О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок
O2 Design Template

ФЭА / АИТ / Курсовая работа по дисциплине: «Технические средства автоматизации» «Расчет действительного значения расхода, измеряемого расходомером MicroMotion»

(автор - student, добавлено - 17-06-2014, 21:13)

СКАЧАТЬ:  kursovaya-tip2.zip [2,47 Mb] (cкачиваний: 151)

 

 

Содержание

  1. Введение………………..…………………………………………….….3
  2. Теоретическая часть………………………………………………….…4

2.1                      Описание подготовки процесса нефти на ТХУ НГДУ «Елховнефть»………………………………………………….….4

2.2 Назначение и область применения преобразователя расхода      «Micro Motion»……………………………………………………7

2.3 Технические характеристики……………………………………8

2.4 Датчики «Micro Motion»: изогнутая трубка – общий вид….....9

2.5                       Преобразователи «Micro Motion»: общий вид...……………...11

      3. Практическая часть………………………………………………….....14

       3.1 Методы измерения массы…………………………………..….14

     3.2 Сравнительный анализ прямого и косвенного метода     измерения массы продуктов...…………………………………15

       3.3 Предполагаемая эффективность от применения прямого                         динамического метода……………………………………….....21

3.4 Расчет действительного значения расхода, измеряемого       расходомером «Micro Motion»……..………………………….22

4. Расчетная часть…………………………………………………………26

5. Заключение……………………………………………………………..27

6. Список используемой литературы……………………………………28

 

 

1. Введение

Современный период развития нефтегазовой промышленности характеризуется нарастанием проблем, решение которых потребует огромных материальных и интеллектуальных затрат.

Специфическим индикатором состояния промышленности является спрос на средства автоматизации, поскольку ими пренебрегают, и при малейших затруднениях отдают предпочтение простым технологиям и ручному труду. Реальная ситуация раньше была такова, что многие объекты не имели не только АСУ ТП и щитов КИП и А, но даже элементарного дистанционного управления; приводы по месту выключались, вентили, задвижки открывались вручную.

При создании щитов, пультов и АРМ операторов-технологов возникло трудно разрешимое противоречие между большим числом параметров, сложностью объекта с одной стороны, и скоростью принятия решения, быстрого доступа к конкретному параметру  с другой, поэтому система управления должна была быть малочувствительной к росту числа параметров и усложнению решаемых задач. Однако, традиционные средства КИП и А не позволяли разрешить это противоречие.

При достижении определенного уровня сложности объекта и числа параметров управляемость резко снижается вследствие того, что оператору приходится перемещаться вдоль щита, быстро обрабатывать большой объем противоречивой информации, принимать решения, оперативно вмешиваться в процесс. Традиционные щиты укомплектовывались электронно-механическими приборами контроля, регулирования, регистрации, а также многочисленными разбросанными кнопками управления, лампочками сигнализации, табло, релейными шкафами, мнемосхемами. Именно по этой причине появилась необходимость более оперативного и качественного управления процессом. Одним из таких механизмов сегодня является автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП).

В связи с этим, как за рубежом, так и у нас наметилась тенденция по созданию инструментов автоматизации на базе мощных вычислительных средств (так называемых электронных щитовых систем) и мощных интегрированных контроллеров, способных проанализировать ситуацию.

Компьютер оценивает сложившуюся ситуацию и выводит на пульт значения тех ключевых параметров, от которых зависит правильность решения, а также параметры, которые надо изменить. Кроме того, компьютер выдает текстовый и речевой комментарии, советы, предупреждения. Речевой вывод, мультиплексивная трехмерная графика, цветное изображение объекта, многооконность экрана, графический просмотр архивов в требуемом темпе, масштабирование изображения и другие современные средства в сочетании с компьютерным анализом технологической ситуации обуславливают новое эргономическое качество управления, совершенно не достижимое на традиционных щитах.

Следующим важным преимуществом электронных щитов является то, что их стоимость в 3-10 раз ниже, по сравнению с традиционными.

Переход к щитам, построенным на базе контроллеров, позволяет сократить время проектирования и монтажа, снизить затраты при повышении надежности эксплуатации.

В результате того, что исключается необходимость обслуживания большого числа ненадежных электронно-механических устройств, а также обеспечения большого числа профилактических осмотров резко сокращаются затраты на эксплуатацию.

