UFM3030 является универсальным прибором для непосредственного измерения жидкостей, как с простыми, так и со сложными свойствами. Особенно выделяются здесь среды с малой электропроводностью или неэлектропроводные среды, такие как деминерализованная вода или углеводороды. Неорганические вещества от расплавленной серы до хлора и органические соединения, такие как сжиженные газы, также не представляют сложности для UFM 3030.
3.3 Конструкция ультразвукового расходомера UFM 3030
Расходомер UFM 3030 в разнесенном или в компактном исполнении состоит из ультразвукового первичного преобразователя UFS 3000 в комбинации с электронным конвертором UFC 030. Конвертор имеет локальный дисплей с подсветкой и тремя кнопками. Все параметры конфигурации можно вводить либо при помощи этих кнопок, либо используя ручной стрежневой магнит и магнитные датчики Холла на передней панели, при этом корпус конвертора открывать не нужно. Также прибор можно отконфигурировать по коммуникационному протоколу HART® (протокол – встроенный по умолчанию). Конвертор компактного исполнения (UFC 030 K) устанавливается непосредственно на первичном преобразователе (датчике) расхода, а конвертор для разнесенного исполнения (UFC 030 F) имеет специальную крепежную скобу для монтажа на стенке или трубопроводе.
Компактное исполнение UFM 3030 K:
Конвертор UFC 030 K установлен непосредственно на корпусе ультразвукового первичного преобразователя UFS 3000.
Применение: UFM 3030 K – EEx / FM / CSA (взрывоопасные зоны).
Разнесенное исполнение UFM 3030 F:
Конвертор UFC 030 F установлен отдельно (разнесен) от ультразвукового датчика UFS 3000.
Применение: UFM 3030 F – EEx / FM / CSA (взрывоопасные зоны).
Структура первичного преобразователя UFS 3000.
3.4 Принцип работы выбранного расходомера
Принцип действия UFM 3030 и всех других ультразвуковых расходомеров фирмы KROHNE основан на разнице времени прохождения сигнала. При помощи трех пар запатентованных ультразвуковых датчиков измеряется время прохождения акустических сигналов, которые движутся по направлению потока и против него. Разница во времени прохождения пропорциональна средней скорости потока и преобразуется в выходной сигнал объемного и суммарного расхода. Измерительные лучи расходомера UFM 3030 образуют трехмерный профиль распределения скоростей движения среды или профиль потока среды, которая проходит по измерительной трубе, благодаря третьему измерительному лучу. Эти линии измерения располагаются таким образом, чтобы максимально снизить воздействие режима потока (ламинарного или турбулентного). В комбинации с использованием новейших технологий цифровой обработки сигнала это дает стабильные и надежные измерения расхода.
Третий измерительный луч позволяет UFM 3030 учитывать условия измерения как в ламинарном, так и в турбулентном режиме потока.
3.5 Технические характеристики ультразвукового расходомера UFM 3030
3.5.1 Ультразвуковой электронный конвертор UFC 030
Функция
Значение
Токовый выход
Значение токового сигнала
для Q = 0%; 0 16 мА;
для Q=100%; 4 20 мА;
программируется с шагом 1мА (ограничено 20 22 мА).
Электрические соединения
Активный режим: используется встроенный источник питания 24 В DC;
Источник тока, нагрузка ≤ 680 Ом;
Пассивный режим: внешнее напряжение ≤ 18 . 24 В DC, нагрузка ≤ 680 Ом.
Импульсный выход
Параметры выходных сигналов
Импульс на единицу измеряемой величины (макс. 2000 Гц) (например, 1000 импульсов/м3). Скважность импульса 25, 50, 100, 200 или 500 миллисекунд для частоты < 10 Гц.
В активном режиме подключение к электронным счетчикам осуществляется через встроенный источник питания 24 В DC / I ≤ 50 мА;
В пассивном режиме подключение к электронным (EC) или электромагнитным счетчика (ЭМС) осуществляется через внешний источник питания ≤ 19 - 32 В DC / I ≤ 150 мА.
Частотный выход
От 0 до 2 000 Гц (например, Q0% - 0 Гц, Q100% - 1000 Гц) при 100% от значения шкалы; Fмакс - 2 кГц
В пассивном режиме подключение к электронным (EC) или электромагнитным счетчика (ЭМС) осуществляется через внешний источник питания ≤ 19 - 32 В DC / I≤ 150 мА.
Выход состояния
Включен или выключен;
Низкий уровень: Uвых < 5 В (выключен);
Высокий уровень: Uвых > 15 В (включен);
Максимальное значение Uвых = 24 В DC.
Аналоговые входы
Параметры входных сигналов
Вход 1
Единица измерения: градусы Цельсия или Фаренгейта;
Температура для 4 мА: от -50°C до 150°C (от -58°F до 302°F);
Температура для 20 мА: от -50°C до 150°C (от -58°F до 302°F).
Вход 2
Единица измерения: бар или psi;
Давление для 4 мА: от 0 до 100 бар (от 0 до 1450 psi);
Давление для 20 мА: от 0 до 100 бар (от 0 до 1450 psi).
