Типы датчиков расхода

Выбор расходомера, оптимально соответствующего условиям эксплуатации – задача не из легких. Необходимо учитывать характеристики среды, температурный режим, рабочее давление, динамический диапазон и другие факторы. Немаловажное значение имеют предел допустимой погрешности, требования к прямым участкам при монтаже, способ присоединения к процессу, а также межповерочный интервал и возможность поверки без демонтажа. При выборе средства измерения также исходят из того, какой расход предстоит учитывать: объемный или массовый. В данной статье мы рассмотрим наиболее востребованные приборы для измерения жидкости, а также приведем рекомендации специалистов ЗАО «ЭМИС».

ТИПЫ РАСХОДОМЕРОВ ЖИДКОСТИ

Данные приборы применяются для учета газа, пара и жидкостей вязкостью не более 7 мПа*с. Их традиционно используют на системах теплоснабжения и на трубопроводах промышленного назначения.

Массовое применение они нашли также в нефтегазовой отрасли, благодаря таким техническим характеристикам, как широкий динамический диапазон, возможность работать при избыточном давлении до 30 МПа и на жидкостях с газовыми и механическими включениями, содержание которых может достигать 15% (применительно к «ЭМИС-ВИХРЬ 200»).

При этом предел максимальной температуры измеряемой среды составляет +450°С. Поскольку расходомеры выполнены из нержавеющей стали, их можно эксплуатировать на коррозионно-активной среде, кроме того, такое исполнение востребовано в пищевой промышленности. Добавим к вышеперечисленным достоинствам цифровую обработку сигнала и возможность имитационной поверки.

Немаловажную роль играет и их стоимость, которая ниже, чем, например, у кориолисовых измерителей расхода.

Однако, отметим, что вихревые приборы учета могут работать на однофазных средах с невысокой вязкостью, при содержании механических примесей ниже среднего. Также следует учитывать требования к монтажу – прямые участки должны быть не менее 10 Ду (после сужения), 12 Ду (после колена, тройника, расширения) до и 5 Ду после расходомера.

Рассмотрим несколько рекомендаций от руководителя направления инженерного сопровождения продаж Ильи Стромова.

Вопрос: Требуется измерять расход керосина, его плотность составляет 780-850 кг/м3. Необходимы выходной сигнал 4-20мА +HART, относительная погрешность 1% и взрывозащищенное исполнение;

Ответ: Рекомендую рассмотреть вихревой расходомер «ЭМИС-ВИХРЬ 200», а также кориолисовый «ЭМИС-МАСС 260». Они имеют выходной аналоговый сигнал 4-20мА +HART. На выбор представлены два вида взрывозащиты – взрывонепроницаемая оболочка и искробезопасная цепь.

Вопрос: Стоит задача осуществлять коммерческий учет в системе на основе 40% раствора этиленгликоля. У него отсутствует электропроводность, а плотность меняется во времени, теплоемкость неизвестна: нет калибровочных таблиц. Что можете посоветовать?

Ответ: Для коммерческого учета этиленгликоля с концентрацией не выше 40%, можно применять: Вихревой «ЭМИС-ВИХРЬ 200». На его точность не влияют значения электропроводности, плотности и теплопроводности среды. Однако, её температура должна быть не ниже -20°C, тогда вязкость не превысит предельного значения. Кориолисовый «ЭМИС-МАСС 260». Для него вышеперечисленные физические величины также некритичны. Кроме того, максимальное значение вязкости составляет 1500 мПа*с;

Кориолисовые

По сравнению с вихревым методом измерения, кориолисовый является универсальным. При этом имеется возможность калибровки погрешности от 0,5% и 0,25% до 0,15% и 0,1% соответственно. Универсальность заключается в возможности работать в двух направлениях.

Кроме того, сам кориолисовый метод измерения является прямым методом одновременного измерения массы и плотности, исходя из полученного значения которых, вторичный преобразователь прибора может с нормированной погрешностью высчитывать мгновенный объемный расход.

Как и вихревой, кориолисовый счетчик используется для измерения жидкостей и газов. При этом плотность среды может начинаться от 1 кг/м3, а минимальная погрешность – от 0,3 кг/м3 при калибровке на рабочей среде.

Он может эксплуатироваться на вязких, а также на двухкомпонентных жидкостях.

Зачастую кориолисовые массомеры выбирают в тех случаях, когда нужна высокая точность или необходимо учитывать процент содержания одного компонента по отношению к другому в общем потоке, что обеспечивается функцией «Компьютер чистой нефти».

Ниже приведены рекомендации по подбору от руководителя группы «Массовые расходомеры» Сергея Рогожина.

Вопрос: Подойдет ли массомер «ЭМИС-МАСС 260» для измерения битума БНД 60-90? Температура битума 140-200 °C.

Ответ:Данный прибор сможет производить учет битума, при этом предел максимальной температуры среды составляет +200°С. Также для этих целей подойдет роторный счетчик «ЭМИС-ДИО 230», который допускается эксплуатировать при температуре измеряемой среды до +250°С, однако, он измеряет объем.

Вопрос:Какое оборудование подойдет для замера дебита жидкости, добываемой из нефтяной скважины?

Ответ: Для измерения дебита нефтяной скважины оптимально подойдет счетчик количества жидкости “ЭМИС”-МЕРА 300″. Данный прибор предназначен для измерений массового расхода жидкости, нефтегазоводяной смеси и сырой нефти по ГОСТ Р 8.615-2005. Также возможно использовать массомер «ЭМИС»-МАСС 260». При этом динамическая вязкость не должна превышать 1500 мПа*с, не допускаются механические примеси, а содержание газовых включений не должно превышать 3%. Для обеспечения указанных условий эксплуатации возможно применение фильтра жидкости, аналогичного «ЭМИС-ВЕКТА 1210» и фильтра газа, аналогичного «ЭМИС-ВЕКТА 1215».

Вопрос: Какое оборудование рекомендуете из Вашей производственной линейки для учета мазута?

Ответ: Расход мазута можно измерять с помощью следующих приборов: «ЭМИС-МАСС 260»; «ЭМИС-ДИО 230».

Обращаю внимание, что значение имеет температура мазута при перекачке.