 

 

2. Теоретическая часть

2.1.        Описание процесса подготовки нефти на ТХУ НГДУ «Елховнефть»

 

Добываемая из скважины нефть, как правило, имеет в своем составе пластовую воду (в свободном или эмульгированном состоянии), содержащую различные минеральные соли - хлористый натрий, хлористый кальций, хлористый магний и т.д. и зачастую механические примеси. В состав нефтей входят также различные газы органического (метан, этан, пропан, бутан) и неорганического (сероводород, углекислый газ, гелий) происхождения.

Содержание в нефти воды и водных растворов минеральных солей приводит к увеличению расходов на ее транспорт, кроме того, вызывает образование стойких нефтяных эмульсий и создает затруднения при переработке нефти на НПЗ вследствие усиленного развития коррозии оборудования. Вот почему нефти, добываемые из скважин вместе с пластовой водой, подвергают обезвоживанию и обессоливанию на термохимических установках (ТХУ) или установках подготовки нефти (УПН). Практикой установлено, что существующие методы деэмульсации нефти без подогрева и поверхностно-активных веществ (ПАВ) в большинстве случаев малоэффективны и особенно это касается тяжелых, парафино-смолистых и вязких нефтей. Поэтому большая часть добываемой обводненной нефти проходит обработку на ТХУ, имеющих следующие характеристики:

  • сравнительно быстрый монтаж установки, состоящей из блочного
    полностью автоматизированного оборудования;
  • низкая  чувствительность  режима  работы  установки к широкому изменению содержания воды в нефти;
  • возможность изменять деэмульгаторы и режимы работы установки по мере изменения характеристики эмульсии.

Термохимические установки (ТХУ) — сепараторы-деэмульсаторы. Практикой установлено, что существующие методы деэмульсации нефти без применения тепла и поверхностно-активных веществ малоэффективны. Поэтому в настоящее время около 80% всей добываемой обводненной нефти обрабатывается на термохимических установках.

Термохимические установки подготовки нефти работают под атмосферным или избыточным давлением. Стремление к сокращению расходов топлива на подогрев нефтяных эмульсий, повышение температур ведения процессов обезвоживания и обессоливания, необходимость сокращения потерь легких фракций определили рациональность проведения технологических процессов под повышенным давлением. Отстой подогретой нефтяной эмульсии в герметизированных емкостях под давлением до 10 кгс/см2, а иногда и более (в зависимости от характеристики нефтей) позволяет почти полностью ликвидировать потери легких фракций. Повышение температуры обрабатываемых отдельных эмульсий до 70 – 100°С дает возможность резко снизить их вязкость, уменьшить прочность защитных слоев глобул эмульгированной воды, что способствует проникновению в них химических веществ (деэмульгаторов) и в результате — снижению времени отстоя и расхода деэмульгатора. Расход тепла на подогрев эмульсии может быть сокращен путем регенерации основной части тепла потоков нефти.

Нефть, прошедшая термохимические установки подготовки, направляется в товарные парки, где повторно измеряется ее объем, и она передается товаротранспортным организациям.

Рассмотрим описание функциональной технологической схемы (Приложение 1) процесса подготовки нефти на ТХУ НГДУ «Елховнефть» (далее ТХУ). На ТХУ осуществляют подготовку нефти по двум направлениям:

• подготовка нефти для передачи в НГДУ «Альметьевнефть»;

• глубокая     подготовка     нефти     для     передачи     на        Елховскую нефтеперерабатывающую установку (ЕНПУ).

С промыслов сырая нефть поступает на технологический резервуар РВС -5000 №2 Кичуйского товарного парка, где происходит предварительное отделение свободной воды. Далее нефть с мелкодисперсной стойкой эмульсией поступает в технологический резервуар РВС - 5000 №3, где имеется возможность подрезки отделившейся воды и нижнего слоя эмульсии. Из РВС - 5000 №3 с уровня 2 метра нефть отбирается на ТХУ.

На ТХУ нефть поступает с обводненностью до 10 %. Поступившая на установку нефть представляет собой эмульсию, стабилизированную ПАВ (свободная вода, недеспергированная, уже выпала в резервуаре и осталась мелкодисперсная стойкая эмульсия). Поэтому здесь требуются более сложные приемы: интенсивное нагревание, химическая и электрохимическая обработка.

