УДК 621.389:681.121.89.082.4
Р. И. СОЛОМИЧЕВ – к.т.н., ООО НПО «Турбулентность-ДОН», sktb_solomichev@turbo-don.ru
Роль расходомеров в современном индустриальном обществе сложно переоценить, она значительно возросла в последнее время в связи с необходимостью экономии и рационального использования непрерывно дорожающих энергетических и водных ресурсов во всем мире. С помощью расходомеров обеспечивается автоматизированное управление производственными процессами и оптимизация технологических режимов практически всех отраслей промышленности.
Ключевые слова: жидкость, расход жидкости, плотность, акустический способ, система диагностики, скорость звука, температура.
В числе современных требований к расходомерам выделяют высокую точность измерения, надежность, малую инерционность, большой диапазон измерений (Qmax/Qmin), способность производить измерения в экстремальных условиях (при температурах от -220°С до +600°С), стабильность показаний, низкое энергопотребление, и так далее. Перечисленным требованиям полностью соответствует ультразвуковой метод, получивший широкое распространение за последние годы благодаря имманентному физическому принципу измерения и специфическим особенностям, которые позволяют использовать ультразвук для бесконтактных измерений в условиях коррозийных и взрывоопасных сред. Кроме того, важным преимуществом ультразвуковых расходомеров перед другими типами является возможность получения дополнительной информации о физическо-химических параметрах среды измерения и потока путем косвенных вычислений. В работе приводится пример практической реализации системы встроенной самодиагностики линейки ультразвуковых расходомеров UFL, в которую входит контроль уровня усиления сигнала, качества сигнала, отношения сигнал/шум, контроль отношения скорости по акустическим каналам к средней скорости измеряемой среды в преобразователе расхода, скорости распространения звука. Важным преимуществом разработанной системы диагностики, неоднократно апробированной в реальных условиях эксплуатации, является контроль состояния электронного блока и свойств потока (профиль, симметрия, оценка завихрения), информативность, ведение архива событий, интуитивно понятный пользовательский интерфейс. Описаны перспективные направления дальнейшего развития ультразвуковых расходомеров, в которые входит расчет плотности, вязкости и оценка компонентного состава среды измерения акустическим способом с целью получения информации об энергетической ценности энергоносителей.
Рассматриваемые акустические расходомеры серии Turbo Flow UFL (ООО НПО «Турбулентность-Дон», РФ) работают в ультразвуковом диапазоне частот (780 кГц), поэтому и называются ультразвуковыми. Их работа основана на времяимпульсном методе измерения, при котором акустические колебания перемещаются сквозь движущуюся среду и происходит измерение разности времен прохождения этих колебаний по потоку и против него. УЗ-расходомеры обычно служат для измерения объемного расхода, потому что эффекты, возникающие при прохождении акустических колебаний через поток жидкости, связаны с его скоростью.
Не менее значимым аспектом при автоматизированном учете веществ в технологическом цикле производства является измерение расхода. Основными серийно выпускаемыми приборами для коммерческого учета нефтепродуктов, обеспечивающие высокую точность (до 0,3%) результатов измерения, широкий динамический диапазон (1:320), возможность установки на трубопроводы от 25 до 1600 мм, способность работать с реверсивными потоками, отсутствие движущихся элементов и деталей, незначительное падение давления, широкий температурный диапазон среды измерения (-45...+320°С), измерение при избыточном давлении от 0 до 45 МПа являются ультразвуковые расходомеры.
Весьма существенно, что частотный диапазон измерения (0,5...2 МГц) акустических параметров контролируемых жидкостей совпадает с основным частотным диапазоном ультразвуковых преобразователей расхода Turbo Flow UFL (ООО НПО «Турбулентность-Дон»), что позволяет существенно снизить стоимость приборов контроля свойств жидкости за счет унификации электронного тракта.
В этом плане наибольший интерес представляют вискозиметры и ультразвуковые плотномеры в составе объемных расходомеров.
Таким образом, основными преимуществами такого прибора является:
- автоматизированный коммерческий учет нефтепродуктов по массе с высокой точностью до 1,5 кг/м3 [1, 2];
- отслеживание качества нефтепродуктов в реальном времени и концентраций компонент технологических жидкостей;
- оперативность получения информации, передача ее на центральный пункт управления технологическим процессом;
- надежность и долговечность работы измерительных преобразователей в жестких климатических и технологических условиях и взрывоопасной зоне контроля;
- возможность автоматического пересчета объема, приведенного к стандартным условиям через рабочую плотность напрямую.
В зависимости от количества акустических каналов, УЗ-расходомеры подразделяются на однолучевые, двулучевые и многолучевые. Достоинством первых является отсутствие пространственной асимметрии акустических каналов, зависящих от различия их геометрических размеров. С увеличением количества хорд/лучей зондирования, увеличивается площадь перекрытия плоскостей сечения трубопровода, и тем самым повышается точность измерения расхода.