Электромагнитные

В тех случаях, когда измеряемая жидкость обладает высокой химической агрессивностью, оптимальным выбором является электромагнитный счетчик. Благодаря широкому перечню возможных материалов футеровки, он способен работать практически на любой среде, обладающей электропроводимостью.

Также достоинствами являются минимальные длины измерительных участков и расширенный динамический диапазон (1:100 и выше).

Однако, стоит учитывать, что типоразмеры для применения на трубопроводах большого диаметра (ДУ 600 и выше) будут иметь высокую цену.

Рассмотрим несколько конкретных рекомендаций от руководителя группы «Расходомеры и фильтры» Александра Овсиенко.

Вопрос: Какое оборудование посоветуете для определения объемов поступившего и выданного солевого раствора плотностью до 1,3 т/ м3. Класс защиты ExiaIICT4X, объем – 15 м3/час

Вопрос:Требуется учитывать соляную и азотную кислоты, температура которых может достигать +120°C, а избыточное давление 8 кгс/см2. Трубопроводы имеют диаметры Ду50, Ду80 и Ду100. Что можете предложить?

Ответ: В этом случае Вам подойдет электромагнитный «ЭМИС-МАГ 270», который обладает стойкостью к агрессивной кислоте. Материал для футеровки проточной части следует выбрать ПТФ (фторопласт -4) и материал электродов ТА (тантал). Он может работать при температуре измеряемой среды до +180°C, с учетом дистанционного исполнения.

Вопрос: Возможно ли измерять электромагнитным счетчиком водно-нефтяную эмульсию с обводненностью 20%?

Ответ: «ЭМИС-МАГ 270» способен измерять двухкомпонентные среды, в том числе с обводненностью 20%, показывая объемный расход и накопленный объем. Однако, при этом не допускается присутствие газовых включений.

Ротаметры

Ротаметры, наряду с электромагнитными счетчиками, также способны работать на агрессивных средах, для чего используется футеровка из фторопласта.

Как правило, их применяют на малых расходах.

Погрешность при вертикальном исполнении для жидкости составляет до ± 1,0 %, при горизонтальном исполнении ± 4 %.

Обязательное требование для ротаметров вертикального исполнения: монтаж на строго вертикальном участке трубы с направлением потока среды снизу вверх.

Для горизонтального: на строго горизонтальном участке с направлением потока слева направо, либо справа налево.

На вопросы отвечает руководитель группы «Расходомеры и фильтры» Александр Овсиенко.

Ответ: Рекомендую роторный счетчик «ЭМИС-ДИО 230». Его технические характеристики соответствуют заданным условиям эксплуатации. Если вязкость масла находится в пределах до 5 МПа*с, то также Вы можете использовать ротаметр «ЭМИС-МЕТА 215».

Вопрос: Стоит задача измерения неравномерного потока жидкости с точностью ±1,5% . При этом при остановке потока периодически происходит её замерзание. Выходные сигналы – аналоговый токовый 4-20 мА, двухпроводная схема подключения. Диаметр трубы 15 мм.

Ответ: В данном случае оптимальным решением будет применение металлического ротаметра «ЭМИС-МЕТА 215». Он может использоваться с рубашкой обогрева (исполнение Т), со штуцерами, посредством которых подводится горячее масло, либо пар. Также это решение востребовано при необходимости сохранения температуры среды при её прохождении через ротаметр.

Вопрос: Нужен контроль потока воды на охлаждение при максимальном избыточном давлении 0,5 МПа. Точность – 2,5 %. Внутренний диаметр трубопровода – 15 мм.

Ответ: Для контроля данного технологического процесса можем предложить ротаметр «ЭМИС-МЕТА 215» с двумя предельными выключателями – верхним и нижним. Когда стрелка индикатора достигнет того или другого, сработает сигнал, который возможно использовать для световой/звуковой сигнализации или других электронных устройств, например, таких, как приводы запорной арматуры.

Роторные счетчики

В числе оборудования, рекомендуемого для измерения объема и объемного расхода вязких жидкостей, выше неоднократно упоминались роторные счетчики «ЭМИС-ДИО 230».

Обычно их ставят на учет дизельного топлива, бензина, керосина и сжиженного газа на установках слива/налива, дозирования и перекачки нефтепродуктов.

Они оснащены встроенным источником питания, при монтаже нет требований к прямым участкам.

Погрешность составляет от 0,25% до 0,5 %, предел давления – до 6,3 Мпа, допустимая вязкость – от 0,3 до 2000 мПа·с.

Вопрос: Планируем подключить «ЭМИС-ДИО 230» к ПК. Установка программы «ЭМИС–Интегратор» произведена. Можем ли мы использовать в качестве преобразователя интерфейсов устройство ICP CON 7520A? Или необходимо устанавливать специальный преобразователь ОС ПК Windows 10?

Ответ: Для подключения к ПК по протоколу Modbus RTU подойдет любой преобразователь интерфейсов RS-485/USB(RS232), в том числе и ICP CON 7520A.

Вопрос: Что можете предложить для учета битума в составе оборудования асфальтобетонного завода на процессе дозирования?

Ответ: В этом случае предлагаем Вам использовать роторный счетчик «ЭМИС-ДИО 230».

Обращаем внимание, что оптимальный подбор возможен только после заполнения опросного листа, в котором необходимо указать все параметры технологического процесса и требования к техническим характеристикам прибора

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ЖИДКОСТИ

* С- исполнение возможно по согласованию со специалистами

Если у вас остались вопросы по работе или подбору оборудования, вы можете задать их инженерам компании “ЭМИС”:

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ГАЗА, ТРЕБОВАНИЯ

Перед метрологическими службами предприятий зачастую ставится задача по измерению и контролю объемного расхода различных газов и газовых смесей, таких как природный газ, влажный нефтяной газ, сжатый воздух, диоксид углерода, азот, ацетилен, аммиак и другие. Как правило, для решения задач учета газа выполняется одновременное измерение трех основных параметров среды: расхода в рабочих условиях, абсолютного давления и температуры, с последующим вычислением, по измеренным значениям, расхода (объема) газа, приведенного к стандартным условиям: Рабс=0,101325 Мпа, Тс=20℃. Объемный расход газа, приведенный к стандартным условиям, является окончательным значением, используемым при взаиморасчетах с поставщиком, а также при контроле технологических параметров производственного процесса. Приведение к стандартным условиям выполняют разными методами, которые зависят от используемых КИПиА, характеристик потока и метода определения плотности: T-пересчета, pT-пересчета, pTZ-пересчета, либо ρ-пересчета в соответствии ГОСТ Р 8.740-2011, – pTZ-пересчета и ρ-пересчета, в соответствии с ГОСТ 8.611-2013 Наибольшее распространение на практике получили методы pT-пересчета и pTZ-пересчета.