Для этих целей нефть (t = 10°С) подается в теплообменники Т - 1/1,2, где нагревается до 53°С уходящей готовой нефтью с ЭД - 1/1,2, а затем в печах П - 1/1,2 нагревается до температуры 90°С и поступает на ступень обезвоживания в О - 1/1,2 V f 2"00 mj каждый.

В результате нагрева уменьшается вязкость жидкостей составляющих эмульсию и уменьшается поверхностное натяжение на границе раздела фаз. На данном этапе происходит расслоение эмульсии и обезвоживание нефти. Но в ней еще присутствует много солей, которые необходимо удалить. Поэтому на выходе отстойников установлены электродегидраторы ЭД -1/1,2, предназначенные для осуществления процесса разрушения бронированной оболочки эмульсии под действием электрического поля. На выходе ЭД - 1/1 содержание хлористых солей в нефти составляет не более 50 мг/л, а воды не более 0,2 %. Далее поток нефти разбивается на два направления:

  • для сдачи в НГДУ «Альметьевнефть» через Т - 1/1 в РВС - 5000 №6;
  • для доподготовки нефти для ЕНПУ на ЭД - 1/2.

Для этого на прием ЭД - 1/2 подается дополнительно пресная вода (для растворения минеральных солей), деэмульгатор - Реапон ИК (для уменьшения поверхностного натяжения оболочек воды), 2 % раствор щелочи (для нейтрализации действия соляной кислоты, образующейся при гидролизе хлоридов кальция, магния и термическом разложении хлорорганических соединений). Используется также высокое напряжение электрического поля для осаждения диспергированной воды (около 5 кВ). На выходе с ЭД - 1/2 содержание хлористых солей уже составляет до 14 мг/л. После ЭД - 1/2 нефть через теплообменник Т - 1/2 поступает в РВС - 5000 №8 и далее на ЕНГТУ. Температура товарной нефти на выходе Т - 1/1,2 составляет 40°С. Отделившаяся пластовая вода после ступеней обезвоживания и обессоливания поступает на очистные сооружения, а вода из дренажной емкости возвращается в цикл подготовки нефти.

Добываемая в Татарстане нефть отличается высоким содержанием пластовых вод, солей и различных механических примесей, поэтому здесь особо актуально стоит проблема обессоливания и обезвоживания нефти. В процессе подготовки нефти на УПН или ТХУ для дальнейшей транспортировки ее на НПЗ происходит непрерывный процесс измерения количества и качества товарной нефти. Так же ни один процесс подготовки нефти не обходится без измерения и регулирования таких параметров, как расход, давление, температура  и т.д.

Большое экономическое значение для народного хозяйства имеет измерение количества нефти, воды, газа и других веществ. Без расходомеров невозможно обеспечить оптимальный технологический режим важнейших технологических процессов в различных отраслях промышленности, в том числе и в нефтяной. Без этих приборов так же нельзя и автоматизировать соответствующие процессы, и получить максимальный КПД. Таким образом, расходомеры способствуют повышению качества изготавливаемой продукции, устранению брака, экономии исходных материалов и автоматизации производства. Годовой экономический эффект от применения расходомеров в масштабах всей страны достигает многих десятков и сотен миллионов рублей.

В данной курсовой работе рассмотрен вихревой расходомер Micro Motion от фирмы Fisher-Rosemount.

 

 

2.1 Назначение и область применения  

преобразователя расхода  Micro Motion 

 

Расходомеры и плотномеры Micro Motion предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры, вычисления объемного расхода жидкостей, газов и взвесей. Все измерения выполняются в реальном времени. Какого-либо дополнительного оборудования для измерений не требуется. Выпускается восемь типов моделей датчиков расхода (сенсоров) и пять моделей микропроцессорных преобразователей, функциональные возможности которых отвечают самым различным требованиям. Краткие технические характеристики моделей, приведенные в настоящем документе, позволяют сравнить различные модели сенсоров и преобразователей между собой. Кроме высокой точности и повторяемости результатов измерений, сенсоры Micro Motion характеризуются низкой стоимостью эксплуатации. Сенсоры не накладывают особых требований по монтажу, не требуют прямолинейных участков или специального оборудования для формирования потока, в них нет движущихся деталей. Использование сенсоров Micro Motion позволяет почувствовать все преимущества оборудования, которое совсем или почти не требует технического обслуживания.