420 мА для температурного датчика;
Нагрузка 58 Ом;
Активный (если использовать источник питания UFC 030 24 В DC) или пассивный.
420 мА для давления;
Управляющие входы
Значения сигналов
Включено или выключено.
Низкий уровень: Uвх < 5 В (выключено);
Высокий уровень: Uвх > 15 В (включено);
Максимальное значение Uвх: Uвх-макс = 32 В.
Сигнальный кабель
Стандартное исполнение
Только для разнесенного исполнения, тип MR06, O.D. = 11 мм (0.43 дюйма) 5 м (15 футов).
Опционально
10 м (30 фт), 15 м (45 фт), 20 м (65 фт), 25 м (80 фт), 30 м (100 фт).
> 30 м (> 100 футов) под заказ.
Электрическое присоединение
3.5.2 Ультразвуковой первичный преобразователь UFS 3000
Фланцевые соединения
Диаметр
Класс фланца / Номинальное давление
Максимальное давление
Для фланцев по DIN 2501
DN 25 - 80
DN 100 - 150
DN 200 - 2000
DN 1200 - 2000
DN 2200 - 3000
PN 40
PN 16
PN 10
PN 6
PN 2,5
40 бар
16 бар
10 бар
6 бар
2,5 бар
Для фланцев по ANSI B 16,5
1" - 24"
26" - 40"
ANSI - Класс 150 фунтов / RF
MSS-SP44 - Класс 150 фунтов/ RF
19,7 бар при 20°C
Для фланцев по AWWA
24" - 120"
6 бар при 20°C
Применяемые материалы
Измерительная труба (с полиуретановым покрытием)
DN 25 - 300 / 1" - 12" SS 316 L (по сравнению с нержавеющей сталью 1.4404 и 1.4435);
DN 350 - 3000 / 14" - 120" углеродистая сталь.
Внешняя оболочка датчика
≤ DN 65 / 21/2” SS 316 L;
≥ DN 80 / 3” углеродистая сталь;
≥ DN 350 / 14” отдельный корпус для каждого датчика из нержавеющей стали SS 316 L.
Сенсор / окна сенсора
SS 316 L
Фланцы (наружное полиуретановое покрытие)
< DN 65 / 2.5” SS 316 L;
> DN 80 / 3” углеродистая сталь.
Клеммная коробка (полиуретановое покрытие)
Литой алюминиевый корпус
3.5.3 Ультразвуковой расходомер UFS 3030
Функция (параметр)
Измеряемые параметры
Реальный объем с простой одностадийной функцией дозирования
Откорректированный расход или объемный расход, приведенный к нормальным условиям в соответствии с API 2540 или требованиями заказчика
Массовый расход в единицах измерения заказчика (необходимы дополнительные сведения)
Рабочие условия
Жидкости с максимальным содержанием твердых частиц <5% (по объему) или максимальным содержанием газа <2% (по объему).
Коммуникационные протоколы
HART®
PROFIBUS PA
Диапазон измерения
UFM 3030 измеряет в пределах широкого диапазона скоростей потока: V= от 0 до 20 м/сек
Точность измерения (при нормальных условиях)
Погрешность измерения (V- скорость потока)
При V = от 0,5 до 20 м/сек < ± 0.5% от измеренного значения;
При V < 0.5 м/сек < ± 2.5 мм/сек от измеренного значения.
Повторяемость измерения
± 0,2% от измеряемого значения.
Влияние температуры
< ± 0,1% на 10°C (18°F).
Сертификаты на применение во взрывоопасных зонах
ATEX IEC 529-EN 60 529, EEx de ib IIC Tb … Ts;
FM Класс I, Div. 1 и 2, Группы A, B, C и D;
Класс II, Div. 1, Группы E, F и G;
Div. 2, Группы F и G;
Класс III, Div. 1 и 2;
CSA Класс I, Div. 1 и 2, Группы A, B, C и D;
Класс II, Div. 1 и 2, Группы E, F и G;
Класс III, Div. 1 и 2.
Предельные температуры
Компактное исполнение
Температура рабочей среды
от 25°C до +140°C (от -13°F до +284°F).
Температура окружающей среды
от 40°C до +65°C (от -40°F до 149°F).
Разнесенное исполнение
от -25°C до +180 °C (от -13°F до +356°F).
от -40°C до +65°C (от -40°F до 149°F).
Опционально расширенный диапазон температур рабочей среды
от 25°C до 220°C (от 13°F до +428°F) до размера DN150.
Специальные исполнения
Для рабочих сред с номинальными температурами в пределах от -170°C до + 500°C (от -274°F до +932°F) по запросу доступны высокотемпературное исполнение и исполнение для высокого давления.
Категория защиты в соответствии с IEC 529 (EN 60 529)
Стандартное (разнесенное или компактное исполнение)
IP 67 (приравнивается к NEMA 6 и 6P).
Опционально для разнесенного исполнения
IP 65 (приравнивается к NEMA 4 и 4X) или IP 68 (приравнивается к EMA 6 и 6P).
