение взрывозащиты оборудования при работе со взрывоопасными газами
- Защита от перегрузок по давлению и расходу
- Регулярная диагностика работоспособности
- Своевременное техническое обслуживание
Взрывозащита оборудования
При использовании измерительных комплексов для учета взрывоопасных газов их электрические компоненты должны иметь взрывозащиту, например искробезопасное исполнение.
Кроме того, должны применяться взрывозащищенные датчики давления, температуры, блоки питания и другие устройства, допущенные к применению во взрывоопасных зонах.
Защита от перегрузок
Для защиты измерительного комплекса от перегрузок по давлению используются предохранительные клапаны и ограничители давления. Для защиты от превышения расхода применяются дросселирующие устройства.
В корректорах и датчиках реализуется программная защита от выхода измеряемых параметров за допустимые пределы.
Диагностика и контроль работоспособности
Корректоры измерительных комплексов должны иметь встроенную систему диагностики, позволяющую выявлять неисправность датчиков, отказы питания, сбои в работе и другие проблемы.
Также должна проводиться периодическая метрологическая поверка измерительного комплекса и проверка работоспособности всех каналов измерений.
Техническое обслуживание
Регулярное техническое обслуживание измерительных комплексов включает:
- Визуальный осмотр и проверка герметичности
- Проверка заземления
- Проверка и замена фильтрующих элементов
- Очистка или замена сужающих устройств
Своевременное ТО позволяет поддерживать работоспособность и метрологические характеристики измерительного комплекса.