При измерении жидкостей, газов и взвесей технология кориолисовых расходомеров Micro Motion предлагает многочисленные преимущества по сравнению с традиционными волюметрическими технологиями.

         Снижение капитальных затрат за счет использования многофункционального измерительного устройства, обеспечивающего точное измерение:

  • Массового расхода
  • Объемного расхода
  • Плотности
  • Температуры

Увеличивает период эксплуатации, улучшает качество продукции и сокращает объем потерь, переделок и отходов, за счет использования высокоточной (+/-0,05%) и воспроизводимой измерительной технологии.

Снижает расходы на установку, поскольку не требуется специальный монтаж, кондиционирование потока текучей среды или наличие прямого участка трубопровода, а также нет необходимости корректировать выставленное на заводе нулевое значение.

Сокращается технический уход и эксплуатационные расходы, поскольку отсутствуют подвижные детали и нет дрейфа показаний относительно калибровочной кривой; устройство можно мыть на рабочем месте, без демонтажа. Широкий набор преобразователей, предлагаемый Micro Motion, включает модели, сконструированные на основе MVD технологии (Multi Variable Digital - цифровая многопараметрическая) и предназначены для установки в опасных зонах, требующих обеспечения взрывобезопасности, а также модели, которые интегрально монтируются на сенсоре. Преобразователи Micro Motion поддерживают коммуникационные протоколы HART, Modbus, FOUNDATION fieldbus и Profibus.

 

 

2.2.        ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 

         Кориолисов расходомер Micro Motion состоит из датчика, преобразователя и, в большинстве случаев, периферических устройств.

  • Датчики определяют расход (скорость потока), плотность и температуру.
  • Преобразователи представляют информацию датчиков в виде выходных сигналов, выполняя роль мозга системы и осуществляя доступ к дисплею, основному меню и устройствам вывода для взаимодействия с другими системами.
  • Периферические устройства обеспечивают мониторинг, предупредительную сигнализацию и дополнительные функции, например, управление периодическими процессами и функции более точного определения плотности.

 

 

 

 

2.4 Датчики Micro Motion: Изогнутая трубка - общий вид

 

Кориолисовы датчики Micro Motion поставляются в широком диапазоне размеров, формы и материалов.

Кориолисов датчик Micro Motion с изогнутой трубкой состоит из следующих частей:

  • Расходомерные трубки. Кориолисовы расходомерные трубки Micro Motion - смачиваемые детали, изготовляются из нержавеющей стали 316L или никелевого сплава в зависимости от требований к материалу со стороны технологической текучей среды.
  • Катушка возбуждения и магнит. Катушка возбуждения вместе с магнитом используется для генерирования колебаний расходомерных трубок кориолисовых датчиков Micro Motion. Катушка возбуждается для поддержания вибрации трубок на их собственной частоте.
  • Катушки измерительных преобразователей и их магниты представляют собой электромагнитные детекторы, расположенные с каждой стороны расходомерной трубки. Катушки измерительных преобразователей и их магниты представляют собой электромагнитные детекторы, расположенные с каждой стороны расходомерной трубки 
  • RTD (терморезистор) Терморезистор (RTD) представляет собой платиновый элемент с сопротивлением 100 Ом, обеспечивающий выходной сигнал для температуры расходомерных трубок 
  • Технологическое соединение Технологические соедининия иногда называют концевыми соединениями или фиттингами. Существует два идентичных типа технологических соединений; для успешной установки они должны соответствовать данной технологической линии 
  • Разделитель потока Между концевой частью технологического соединения и расходомерными трубками располагается участок, называемый разделителем потока. Два разделителя потока равномерно распределяют поток технологической текучей среды по двум расходомерным трубкам 
  • Базовый процессор Разводка соединений для кориолисовой катушки возбуждения Micro Motion, измерительных катушек и терморезисторного элемента соединяет их с базовым процессором. Базовый процессор Micro Motion имеет сложное электронное устройство, контролирующее работу датчика, измерение и обработку первичных сигналов. Базовый процессор выполняет все необходимые расчеты для получения измеренных технологических величин переменных и передает их на преобразователь, осуществляющий интерфейс с операторами и контролирующими системами.
  • Корпус  Корпус или оболочка Micro Motion защищает электронику и электрические схемы от внешней коррозии, обеспечивая дополнительную (вторичную) защиту от технологической текучей среды. Некоторые корпуса могут иметь устройства для прочистки, в соответствии с особыми требованиями при специальных применениях прибора. 

