SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Ультразвуковые расходомеры

Накладные ультразвуковые расходомеры FLUXUS, выпускаемые немецкой компанией FLEXIM, способны измерять потоки жидкостей и газов в условиях, в которых приборы, использующие другие методы измерения, не справятся с задачей. Они измеряют расход малых потоков в трубах большого диаметра, выдерживают жесткие условия эксплуатации и обладают другими преимуществами.

ЗАО «Теккноу», г. Санкт-Петербург

TekKnow.png


Расходомеры жидкости компании FLEXIM

В последнее время российский рынок постепенно начали завоевывать накладные ультразвуковые расходомеры, которые обладают одним неоспоримым достоинством – они позволяют производить измерения без врезки в трубопровод. Еще лет 15–20 назад, на заре становления накладной ультразвуковой расходометрии, первые приборы оставляли желать лучшего по таким параметрам, как качество измерений, точность, возможность работать в жестких условиях эксплуатации. В итоге это негативно сказалось на репутации накладных расходомеров, и понадобилось время, чтобы вновь убедить покупателей в том, что прогресс не стоит на месте и современные накладные расходомеры на равных могут конкурировать с врезными.

ЗАО «Теккноу» представляет в России компанию FLEXIM (Германия), производителя накладных ультразвуковых расходомеров жидкости и газа FLUXUS ADM. Обширная научная база, более чем двадцатилетний опыт работы и узкая специализация позволили немецкой компании вывести расходомеры FLUXUS ADM в лидеры среди приборов своего класса. Тяжелые условия эксплуатации больше не составляют проблем для накладных расходомеров, и благодаря ряду новаторских идей FLUXUS ADM измеряют там, где другие приборы пасуют.

Поскольку тарифы на оплату потребляемой энергии постоянно растут, сокращение потребления энергии – важная задача для владельцев зданий, а также для арендаторов. Спрос на оптимизацию энергии, управление энергией и измерение энергии в настоящее время становится все актуальнее.

Несколько лет назад в центре медиахолдинга «Тайм Уорнер», одном из небоскребов нью-йоркского Манхэттена (США), потребовалось установить устройства, позволяющие эффективно оценивать работу системы охлаждения и вентиляции для оплаты выставляемых счетов. На основе жесткого конкурса управляющая компания выбрала ультразвуковые расходомеры с накладными датчиками компании FLEXIM. Главным критерием выбора, убедившим инженеров и руководство, стала способность данных устройств измерять расход малых потоков с одновременной точностью температурного измерения, причем без прерывания налаженного процесса, так как остановка любой из составляющих системы энергоснабжения для такого здания достаточно долгий и затратный процесс.

Диаметр труб системы охлаждения всегда рассчитан с запасом для максимального потока, но во время непикового потребления (ночью, в выходные и т. д.) в трубах наблюдается меньшее количество водных потоков. Расход воды и, таким образом, энергии достаточно мал, и иногда приборы его не обнаруживают. Если не учитывать этого незначительного ежедневного расхода энергии, за год он приведет к достаточно большим потерям.

Расходомеры FLUXUS® Energy от FLEXIM оказались идеальным выбором: ультразвуковые накладные датчики имеют высокий запас прочности и способны к измерению очень малых потоков. Кроме того, приборы показали точное и надежное температурное измерение без нулевого дрейфа. Износ и поломка не оборачиваются неразрешимой проблемой, так как датчики потока просто прижаты к внешней стороне трубы и не контактируют с измеряемой средой.

В «Тайм Уорнер Центре» были установлены двадцать восемь таких расходомеров для физического управления процессом подачи тепловой энергии и охлаждения. Каждый прибор включал один комплект датчиков потока и два калиброванных относительно друг друга датчика температуры. Впоследствии были установлены еще 50 таких приборов для измерения расхода тепла в помещениях, занимаемых арендаторами. Все результаты измерений поступают в автоматизированную систему управления здания. Одновременно эти значения также регистрируются в энергонезависимой памяти прибора. В случае отказа работы системы управления и потери данных утраченную информацию за последние 120 суток всегда можно восстановить из архивной памяти приборов.

Поставленное расходометрическое оборудование удовлетворило как компанию, подающую энергоносители, так и управляющую компанию потребителя, а также арендаторов.

Рис. Расходомеры FLUXUS®: разные модели (смотреть иллюстрацию)

Интересно, как данные приборы используются в нашей стране для измерения расхода жидкости в трубах большого диаметра. Компанией «Теккноу» были проведены опытные испытания и поставлены узлы учета потребления и отпуска воды на многих предприятиях России. Приведем несколько примеров.

