Многопараметрический кориолисовый расходомер

Счетчики-расходомеры предназначены для измерения массового и объемного расхода, к оличества жидкостей, их температуры и плотности и передачи полученной информации для технологических целей и учетно-расчетных операций.

Область применения расходомеров - системы автоматическ ого контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности, а также системы коммерческого учета. Основные отрасли для применения: нефте- и газодобывающая, химическая, пищевая.

• Обеспечивают прямое измерение массового расхода плотности и температуры, вычисление объемного расхода.

• Встроенная функция сумматора.

• Измеряемая среда - жидк ости, в т .ч. высок овязкие, эмульсии.

• Рабочее давление - 4МПа, 10 МПа, 25 Мпа.

• Диаметр условного прохода - от 4,5 до 80 мм.

• Пределы допускаемой погрешности измерения массового расхода - 0,2%, 0,25%, 0,5%.

• Взрывозащищенное исполнение.

• Выходные сигналы - частотно-импу льсные, ток овый 4-20 мА, RS-485 (Modbus RTU).

• Универсальное питание: 20... 140VDC, 80...264V AC.

• Внесен в Г осреестр СИ под № 47266-11. Свидетельство №43256.

Типовые применения:

• измерение расхода ингредиентов в системах дозирования;

• контроль процессов слива/налива в емкости;

• контроль расхода жидких компонентов в технологических процессах.

Основные преимущества:

• высокая точность;

• отсутствие требований к прямым участкам до и после расходомера;

• высокая надежность и длительный срок службы в силу отсутствия движущихся частей.

Многопараметрический кориолисовый расходомер ЭлМетро-Фломак (далее, расходомер или ЭлМетро-Фломак) - это инновационный прибор, на базе технологии «DSP» (Digital Signal Procesor), предназначен для прямого измерения массового расхода, плотности и температуры высоковязких и агрессивных жидкостей, газов, пульп и масел, вычисления объемного расхода, массы и объема, приведенной плотности/объемного расхода и концентрации двухкомпонентных сред (обводненности нефти) в системах коммерческого и технологического учета. Имеет общепромышленное и взрывозащищенное исполнение.

Принцип работы кориолисового расходомера

Принцип измерения массового расхода основан на эффекте кориолисовых сил, действующих на поток среды, двигающейся по тонкостенной трубке, испытывающей поперечные колебания с частотой вынуждающей силы, создаваемой катушкой индуктивности при пропускании через нее электрического тока заданной частоты. Силы Кориолиса, приложенные к двум половинам вибрирующей части трубки, тормозят движение первой по потоку половины и ускоряют движение второй. Возникающая вследствие этого разность фаз колебаний двух половин трубки, пропорциональная массовому расходу, регистрируется индукционными датчиками. Результаты измерений массового расхода не зависят от плотности, вязкости, наличия твердых частиц и режимов протекания измеряемой среды. Подробное описание принципа измерения массового расхода кориолисового расходомера ЭлМетро-Фломак приведено в руководстве по эксплуатации, п. 1.4.7.

Колебания трубок возбуждаются на основной резонансной частоте системы. Функциональная зависимость резонансной частоты от плотности среды калибруется при изготовлении прибора. На основании данных калибровки, хранимых в энергонезависимой памяти прибора, измеряемый в процессе работы период колебаний пересчитывается в значение плотности рабочей среды.

Температура измеряемой среды контролируется температурным сенсором - платиновым чувствительным элементом типа Pt100 W=1,385, который имеет надежный тепловой контакт с одной из трубок. Измеренное значение температуры также учавствует в вычислении приведенной плотности и приведенного расхода.

Принцип измерения объемного расхода основан на математических вычислениях по данным прямых измерений массового расхода и плотности.

Вычисление концентрации двухкомпонентных сред осуществляется исходя из вычисленной плотности отдельных компонентов и измеренной плотности их смеси. Зная массовые и объемные доли отдельных компонентов и общий расход среды, расходомер вычисляет расходы каждого компонента. Подробное описание функции вычисления параметров двухкомпонентных сред представлено здесь. 