Теплофизические характеристики и физико-химические параметры определяют путем прямых измерений, либо косвенным расчетным методом с использованием справочных данных. Для расчета теплофизических свойств газов используются различные методики: по ГОСТ 30319-2015, ГОСТ 8.662-2009 для природного; по ГОСТ 8.733-2011, ГСССД МР 113 для нефтяного; по ГСССД МР 134 для азота, ацетилена, кислорода, диоксида углерода, аммиака, аргона и водорода. ГОСТ Р 8.740-2001, ГОСТ 8.611-2013 регламентируют требования к составу, монтажу, метрологическим характеристикам основных СИ и обработки информации. Также необходимо отметить, что требования к предельно допустимой погрешности измерений природного и нефтяного газа, в зависимости от диапазона, регламентированы приказом Минэнерго №179 от 15.03.2016 г.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГАЗА

Для определения расхода газа, приведенного к стандартным условиям, преимущественно используются комплексы учета, представляющие собой совокупность СИ:

• вычислителя;
• преобразователя расхода;
• датчика давления;
• термопреобразователя сопротивления.

Такими измерительными системами являются комплексы учета газа «ЭМИС-Эско 2230» и «ЭМИС-Эско 2210» производства ЗАО «ЭМИС» (внесены в Единый государственный реестр СИ (№ 48574-11 и № 60577-15 соответственно). В качестве преобразователей расхода в составе комплексов, применяются вихревые расходомеры «ЭМИС»-ВИХРЬ 200», при этом осуществлять учет возможно как комплексной системой, так и отдельно расходомером с расширенной версией электронного блока и встроенной функцией вычислителя.

Вихревой расходомер газа

Отдельно остановимся на преимуществах прибора, имеющих значение при учете газовых сред и получивших отражение в обновленном описании типа СИ. В 2020 году «ЭМИС»-ВИХРЬ 200» получил новый класс точности с погрешностью измерения газа 0,7 %, что на сегодняшний день является одним из лучших показателей на мировом рынке вихревых расходомеров. Еще одним преимуществом стала аттестация алгоритмов приведения объемного расхода среды в рабочих единицах измерения к стандартным условиям. Это дополнительная опция, доступная при заказе расширенной версии электронного блока с возможностью подключения внешних датчиков давления и температуры. Контроллер при этом не требуется, если архивирование информации возможно или осуществляется в АСУТП.

Параметры алгоритмов расчета:

Прибор имеет выходные сигналы:

• Аналоговый 4-20 мА + HART;
• Цифровой Modbus RTU с интерфейсом RS485 / USB; частотный/импульсный.

При этом посредством передачи данных с вторичного преобразователя прибора по цифровому протоколу Modbus RTU с интерфейсом RS-485 возможно осуществлять считывание параметров не только расхода, но и давления, и температуры, а также производить настройку и диагностику, как расходомера, так и технологического процесса.

Массовый расходомер газа (кориолисовый)

Данный тип расходомеров предназначен для измерения массового и объемного расхода, плотности, массы и объема жидкостей и газов, и использования полученной информации для технологических целей и учетно-расчетных операций. Несмотря на ряд таких преимуществ, как высокая точность и отсутствие требований к прямым участкам, применение кориолисовых расходомеров в качестве газовых счетчиков в России долгое время сдерживалось по причине отсутствия стандартизованной методики. Однако, в настоящее время массовые преобразователи стали широко востребованным средством измерения газовых сред, в том числе, на коммерческих, хозрасчетных и технологических узлах учета ПАО «Газпром» (В соответствии СТО «Газпром» 5.35-2010 «Расход и количество природного газа. Методика выполнения измерений с помощью кориолисовых расходомеров»).

Особенности применения массовых кориолисовых счетчиков рассмотрим на примере «ЭМИС»-МАСС 260».

Измерение массы газа кориолисовым расходомером является прямым, в соответствии с РМГ 29-2013. Прибор осуществляет приведение диапазона измерения массового расхода к объемному по формуле:

Qv = Q/ρ,

Встроенные алгоритмы позволяют осуществлять вычисление объемного расхода газа, приведенного к стандартным условиям, при внесении значения плотности в стандартных условиях, что отражено в описании типа СИ на расходомер. Пределы допускаемой относительной погрешности измерения массы (массового расхода) δMГ при регистрации результата по индикатору, частотному, импульсному, токовому исполнению ТА и цифровым выходным сигналам не должны превышать значений, рассчитанных по формуле:

Таким образом, при использовании «ЭМИС»-МАСС 260» класса точности 0,25 погрешность измерения составляет 0,5%. В тоже время, при использовании объемных счетчиков погрешность в составе комплексов учета, как правило, находится в диапазоне от 1,5 до 2,5%.

-2 пассивных токовых выхода 4-20мА (в т.ч. один выход с цифровым протоколом HART); -3 импульсных выхода с возможностью выбора режима работы «активный/пассивный»; -Выходной интерфейс ETHERNET с протоколом Modbus TCP-IP; -Дискретный выход, работающий в режиме дозатора или сигнализатора неисправности

СЕРТИФИКАЦИЯ

Приборы торговой марки «ЭМИС» аттестованы и сертифицированы как по российским, так и по международным стандартам.

ВОПРОСЫ К ИНЖЕНЕРАМ

На вопросы применения оборудования ТМ «ЭМИС», отвечает руководитель инженерного отдела Илья Стромов.

Измерение водорода требуется производить при диапазоне расхода до 100 м3/ч, класс точности прибора должен быть не ниже 2,0 передача информации по RS-485. Необходимо фланцевое исполнение. Подойдет ли «ЭМИС»-ВИХРЬ 200»?

Учет водорода возможно осуществлять комплексами учета «ЭМИС-Эско 2210» и «ЭМИС-Эско 2230» на базе вихревого расходомера «ЭМИС»-ВИХРЬ 200». Можем предложить специальную версию исполнения – «Вд», предназначенную именно для работы на среде «водород». Расходомер имеет соответствующую маркировку взрывозащиты – для категории II, подкатегории IIC.