Руководство Назаровской ГРЭС (Красноярский край) приняло решение установить систему учета питательной воды (подаваемой в паровые котлы в качестве исходного материала для образования пара). Питательная вода поступает на станцию через 12 трубопроводов диаметром от 800 до 1200 мм. К моменту модернизации трубопроводы находились в эксплуатации более 20 лет. Для того чтобы установить на них расходомеры, использующие традиционные методы измерения (переменного перепада давления, электромагнитные, вихревые и т. д.), потребовалось бы провести масштабные строительные работы, что само по себе связано с большими затратами. Кроме того, весьма высока стоимость расходомеров для труб большого диаметра.

Накладные расходомеры производства компании FLEXIM, которые ЗАО «Теккноу» поставляет на российский рынок, позволили избежать дополнительных затрат на строительные работы, а по цене эти приборы сопоставимы либо дешевле врезных расходомеров для трубопроводов диаметром выше 600 мм. Кроме того, существенная экономия достигается за счет использования двухканальных расходомеров, в которых один блок электроники производит вычисления для двух труб одновременно.

Ris.2.png

Рис. Функциональная схема измерений теплового потока расходомером FLUXUS

Сперва на станции были введены в эксплуатацию три расходомера для шести трубопроводов. Через полгода – еще три. Как показал опыт, монтаж датчиков на трубопроводе производится за 1,5–2 часа и при этом требует достаточно точного их позиционирования. Хотя качество питательной воды невысоко (в ней имеются включения песка, грязи и т. д.), это не вызывает проблем при измерении расхода приборами FLEXIM. Погрешность составляет не более ±1 %. Блоки электроники FLUXUS ADM 7407 имеют степень защиты IP 65, что позволило установить их прямо в подземных камерах.

Данные со всех расходомеров по протоколу Modbus RTU передаются на центральный диспетчерский пункт для сохранения, визуализации и контроля.

За срок, прошедший с момента установки до настоящего дня, приборы зарекомендовали себя с положительной стороны. Хотя при выборе точек измерения не были выдержаны требования к расстоя­ниям прямых участков (в связи с отсутствием технической возможности доступа), благодаря правильной настройке, выполненной согласно рекомендациям руководства по эксплуатации, ультразвуковые расходомеры FLUXUS работают без каких-либо замечаний.

Ris.3.png

Рис. Крепление датчиков на трубе

С использованием накладных ультразвуковых расходомеров производства компании FLEXIM были смонтированы и два узла учета питательной воды на Первоуральском новотрубном заводе. Метрологи и инженеры-технологи предприятия тщательно обсуждали со специалистами по расходометрии компании «Теккноу» вопрос о возможности использования этих приборов для технологического учета, получения погрешности в измерениях не более заявленной производителем и другие технические проблемы. Некоторую настороженность вызывала сама возможность применения ультразвука для измерения расхода, стабильность и точность показаний при использовании подобного метода. Однако, как показала практика, установка ультра­звуковых расходомеров стала наиболее выигрышным вариантом для данного предприятия при создании узлов учета расхода по параметрам цена/качество. Простота монтажа и обслуживания при отсутствии необходимости останавливать процесс, стабильность и точность показаний, передача данных на пульт управления – вот основные положительные факторы, позволившие сделать выбор в пользу приборов этого типа.

Норвежской компании Statoil был необходим прибор для учета пластовой воды при добыче нефти. Накладные расходомеры уже достаточно давно используются для этой цели, но в данном случае понадобился прибор для учета воды на буровых платформах в Северном море, что, во‑первых, накладывало дополнительные требования к его исполнению, а во‑вторых, создавало добавочные трудности из-за того, что в воде содержалось большое количество песка. Компания FLEXIM была не первой, к кому обратились специалисты Statoil, но единственной, кто смог решить поставленную задачу. Залогом успеха стало двухпроцессорное исполнение блока электроники и высокая частота измерений (стандартно 1000 раз/с). Это позволило производить статистическую выборку результатов измерений, после чего часть значений, а именно сигналы, искаженные примесями, содержащимися в воде, отбрасывались как недостоверные. Требования к исполнению прибора были реализованы за счет изготовления корпусов накладных датчиков из нержавеющей стали и защитной оплетки кабелей, это сделало их пригодными к применению в морском климате.