Устройство кориолисового расходомера

Расходомер состоит из первичного преобразователя (далее - датчик (Д)) и электронного преобразователя (ЭП).

Датчик (различные исполнения датчика представлены на рисунке 1. Исполнения датчиков расходомера ЭлМетро-Фломак) устанавливается непосредственно в трубопровод и преобразует параметры процесса в электрические сигналы, которые поступают в электронный преобразователь (ЭП). Электронный преобразователь (ЭП) производит обработку сигналов с датчика (Д) и выдает результат на встроенный индикатор (визуализация результатов измерения может по выбору заказчика производиться на графическом OLED или ЖКИ), обеспечивает суммирование расходов (функция - сумматор) и формирует выходные сигналы следующих типов: частотные, импульсные, дискретные, токовые (4...20мА), цифровые. Цифровые интерфейсы варьируются в зависимости от исполнения электронного преобразователя (ЭП). Кроме того, электронный преобразователь (ЭП) обрабатывает управляющие сигналы, которые поступают на дискретные входы и обеспечивает связь с внешними ведущими устройствами по цифровым интерфейсам RS-485 или HART. Электронный преобразователь (ЭП) по протоколу HART может получать показания от датчика давления измеряемой среды.

Компоненты электронного преобразователя (ЭП) могут быть объединены конструктивно в различных сочетаниях или выполнены отдельными модулями (см. рисунок 2. Исполнения электронных преобразователей расходомера ЭлМетро-Фломак). Одним из модулей может являться видеографический регистратор ЭлМетро-ВиЭР. Модули соединяются специальными проводами, которые входят в комплектацию расходомера. Возможные варианты компоновки электронного преобразователя описаны в руководстве по эксплуатации.

Технические характеристики кориолисового расходомера

Кориолисовые расходомеры ЭлМетро-Фломак предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры жидкостей, газов, пульп, водонефтяной эмульсии, нефти, масел, взвесей, газового конденсата, растворов, сжиженных газов, сжатых газов, пищевых жидкостей и др. При этом вязкость и плотность измеряемой среды не влияет на результаты измерений. 

Типоразмерный ряд, мм: В таблице 1. Типоразмерный ряд и диапазоны расходов жидкости, приведены номинальные значения массового расхода жидкости, значение коэффициента (kG) и предельные значения стабильности нуля для датчиков расходомера.

Примечание к таблице 1: * номинальный расход соответствует перепаду давления на расходомере, равному 0,1 МПа при измерении расхода воды при температуре воды 20 °С.

Максимальный массовый расход газа определяется значением QMmax(G):

QMmax(G) = QMmax(F)·ρG / kG    (1)

где, ρG - плотность газа при рабочих условиях, кг/м3. 

В случае если расчитанное значение QMmax(G) больше чем значение QMmax(F) из таблицы 1, то за максимальный расход газа для выбранного типоразмера принимается значение QMmax(F) из таблицы 1.

Расходомер имеет исполнения в зависимости от класса точности (δ0): 0,1; 0,15; 0,2 и 0,5.

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерения массового расхода (δQM(F)) и массы (δM(F)) жидкости по индикатору, частотно-импульсному и цифровым выходным сигналам:

± δ0 (%), при QM(F) ≥ QT(F);

±100%·Z/QM(F), при QM(F)<QT(F);

где, QT(F) - переходный расход для жидкости (см. таблицу 2), вычислямый по формуле 2.

