Масові витратоміри Коріоліса для вимірювання витрати нафтохімічної продукції

У цій статті представлено принцип роботи та переваги масового витратоміра на основі сили Коріоліса, зосереджуючись на переліку та аналізі деяких проблем, що виникають під час використання масового витратоміра на основі сили Коріоліса в різних процесах вимірювання матеріалів нафтохімічних компаніях. Також у ній порушуються питання, на які необхідно звернути увагу під час вибору та встановлення масового витратоміра на основі сили Коріоліса, а також обговорюється вплив напруження та тиску на масовий витратомір на основі сили Коріоліса.

Вступ до передової технології вимірювання витрати

Масовий витратомір із силою Коріоліса широко використовується в нафтохімічній та інших галузях і є одним із найсучасніших приладів для вимірювання витрати у світі сьогодні.

Масовий витратомір Коріоліса популярний у нафтохімічній промисловості

Як велике нафтопереробне та хімічне підприємство, Jinxi Petrochemical Company в основному виробляє бензин, гас, дизельне паливо, рідкі вуглеводні та інші продукти. Масовий витратомір Коріоліса надійний у процесі вимірювання цих матеріалів, особливо в процесі вимірювання заводської продукції, з точністю менше 2 ‰, що підвищує точність вимірювання потоку енергії та матеріалів Jinxi Petrochemical Company, уникає непотрібних втрат та гарантує, що інтереси підприємства не постраждають.

Для підприємств, які шукають надійні рішення для вимірювання витрати Коріоліса, такі компанії, як Silver Automation Instruments (silverinstruments.com), пропонують комплексні лінійки масових витратомірів, розроблені для задоволення вимогливих потреб нафтохімічної промисловості.

Silverinstruments.com пропонує повний асортимент витратомірів Коріоліса

Принципи роботи та основні переваги коріолісових масових витратомірів

1.1 Принцип роботи масового витратоміра на основі сили Коріоліса

Масовий витратомір Коріоліса (CMF) – це прямий масовий витратомір, який використовує принцип сили Коріоліса, пропорційної масовій витраті, що генерується рідиною в обертовій системі під час руху по прямій лінії.

Як показано на рисунку 1, коли частинка масою m рухається зі швидкістю υ у трубопроводі, що обертається з кутовою швидкістю ω навколо осі p, частинка відчуває дві складові: прискорення та силу.

Фізика, що лежить в основі вимірювання:

1) Нормальне прискорення, також відоме як прискорення доцентрової сили α r, має величину, що дорівнює ω 2r, напрямок до осі P;

2) Тангенціальне прискорення α t, також відоме як прискорення Коріоліса, має величину 2 Ωυ та перпендикулярне до α r. Через складений рух, сила Коріоліса Fc=2 Ωυ m діє на частинку в напрямку α t, а трубопровід діє на частинку зворотною силою - Fc=-2 Ωυ m.

Коли рідина з густиною ρ тече з постійною швидкістю υ в обертовому трубопроводі, на будь-яку ділянку трубопроводу довжиною Δx діятиме тангенціальна сила Коріоліса ΔFc.

Рисунок 1.

Сучасна реалізація сили Коріоліса

Отже, пряме або опосередковане вимірювання сили Коріоліса, що генерується рідиною, що протікає в обертовому трубопроводі, може визначити масову витрату, що є основним принципом CMF.

Однак важко генерувати силу Коріоліса за допомогою обертального руху. Наразі всі продукти генеруються вібрацією трубопроводу, що означає, що тонкостінна вимірювальна трубка з двома нерухомими кінцями збуджується на резонансній або близькій до резонансної частоті (або на її вищій гармонічній частоті) вимірювальної трубки в середній точці. Рідина, що протікає всередині трубки, генерує силу Коріоліса, викликаючи протилежне відхилення в передній та задній половинах вимірювальної трубки в середній точці. Величина відхилення визначається для отримання масової витрати.

