Розробка та застосування масового витратоміра Коріоліса

Анотація: У цій статті коротко розглянуто процес розробки масового витратоміра Коріоліса, підсумовано стан його розробки та застосування, а також зазначено тенденції його розвитку.

Пряме вимірювання масової витрати проти об'ємного витратоміра

Вимірювання витрати, температури та тиску разом складають три основні параметри вимірювання в галузі промислових вимірювань, серед яких вимірювання витрати є найскладнішим і вимагає найвищої точності. Його економічне, надійне та безпечне вимірювання відіграє важливу роль у виробничому процесі. Наразі існує багато типів приладів, що використовуються для вимірювання витрати, такі як витратоміри з овальною шестернею, витратоміри диференціального тиску, електромагнітні витратоміри, турбінні витратоміри, ультразвукові витратоміри тощо, всі з яких належать до типу об'ємних витратомірів .

Чому промисловості потрібні рішення для прямого вимірювання масової витрати

У галузі промислового виробництва, з таких причин, як матеріальний баланс, тепловий баланс, зберігання та економічний облік, люди більше стурбовані вимірюванням маси рідини, що протікає. Хоча непрямий масовий витратомір може складатися з об'ємного витратоміра та густиноміра, його структура складна та залежить від тиску та температури, що призводить до великих похибок вимірювання. Тому протягом тривалого часу фахівці з метрології сподівалися розробити масовий витратомір, який міг би безпосередньо вимірювати масову витрату рідин у трубопроводах.

Точність витратоміра Коріоліса проти електромагнітних та турбінних витратомірів

Порівняно з іншими технологіями, такими як електромагнітні або турбінні витратоміри , коріолісові витратоміри забезпечують вищу точність та пряме вимірювання масової витрати. Коріолісовий масовий витратомір (далі - коріолісів витратомір) - це новий тип масового витратоміра, розроблений компанією Micro Motion у 1977 році, який базується на принципі сили Коріоліса, пропорційної масовій витраті, що генерується рідиною в обертовій системі під час лінійного руху. Він може безпосередньо та точно вимірювати масу рідини та одночасно отримувати значення щільності рідини. Наразі це один з витратомірів, що розвиваються найбільш швидко. Після років розробки цей новий тип масового витратоміра значно покращив свої вимірювальні характеристики та став лідером у вимірюванні витрати.
Пов'язана стаття: [ Коріоліс проти магнітного витратоміра ]

---

Принцип роботи та формула масового витратоміра сили Коріоліса

Основним принципом роботи коріолісового витратоміра є сила Коріоліса. На диску, що обертається з кутовою швидкістю ω, діє маса m. Точка рухається зі швидкістю v, і в цій точці частинка відчуватиме фіктивну силу інерції.

Функція Fc, її розмір:

У формулі:
Fc – сила Коріоліса;
M – маса вимірюваної частинки;
ω – кутова швидкість;
V – радіальна швидкість в обертовій або коливальній системі.

Вимірювання вібрації та крутного моменту за допомогою U-подібного коріолісового витратоміра

Сила Fc – це сила Коріоліса, перпендикулярна до площини, що визначається ω та v. Візьмемо як приклад звичайний U-подібний масовий витратомір, U-подібна трубка рівномірно вібрує з частотою 80 Гц під дією електронного драйвера. Через наявність сили Коріоліса рідина тече в протилежних напрямках з обох боків U-подібної трубки, і результуюча сила Коріоліса діє в протилежних напрямках на стінку трубки, як показано на рисунку 1. Через протилежний напрямок сили, що діє на паралельні трубки з обох боків, U-подібна трубка піддається крутному моменту M. Одночасно з вібрацією U-подібної трубки вгору та вниз, вона виглядає так, ніби по черзі скручується збоку, як показано на рисунку 2.

Метод розрахунку кута кручення та різниці в часі для витратоміра Коріоліса

Крутний момент M пропорційний FC, а FC пропорційний mv. Отже, доки виміряно кут кручення θ U-подібної трубки та розраховано крутний момент M, можна отримати значення масової витрати m. Через складність точного вимірювання кута кручення θ, для вимірювання кута θ можна використовувати співвідношення між кутом θ та різницею часу Δt між паралельними прямими трубами, що проходять через центральну точку рівноваги на обох кінцях U-подібної трубки, тим самим реалізуючи вимірювання масової витрати.

---

Глобальний ринок витратомірів Коріоліса

Представницькими виробниками іноземних витратомірів Koch є Rosemount та E+H, з часткою ринку 65% та 25% відповідно. Хоча коріолісові витратоміри вийшли на ринок лише на початку 1980-х років, вони поступово стали домінуючим продуктом серед витратомірів, постійно покращуючи технічні показники та рівень інтелекту. Авторитетні експерти зазначають, що коріолісові витратоміри замінять інші типи масових витратомірів та деякі об'ємні витратоміри як основна технологія вимірювання витрати.

Темпи зростання ринку витратомірів Коріоліса та статистика продажів 1991-2004 рр.

Факт ринкових продажів також підтверджує це: багато традиційних витратомірів переживають значне зниження частки ринку, тоді як лише витратоміри Коха зростають із середньорічним темпом зростання 16%. Згідно зі статистикою, оціночна встановлена потужність у світі у 1991 році становила від 110 000 до 130 000 одиниць. У 1995 році світові продажі витратомірів склали 3 мільярди доларів США, з яких коріолісові витратоміри становили 235 мільйонів доларів США, що становить приблизно 8%. За останні п'ять років середньорічний дохід від продажів різних витратомірів у світі становив 2,2 мільярда доларів США, з яких коріолісові витратоміри становлять 420 мільйонів доларів США, що становить 19%, тоді як інші типи витратомірів становлять менше 8%.

