Анализ всего процесса подбора расходомеров с диафрагмой: от определения условий эксплуатации до обеспечения соответствия требованиям российского рынка 

Расходомер с диафрагмой является наиболее стандартизированным типом приборов для измерения расхода по разности давлений, имеющим самый обширный опыт применения. Его выбор не сводится к простому «подбору диафрагмы в соответствии с диаметром трубы», а требует проведения систематических расчетов и взвешивания всех факторов с учетом параметров рабочих условий, условий монтажа и требований нормативных документов. Неправильный выбор зачастую приводит к отклонению диапазона измерения разности давлений и несоответствию диаметра отверстия, что вызывает неточность измерений и несоответствие диапазона после ввода в эксплуатацию, а затраты на исправление ошибок значительно превышают стоимость самого прибора. Ниже приведены ключевые моменты выбора приборов, рассмотренные с пяти точек зрения: определение условий эксплуатации, основные параметры, конструкционные материалы, конфигурация системы и допуск к применению в России.

I. Полное определение эксплуатационных параметров

Первым шагом при выборе прибора является полное определение шести основных параметров: тип среды (газ, жидкость или пар; в случае пара необходимо различать насыщенный и перегретый пар), минимальный/типичный/максимальный расход, рабочая температура и давление, плотность и вязкость среды, материал и внутренний диаметр трубопровода, допустимый перепад давления. При этом особенно важна точность определения диапазона расхода. Стандартный диапазон измерения диафрагменных расходомеров обычно составляет всего 3:1–4:1. Если диапазон колебаний фактического расхода выходит за пределы этого интервала, на этапе выбора необходимо рассмотреть вариант с двухдиапазонным датчиком или схемой с двумя диафрагмами, а не рассчитывать на корректировку после ввода в эксплуатацию. Для газов и пара также необходимо уточнить способ компенсации температуры и давления: для перегретого пара необходимо использовать двухпараметрическую компенсацию (температура + давление), тогда как для насыщенного пара обычно достаточно компенсации давления для корректировки плотности.

II. Основные геометрические параметры: коэффициент β и прямой участок трубопровода

Коэффициент проходного сечения β (d/D) является ключевым геометрическим параметром при выборе диафрагменного расходомера. Допустимый диапазон значений β для стандартных диафрагм составляет от 0,20 до 0,75, однако в инженерной практике наиболее часто используется диапазон от 0,30 до 0,50. Малое значение β означает сильный сигнал перепада давления и высокую чувствительность, но при этом увеличивается постоянный перепад давления; большое значение β снижает перепад давления, но ослабляет сигнал перепада давления, а также резко повышает требования к длине прямого участка трубопровода перед диафрагмой. При значении β свыше 0,6 требования к длине прямого участка трубопровода перед диафрагмой в некоторых условиях эксплуатации могут достигать 30D–40D. Таким образом, выбор значения β по сути представляет собой поиск баланса между тремя факторами: «сила сигнала — потери давления — монтажное пространство».

Требования к прямым участкам трубопровода также не допускают компромиссов. Общий принцип заключается в том, что длительность прямого участка перед датчиком должна быть ≥10D, а после датчика — ≥5D, однако при работе с жидкостями длительность прямого участка перед датчиком обычно необходимо увеличить до 20D. Если перед датчиком имеются отводы, клапаны и другие элементы, препятствующие потоку, фактическую необходимую длину следует определять по таблице в зависимости от типа этих элементов и значения β. Если пространство на объекте не позволяет соблюсти эти требования, следует в первую очередь рассмотреть альтернативные варианты, такие как многоотверстные диафрагмы (балансировочные расходомеры), для которых требуются более короткие прямые участки трубопровода, а не снижать стандарты монтажа.

III. Соответствие способа отбора давления и материала

Выбор способа отбора давления напрямую влияет на удобство монтажа и долгосрочные затраты на техническое обслуживание. При фланцевом отборе давления отводы расположены на специальных фланцах: на входной стороне на расстоянии 25,4 мм от торца диафрагмы, на выходной стороне — на таком же расстоянии. Такой вариант удобен в монтаже, облегчает слив загрязнений и подходит для большинства стандартных случаев, особенно в условиях малого диаметра труб или при недостаточном монтажном пространстве для размещения кольцевой камеры. Угловой отбор давления подразделяется на отбор через кольцевую камеру и отбор через отдельное отверстие: отбор через кольцевую камеру отличается более высокой точностью и подходит для труб малого диаметра, а также для условий работы при высоких температурах и давлениях, однако имеет сложную конструкцию и подвержен засорению; отбор через отдельное отверстие имеет простую конструкцию и в большей степени подходит для труб большого диаметра (DN400 и выше). Отбор давления на отрезке D-D/2 применяется в соответствии с конкретными стандартами трубопроводов или монтажными традициями.