Ультразвуковой расходомер можно заменить на вихревой для решения Вашей задачи. Можем предложить «ЭМИС»-ВИХРЬ 200» с Ду 100 и проточной частью из нержавеющей стали. Его можно использовать как в составе комплекса учета, так и отдельно при заказе версии с функцией вычислителя. Он способен работать при температуре окружающей среды до -60 градусов Цельсия без дополнительных средств обогрева. Для корректного подбора просьба заполнить опросный лист.

В ходе переоснащения производства хотим перейти на отечественное оборудование. Можете ли поставить кориолисовый счетчик «ЭМИС»-МАСС 260» с монтажными размерами импортных аналогов?

Компания «ЭМИС» изготавливает приборы с монтажными размерами импортных аналогов, при этом исполнение фланцев соответствует стандартам: ГОСТ 12815, ГОСТ 33259, EN1092-1 (DIN 2513), ASME/ANSI.

Каким образом массовый расход газа приводится к стандартным условиям? У прибора имеется встроенный датчик температуры?

Датчик температуры не нужен. У счетчика «ЭМИС»-МАСС 260» есть отдельная функция приведения массового расхода газа к объемному в стандартных условиях и отдельный регистр, в который вводится плотность газа в стандартных условиях. При этом плотность в рабочих условиях измеряется напрямую.

Газовый расходомер или узел учета нашей торговой марки можно заказать, заполнив опросный лист. Укажите все параметры рабочего процесса и требования к техническим характеристикам.

Если у вас остались вопросы по работе расходомеров, вы можете задать их инженерам компании “ЭМИС”:

Тахометрические расходомеры – это приборы, принцип работы которых основан на измерении скорости  вращения оборотов крыльчатки или турбины в потоке среды.

Турбинные расходомеры-счетчики производят измерение объёмного расхода следующим образом: протекающая через первичный преобразователь среда, заставляет вращаться лопасти турбины, при этом скорость вращения прямо пропорциональна расходу.

Принцип действия является общим для турбинных и крыльчатых счетчиков, разница заключается лишь в расположении оси вращения измерительного механизма: у крыльчатки ось находится перпендикулярно движению потока, а у турбины – параллельно потоку жидкости или газа.

Фото 1. Первичный преобразователь крыльчатого расходомера «ЭМИС»-ПЛАСТ 220»

Значение скорости вращения измерительного механизма передается в блок электронного преобразователя, который осуществляет вычисление объемного расхода и формирование выходных сигналов.

Расходомеры для трубопроводов высокого давления

В таких отраслях промышленности, как химическая и нефтедобывающая возникает необходимость измерения объемного расхода жидкости, в том числе агрессивной, в трубопроводах высокого давления. Одним из решений данной задачи учета является применение расходомеров турбинного типа, например, крыльчатых счетчиков жидкости «ЭМИС»-ПЛАСТ 220», для которых предел давления измеряемой среды составляет 42 МПа.

Фото 2 : расходомер «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» в стандартном и рудничном исполнении.

Прибор используется преимущественно для измерения жидкостей высокого давления, например,  пластовых и артезианских вод на скважинах. Для применения в нефтегазовой отрасли расходомер сертифицирован на соответствие ГОСТ Р 53679-2009 (ИСО 15156-1:2001) и ГОСТ Р 53678-2009 (ИСО 15156-2:2003) «Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для применения в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа».

Материалы изготовления

Промышленный счетчик воды и других жидкостей  «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» имеет в своем конструктиве крыльчатку, установленную за специальным  щитом, что обеспечивает защиту измерительного механизма от засорения механическими включениями.

Для обеспечения надежной работы крыльчатку изготавливают из коррозионностойкой жаропрочной стали 12Х13, а трущиеся элементы крыльчатки из карбида вольфрама. Корпус счетчика и фланцы в стандартном исполнении изготавливают из углеродистой стали. Если же требуется измерение агрессивных сред, для корпуса и фланцев выбирают нержавеющую сталь, а для крыльчатки – покрытие из фторкаучука.

Фото 3. Материалы изготовления расходомера «ЭМИС»-ПЛАСТ 220».

Необходимо отметить, что в целях предотвращения износа элементов прибора и стабильности его метрологических характеристик рекомендуется установка фильтра для удаления из среды механических включений. Также, если в среде содержатся газовые включения, следует установить перед счетчиком фильтры – газоотделители.

Обеспечение взрывозащиты

Приборы «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» имеют вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» по ГОСТ 30852.1. с маркировкой по взрывозащите “1ExdIIBТ3/T6 Х”.

В рудничном исполнении «РВ» электронный блок размещен во взрывозащищенной коробке, при этом расходомер имеет маркировку взрывозащиты «РВ ExdI Х», что позволяет применять его  подземных выработках шахт, рудников и в их наземных строениях, опасных по рудничному газу и горючей пыли. На сегодняшний день данное исполнение нашло массовое применение на единственной в России нефтяной шахте НШПП «Яреганефть» (ООО «ЛУКОЙЛ-Коми»).

Технические характеристики

Диапазон измерения

Необходимо отметить, что счетчик сохраняет работоспособность и обеспечивает нормированную погрешность при расходе среды в пределах номинального диапазона.

Выбор типоразмера счетчика осуществляется в соответствии с реальными значениями расхода в трубопроводе, которые, могут отличаться от проектных. Типоразмер счетчика следует выбирать таким образом, чтобы реальное значение расхода измеряемой среды находилось во второй трети номинального диапазона. Диаметр условного прохода (Ду) счетчика должен быть равным или меньше условного диаметра трубопровода.

Особенности и преимущества

• Расходомер имеет автономный источник питания, что позволяет эксплуатировать  его в местах без гарантированного электроснабжения;
• Широкий динамический диапазон;
• Съёмный индикатор, позволяющий осуществлять профилактические работы без демонтажа проточной части расходомера;
• Отсутствие необходимости настройки под измеряемую среду и условия применения;
• Наличие взрывозащищенного исполнения, в том числе рудничного;
• Возможность беспроводной передачи данных по стандарту LoRaWAN.

Автономный источник питания расходомера и беспроводная передача данных.