Диапазон измерения расхода
от 1 до 40 000 м³/ч.
Диапазон диаметров трубопровода
от 25 до 3000 мм
3.6 Электрические схемы подключения расходомера
3.7 Монтажные схемы подключения расходомера
Полное заполнение датчика расхода продуктом.
Ультразвуковой датчик расхода UFS 3000 устанавливается на таком участке трубопровода, где при любых условиях обеспечивается его полное заполнение продуктом, в том числе и при нулевой скорости потока.
Горизонтальное расположение трубопроводов.
Ультразвуковой датчик расхода устанавливается таким образом, чтобы акустические лучи располагались в горизонтальной плоскости.
Насосы и регулирующие клапана.
UFM 3030 устанавливается на выходе насосов и на входе регулирующих клапанов (для избежания возникновения кавитации и завихрений потока, вызванных работой клапана).
Оптимальные условия.
Чтобы получить заявленную точность измерения расхода при любых условиях необходимо обеспечить прямой участок на входе прибора, равный 10D, и прямой участок трубопровода на выходе прибора равный 5D, где D - диаметр датчика. Отклонение от этих величин в любую сторону может отрицательно сказаться на точности измерений расхода, но не влияет на его повторяемость или работу в целом. На длинных горизонтальных участках трубопроводов, где возможно образование так называемых воздушных карманов в полости ультразвукового датчика, рекомендуется устанавливать расходомер на восходящем под небольшим углом участке трубопровода.
Смешение реагентов
UFM 3030 необходимо устанавливать либо на входе смесителя химреагентов, либо на достаточно большом расстоянии от его выхода, где уже получен гомогенный продукт – на расстоянии не менее 30D (где D – номинальный диаметр трубопровода), в противном случае измерение может быть неустойчивым.
Вывод
Выбранный мной ультразвуковой расходомер UFM 3030 имеет очень широкий диапазон применения. Данный расходомер снабжен тремя измерительными лучами, высокоточной электроникой и инновационными технологиями цифровой обработки сигнала, что обеспечивает надежные и стабильные результаты измерения даже в сложных рабочих условиях. Прибор не требует специальной настройки, т.к. переходные процессы не влияют на его показания.
Расходомер UFM 3030 является компактным прибором, который легко монтируется и прост в эксплуатации. Его можно устанавливать в труднодоступных местах, так как нет необходимости в использовании фильтров, выпрямителей потока, опор, изоляции от вибраций.
Как и любой представитель ультразвуковых расходомеров, данный прибор не имеет подвижных и выступающих частей, на нём нет дополнительных потерь давления, износа и завихрений.
Расходомер UFM 3030 не относится к классу дешёвых приборов, но среди современных ультразвуковых расходомеров его стоимость сравнительно невысокая. При этом следует учитывать то, что общие расходы, связанные с монтажом UFM 3030, значительно ниже по сравнению с аналогичными затратами на монтаж массовых или вихревых расходомеров.
К тому же данный расходомер является универсальным с точки зрения выбора типа измеряемой среды (в частотности для нефтегазовой промышленности: всё от тяжелой сырой нефти до сжиженных газов, и даже битум). Поэтому срок окупаемости прибора рекордно короткий.
Учитывая всё выше сказанное, можно утверждать, что ультразвуковой расходомер UFM 3030 имеет отличные технические и метрологические показатели, высокую степень надёжности, и превосходное сочетание цена-качество, т.е. он хорошо подходит для использования в нефтегазовой промышленности.
Заключение
Существует большое количество средств для измерения расхода сжиженных газов при различных условиях. Они всё время модернизируются с целью повышения метрологических и технических характеристик.
Но среди всех методов измерения расхода особо выделяются акустические, в частности ультразвуковые.
К достоинствам ультразвуковых расходомеров принято относить: высшую точность измерения в широком интервале расходов; сверхвысокое быстродействие (десятки миллисекунд), и возможность измерения пульсирующих расходов; высокие показатели надежности (из-за отсутствия подвижных узлов); отсутствие депрессирующих элементов и вызванных ими потерь давления; принципиальную возможность измерения массового расхода и сохранение работоспособности при изменении направления потока; возможность измерения большого класса сред от жидких металлов до криогенных жидкостей и газов.
Выделяют несколько ультразвуковых методов измерения расхода, которые по-разному реализуют достоинства ультразвуковых расходомеров. Поэтому современные ультразвуковые расходомеры совмещают в себе все преимущества каждого метода, и идеально подходят под высокие требования современного производства.
Список литературы
1. Кулаков М.В. "Технологические измерения и приборы для химических производств", М.:Машиностроение.-1983.
2. Справочное пособие "Приборы измерения расхода, давления, уровня", АГТУ,1999.
3. Конспект лекций по дисциплине "Измерительные преобразователи", доц. Лунеев Д.Е.
4. WWW.KROHNE.RU
5. WWW.TEK-KNOW.RU
6. WWW.PANATEST.RU
7. WWW.OILPAGES.RU
8. WWW.TECHOGRAD.COM
Страницы: 1, 2, 3