 

 

 

2.5   Преобразователи Micro Motion: Общий вид

Micro Motion предлагает следующие опции для преобразователя:

 

  • Кожух для полевых условий (модель 1700/2700/3700)
  • Кожух для крепления к стойке или на панели (модель 3500)
  • Кожух для крепления к шине DIN (модель 1500/2500)

 

 

Преобразователь Micro Motion, модель 2700, предназначен для легкого компактного монтажа, предусматривает простой доступ при установке на стене или на трубе на стойке. Модель 2700 features отличает наличие кожуха класса 1, раздел 1 / зона 1, с возможностью предоставления в виде опции локального интерфейса для оператора, обеспечивающего легкий доступ к расходометру. Преобразователь Micro Motion, модель 2700, измеряет массовый расход, объемный расход, плотность, температуру и коэффициент усиления привода. Кроме того, модель 2700 определяет скорректированный объемный расход, концентрацию и прочие улучшенные показатели плотности.

Преобразователи Micro Motion, модель 2700, с устройствами FOUNDATION fieldbus™ сертифицированы на возможность взаимодействия с другими устройствами на основе полевой шины Fieldbus. Все технологические проблемы легко выявляются и разрешаются с помощью встроенных диагностических устройств с простым доступом, которые теперь включают устройства предупредительной (аварийной) сигнализации PlantWeb™ с полевой шиной FOUNDATION fieldbus™.

 

 

 

Электронная схема Micro Motion, модель 3500 - превосходное решение для использования в рабочих условиях, когда требуется точная индикация состояния процесса и совместная производительность программируемых контроллеров; эта модель позволит вам эффективно и действенно оптимизировать управление вашим уникальным технологическим процессом в соответствии с его конкретными требованиями.

Используя технологию MVD, устройства Micro Motion серии 3500 позволяют выполнять измерения и диагностику в разнообразных режимах, недоступных ранее. Улучшенная производительность, усовершенствованная схема предупредительной (аварийной) сигнализации, справка, учитывающая контекстную ситуацию, и уменьшенные расходы на установку делают серию 3500 оптимальным средством для достижения лучшего качества и максимального периода эксплуатации.

 

 

Конструкция преобразователей Micro Motion 1500/2500, легко встраиваемых в контрольную диспетчерскую панель, предусматривает простое 4-проводное соединение с датчиком для электропитания и передачи сигнала, устраняя необходимость в затратах на прокладку обычного кабеля питания или на обеспечение отдельного источника питания для датчика.

Преобразователь Micro Motion, модель 2500, измеряет массовый расход, объемный расход, плотность, температуру и коэффициент усиления привода. Кроме того, модель 2500 определяет скорректированный объемный расход, концентрацию и прочие улучшенные показатели плотности. Модель 1500 измеряет массовый и объемный расход.

 

  1. 3.        Практическая часть

3.1.        Методы измерения массы

Существуют несколько методов измерения массы продуктов (рис. 1). При проведении учетно-расчетных операций применяют прямые и косвенные методы измерения массы продуктов.

Рис. 1. Структурная схема измерения массы продуктов

 

 

 

3.1.1. Прямой метод измерения массы продуктов

Прямой метод подразделяют на динамический и статический. При применении прямых методов измеряют массу продуктов с помощью весов, массовых счетчиков или массовых расходомеров.

3.1.2. Косвенный метод измерения массы продуктов

Косвенный метод подразделяют на объемно-массовый и гидростатический. При применении гидростатического метода измеряют гидростатическое давление столба продукта, определяют среднюю площадь заполненной части резервуара и рассчитывают массу продукта, как произведение значений этих величин, деленное на ускорение силы тяжести.
При применении объемно-массового метода измеряют объем и плотность продукта при одинаковых условиях, а затем определяют массу продукта, как произведение этих величин. В зависимости от способа измерения объема продукта объемно-массовый метод подразделяют на динамический и статический.

 

3.2.        СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРЯМОГО И КОСВЕННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ МАССЫ ПРОДУКТОВ

Основным методом при коммерческих операциях является динамический метод. С применением счетчиков или преобразователей расхода с интеграторами. Измерение массы продуктов происходит непосредственно на потоке в нефтепродуктопроводах.

