Теплотехнические измерения 2 (стр. 2 из 6)
Если измеряемая среда химически активна по отношению к материалу датчика или прибора (например, пружинного манометра, гидростатического уровнемера, дифманометра для измерения расхода по методу переменного перепада давлений), то его защиту осуществляют с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.
Разработанный измерительный канал изображается на рисунке в виде функциональной схемы, выполненной по ГОСТ 21.404—85.
На функциональной схеме показывается часть технологической установки с размещенным на ней первичным преобразователем, промежуточный преобразователь и измерительный прибор. Выбранные средства измерения заносятся в спецификацию приборов. Примеры изображения отдельных измерительных каналов приведены на рисунках 1-5.
Рис.1. Индикация и регистрация температуры (TIR).
 |
| Рис. 2. Пример схемы контроля давления. Индикация давления (PI). |
201-1 Манометр пружинный М-….
202-1 Пневматический первичный преобразователь давления, предел измерения 0… 1,6 МПа, выходной сигнал 0,02…0,1 МПа, марка МС-П-2 (манометр сильфонный с пневмовыходом);
202-2 Электроконтактный манометр с сигнальной лампой ЭКМ-1;
202-3 Лампа сигнальная Л-1.
 |
| Рис. 3. Сигнализация давления (PA). |
  |
| Рис. 4. Индикация и регистрация давления (PIR, эл.). |
204-1 Первичный преобразователь давления со стандартным токовым выходом 0…5 мА, марка МС-Э (или Сапфир-22ДИ и т.д.);
204-2 Миллиамперметр показывающий регистрирующий на 2 параметра, марка А-542.
 |
| Рис. 5. Схемы контроля расхода. |
301-1 Диафрагма марки ДК6-50-II-а/г-2 (диафрагма камерная, давление Ру = 6 атм, диаметр Dу = 50 мм);
301-2 Дифманометр с пневмовыходом 0,02…0,1 МПа, марка ДС-П1 (для пневматической схемы) или Сапфир-22ДД (для электрической схемы);
302-1 Ротаметр РД-П (с пневмовыходом) или РД-Э (с электрическим выходом).
Для измерения расхода жидкости первичные преобразователи устанавливаются в сечении трубопровода, поэтому на схеме их обозначения изображаются встроенными в трубопровод.
При использовании сужающих устройств, например, диафрагм, перепад давлений на них замеряется дифманометрами, поэтому схемы автоматизации аналогичны схемам контроля давления.
Функциональная схема теплового контроля является основанием для составления заказной спецификации средств измерения.
Спецификация на все показанные на функциональной схеме приборы и преобразователи оформляется в виде таблицы. Пример спецификации для фрагмента функциональной схемы контроля температуры приведен в таблице 3.
Таблица 3
Форма спецификации к функциональной схеме (рис. 1).
| поз. | Измеряемые параметры среды | Наименование и техническая характеристика | Марка | Кол-во | Примечание |
| 101-1 | Температура в аппарате | Термоэлектрический термометр тип ТХА, гр. ХА, пределы измерения от –50 °С до 900 °С | марка ТХА-0515 | 1 | На трубопроводе |
| 101-2 | Температура в аппарате | Преобразователь термоЭДС в стандартный токовый сигнал 0…5 мА, гр. ХА | марка Ш-72 | 1 | по месту |
| 101-3 | Температура в аппарате | Миллиамперметр показывающий регистрирующий на 2 параметра | марка А-542 | 1 | На щите |
3. ПОЯСНЕНИЯ К ГРАФИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
Разрабатываемые графические документы:
Лист 1. Схема теплового контроля.
Лист 2. Монтажный чертеж. Установка первичного преобразователя на технологическом оборудовании.
Лист 3. Чертеж суживающего устройства или измерительная схема вторичного прибора в зависимости от варианта задания.
Все чертежи выполняются в графическом редакторе AUTOCAD в полном соответствии с требованиями ЕСКД. Форматы чертежей А4.