Более подробно остановимся на таком преимуществе прибора «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» как возможность автономной работы. В качестве основного источника питания применяется встроенный электрохимический элемент типа LS26500 напряжением 3,6 В.

При автономной работе расходомер осуществляет подсчет объема и расхода среды и выводит полученные значения на индикатор. Для генерации выходных сигналов необходимо подключить внешнее питание напряжением 24 В либо использовать  модем LoRaWAN.

Модем LoRaWAN подключается к электронному блоку «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» по интерфейсу RS-485, при этом питание электронного блока «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» осуществляется  от встроенной в LoRaWAN-модем батареи. При опрашивании прибора 1 раз в час расчетный срок автономной работы составляет 3 года без замены батареи. Данная технология автономной работы и беспроводной передачи данных была испытана в ноябре 2020 года и в настоящее время доступна к заказу.

Опыт применения

Преимущественно, заказчиками прибора «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» являются нефтедобывающие компании, использующие счетчик турбинного типа «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» в системах ППД для измерения пластовых вод на скважинах с высоким давлением среды, а также в тех случаях, когда требуется возможность автономного питания прибора.

В настоящее время «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» успешно эксплуатируется на объектах нефтедобычи ПАО «Газпром», ПАО «Лукойл», ПАО НК «Роснефть» и других.

Отзыв: Расходомеры «ЭМИС»-Пласт» были смонтированы в количестве 20 шт. на следующих скважинах ППД (поддержание пластового давления) Гремихинского н.м. ОАО “Удмуртнефть”. Данные приборы работают на открытом воздухе. Метрологические характеристики расходомеров соответствуют заявленным».

Отзыв: «В 2010 году были закуплены приборы учета закачиваемой в пласт воды «ЭМИС-ПЛАСТ» в количестве 4 штук. Приборы зарекомендовали себя с положительной стороны, поэтому в 2011 году было принято решение закупить еще 4 таких счетчика. Важное достоинство данных расходомеров – возможность работы от встроенного источника питания без внешнего энергоснабжения. Приборы надежные в плане механического исполнения и электронных элементов. Оснащены встроенными дисплеями, что позволяет оперативно по месту видеть информацию о прохождении жидкости через проточную часть. Дополнительно снимается частотный сигнал на контроллеры для архивации данных и при необходимости передачи на верхний уровень АСУ ТП». ООО «УралОйл».

Фото 4. Расходомеры «ЭМИС»-ПЛАСТ 220» на объекте ОАО «Казахмыс Петролеум», Республика Казахстан. Задача: учет нефти, разливаемой в цистерны

Отметим, что в продуктовой линейке ЗАО «ЭМИС», наряду с крыльчатым счетчиком «ЭМИС»-ПЛАСТ 220», представлен вихревой расходомер «ЭМИС»-ВИХРЬ 200 ППД» в двух вариантах исполнений: с датчиком изгибающего момента и ультразвуковыми датчиками съема вихреобразования, также предназначенный для эксплуатации в системах поддержания пластового давления. С техническими характеристиками возможно ознакомиться в разделе «продукция».

Если у вас остались вопросы по работе расходомеров, вы можете задать свой вопрос инженерам компании “ЭМИС”:

Одно из главных условий рационального ведения домашней бухгалтерии – строгий учет всех расходов, в том числе и потребления электричества, газа, воды. Для этого каждое жилое помещение должно быть оборудовано специальным прибором – расходомером.

Виды расходомеров

Расходомер – это прибор учета жидкости или газа в помещении. На бытовом уровне прибор часто называют счетчиком, хотя это и неправильно. Расходомеры монтируют прямо на трубе, по которой проходит вода или газ, или рядом с ней. Измерительные приборы различаются между собой по типу конструкции и принципу действия.

В основе этих измерителей лежит принцип электромагнитной индукции Фарадея. В таких приборах проводящая жидкость, например, вода, проходит между магнитными полюсами, тем самым создавая ЭДС. Расходомер замеряет напряжение между электродами и высчитывает объем жидкости, проходящей по магистрали.

Этот метод надежен и точен, ведь сам по себе прибор не влияет на скорость движения жидкости. Расходомеры этого типа особенно долговечны, так как в них нет движущих элементов.

Преимущества электромагнитных приборов – это приемлемая цена, отсутствие деталей в поперечном разрезе и обширный диапазон замеров.

Недостаток только один: прибор реагирует на внешние осадки.

В прибор учета вмонтирован передатчик ультразвуковых импульсов (УЗС). При движении жидкости по магистрали происходит снос ультразвуковой волны. Вследствие этого изменяется время попадания сигнала в приемник. При движении сигнала через струю время прохождения увеличивается, если импульс следует против потока, а если вдоль – уменьшается.

Ультразвуковые приборы учитывают объемный расход воды на основе разности времени прохождения УЗС по течению потока и против него.

Преимущества ультразвуковых приборов – выгодная стоимость, отсутствие в поперечном разрезе подвижных и неподвижных деталей, средний диапазон замеров и возможность монтажа на трубопроводы большего диаметра.

К недостаткам можно отнести чувствительность прибора к осадкам, вибрациям и перекосам потока (однолучевые приборы).

Счетчики перепада давления

Действие данного типа расходомеров основано на замерах перепадов давления, возникающих при прохождении энергоносителя через сопло, шайбу или другое сужающее устройство. В этом сужении скорость потока изменяется, давление растет: чем скорость потока выше, тем расход больше.

Преимущество этой модели заключается в отсутствии подвижных частей.

Из недостатков стоит отметить малый диапазон измерений, чувствительность прибора к осадкам и наличие механической преграды для жидкости в виде сопла или шайбы.

Вихревые расходомеры замеряют частоту колебаний, возникающих в потоке жидкости или газа, когда те обтекают препятствия.

Преимущество прибора – отсутствие в корпусе подвижных элементов.

Среди недостатков стоит отметить препятствия в поперечном разрезе, ограничение по значениям, чувствительность к перепадам температур. К тому же прибор реагирует на вибрации.

Тахометры измеряют скорость вращения, количество оборотов крыльчатки или турбины в потоке газа, пара или воды. Принцип действия прибора не зависит от того, какая деталь в нем установлена: турбина или крыльчатка. Разница заключается в том, что крыльчатка вращается перпендикулярно потоку, а турбина – параллельно.