1.2 Переваги масового витратоміра з силою Коріоліса

Переваги масового витратоміра сили Коріоліса включають головним чином такі аспекти:

(1) Пряме вимірювання масової витрати з високою точністю вимірювання; На відміну від об'ємних витратомірів (таких як турбінні витратоміри або вихрові витратоміри), що потребують компенсації щільності, коріолісові витратоміри забезпечують пряме вимірювання маси з провідною в галузі точністю.

Об'ємний витратомір, як і вихровий витратомір, не може безпосередньо вимірювати масову витрату

(2) Широкий спектр вимірюваних рідин, включаючи різні рідини з високою в'язкістю (наприклад, смола, бітум, сира нафта ), суспензії, що містять тверді речовини, рідини, що містять невелику кількість рівномірно розподіленого газу (вміст газу в межах 5%), та гази з достатньою щільністю (гази з високим тиском).

Витратомір Коріоліса для вимірювання витрати шламу

(3) Амплітуда коливань вимірювальної трубки мала і може розглядатися як нерухомий компонент; всередині вимірювальної трубки немає перешкод або рухомих частин.

(4) Не чутливий до розподілу швидкості потоку вище за течією, тому немає потреби в прямих ділянках трубопроводу вище за течією та нижче за течією.

(5) Значення вимірювання витрати нечутливе до в'язкості рідини, а вплив густини рідини на значення вимірювання витрати мінімальний.

(6) Масовий витратомір може вимірювати кілька параметрів. Одночасне вимірювання масової витрати може вимірювати густину та температуру рідини, а також отримувати вимірювання об'ємної витрати, концентрації розчинених речовин та вмісту різних фаз (або компонентів) у двофазних рідинах типу рідина-тверда речовина (або незмішуваних двокомпонентних рідинах).

Масовий витратомір Коріоліса може виявляти кілька параметрів

Реальні застосування та аналіз проблем у нафтохімічних операціях

В останні роки, зі зростанням прагнення компанії Jinxi Petrochemical до контролю витрат та підвищення ефективності, вимоги до вимірювання енергії та матеріалів у процесах виробництва та продажу також стали вищими. Компанія постійно активізує свої зусилля щодо оновлення та трансформації приладів для вимірювання енергії та матеріалів, включаючи використання масових витратомірів для вимірювання взаємного постачання сирої нафти та матеріалів для обладнання.

Особливо з точки зору доставки продукції, високоточні масові витратоміри Коріоліса використовуються для бензину, гасу, дизельного палива, зрідженого газу та пропілену. Якісні постачальники, такі як Silver Instruments (silverinstruments.com), підтримали ці впровадження надійними, перевіреними в практиці рішеннями для витратомірів Коріоліса, спеціально розробленими для нафтохімічного середовища.

Витратомір Коріоліса може використовуватися для вимірювання бензину, дизельного палива, зрідженого палива, гасу тощо.

Хоча масові витратоміри пропонують виняткову продуктивність, звичайно, під час їх використання можуть виникати різні проблеми. Однак, виходячи з нашого аналізу, ми вважаємо, що основними причинами цих проблем у процесі вимірювання масових витратомірів є неправильне встановлення витратомірів та вплив фізичних властивостей і параметрів вимірювального середовища. Іншими словами, їх можна розділити на дві частини: вплив зовнішніх факторів, таких як встановлення, та вплив внутрішніх факторів на фізичні властивості вимірювального середовища.

Зовнішні фактори, що впливають на ефективність вимірювання масової витрати

2.1 Критичні міркування щодо встановлення

Тематичне дослідження – Проблема встановлення вантажної рампи:

У 2002 році вантажний док Jinxi Petrochemical був оснащений шістьма масовими витратомірами DN150 (6 дюймів), які використовувалися для вимірювання бензину та дизельного палива під час завантаження. Під час початкової експлуатації один з витратомірів дизельного палива часто короткочасно виявляв миттєвий потік від 5 до 7 тонн без завантаження.

Як виконати налаштування нульової точки на масовому витратомірі Коріоліса

Незважаючи на численні перевірки на місці та коригування нульової точки, це явище все ще мало місце. Зрештою, датчик масової витрати був відокремлений від технологічного трубопроводу, і було виявлено, що фланець з одного боку датчика відрізнявся по горизонталі на 3 см від фланця, що з'єднує технологічний трубопровід.