4. ПОЯСНЕНИЯ К РАСЧЕТНОЙ ЧАСТИ
4.1 Расчет суживающего устройства
Дроссельные диафрагмы для измерения расхода среды могут использоваться без предварительной градуировки в трубопроводах круглого сечения с диаметром не менее 50 мм при m=d2/D2 от 0,05 до 0,64 (d — диаметр отверстия диафрагмы, D — внутренний диаметр трубопровода) в случае наличия определенной длины прямых участков до и после диафрагм. Жидкость должна заполнять все сечение, фазовое состояние ее не должно изменяться. Расход среды может быть задан в единицах массы G — кг/сек или в единицах объема Q — м3/сек. Расчетные формулы для определения расхода среды имеют вид
, 
,где a — коэффициент расхода; ε — поправочный коэффициент на расширение среды (для газообразных сред); F0 — площадь проходного сечения диафрагмы, м2; r — плотность среды перед диафрагмой, кг/м3; P1 - P2=ΔР — перепад давления на диафрагме, Па.
Диафрагма должна быть выбрана таким образом, чтобы при всех значениях ожидаемого расхода среды коэффициент расхода α был величиной постоянной. Минимальное значение критерия Re, при дальнейшем росте которого коэффициент расхода α остается постоянной величиной, называется предельным значением критерия Рейнольдса.
При минимальном расходе среды значение Re должно быть больше Reпред.
4.2 Порядок расчета дроссельного устройства
1. Задаются следующие исходные величины:
а) измеряемая среда;
б) параметры среды (давление, температура, состав);
в) максимальный и минимальный расходы среды;
г) допустимая величина потери давления на дроссельном устройстве или перепад давления на диафрагме.
2. По величине максимального расхода определяется внутренний диаметр трубопровода по формуле
, м,где w — средняя скорость среды в трубопроводе, м/сек.
Значения средней скорости потоков для расчета трубопроводов даны в таблице 4.
Таблица 4
| Протекающая среда | Средняя скорость, м /сек |
| Жидкости | 1—2 |
| Газы: низкого давления среднего давления | 2—10 10—20 |
| Пар: низкого давления среднего давления высокого давления | 20—40 40—60 60—80 |
Часто расход газа задается в нормальных кубических метрах в единицу времени (например, м3н/сек). В этом случае для перехода к массовому расходу объемный расход следует умножить на плотность газа при нормальных условиях ρн. Значения ρн для горючих газов и воздуха приведены в таблице 5.
Для определения плотности пара рекомендуется пользоваться hs — диаграммой. По параметрам пара р и t по hs — диаграмме определяется удельный объем u. Плотность пара будет равна
.Таблица 5
Физические параметры горючих газов и воздуха
| № | Наименование среды | Динамический коэффициент вязкости, m ×106 , Па×сек при температуре, 0С | Плотность при нормальных условиях, ρн, кг/м3н | ||
| 0 | 100 | 200 | |||
| 1 2 3 4 5 6 | Газ доменных печей (коксовых) Газ коксовых печей (очищенный) Газ природный бугурусланский Газ природный елшанский Газ природный дашавский Воздух | 16,45 12,5 10,75 10,4 10,43 17,16 | 20,6 15,6 13,6 13.1 13,2 21,77 | 24,6 18,6 16,5 15,9 15,9 25,89 | 1,296 0,483 0,884 0,765 0,730 1,293 |
По подсчитанному значению диаметра выбирается ближайший стандартный по специальным руководствам или же, в случае отсутствия последних, может быть принят из таблицы 7. Для трубопроводов с температурой выше 450°С можно принять для расчета внутренний диаметр такой же, как и для труб с температурой до 450°С.
3. Выбирают расчетную величину расхода, которая соответствует верхнему пределу измерения дифференциального манометра расходомера. В качестве расчетного можно принимать максимальный расход.
4. Определяют значение критерия Рейнольдса для принятого расчетного расхода (Repacч) из выражения
,где f — площадь сечения трубопровода, м2.