QT(F) = 100%·Z/δ0    (2)

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерения массового расхода (δQM(G)) и массы (δM(G)) газа по индикатору, частотно-импульсному и цифровым выходным сигналам:

±δG (%), при QM(G) ≥ QT(G);

±100%·Z/QM(G), при QM(G) < QT(G);

где, QT(G) - переходный расход для газа (см. таблицу 2), вычисляемый по формуле 3;

QT(G) = 100%·Z/δG    (3)

класс точности δG равен:

0,35% - для класса точности δ0 = 0,1% и 0,15% (с Ду3 по Ду32 мм);

0,5% - для класса точности δ0 = 0,1% и 0,15% (с Ду50 по Ду150 мм);

0,5% - для класса точности δ0 = 0,2% (с Ду3 по Ду150 мм);

0.75% - для класса точности δ0 = 0,5% (с Ду3 по Ду150 мм).

Диапазон измерения плотности: от 1 до 2000 кг/м3.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения плотности жидкости (∆ρ) по индикатору, частотно-импульсному и цфровым выходным сигналам:

±1 кг/м3 – для класса точности 0,1;

±2 кг/м3 – для класса точности 0,15; 0,2; 0,5;

±0,3 кг/м3 – для класса точности 0,1 или 0,15, после калибровки плотности в рабочих условиях эксплуатации (процедура калибровки описана в руководстве по эксплуатации).

Пределы допускаемых значений основной относительной погрешности измерения объемного расхода (δQV) и объема (δV) жидкости по индикатору, частотно-импульсному и цифровым выходным сигналам:

для класса точности 0,1: δQV = δV = 0,15%;

для других классов точности вычисляется по формулам 4 и 5:

Погрешность измерения объемного расхода ЭлМетро-Фломак

где, ρ - плотность измеряемой среды, кг/м3.

Температурный диапазон измеряемой среды: от минус 60 до плюс 250 °С. Возможно специальное исполнение расходомера для сред с температурой от минус 60 до плюс 350 °С. 

Пределы допускаемых значений абсолютной погрешности измерения температуры (∆T) измеряемой среды определяются по формуле 6:

∆T = ±(0,9+0,008·|t|), °С    (6)

где, t - температура измеряемой среды, °С.

Расходомер имеет следующие выходные сигналы:

- импульсный/частотный/статусный (пассивный, 30 В, 50 мА) - 1 канал;

- частотный/статусный (пассивный, 30 В, 50 мА) - 1 канал;

- статусный (пассивный, 30 В, 50 мА) - 1 канал;

- аналоговый токовый 4-20 мА (пассивный) + протокол HART (v.5/v.7) - 1 канал;

- цифровой RS-485, протокол Modbus RTU (с возможностью выбора карты регистров Modbus) - 1 канал.

Расходомер имеет следующие входные сигналы:

- дискретные универсальные (Лог. «0»: ≤ 5 В; Лог. «1»: ≥ 5 В; ) - 2 канала. Каналы могут использоваться для управления сумматорами.

В зависимости от исполнения расходомер может иметь локальный операторский интерфейс, включающий ЖКИ или графический OLED и емкостные кнопки для конфигурирования расходомера во взрывоопасных зонах, без снятия крышки. Конфигурирование расходомера можно производить с помощью ПО для ПК поставляемого с расходомером. Индикатор имеет возможность поворота на ±90 градусов. Возможность поворота изображения на дисплее на ±180 градусов реализована программно. Вывод информации на дисплей возможен на русском и английском языках.

По заказу расходомер может комплектоваться различными по типу взрывозащиты и присоединения кабельными вводами.

По заказу расходомер может комплектоваться различными по типу и виду взрывозащиты кабелями.

Температура окружающей среды. Расходомеры в исполнение с графическим OLED устойчивы к воздействию температуры окружающей среды в диапазоне от минус 40 до плюс 60 ºC. Расходомеры в исполнение с ЖКИ устойчивы к воздействию температуры окружающей среды в диапазоне от минус 20 до плюс 60 ºC.

Расходомеры в исполнение с термочехлом устойчивы к воздействию температуры окружающей среды в диапазоне от минус 60 до плюс 70 ºC. При температуре окружающей среды минус 60 °С температура внутри чехла сохраняется на уровне плюс (15 ± 3) °С. 