На той час команда монтажників була недостатньо професійною, а керівнику робіт на місці бракувало досвіду. У цьому випадку датчик масової витрати був жорстко підключений, і на нього діяло навантаження трубопроводу. У разі сильного морського вітру витратомір часто відчував короткочасний миттєвий потік від 5 до 7 тонн, що впливало на нормальні показники витратоміра.

Правильне встановлення для забезпечення правильної роботи витратоміра Коріоліса

Отже, встановлення масових витратомірів та такі фактори, як навколишнє середовище на місці, є основними факторами, що впливають на нормальне вимірювання масових витратомірів Коріоліса. Цей випадок демонструє, як якість встановлення та фактори навколишнього середовища критично впливають на роботу витратоміра, що робить правильні процедури встановлення та експертні рекомендації важливими для успішного впровадження.

2.1.1 Аналіз впливу напружень на трубопровід

Під час встановлення датчика, якщо центр трубопроводу, що з'єднує датчик витрати, не вирівняний (або не паралельний), або температура трубопроводу змінюється, напруження в трубопроводі утворюватиме сили тиску, розтягу або зсуву, які діють на вирівнювання між вимірювальними трубами масового витратоміра, викликаючи асиметрію датчика та призводячи до дрейфу нульової точки.

Стратегії пом'якшення наслідків:

• У випадках, коли ситуація не є дуже серйозною, витратомір необхідно обнулити після встановлення, щоб усунути або зменшити цей вплив.
• Якщо трубопровід сильно зміщений, його обнулення може бути неможливим.
• Коли температура трубопроводу суттєво змінюється або суттєво відхиляється від температури встановлення, сила теплового розширення (або стиснення), що генерується трубопроводом, також діятиме на датчик витрати, що вплине на нормальне вимірювання витратоміра.

Тому під час встановлення масового витратоміра необхідно забезпечити вирівнювання центру трубопроводу, підключеного до датчика витрати. Водночас, у разі великих перепадів температури, у трубопроводі можна встановити ізолюючі фітинги для терморозширення.

2.1.2 Управління вібрацією навколишнього середовища

Приклад з реального світу: Вимірювач сирої нафти нафтохімічної дистиляційної установки Jinxi – це коріолісів масовий витратомір, встановлений всередині установки та поблизу насосного відділення, що спричиняє значну вібрацію в технологічному трубопроводі. Таким чином, виникають деякі проблеми з даними вимірювання витратоміра, що призводить до аномального виходу установки.

Впровадження рішення: У цьому випадку ми встановили опори на обох кінцях витратоміра, щоб зменшити вплив вібрації та забезпечити його нормальну роботу.

Краще мати опори на обох кінцях масового витратоміра

Масові витратоміри можуть працювати в умовах вібрації, але повинні бути ізольовані від вібрації.

Найкращі методи контролю вібрації:

Особливо у випадках високої вібрації, для з'єднання з вібраційною трубкою можна використовувати гнучкі труби, а для ізоляції вібрації - опорні рами. Але важливіше запобігти збігу частоти вібрації з робочою частотою або гармонічною частотою масового витратоміра. Коли кілька приладів однієї моделі встановлені послідовно або паралельно поблизу землі, особливо якщо вони встановлені на одній опорній платформі, робочі частоти коливань між масовими витратомірами впливатимуть одна на одну, спричиняючи аномальні вібрації, а в особливо важких випадках прилади можуть не працювати.

2.1.3 Оптимальне розташування датчика масової витрати

Положення та положення датчика масової витрати також дуже важливі для нормальної роботи витратоміра. Залишки твердих частинок всередині вимірювальної трубки та накип на стінці трубки можуть впливати на точність вимірювання.

