Измерение расхода с помощью сужающих устройств

Как работает метод переменного перепада давления

В трубопровод ставят элемент с отверстием меньшего сечения. Поток проходит через сужение и ускоряется, а статическое давление за ним падает. Возникает перепад давления между точками до и после элемента.

Чем быстрее поток, тем сильнее эффект. Зависимость квадратичная: при росте расхода вдвое перепад увеличивается вчетверо. Его фиксирует дифманометр. Вычислитель переводит показания в объём или массу среды.

Правила применения метода закреплены в ГОСТ 8.586.1–5. Этот комплекс стандартов подготовлен на основе международного ISO 5167:2003. Он задаёт размеры элементов, длины прямых участков и формулы расчёта.

Виды сужающих устройств

Стандарт описывает несколько типов. Они различаются формой проточной части, точностью и сопротивлением потоку.

Диафрагма

Тонкий диск с круглым отверстием по центру. Самый распространённый и недорогой вариант. Расходомерная диафрагма проста в изготовлении и замене. Главный минус — заметные безвозвратные потери энергии потока.

Сопло

Имеет плавный профилированный вход. Меньше изнашивается, чем диафрагма, и лучше работает на загрязнённых и высокоскоростных потоках. Сопла часто ставят на паропроводах.

Труба Вентури

Состоит из сужающегося входа, горловины и длинного диффузора. Он восстанавливает давление, поэтому потери невелики. Недостатки — большая длина и высокая цена.

Диафрагма для измерения расхода газа: устройство

Диафрагма для измерения расхода газа — плоская пластина. Стандарт допускает любой материал, на практике чаще берут нержавеющую сталь. Входная кромка острая, без заусенцев и сколов. У толстой пластины выход отверстия делают со скосом 45° ± 15°. Соотношение диаметров отверстия и трубы (модуль β) по стандарту лежит в диапазоне 0,1–0,75.

Отбор давления выполняют тремя способами:

• • угловой — отверстия сразу у торцов диска;
• • фланцевый — в 25,4 мм до и после пластины;
• • трёхрадиусный — на расстоянии D до элемента и D/2 после него.

Выпускают бескамерные и камерные исполнения. У камерной модели отбор идёт через кольцевые щели. Камеры усреднения выравнивают сигнал по окружности и повышают точность.

Как рассчитывают расход газа

Для газа важно учитывать его сжимаемость. На расчёт влияют:

• • коэффициент расхода — произведение коэффициента истечения на коэффициент скорости входа;
• • коэффициент расширения — учитывает, что газ меняет плотность при прохождении сужения;
• • плотность среды в рабочих условиях;
• • диаметры отверстия и трубопровода;
• • измеренный перепад.

Измерение расхода газа даёт объём при рабочих давлении и температуре. Для коммерческих расчётов этот объём приводят к стандартным условиям. Поэтому узел дополняют датчиками давления и температуры. Такое измерение объёма газа учитывает реальный режим в трубе и состав среды.

Монтаж диафрагмы: основные требования

Точность метода сильно зависит от установки. Даже правильно рассчитанная пластина даст ошибку, если нарушить правила. Монтаж диафрагмы выполняют с учётом нескольких условий:

• • острая кромка смотрит навстречу потоку;
• • пластина стоит строго перпендикулярно оси трубы;
• • центр диафрагмы совпадает с осью трубопровода;
• • прокладки не выступают внутрь проточной части;
• • до и после элемента есть прямые участки нужной длины;
• • импульсные линии идут с уклоном к горизонтали больше 1:12.

Длина прямых участков зависит от модуля β и от того, что стоит перед узлом. Колено, тройник или задвижка искажают профиль потока. Если места мало, ставят струевыпрямитель.

После пуска узел периодически осматривают. Кромка со временем тупится, на поверхности копятся отложения. Стандарт учитывает затупление поправочным коэффициентом. Радиус скругления контролируют по окончании межконтрольного интервала.

Преимущества и ограничения метода

Плюсы:

• • понятная физика и стандартизованный расчёт;
• • подходит для труб диаметром 50–1000 мм;
• • работа при высоких давлениях и температурах;
• • нет подвижных частей;
• • невысокая стоимость первичного элемента.

Минусы:

• • узкий динамический диапазон — около 1:3 на один датчик;
• • безвозвратные потери энергии;
• • нужны длинные прямые участки;
• • износ кромки влияет на точность.

Для расширения диапазона ставят два датчика с разными пределами. Иногда метод заменяют ультразвуковым или вихревым прибором. Но на крупных узлах учёт расхода газа по перепаду давления остаётся одним из основных решений.

Как выбрать сужающее устройство

Чтобы измерение расхода с помощью сужающих устройств было точным, элемент подбирают под конкретный узел. Перед расчётом собирают исходные данные:

• • состав и свойства среды;
• • рабочее давление и температура;
• • минимальный и максимальный расход;
• • внутренний диаметр трубы;
• • допустимое сопротивление узла;
• • схема трубопровода до и после места установки;
• • требования к точности — технологический или коммерческий учёт.

По этим данным выполняют расчёт по ГОСТ 8.586. Он определяет тип элемента, диаметр отверстия и длины прямых участков. Сужающее устройство газа работает в паре с дифманометром, датчиками давления и температуры и вычислителем. Такой комплект по сути и есть расходомер переменного перепада давления. Приборы комплекта проходят поверку, а расходомерная диафрагма — периодический контроль геометрии.