Таблица 6
Динамический коэффициент вязкости, μ • 107 Па×сек, воды и водяного пара
| t, | р, атм | ||||||
| °С | 1 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | 150 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 0 | 178 | 178 | 178 | 177 | 177 | 177 | 176 |
| 10 | 130,5 | 130,5 | 130,5 | 130,5 | 130,5 | 131,5 | 31,5 |
| 20 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 30 | 80,1 | 80,1 | 80,2 | 80,2 | 80,2 | 80,2 | 80,3 |
| 40 | 65,3 | 65,3. | 65,3 | 65,4 | 65.5 | 65,5 | 65,6 |
| 50 | 54,9 | 54,9 | 55,0. | 55,0 | 55,1 | 55,1 | 55,2 |
| 60 | 46,9 | 46,9 | 47,0 | 47,0 | 47.1 | 47,1 | 47,2 |
| 70 | 40,5 | 40,5 | 40,5 | 40,6 | 40,7 | 40,7 | 40,8 |
| 80 | 35,4 | 35,4 | 35,5 | 35,5 | 35,6 | 35,6 | 35,7 |
| 90 | 31,5 | 31,5 | 31,6 | 31,6 | 31,6 | 31,6 | 31,7 |
| 100 | 1,195 | 28,2 | 28,3 | 28,3 | 28,4 | 28,4 | 28,5 |
| 120 | 1,275 | 23,7 | 23,8 | 23,8 | 23,9 | 23,9 | 24,0 |
| 140 | 1,3 | 20,1 | 20,2 | 20,2 | 20,3 | 20,3 | 20,4 |
| 160 | 1,43 | 17,4 | 17.5 | 17,5 | 17,6 | 17,6 | 17,7 |
| 180 | 1,51 | 15,3 | 15,4 | 15,4 | 15,5 | 15,5 | 15,6 |
| 200 | 1,59 | 13,6 | 13,7 | 13,7 | 13,8 | 13,8 | 13,9 |
| 220 | 1,67 | 1,69 | 12,6 | 12,6 | 12,7 | 12,7 | 123 |
| 240 | 1,76 | 1,77 | 11,5 | 11,6 | 11,6 | 11,7 | 11,8 |
| 260 | 1,83 | 1,84 | 1,87 | 10,7 | 10.7 | 10,8 | 10,9 |
| 280 | 1,92 | 1,93 | 1,95 | 1,98 | 9,9 | 10,0 | 10,1 |
| 300 | 2,0 | 2,01 | 2,03 | 2,06 | 2,10 | 9,1 | 9,2 |
| 320 | 2,09 | 2,09 | 2,11 | 2.14 | 2,17 | 2,22 | 8,64 |
| 340 | 2,17 | 2,18 | 2,20 | 2,22 | 2,2 | 2,29 | 7,78 |
| 360 | 2,2 | 2,27 | 2,28 | 2,30 | 2,32 | 2,36 | 2,51 |
| 380 | 2,34 | 204 | 2,37 | 2,38 | 2,40 | 2,44 | 2,56 |
| 400 | 2,42 | 2,43 | 2,45 | 2,46 | 2,49 | 2,52 | 2,62 |
| 420 | 2,51 | 2,52 | 2,5 | 2,55 | 2,58 | 2,60 | 2,68 |
| 440 | 2.60 | 2,61 | 2,62 | 2,64 | 2,66 | 2,68 | 2,76 |
| 460 | 2,69 | 2,70 | 2,71 | 2,72 | 2,74 | 2,76 | 2,84 |
| 480 | 2,78 | 2,78 | 2,79 | 2,80 | 2,82 | 2,84 | 2,91 |
| 500 | 2,88 | 2,88 | 2,89 | 2,90 | 2,92 | 2,94 | 2,99 |
| 520 | 2,95 | 2,96 | 2,97 | 2,98 | 3,00 | 3,01 | 3,07 |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 540 | 3,04 | 3,05 | 3,06 | 3,07 | 3,09 | 3,10 | 3,16 |
| 560 | 3,14 | 3,14 | 3,15 | 3,16 | 3,18 | 3,19 | 3,25 |
| 580 | 3,22 | 3,22 | 3,23 | 3,24 | 3,26 | 3,28 | 3,33 |
| 600 | 3.33 | 3,34 | 3,35 | 3,6 | 3,37 | 3,38 | 3,42 |
Примечание. Над чертой — вода, под чертой — пар.