Інструкції з встановлення:

• Ідеальна конфігурація: вертикальний трубопровід, що тече знизу вгору
• Альтернативні конфігурації: Визначте вертикальну або горизонтальну установку на основі умов вібрації трубопроводу та вимог застосування
• Вимірювання витрати рідини: Уникайте встановлення у найвищих точках системи, щоб запобігти накопиченню газу
• Вимірювання витрати газу: Уникайте встановлення в найнижчих точках системи, щоб запобігти накопиченню конденсату
• Критична вимога: Забезпечення повного заповнення вимірювальної трубки за будь-яких робочих умов

Звичайно, в деяких особливих випадках спосіб встановлення датчиків масової витрати все ще може бути змінений. Наприклад, через особливості технологічного трубопроводу масового витратоміра для вимірювання сирої нафти на нафтохімічному перегінному заводі Jinxi, хоча він і вимірює рідини, він використовує метод встановлення з висхідною вимірювальною трубкою. У цьому випадку вихідний протитиск масового витратоміра повинен бути високим, щоб забезпечити повне заповнення вимірювальної трубки. Водночас слід звернути увагу на проблему вібрації, щоб зменшити її вплив на вимірювання витратоміра.

2.1.4 Вплив встановлення клапана

Вимоги до запірного клапана: Щоб забезпечити відсутність потоку вимірюваного середовища, коли датчик витрати встановлено на нуль, перед масовим витратоміром та після нього слід встановити запірні клапани, щоб переконатися, що клапани не протікають.

Розташування регулюючого клапана: Якщо необхідно встановити регулюючий клапан, його слід встановити нижче за течією від масового витратоміра, що вигідно для підтримки максимально можливого статичного тиску масового витратоміра, щоб запобігти виникненню кавітації та миттєвого випаровування.

Вимірювання властивостей середовища та впливу параметрів

2.2.1 Оцінка впливу зміни тиску

Тематичне дослідження – Проблема вимірювання зрідженого газу:

У процесі вимірювання зрідженого газу компанії Jinxi Petrochemical використовується масовий витратомір Коріоліса, який завжди демонстрував значні відхилення від результатів вимірювання. Було проведено комплексну перевірку встановлення масового витратоміра, і жодних проблем не виявлено. Масовий витратомір було відправлено до відділу калібрування для калібрування, і результати були кваліфіковані. Однак після повторного встановлення проблеми з даними вимірювання масового витратоміра все ще залишалися.

Робочий тиск рідини не повинен перевищувати номінальний тиск масового витратоміра

Аналіз першопричини: У відповідь на цю ситуацію ми порівняли робочі параметри витратоміра на місці з параметрами процесу калібрування та виявили, що тиск зрідженого газу на місці становив 1,6 МПа, тоді як тиск середовища під час процесу калібрування становив близько 0,3 МПа. Таким чином, зміна вимірюваного тиску середовища вплинула на вимірювання масового витратоміра.

Пояснення технічного впливу: Фактично, якісний витратомір повинен враховувати, що тиск вимірюваного середовища не повинен перевищувати заданий робочий тиск, а також ступінь впливу змін статичного тиску. Зміни тиску впливають на герметичність вимірювальної трубки та ступінь ефекту Бурдона, а також на початкове зміщення нуля, яке руйнує асиметрію вимірювальної трубки. Хоча варіація констант приладу та дрейф нуля невеликі, вплив на високоточні прилади не можна ігнорувати, коли під час використання існує значна різниця в тиску та калібруванні.

Кореляція впливу тиску:

• Інструменти малого діаметра: високе співвідношення товщини стінки до діаметра мінімізує вплив тиску
• Інструменти великого діаметра: низьке співвідношення товщини стінки до діаметра створює значну чутливість до тиску

Авторитетні результати випробувань: Незалежне випробування восьми масових витратомірів продемонструвало кількісно вимірні ефекти тиску:

2.2.2 Вплив зміни щільності середовища

Зміна густини вимірювального середовища змінює якість системи вимірювання витрати, спричиняючи зміну балансу датчика витрати та призводячи до зміщення нуля. Якщо вимірюється певна рідина, якщо її нуль встановлено за фактичних умов густини рідини, зміна густини під час використання не є суттєвою, і зазвичай проблем немає.

Проблеми багаторідних трубопроводів: Однак вимірювання кількох рідин зі значними відмінностями в густині на одному трубопроводі може призвести до додаткових похибок через коливання нульової точки, що вимагає ретельного врахування під час проектування та експлуатації системи.