3.2.1. Объемно-массовый динамический метод

Для измерения расхода применяют расходомеры, основанные на различных принципах действия: расходомеры переменного и постоянного перепада давлений, вихревые, турбинные и т.д. Широко распространенным на нашем предприятии является метод определения расхода с помощью диафрагменного расходомера (Рис. 2). Действие таких расходомеров основано на возникновении перепада давлений на сужающем устройстве в трубопроводе, при движении через него потока жидкости или газа. При изменении расхода Q величина разности давлений Dр изменяется. Таким образом, измеряя перепад, можно определить расход.

Математическая модель объемно-массового динамического метода:

                                                                                    (1)

где:
m - масса продукта, кг;
V - объем продукта, м3;
r - плотность продукта, кг/м3;


- разность температур продукта при измерении плотности и объема;


- разность давлений при измерении объема и плотности;


- коэффициент объемного расширения продукта;


- коэффициент сжимаемости от давления.

 

Рис. 2. Схема массового расходомера с диафрагмой

 

 

1. Преобразователь э.д.с. термопары.
2. Преобразователь избыточного давления.
3. Поточный плотномер.
4. Преобразователь разности давлений.
5. Счетно-решающее устройство.
6. Регистратор.

Вместе с перепадом должны измеряться температура и давление, от которых зависит плотность измеряемого вещества. Результаты измерения этих параметров, преобразованные в электрические величины, передаются на вход РСУ - распределенной системы управления, в которой происходит обработка информации и регистрация окончательного результата измерения в единицах массы. Погрешность этого метода измерения будет зависеть от погрешностей средств измерений.

Математическая модель погрешности метода:

m =                                           (2)

где:
m - относительная погрешность измерения массы продукта, %;
V - относительная погрешность измерения объема, %;
- относительная погрешность измерения плотности, %;
М - относительная погрешность блока обработки данных, %.

Пример:
При применении объемно-массового динамического метода применяют следующие средства измерений:

  • преобразователь разности давлений с относительной погрешностью V=±0,25%;
  • поточный плотномер с абсолютной погрешностью =±1,3кг/м3.

Обработка результатов измерений производится на ЭВМ, с относительной погрешностью М=±0,1%. Для определения погрешности метода вычисляем относительную погрешность измерения плотности по формуле:

=                                                               (3)


где:
min - минимальное допускаемое в методике выполнения измерений значение
плотности продукта.
Температура продукта при измерении плотности и объема неизменна. Поэтому величина = 0.
Величиной  пренебрегаем, т.к. она очень мала.

Формула (2) примет вид:

m =                                                                          (4)
m = = ±0,46%.

 

3.2.2. Прямой динамический метод

При прямом методе расход измеряют сразу в массовых единицах (кг/час, т/час) используя специальные приборы (массомеры). Погрешность этого метода полностью зависит от погрешности измерения расхода самим прибором.

К такому методу измерения относятся массовые расходомеры фирмы "Fisher-Rosemount"(Рис. 3). Принцип действия приборов основан на применении кориолисова эффекта.

Кориолиса сила - дополнительная сила инерции, действующая при движении тела во вращающейся системе отсчета. Кориолиса сила численно равна произведению массы движущегося тела на его Кориолиса ускорение и направлена в сторону, противоположную Кориолиса ускорению. Во вращающейся системе отсчета эта сила вызывает отклонение движущегося тела в сторону, перпендикулярно направлению его относительного движения в этот момент.

 

Рис. 3. Структурная схема измерения массы продукта сенсором Micro Motion

 

Составной частью кориолисовой системы измерения расхода является сенсор MICRO MOTION монтируемый непосредственно на трубопроводе (Рис. 4).

 

 

 

 

 

Рис. 4. Сенсор Micro Motion

 

Сенсор представляет собой две параллельные изогнутые трубки, через которые протекает измеряемый продукт. Расположенный в середине привод задает частоту колебания трубок. Эта частота будет меняться в зависимости от плотности продукта.

= 1 / f2                                                                                                           (5)

Принцип действия заключается в том, что когда трубки совершают колебательные движения (Рис. 5), в системе возникает дополнительная сила инерции - Кориолиса сила. И под действием этой силы трубки начинают изгибаться. Их изгиб фиксируется датчиками.

 

 

Рис. 5. Действие сил при колебании сенсора Micro Motion

 

Для снятия сигнала служат индукционные катушки, расположенные слева и справа. Наведенная ЭДС катушек по форме представляет синусоиду (Рис. 6).