Материалы деталей расходомера, контактирующие с измеряемой средой, указаны в таблице 3. Материалы деталей расходомера, контактирующие с измеряемой средой. Детали расходомера могут быть изготовлены из других материалы, по согласованию с производителем.

 Температурный диапазон измеряемой среды:

- код температурного исполнения датчика «U»: от минус 60 до плюс 100 ºС;

- код температурного исполнения датчика «S»: от минус 60 до плюс 150 ºС;

- код температурного исполнения датчика «T»: от минус 60 до плюс 250 ºС;

- специальное исполнение по согласованию с производителем: от минус 60 до плюс 350 ºС.

Допустимый диапазон температур измеряемой среды зависит от исполнения расходомера по компоновке, см. таблицу 4. Компоновка и температурные исполнения.

Примечание: дополнительная погрешность измерения массового расхода и массы, вызываемая изменением температуры измеряемой среды и окружающей среды от температуры, при которой была проведена калибровка расходомера, не превышает ± 0,015 % от номинального значения расхода на каждые 10 °С. 

В зависимости от исполнения расходомера по компоновке, части расходомера могут быть конструктивно объединены (коды «I», «C») или соединяться кабелями (коды «S», «R», «RS», «V»).

Интегральное исполнение (код «I»). При интегральном исполнении электронный блок (ЭП), который состоит из процессорного (МП) и измерительного (ИМ) модулей, размещен на датчике. Расходомер при этом исполнении представляет единую конструкцию, см. рисунок 3. Интегральное исполнение расходомера. МП и ИМ соединены кабелем, который по заказу может быть помещен в металлорукав дя защиты от механических воздействий. Кабель поставляется в составе расходомера, подключенным к МП. Инструкция по подключению приведена в руководстве по эксплуатации. Интегральное исполнение является наиболее компактным исполнением с индикатором, клавиатурой и полным набором выходных сигналов. Но исполнение доступно не для всех датчиков (см. таблицу 6. Типоразмерные ряд и компоновка) и не позволяет работать с высокотемпературными средами (см. таблицу 4. Компоновка и температурные исполнения). 

Раздельное исполнение (код «S»). При раздельном исполнении измерительный (ИМ) и процессорный (МП) модули смонтированны вместе, и размещаются отдельно от датчика (Д) на расстояние до 30 метров (см. рисунок 4. Раздельное исполнение расходомера). Датчик соединяется с электронным преобразователем специальным кабелем, который поставляется в составе расходомер. Характеристики кабеля, а также инструкция по установке расходомера и подключению кабеля представлены в руководстве по эксплуатации. Исполнение позволяет измерять параметры высокотемпературных сред, так как электронный преобразователь отнесен от датчика.

Выносное исполнение (код «R»). При выносном исполнении ИМ размещен на корпусе датчика. МП размещается отдельно и соединяется с ИМ 4-проводным кабелем с максимальной длиной до 100 метров (см. рисунок 5. Выносное исполнение расходомера). На стороне МП кабель заводится в клеммнуюю коробку. Стандартно кабель поставляется в составе расходомера. Для заказа доступен бронированный кабель а также кабели с улучшенными защитными свойствами изоляции. Подробное описание приведено в руководстве по эксплуатации. Имеются ограничения по температуре измеряемой среды (см. таблицу 4).

Раздельно-выносное исполнение (код «RS»). При раздельно-выносном исполнении (см. рисунок 6. Раздельно-выносное исполнение) все части расходомера размещаются отдельно. ИМ соединяются с датчиком специальным кабелем, который поставляется в составе расходомера. Максимальная длина кабеля 30 метров. Характеристики кабеля приведены в руководстве по эксплуатации. МП соединяется с ИМ 4-проводным кабелем, который стандартно поставляется в составе расходомера. Максимальная длина кабеля 100 метров. Для заказа доступе бронированный кабель, а также кабели с улучшенными защитными свойствами изоляции, см. руководство по эксплуатации. Исполнение позволяет работать с высокотемпературными средами и одновременно установить МП с дисплеем и кнопками в более удобное для настройки и контроля место (на расстояние до 130 метров).