Главные преимущества прибора – невысокая цена, отсутствие необходимости подключения к электричеству.

Недостатки тахометра – механические препятствия при движении жидкости, небольшой динамический диапазон, значительные погрешности в замерах, частые поломки и короткий срок эксплуатации. Большое значение имеет и качество воды, так как примеси влияют на точность замеров.

В основу работы данных расходомеров положен эффект Кориолиса: изменение фаз механических колебаний U-образных патрубков, внутри которых и движется пар, газ или жидкость. Сила Кориолиса, воздействующая на стенки колеблющегося патрубка, изменяется под давлением пара или воды.

Положительные качества прибора – прямые замеры массового расхода, нечувствительность к осадкам, отсутствие препятствий во внутреннем разрезе, независимость результатов измерений от электропроводности.

Недостатки расходомера – высокая цена, сложность в изготовлении и чувствительность к вибрациям.

Принцип работы расходомера

Принцип действия расходомера строится на законе электромагнитной индукции. Согласно ему, ЭДС в проводнике находится в прямой зависимости от скорости перемещения проводника в магнитном поле. В индукционных приборах в качестве проводника выступает измеряемая электропроводящая жидкость.

Работа приборов с сужающим устройством основывается на изменении потенциальной энергии замеряемого вещества при прохождении через зауженное сечение трубы. Скорость потока в последнем увеличивается, поэтому и давление в узком сечении ниже статического давления перед сужающимся участком.

Круглое отверстие внутри сужающего устройства расположено концентрично относительно стенок трубы, его диаметр меньше внутреннего диаметра трубопровода. Прибор с сужающим устройством оборудован бесшкальным дифманометром в комплекте с самопишущим вторичным устройством.

Поверка приборов учета

Со временем точность показаний любого прибора снижается. Поэтому все расходомеры нужно систематически поверять. Существуют следующие виды поверки:

• Первичная. Проводится сразу после изготовления прибора.
• Периодическая. Согласно закону, ее нужно проводить каждые два года.
• Внеплановая. Необходима при срыве пломбы или при потере подтверждающих госповерку документов.

Есть два способа поверки приборов учета:

• Демонтировать расходомер, вместо него поставить временную перемычку, а само устройство отдать на поверку в метрологию.
• Не снимать прибор, а пригласить метрологов на дом. Они проверят работу прибора на месте в течение часа.

Первый вариант не очень удобный, так как требует много времени и денег. Нужно пригласить специалиста, который снимет прибор, установит перемычку, а затем вмонтирует счетчик после поверки обратно.

К тому же процесс поверки прибора может занять целый месяц, а в это время плата за газ или воду будет рассчитываться по среднему расходу за предыдущие 6 месяцев, а не по факту потребления. Если прибавить сюда же расходы на пломбировку расходомера и оплату самой поверки, сумма получится внушительная.

Многие владельцы предпочитают выполнять поверку приборов без снятия. К преимуществам этого варианта относится быстрота выполнения процедуры и отсутствие дополнительных расходов на пломбировку, демонтаж и оплату по средним значениям.

Критерии выбора расходомера

Расходомеры устанавливают на пар, газ, воду и другие жидкости. Самые востребованные приборы учета сегодня – расходомеры, которые определяют давление исходя из изменений значений, которые возникают в трубопроводе из-за прибора сужения.

При выборе измерителя нужно учесть такие критерии:

• Физические свойства измеряемой среды;
• Пропускная способность прибора;
• Погрешность измерений;
• Температурный диапазон.

Кроме того, есть датчики расхода, которые адаптируются под разные эксплуатационные условия.

Если перед Вами встала задача по выбору расходомера для своей системы, то Вы вряд ли будете испытывать недостаток предложения. И это неудивительно, ведь технологии измерения расхода постоянно развиваются. Существующие методики постоянно совершенствуются, и периодически появляются новые техники измерения. В настоящий момент на рынке широко представлены вихревые, тахометрические, ультразвуковые, электромагнитные, тепловые, кориолисовые расходомеры, расходомеры переменного перепада давления, расходомеры обтекания. Это уже восемь больших групп приборов. А ведь есть еще специализированные расходомеры (оптические, меточные, концентрационные и т.д.), менее распространенные, но отлично справляющиеся с решением отдельных задач.

Каждый тип расходомеров имеет свои достоинства и особенности применения, которые в одной ситуации позволят с успехом решить Вашу задачу, а в другой – будут приводить к значительным погрешностям измерения расхода. Как не потеряться в разнообразии расходомеров при выборе прибора для Вашей системы? Какие факторы надо принять во внимание перед тем, как совершить покупку? Ниже в статье мы постарались ответить на эти вопросы.

Цена и популярность расходомера – не первостепенные критерии

Практика показывает, что часто используемые критерии выбора расходомеров: цена и популярность. Очень спорные критерии. Если ставить цену во главу угла, то в итоге легко получить расходомер, который либо вообще не подходит для Вашего применения, либо не охватывает всего рабочего диапазона расходов и условий эксплуатации, либо требует значительных затрат на обслуживание. Экономия при покупке в этом случае может обернуться значительными тратами на этапе эксплуатации.

Характерный пример – кориолисовые массовые расходомеры. Цена этих приборов выше, чем для многих других типов расходомеров. При этом кориолисовые расходомеры осуществляют прямое измерение массового расхода рабочей среды. В то время как все объемные расходомеры дают показания расхода при рабочих условиях. И эти показания зачастую необходимо переводить к стандартным условиям. Для чего объемный расходомер должен оснащаться дополнительными датчиками и блоком, осуществляющим пересчет показаний («флоу компьютер»). Кроме того, кориолисовые расходомеры легче обслуживать в процессе эксплуатации, что в итоге будет сокращать время простоя всей системы.

С популярностью определенного типа расходомеров тоже не все так просто. Конечно же, важно знать, какие типы расходомеров чаще всего используется в вашей отрасли. Однако простой выбор того, что является наиболее популярным, также может привести к ошибке. Прибору предстоит работать в Вашей системе при Ваших рабочих условиях. Если он не подходит Вам, то показания прибора могут значительно отличаться от реального расхода. Со всеми сопутствующими негативными последствиями. При этом менее известные расходомеры могут обеспечить необходимую Вам точность измерения.