Рис. 6. Измерение массы продукта сенсором Micro Motion

 

 

При одновременном снятии сигналов происходит смещение по фазе на Т. Это относительное запаздывание прямо пропорционально массовому расходу Fm.

Т = Fm                                                                                                          (6)

Также сенсор имеет встроенный термодатчик. Таким образом, происходит измерение температуры, что обеспечивает температурную компенсацию при вычислении плотности.

Другой составной частью кориолисовой системы измерения расхода являются преобразователь сигналов RFT 9739 и контроллер, монтируемые на приборном щите в операторной. Преобразователь преобразует низкоуровневый сигнал сенсора в аналоговый сигнал 4-20 mА и частотный, выходные сигналы. По частотному каналу идет информация о расходе, а аналоговые сигналы программируются на измерение плотности.

На контроллер кроме массы продукта и плотности заведены сигналы температуры продукта. Контроллер имеет выход через персональный компьютер на принтер для автоматической печати.

Результатом обработки сигналов датчика будут:

  • массовый расход;
  • плотность;
  • объемный расход;
  • температура.

Такие массовые расходомеры обеспечивают относительную погрешность измерений не более ±0,15%.

 

3.3. ПРЕДПОЛАГАЕМАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ ПРЯМОГО ДИНАМИЧЕСКОГОМЕТОДА

Пределы относительной погрешности методов измерения массы нефти и нефтепродуктов на узлах учета, в соответствии с ГОСТ 26976 - 86 "Нефть и нефтепродукты. Методы измерения массы", должны быть не более:
при прямом методе:

  • ±0,5% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн;
    при объемно-массовом динамическом методе:
  • ±0,5% - при измерении массы нефтепродуктов от 100 тн и выше;
  • ±0,8% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн;
    при объемно-массовом статическом методе:
  • ±0,5% - при измерении массы нефти и нефтепродуктов от 100 тн и выше;
  • ±0,8% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн;
    при гидростатическом методе:
  • ±0,5% - при измерении массы нефтепродуктов от 100 тн и выше;
  • ±0,8% - при измерении массы нефтепродуктов до 100 тн.

Экономическая эффективность от внедрения массовых расходомеров на узлах учета нефти и нефтепродуктов, при их отгрузке по трубопроводам, достигается за счет уменьшения относительной погрешности измерения массы продуктов.

По приведенным ранее расчетам погрешность измерения массы продукта при применении косвенного динамического метода составила ±0,46%, при применении прямого динамического метода ±0,15%.

 

3.4 РАСЧЕТ ДЕЙСТВИТЕЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ РАСХОДА, ИЗМЕРЯЕМОГО РАСХОДОМЕРОМ          «MICRO MOTION»

Расчет значений расходов осуществляется по следующим формулам:

                                                                                            (1)

и

                                                                                        (2)

где - текущее значение кода АЦП, поступающего в УВМ по каналу измерения расхода;  - максимальное значение кода АЦП, определяемое его разрядностью; - верхний предел измерения датчика расхода;  - поправочный коэффициент для паровых потоков, учитывающих отклонение условий измерения от нормальных (поправка на изменение плотности технологического потока в зависимости от давления и температуры);  - плотность технологического потока при рабочих условиях; - плотность потока при расчетных условиях.

Для газового потока вычисляется по формуле:

 

                                                  ,                                           (3)

 

где T0, P0 – расчетные температуры (К) и давление (в абсолютных единицах); P и Q - текущие давление (избыточное) и температура, 0С. Для насыщенного пара в диапазоне давлений 2.5 – 8.5 кгс/см2 плотность r зависит только от давления:

 

                                                                        (4)

 

Задав номинальное значение P, можно по этой формуле рассчитать r0, а затем в процессе измерений рассчитать фактическую плотность, соответствующую текущему значению P, и вносить поправку на изменение условий.

Для перегретого пара при давлении 5-18 кгс/см2 и температуре 170-280 0С плотность пара является функцией давления и температуры:

 

                     (5)

 

Формула (5) используется для расчета расходов жидкостей, а формула  (6) – для расчета расходов паровых и газовых потоков.

Пусть в УВМ по каналу измерения расхода перегретого пара на очередном такте опроса поступил сигнал (код АЦП), равный 768 ( =768).