Компактное исполнение (код «C»). В этом исполнение отсутствует разделение ЭП на измерительный и процессорный модули (см. рисунок 7. Компактное исполнение расходомера). ЭП распологается в корпусе без индикатора и клавиатуры, размещенном на датчике. Исполнение является наиболее компактным.

Компактное исполнение с видеографическим регистратором ЭлМетро-ВиЭР (код «V»). Исполнение (см. рисунок 8. Исполнение с видеографиеским регистратором) отличатеся от компактного наличием видеографического регистратора ЭлМетро-ВиЭР-М7, который выполняет функции архивирования и отображения результатов измерения, формирование выходных сигналов расходомера и т.д. Входные цепи вторичной аппаратуры подключаются к выходным цепям регистратора. Исполнение позволяет отнести регистратор (с индикатором и клеммами для подключения к выходным сигналам расходомера) на расстояние до 500 метров от датчика. 

Избыточное давление измеряемой среды, не более: 4,0 МПа; 10,0 МПа; 16,0 МПа; 25,0 МПа с технологическим подключением по ГОСТ, ANSI, DIN и другим стандартам, по согласованию с производителем.

В расходомере реализована функция компенсации влияния давления измеряемой среды на показания расхода и плотности с захватом давления с датчиков по HART протоколу. Подробное описание функции представлено в руководстве по эксплуатации.

Расходомер измеряет параметры как прямых, так и обратных (реверсивных) потоков.

Расходомер имеет функцию детектирования воздушных пробок, подробное описание функции представлено в руководстве по эксплуатации.

В расходомере реализована возможность выбора карты регистров (функция предсназначена для замены импортных расходомеров).

Расходомер имеет функцию отсечки по расходу и плотности. Функция предназначена для защиты от ошибочного учета расхода при гидравлических ударах и нежелательных кратковременных флуктуациях потока.

Расходомер работает при двух вариантах напряжения питания. Варианты питания представлены в таблице 5.

Встроенный блок питания обеспечивает автоматическое переключение вышеуказанных режимов питания. Потребляемая мощность расходомеров не превышает 12 В·А. 

Электрическая изоляция между электрическими цепями питания электронного преобразователя, с одной стороны, и корпусом, всеми другими входными и выходными цепями модуля процессора или электронного преобразователя в целом (в исполнении по компоновке «S»), с другой стороны, при температуре (20±5) ºС и относительной влажности 30-80% выдерживает напряжение переменного тока 1500 В (среднеквадратичное значение) частотой от 50 до 60 Гц в течение 1 мин.

Электрическая изоляция между независимыми электрическими цепями (кроме цепи питания) электронного преобразователя, а также между этими цепями и корпусом при температуре (20±5) ºС и относительной влажности 30-80% выдерживает напряжение переменного тока 500 В (среднеквадратичное значение) частотой от 50 до 60 Гц в течение 1 мин.

Электрическое сопротивление изоляции между независимыми электрическими цепями расходомеров, а также между этими цепями и корпусом не менее:

- при нормальных климатических условиях: 40 МОм;

- при верхнем значении температуры (плюс 60 ºС): 10 МОм;

- при повышенной влажности (95%): 5 МОм.

Расходомер по защищенности от воздействия окружающей среды (пыли и воды) соответствуют исполнению по ГОСТ 14254:

- IP67: датчик;

- IP65: электронный преобразователь.

Надежность в условиях и режимах эксплуатации, установленных в технических условиях, характеризуется следующими значениями:

- средняя наработка на отказ: не менее 60000 ч;

- среднее время восстановления: не более 8 ч;

- средний срок службы: не менее 12 лет.

Расходомеры в транспортной таре являются прочными к воздействию вибрации по группе F3 согласно ГОСТ Р 52931-2008.