Ris.4.png

Рис. Установки для учета расхода воды на трубопроводах больших диаметров: 
Назаровская ГРЭС (Красноярский край), ДУ = 1200…1800 мм

На заводе-изготовителе каждая пара накладных датчиков проходит обязательную калибровку на эталонном стенде, калибровочная информация записывается на микрочип, который поставляется вместе с датчиками. Таким образом, при подключении к блоку электроники информация автоматически загружается в ОЗУ прибора и используется для дальнейших измерений. Это дает возможность использовать любой комплект датчиков с любым блоком электроники без ограничений. Калибровка производится главным образом в области малых потоков и позволяет прибору производить измерения скорости в диапазоне от 0,01 до 25 м/с (для газа – от 0,01 до 35 м/с). Кроме того, запатентованная технология компании FLEXIM – подбор парных пьезоэлементов для одного комплекта датчиков – позволяет прибору избежать так называемого «дрейфа» нуля (стабильность лучше, чем 0,005 м/с). Добавив к таким датчикам блок электроники с аккумуляторной батареей высокой емкости и возможностью подзарядки от автомобильной розетки, дружественный интерфейс, возможность подключения толщиномера и накладных термометров сопротивления, а также удобные крепления на магнитах, мы получим высококлассные портативные накладные расходомеры FLUXUS F601 или F608. Оценить их преимущества смогли специалисты различных отраслей промышленности: от коммунальных служб до инженеров АЭС, от специалистов по исследованию нефтяных скважин до специалистов НПЗ. Сотрудники компаний ВР, Shell, «Газпром», «Орскнефтеоргсинтез», «Каустик», «ТАИФ-НК», «Татнефть» отметили, что прибор производит оперативные измерения расхода практически любой жидкости, от воды до газового конденсата, и таким образом позволяет производить периодические сверки показаний стационарных приборов с реальным расходом.


Расходомеры газа FLEXIM для измерения расхода газа

Последние годы компания FLEXIM проводит обширные исследования в области измерения расхода газа ультразвуковым способом. Использование именно накладного прибора сокращает риск утечки газа через врезное соединение, снимает необходимость в использовании специальных материалов (ведь газ может содержать большое количество сероводорода), делает расходомер невосприимчивым к резким броскам давления, изменению влажности и компонентного состава газа.

В серийное производство были поставлены расходомеры серии FLUXUS G – первые в мире накладные расходомеры, совмещающие в себе два способа измерения расхода газа: с помощью датчиков с поперечными ультразвуковыми волнами и датчиков с ультразвуковыми волнами Лэмба.

Датчики с поперечными волнами универсальны, они применяются при давлениях свыше 40 атмо­сфер на трубах практически любых диаметров и с любыми скоростями потока. Это решение для станций подземного хранения природного газа (СПХГ). При установке прибора на трубу, через которую происходит закачка и забор природного газа, специалисты RWE Group (оператор СПХГ в Германии) получили точные, надежные, а главное – двунаправленные измерения расхода, так как накладной расходомер может производить измерения в двух направлениях без дополнительного вмешательства оператора.

Второй тип накладных датчиков – датчики с волнами Лэмба. Их применение позволяет повысить точность измерений, ведь в этом случае в формировании полезного сигнала принимает участие стенка трубы, следовательно, необходимо, чтобы ее толщина находилась в определенном диапазоне, и поэтому датчики с волнами Лэмба лучше всего подходят для стационарной установки. В силу своей природы сигнал, сформированный волнами Лэмба, сам «ищет» датчик, что позволяет производить измерения на трубопроводах, по которым протекают различные газы, с одинаково высокой точностью. Опыты на эталонном стенде Eon Ruhrgas в Германии (германский аналог центра «Газметрология» при «Газпроме»), тестовые испытания на объектах «Укртрансгаз» на базе ЛПУМГ «Яготин» показали возможность измерения расхода природного газа с точностью не хуже ±1 % даже в трудных условиях (при давлении в 16 атмосфер и на коротком прямом участке).

Компания ЗАО «Теккноу» поставляет контрольно-измерительные приборы от ведущих брендов-производителей. Персонал компании работает индивидуально с каждым заказчиком и оказывает помощь в подборе контрольно-измерительных приборов под конкретные условия измерительной задачи.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(48)_2013

ЗАО «Теккноу», г. Санкт-Петербург,
тел.: 8 (812) 324-5627,
e‑mail: info@tek-know.ru,