В качестве измерительного преобразователя расхода использован расходомер Micro Motion, рассчитанный на предельный номинальный перепад давления 20 кПа и расход Fmax=288 м3/ч.

Поскольку измеряется расход перегретого пара, то для расчета поправочного коэффициента Kp в УВМ необходимо также ввести давление и температуру пара перед диафрагмой.

По каналу измерения давления на данном такте опроса в УВМ поступил сигнал (код АЦП), равный 768 ( =768).

По каналу измерения температуры на данном такте опроса в УВМ поступил сигнал (код АЦП), равный 816 ( =816).

Аналого-цифровые преобразователи по каналам расхода, давления и температуры – 12 разрядные ( =4096)

Требуется определить действительное значение расхода.

Для расчета расхода перегретого пара используем формулу (1).

Численные значения входящих в нее величин:

 

                                 =768;   =4096;   Fmax=288 м3/ч;                  (6)

 

 = 0.81 кг/м3  (величина, определяемая по таблицам при расчетных давлениях и температуре);

- величина, определяемая по формуле (4) при давлении и температуре, соответствующим реальным условиям измерения.

Согласно формуле (4),  является функцией давления и температуры. Следовательно, вначале по заданным кодам =768 и =816 определяем давление и температуру в объекте.

 

Давление. Для расчета величин давления по коду АЦП используем формулу

                              кгс/см                              (7)               Температура пара измеряется хромель-алюмелевой термопарой.

Таблица 1

Датчик

Полином

Диапазон аппроксимации, 0С

Максимальная абсолютная ошибка аппроксимации, 0С

Относительная ошибка, %

Термопара хромель–копель

P2(y)=-0.03y2+13.75y+3.01

0¸600

3.0

0.5

Термопара хромель-алюмель

P2(y)=-0.011y2+23.6y+4.87

0¸1100

4.87

0.4

Платиновый термометр сопротивления IIа

P2(y)=0.011y2+2.34y-241.3

-200¸500

0.303

0.06

Согласно табл. 1, градуировочная характеристика ХА аппроксимируется следующим полиномом:

 

                                                                                (8)

 

где х=Q, 0С – температура в объекте; y – термоЭДС термопары.

 

                                                                                     (9)

 

Учитывая (8) и (9), получим:

 

                         (10)

 

Численные значения входящих в формулу (8) величин:

 

                                     =4096;     y1max=12 В;                               (11)

где ymax – максимальное значение выходного сигнала термопары (ТЭДС) при температуре 400 0С. По градуировочным таблицам имеем ymax =  16.39.

Следовательно,

                                                                             (12)

 

Подставляя значения ,и , ymax  в (10), получим:

 

                  (13)

 

Подставляя найденные значения P и Q в (4), найдем плотность пара при условиях измерения:

 

                                   (14)

 

Зная r0 и rg , определяем поправочный коэффициент

 

                                                                                          (15)

 

 

Используя формулу (2), определяем действительное значение расхода:

 

                                                                 (16)

 

 

4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ 

 

 

 

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В настоящее время роль и значение расходомеров и измерителей количества очень велика. Они необходимы для проведения научных исследований, для управления технологическими процессами почти во всех отраслях промышленности, для контроля работы стационарных и транспортных энергетических установок, для управления самолетами и космическими кораблями.

В данной курсовой работе я ознакомился с расходомером   MicroMotion, а также с некоторыми составными частями, входящими в состав прибора. Расходомеры и плотномеры Micro Motion предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры, вычисления объемного расхода жидкостей, газов и взвесей.

В расчетной части я ознакомился с определением погрешности на расходомерной установке, а также с определением погрешности расчетно-имитационным способом.

 

 

 

6. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. ««Технологические измерения и приборы»  Р.Я.Исакович издательство «Недра», Москва 2003.
  2. Компания «Emerson» сайт в интернете http://www. Emerson.com/.
  3. Всё для строительства cайт в интернете http://www.stroyportal.ru/.
  4. Журнал "Контрольно-измерительные приборы и системы" (КИПиС) декабрь 2007г.
  5. Журнал Датчики и Системы (ЖДиС) июль 2007г.

 


Ключевые слова -


ФНГ ФИМ ФЭА ФЭУ Яндекс.Метрика
Copyright 2021. Для правильного отображения сайта рекомендуем обновить Ваш браузер до последней версии!