Еще один пример. Новые достижения в области технологий производства расходомеров позволяют выводить на рынок всё более совершенные приборы. Конечно же, сначала эти расходомеры не так хорошо известны, но могут обеспечивать лучшее решение. Например, в прошлом ультразвуковые расходомеры приходилось заново калибровать при замене рабочей жидкости, и их нельзя было использовать в применениях, где требовалось гигиеническое исполнение. В настоящее время появились новые ультразвуковые расходомеры, в которых эти проблемы решены. Это открывает возможность использования ультразвуковых расходомеров для еще более широкого круга задач и применений.

Расходомер – это высокотехнологичное устройство, на работу которого влияет множество параметров. Ниже отмечены самые важные из них. При этом каждое применение уникально и требует индивидуального подхода.

Постановка задачи

С чего же следует начать? Конечно же, с правильной постановки задачи. И в первую очередь необходимо ответить на вопрос: что же предстоит измерять. Ниже приведены данные, которые необходимо собрать, прежде чем приступать к подбору расходомера.

• Фазовое состояние: газ, жидкость, суспензия, пар, при рабочих условиях. Как известно, одно и то же вещество при разных условиях может принимать различные фазовые состояния. И важно таким образом подбирать рабочие условия, чтобы внутри расходомера не происходили фазовые переходы.
• Химический состав. В случае смеси из различных веществ – химический состав отдельных компонентов, их доля (объемная, массовая, мольная) в смеси. По химическому составу, а также рабочим условиям можно будет определить/рассчитать физические свойства среды, необходимые для оценки работоспособности расходомера в Ваших условиях. Какие свойства понадобятся – зависит от принципа действия выбранного расходомера. Химический состав также позволяет оценить совместимость среды с материалом корпуса и уплотнений расходомера.
• Диапазон рабочих расходов. При определении верхнего предела измерения лучше сделать запас в 5-10%. Хотя некоторые расходомеры могут давать показания и для расходов более 100% верхнего предела измерения (ВПИ), но паспортная точность гарантируется только при расходах менее 100%. Будет обидно, если какие-то изменения в параметрах вашей системы приведут к незначительному увеличению расхода, который Вы не сможете корректно измерить. Нижний предел измерения также важен. Не бывает расходомеров, измеряющих расход от 0 до 100% ВПИ. Всегда есть нижний предел измерения, ниже которого показания расходомера не будут укладываться в паспортную точность. Диапазон рабочих расходов должен укладываться в интервал между Верхним и нижним пределами измерения расходомера. Иначе придется подбирать несколько расходомеров, чтобы перекрыть весь ваш рабочий диапазон.
• Рабочий диапазон температур среды. Этот параметр может стать фильтром, по которому придется отказаться от использования целого ряда расходомеров. Экстремально низкие и высокие температуры требуют специальных методов измерения. Или же переноса точки измерения в часть системы, где температура среды ближе к комнатной.
• Рабочий диапазон давлений среды. Также может выступать в качестве своеобразного ограничения. Работа в условиях, близких к вакууму, или при высоких давлениях сильно сокращает круг расходомеров для рассмотрения.
• Наличие посторонних включений. В том числе пары воды и масла, твердые частицы в газе, взвешенные частицы и пузырьки газа в жидкости и т.д. На самом деле важно всё. Так, конденсация воды или масла внутри газового расходомера может приводить к ухудшению его точности. А накопление твердых частиц в измерительной части расходомера может привести к выходу прибора из строя. Для ряда расходомеров жидкости с подвижными частями наличие растворенного воздуха будет приводить к кавитации, разрушающей корпус прибора.
• Стабильность потока. На этапе подбора прибора необходимо определиться, будет ли поток постоянным, или он будет разрываться. Труба заполнена полностью или частично
• Коррозионные свойства. Может ли среда при условиях эксплуатации повредить корпус, уплотнения расходомера и встроенные датчики. Речь идет не только о самой среде, но и о малых включениях.
• Параметры места эксплуатации. Будет ли расходомер работать в лабораторных, промышленных условиях, условиях чистого производства или на улице. Диапазон температуры, влажности окружающей среды по месту эксплуатации. Какая потребуется степень пыле- и влагозащиты. Нужна ли взрывозащита. Возможно ли коррозионное воздействие на расходомер извне. Присутствуют ли рядом источники мощного электромагнитного излучения.

Это основная информация. На более поздних стадиях, в зависимости от типа выбранного расходомера, для корректного подбора могут понадобиться дополнительные данные. А теперь, определившись с задачей, можно приступить к выбору расходомера для ее решения.

Объемный или Массовый расход

Мера количества газа: масса или объем. Количество молекул (масса) газа в обоих цилиндрах совпадает. Однако объем и давление отличаются в два раза.

Расходомеры можно разделить на две большие группы – расходомеры, измеряющие объемный или массовый расход. Какой расходомер выбрать – зависит от применения, цели измерения и уже использованных в системе компонентов.

Надо отметить, что показания объемных расходомеров определяются рабочими условиями. Так, два объемных расходомера, установленные на одном непрерывном трубопроводе при высоком и низком давлении будут давать кратно отличающиеся показания (в соответствии с изменением давления). Корректное сравнение показаний объемных расходомеров возможно только при приведении их показаний от рабочих условий к единым условиям, например, стандартным условия для газа по ГОСТ 2939-63.

Показания массовых расходомеров в значительно меньше зависят от рабочих условиями. А показания кориолисовых расходомеров практически от них не зависят, поскольку напрямую измеряют массу проходящего вещества. Возвращаясь к примеру из предыдущего абзаца, сравнивать показаний массовых расходомеров можно без дополнительных пересчетов. Сравнение показаний объемных и массовых расходомеров также возможно. Для этого объемный расход необходимо перевести в массовый через плотность среды при рабочих условиях. Или же наоборот, массовый расход перевести в объемный расход при рабочих или стандартных условиях.

Принцип действия расходомера и фазовое состояние измеряемой среды

Второе, на что следует обратить внимание – принципиальная возможность работы расходомера определенного типа с Вашей рабочей средой. Физически принципы, лежащие в основе измерения расхода, и особенности исполнения расходомеров могут накладывать ограничения на их применение. Поэтому немного подробнее остановимся на описании наиболее распространенных сейчас типов расходомеров.