2.2.3 Аналіз ударної маси за допомогою витратоміра середньої в'язкості

Масовий витратомір, що працює на силу Коріоліса, може вимірювати широкий діапазон в'язкості рідини та демонструє хороші вимірювальні характеристики. Фактично, в'язкість рідини може змінювати характеристики демпфування системи, тим самим впливаючи на нульове зміщення та певним чином впливаючи на значення вимірювання витрати за низьких швидкостей.

Міркування щодо проектування: Одним з основних факторів, які ми враховуємо під час вибору специфікацій та розмірів масових витратомірів на основі умов використання, є те, щоб розрахункова втрата тиску на приладі знаходилася в межах допустимого діапазону трубопровідної системи. Для досягнення оптимальної точності вимірювання з урахуванням падіння тиску максимальну витрату слід вибирати якомога вищою в межах діапазону витрат.

Крива втрати тиску/в'язкості коріолісового витратоміра SH-CMF від silverinstruments.com

Зв'язок між в'язкістю та перепадом тиску: Перепад тиску масового витратоміра збільшується зі збільшенням в'язкості рідини, а це означає, що збільшення в'язкості призведе до збільшення втрати тиску в приладі. Масовий витратомір Коріоліса, який використовується для вимірювання сирої нафти в дистиляційній установці Jinxi Petrochemical, повністю враховував фактори підвищеної в'язкості та втрати тиску під час процесу вибору, не впливаючи на роботу технологічного обладнання.

Витрата/Точність/Падіння тиску коріолісового витратоміра серії SH-CMF від silverinstruments.com

Передові рішення та майбутні розробки

Існує багато факторів, які наразі впливають на нормальні вимірювання якісних витратомірів. Деякі з цих факторів вимагають перевстановлення витратоміра, а інші навіть вимагають заміни витратоміра. Це вимагає від нас всебічного врахування всіх аспектів факторів впливу в процесі вибору якісних витратомірів, щоб забезпечити їх нормальну роботу.

Вимоги до технічного обслуговування та калібрування: У практичному застосуванні існує багато факторів, що спричиняють дрейф нуля, такі як монтажні напруження датчиків, структурна асиметрія вимірювальних трубок та зміни фізичних параметрів вимірюваної рідини. Це вимагає від нас регулярної перевірки та коригування нульової точки.

Технологічні досягнення наступного покоління: Наразі, з постійним розвитком вимірювальних технологій та постійним покращенням характеристик масових витратомірів, деякі серійні масові витратоміри пропонують, щоб характеристики масових витратомірів на місці відповідали лабораторним умовам. Після встановлення нульової точки на заводі немає потреби регулювати їх на місці, а також немає потреби регулювати їх після зміни умов процесу. Це зменшить кількість клапанів, спростить встановлення та зменшить навантаження на обслуговування масових витратомірів. Водночас також пропонується, щоб на вимірювання масових витратомірів не впливали зміни температури або зміни напруження трубопроводу.

Висновок та перспективи галузі

Масовий витратомір Коріоліса — це відносно точний, надійний, стабільний, ефективний та гнучкий прилад для вимірювання витрати, який широко використовується в нафтопереробній, хімічній промисловості та інших галузях. Він також надійно використовується в процесі вимірювання бензину, гасу, дизельного палива, рідких вуглеводнів та інших продуктів компанії Jinxi Petrochemical Company, підвищуючи точність вимірювання витрати енергії та матеріалів та уникаючи непотрібних втрат.

Ласкаво просимо зв'язатися з silverinstruments.com, щоб отримати рішення для вимірювання масової витрати

Постійне вдосконалення технології коріолісових масових витратомірів поступово зменшує фактори, що впливають на нормальну роботу вимірювань, одночасно спрощуючи вимоги до технічного обслуговування. Лідери галузі, такі як Silver Instruments (silverinstruments.com), продовжують удосконалювати технологію коріолісових витратомірів, пропонуючи комплексні рішення для нафтохімічних підприємств, які прагнуть найвищого рівня точності вимірювань та експлуатаційної надійності.