Расходомеры в транспортной таре являются прочными к воздействию температуры в диапазоне от минус 50 (в исполнении без индикатора или с индикатором OLED) или от минус 30 (в исполнении с ЖКИ) до плюс 70 ºС.

Расходомеры в транспортной таре являются прочными к воздействию относительной влажности воздуха до 95% при температуре плюс 35 ºС.

Обеспечение взрывозащищенности:

Датчик (Д) имеет взрывозащиту вида "искробезопасная электрическая цепь уровня "ia" по ГОСТ Р 30852.10. Маркировка взрывозащиты датчика (Д) определяется его температурным исполнением:

исполнение "U" - 0ExiaIIBT4X;

исполнение "S" - 0ExiaIIBT3X;

исполнение "T" - 0ExiaIIBT1X.

Измерительный модуль (ИМ) имеет взрывозащиту вида "взрывонепроницаемая оболочка" по ГОСТ Р 30852.1, выходная "искробезопасная электрическая цепь уровня "ia" по ГОСТ Р 30852.10. Маркировка взрывозащиты измерительного модуля (ИМ):

1Exd[ia]IIBT6X.

Процессорный модуль (МП) имеет взрывозащиту вида "взрывонепроницаемая оболочка" по ГОСТ Р 30852.1. Маркировка взрывозащиты процессорного модуля (МП):

1ExdIIBT6X.

Масса:

Масса датчика (Д) не превышает значений, приведенных в таблице 7. Масса датчиков.

Масса измерительного модуля (ИМ) не превышает 1,5 кг.

Масса процессорного модуля (МП) не превышает 5 кг.

Габаритные и присоединительные размеры

Габаритные и присоединительные размеры расходомера представлены на рисунках 9...16 и в таблицах.

Размеры A, D приведены в таблице 8. Размеры d, B, C, C1 приведены в таблице 9.

 Таблица 9. Габаритные и присоединительные размеры и масса.

Датчик

A, мм

d, мм

B, мм

C, мм

D, мм

E, мм

D, резьба

S

Масса, кг

S003

155

8

239

293

-

106

М18х1,5

14

4

S005

155

8

320

335

-

106

М18х1,5

14

8

S010

210

10

376

386

90

106

М20х1,5

16

10

S015

286

15,5

400

405

95

106

М27х1,5

22

13

S025

262

25

450

468

115

220

-

-

17

S032

292

32

480

555

140

220

-

-

23

S050

442

50

586

743

165

280

-

-

42

S080

552

80

670

910

200

290

-

-

65

S100

572

100

920

1170

230

228

-

-

100

S150

-

150

1050

1650

-

205

-

-

350

Подключение расходомера к внешним устройствам:

Рисунок 6. Схема подключения расходомера к внешним устройствам.

Надежность: средний срок службы – не менее 12 лет.

Межповерочный интервал: 4 года.

Гарантийные обязательства – 12 месяцев со дня ввода в эксплуатацию.

Область применения кориолисовых расходомеров: автоматические системы управления технологическими процессами (АСУТП), системы слива/налива нефтепродуктов, дозирования реагентов, наполнения резервуаров, добычи и транспортировки нефтепродуктов, автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ), поверочные установки, системы смешивания пищевых продуктов, системы управления подачи горючих смесей энергетических установок, автоматизированные системы учета топливного газа, автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) и др.

Основные отрасли промышленности: нефте- и газодобывающая, химическая, энергетическая, машиностроительная, металлургическая, целлюлозно-бумажная, пищевая.

 Основные преимущества кориолисового расходомера ЭлМетро-Фломак:

·         многопараметричность;

·         высокая точность измерений параметров среды;

·         измерение высоковязких сред;

·         визуализация, архивация измерений и создание команд управления процессами;

·         измерение прямых и реверсивных потоков;

·         отсутствие требований к прямым участкам до и после расходомера;

·         высокая надежность и длительный срок службы в силу отсутствия движущихся частей;

·         внесен в государственный реестр СИ № 43256-16;

·         более 800 успешных установок по программам импортозамещения.