• Расходомеры переменного перепада давления (с сужающим устройством – труба Вентури, сопло Вентури, сопло, диафрагма; центробежные; с напорными устройствами – трубка Пито). Измеряют объемный расход. Основаны на зависимости разницы давлений, создаваемых конструкцией расходомера, от расхода. Это универсальные расходомеры, они могут работать с газами, жидкостями. Некоторые виды расходомеров переменного перепада давления могут измерять расход суспензий.
• Расходомеры обтекания (ротаметры; поплавковые и поршневые расходомеры). Измеряют объемный расход. Их чувствительный элемент воспринимает давление потока и перемещается под его воздействием. Величина смещения пропорциональна расходу. Хорошо работают с газами и жидкостями.
• Вихревые расходомеры. Измеряют объемный расход. Их конструкция обеспечивает возникновение колебаний давления в потоке в результате вихреобразования или колебания струи. Величина расхода зависит от частоты колебания давления. Успешно применяются с газами, жидкостями и даже паром.
• Тахометрические расходомеры (турбинные с аксиальной или тангенциальной турбиной; шариковые, камерные, роторно-шаровые). Измеряют объемный расход. Имеют подвижный, обычно вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна расходу. Тахометрические расходомеры работают с газами, жидкостями, в том числе вязкими жидкостями. Могут использоваться для измерения расхода криогенных сред и сжиженных газов.
• Ультразвуковые расходомеры. Измеряют объемный расход. Осуществляется измерение зависящего от расхода эффекта, возникающего при проходе акустических колебаний через поток жидкости или газа. Часто применяются для работы с жидкостями, реже с газами. Ультразвуковые расходомеры, одни из немногих, могут работать с суспензиями и паром.
• Электромагнитные расходомеры. Измеряют объемный расход. В основе работы лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем. Чаще всего применяются расходомеры, в которых расход пропорционален величине электродвижущей силы, возникающей в жидкости, при пересечении ею магнитного поля.
• Тепловые расходомеры (калориметрические; термоанемометрические). Измеряют массовый расход. Перенос тепла движущейся средой от нагретого тела пропорционален расходу. Обеспечивают измерение расхода газа и жидкости с высокой точностью, в том числе микрорасходов, недоступных для других типов расходомеров.
• Кориолисовые расходомеры. Измеряют массовый расход. Основаны на использовании силы Кориолиса, возникающей в колебательной системе, в которой одновременно имеет место поступательное и вращательное движение. Величина кориолисовой силы зависит от расхода измеряемой среды. Успешно используются с газами, жидкостями, суспензиями.
• Существует целый ряд специализированных расходомеров, позволяющих решать довольно специфичные задачи. Сюда можно отнести оптические расходомеры (допплеровские, на эффекте Физо-Френеля, корреляционные), ионизационные, концентрационные, меточные расходомеры и т.д. Как правило, они применяются там, где использование традиционных способов измерения не дает желаемых результатов или невозможно.

Видно, что при выборе расходомера некоторые типы приборов можно сразу исключить из рассмотрения в связи с тем, что они не смогут работать с Вашей рабочей средой. Например, электромагнитные расходомеры работают только с токопроводящими жидкостями. Многие расходомеры не подходят для измерения расхода газа или суспензии. Ниже для различных фазовых состояний рабочей среды перечислены основные типы применяемых расходомеров:

• Газ – кориолисовый, тепловой, переменного перепада давления, ротаметр, вихревой, турбинный, камерный
• Жидкость – кориолисовый, тепловой, переменного перепада давления, ротаметр, вихревой, турбинный, камерный, ультразвуковой, электромагнитный
• Суспензия – кориолисовый, ультразвуковой, электромагнитный, некоторые расходомеры переменного перепада давления
• Пар – вихревой, ультразвуковой, диафрагменный

Спецификация расходомера

Сейчас самое время обратить внимание на технические характеристики расходомеров, которые остались в Вашем списке для рассмотрения. Обязательно обратите внимание на:

• Диапазон расходов. Это тот диапазон расходов, в котором может работать расходомер выбранной модели, точность измерения в котором соответствует паспортным значениям. Ваш рабочий диапазон расходов должен умещаться в измеряемый диапазон прибора. Конечно же, лучше выбирать расходомер с наибольшим доступным диапазоном расходов без ущерба для других, не менее важных параметров.
• Повторяемость. Мера того, как часто Вы получаете одни и те же результаты при выполнении одного и того же измерения в одних и тех же условиях. Точность требует повторяемости, но при этом повторяемость не требует точности. Повторяемость просто требует воспроизводимости измерений. Зачастую повторяемость расходомера может становиться даже более важной характеристикой, чем точность.
• Диапазон допустимых температур и давления эксплуатации. Установленные Вами ранее диапазоны рабочих температур и давлений измеряемой среды не должны выходить за соответствующие диапазоны для расходомера. В противном случае возможно повреждение внутренних элементов прибора, а также нарушение герметичности корпуса прибора (кратное превышение давления) и попадание измеряемой среды в окружающую среду.
• Специальное исполнение. В случае, когда эксплуатация расходомера будет осуществляться на просто в лаборатории с постоянной температурой и влажностью, а в особых условиях, может потребоваться применение прибора в специальном исполнении. Процессы в пищевой, фармацевтической и медицинской промышленности особенно нуждаются в сохранении стерильности рабочей среды. Часто производители предлагают специальные исполнения для расходомеров под такие задачи. Обратите внимание на класс пыле- и влагозащиты IP (Ingress Protection). Лабораторные приборы зачастую не имеют защиты от попадания влаги (IP40), в то время как для промышленного оборудования она обязательна (IP65 и выше). Многие производители предлагают расходомеры во взрывозащищенном исполнении, и как правило, это отдельные серии приборов. Эксплуатация в уличных условиях или при наличии коррозионного воздействия извне также требует особых конструктивных решений.
• Стоимость. Как указано выше, здесь необходимо учитывать не только стоимость расходомера, но и затраты на установку, техническое обслуживание и ремонт прибора с течением времени. И в первую очередь надо рассматривать функциональность расходомера, его возможности по решению стоящей перед Вами задачи. А цена всё же должна быть вторичным фактором. Хотя бывают ситуации, когда цена заставляет пересмотреть всю концепцию системы с целью ее усовершенствования или упрощения.