Выбор материала должен строго соответствовать характеристикам среды. Для некоррозионных сред, таких как обычная вода, воздух и насыщенный пар, можно использовать углеродистую сталь 20#; для слабокоррозионных сред и пищевых применений рекомендуется использовать нержавеющую сталь 304 или 316L; для сильнокоррозионных сред необходимо перейти на специальные материалы, такие как сплавы Халлея. В условиях работы с паром при температуре свыше 400 °C для трубопроводов и диафрагм может потребоваться использование высокотемпературной легированной стали. Острые кромки дроссельного элемента являются ключевым фактором, обеспечивающим точность измерений; недостаточная износостойкость материала приведет к эрозии и затуплению острых кромок, а также к смещению коэффициента расхода. Поэтому в условиях работы с средами, содержащими твердые частицы или движущимися с высокой скоростью, следует отдавать предпочтение износостойким материалам или рассматривать альтернативные формы дросселирования, такие как клиновидные или V-образные конусы.

IV. Конфигурация системы и проверка расчетной документации

Сама по себе диафрагма является лишь первым элементом дросселирования, а общие характеристики измерительной системы в значительной степени зависят от подбора датчика перепада давления. При выборе датчика следует обратить внимание на то, охватывают ли его диапазон измерения и точность обычно используемый диапазон перепада давления. Стандартная диафрагма обеспечивает хорошую линейность в диапазоне соотношения диапазонов 3:1; при значительных колебаниях расхода можно выбрать интеллектуальный датчик с высоким соотношением диапазонов, точность которого может достигать 0,075 % FS, чтобы расширить эффективный диапазон измерения.

Расчетная документация, предоставляемая производителем, должна содержать полные данные об условиях эксплуатации, диаметр отверстия d, коэффициент β, номинальное перепадение давления, типичное перепадение давления, минимальное перепадение давления, потери давления и коэффициент расхода, а также другие ключевые результаты. При проверке необходимо уделить особое внимание следующим моментам: находится ли перепад давления, соответствующий типичному расходу, в разумном диапазоне диапазона измерения датчика (обычно рекомендуется в пределах от 30 % до 80 % полного диапазона); не превышает ли перепад давления при максимальном расходе предельное давление, на которое рассчитан датчик; не ниже ли перепад давления, соответствующий минимальному расходу, нижнего предела измеримого диапазона датчика. Если какой-либо из этих критериев не соблюдается, следует потребовать пересчёта или корректировки значения β.

V. Требования к допуску на рынок России

Для ввода расходомеров с диафрагмой на рынок России и Евразийского экономического союза, помимо оценки соответствия EAC (охватывающей безопасность при низком давлении, электромагнитную совместимость и RoHS), в случае использования в сферах торговых расчетов, учета энергоресурсов или государственного метрологического надзора необходимо также получить сертификат метрологического типа PAC, выданный Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии Российской Федерации, и пройти регистрацию в FGIS ARSHIN. Основной целью проверки в рамках сертификации PAC является подтверждение соответствия точности измерений, стабильности и долгосрочной повторяемости требованиям российской государственной системы метрологии; эта система является независимой от системы EAC, и ни одна из них не может заменить другую. Еще на этапе выбора модели следует включить срок сертификации в план проекта, чтобы избежать ситуации, когда после завершения производства оборудования его невозможно будет сдать в эксплуатацию из-за отсутствия разрешения на использование в метрологических целях.

Практика компании «Шанхай Ичан»

Компания «Шанхай Ичан» по производству дроссельных устройств (Shanghai Yichang Throttling Device Manufacturing Co., Ltd.) была основана в 2001 году. Её предшественником был цех по производству диафрагм при Шанхайском заводе автоматических приборов № 1. Компания является одним из разработчиков национального стандарта Китая GB/T 2624-2006 на дроссельные устройства. Ассортимент диафрагменных расходомеров компании включает серии стандартных диафрагм, диафрагм с ограничением расхода, многоотверстных диафрагм и интегрированных диафрагм. Они разрабатываются и изготавливаются в соответствии со стандартами ISO 5167 и GB/T 2624. Компания может подготовить расчетные документы по подбору оборудования на основе полных параметров рабочих условий, предоставленных заказчиком, а также оказать содействие в подготовке технической документации, необходимой для прохождения сертификации EAC и получения разрешения на метрологическое применение (PAC). Для российского рынка компания уже получила сертификат EAC и предоставляет клиентам поддержку в расчёте и подборе диафрагменных расходомеров, а также в вопросах соответствия нормативным требованиям через официальный сайт на русском языке (www.ycjlzz.ru), официальный сайт на китайском языке (www.ycjlzz.com/), электронную почту (ycshangwu@ycjlzz.com), мобильный телефон (13390803499) и продвигающую платформу «Всероссийский канал». Приглашаем клиентов обращаться в компанию с вопросами, касающимися конкретных условий эксплуатации.