Тенденції досліджень промислової автоматизації та технології коріолісових витратомірів

Але зі зростанням попиту на автоматизовані технології виявлення та обробки інформації в промисловому виробництві, промислові параметри та ситуації, які неможливо було виміряти через складність та труднощі рідин, тепер висунули вимоги до моніторингу та вимірювання масової витрати. Тому такі країни, як Сполучені Штати, Німеччина, Велика Британія та Японія, проводять технологічні дослідження нових коріолісових витратомірів. Завдяки широким ринковим перспективам та високим прибуткам цих нових приладів, країни інвестували значні кошти та прагнуть опанувати вершину цієї технології.

---

Стан розвитку витратоміра Коріоліса в Китаї

Китай відносно пізно розпочав дослідження та застосування коріолісових витратомірів. З середини 1980-х років коріолісові витратоміри застосовувалися в деяких імпортних комплектах обладнання. До 1992 року було введено в експлуатацію близько 2000 одиниць, переважно в нафтовій та хімічній промисловості. В останні роки, з розширенням розуміння коріолісових витратомірів, кількість встановлених коріолісових витратомірів у Китаї продовжує зростати, а сфера їх застосування розширюється. Однак переважна більшість з них імпортується з-за кордону.

Коріолісові витратоміри серій SH-CMF та SH-CMD від silverinstruments.com мають майже 40-річний досвід виробництва. Ми прагнемо досконалості у виробничих процесах, і 40 років досвіду застосування дозволили нашим якісним витратомірам мати стабільне та відмінне застосування в різних галузях промисловості. Для деяких спеціальних галузевих застосувань ми зробили прориви, такі як коріолісовий витратомір високого тиску 1000 бар, наднизької температури -260 градусів Цельсія, коріолісовий витратомір надвисокої температури 400 градусів Цельсія, а також спеціальні матеріали для датчиків масової витрати, такі як тантал і титан. Монель та інші, ми всі досягли технологічних проривів.


Пов'язана стаття: [Розробка витратоміра Коріоліса в Китаї]

Витратоміри маси газу малого діаметра в китайській хімічній промисловості

Малі масові витратоміри газу широко встановлюються в Китаї, в основному використовуються в малому та середньому експериментальному обладнанні, пристроях онлайн-аналізу та виявлення, а також у виробництві напівпровідників у хімічній та нафтохімічній промисловості. Великі масові витратоміри газу в основному використовуються для вимірювання природного газу та вугільного газу. Хоча кількість невелика, перспективи є багатообіцяючими. В останні роки розвиток малих та середніх масових витратомірів газу в Китаї відбувається швидкими темпами. Візьмемо для прикладу 1999 року, в Китаї було встановлено загалом 2785 одиниць, включаючи 2150 одиниць вітчизняного виробництва (в основному від таких виробників, як Пекінський науково-дослідний інститут хімічної промисловості Міністерства хімічної промисловості, Jianzhong Instrument Factory та Shengye Company), а також імпортні прилади, переважно від таких компаній, як Brooks UN. Через обмеження калібрувальних пристроїв, наразі в Китаї дуже мало виробників масових витратомірів газу великого діаметра, але silverinstruments.com може запропонувати масовий витратомір Коріоліса максимального діаметра 12 дюймів, який може вимірювати витрату близько 918 фунтів/с.

Проблеми розвитку китайських вимірювачів масової витрати рідини та зростання ринку

Через високу технічну складність та тривалий цикл отримання переваг, розвиток витратомірів маси рідини відбувається відносно повільно. Хоча багато дослідницьких установ та університетів розробили цей продукт, кількість виробників надзвичайно обмежена, а обсяг виробництва невеликий (в основному, це Пекінський науково-дослідний інститут хімічної промисловості Міністерства хімічної промисловості, Шаньсійський завод інструментів Тайхан тощо), в основному вони покладаються на імпорт, але попит зростає з року в рік.

Зростання продажів коріолісових витратомірів Micro Motion у Китаї у 1992-2004 роках

Згідно з даними компанії Micro Motion (MM) у Сполучених Штатах, загальний обсяг продажів компанії в Китаї до 1992 року становив 600 одиниць, а обсяг продажів у 1992 році – 1000 одиниць. До 1997 року встановлена кількість коріолісових витратомірів становила приблизно 3500-4500 одиниць, а до 2004 року – 7500 одиниць. Ці прилади широко використовуються для вимірювання та контролю нафтохімічних, хімічних, скляних заводах будівельних матеріалів та промислових печах.

Порівняння продуктивності китайських та міжнародних коріолісових витратомірів

Хоча виробництво витратомірів маси рідини є дуже складним процесом, зараз ми досягли певних технологічних проривів. Згідно з порівняльним аналізом вибірки, проведеним національним метрологічним департаментом у 2004 році на продукції, виробленій компаніями MM, E+H та Пекінським науково-дослідним інститутом хімії Міністерства хімічної промисловості, результати показали, що технічні показники та експлуатаційні характеристики трьох продуктів були в основному еквівалентними.

Застосування масових витратомірів Коріоліса в різних галузях промисловості

Завдяки високій точності, зносостійкості, широкому діапазону вимірювань та багатопараметричному вимірюванню, масові витратоміри Коріоліса широко використовуються в таких галузях промисловості, як нафтова, хімічна, аерокосмічна, енергетична, паперова, харчова та фармацевтична.

Вимірювання суспензії TiO2 у паперовій промисловості за допомогою коріолісових витратомірів

TiO2, який використовується для регулювання непрозорості та яскравості сучасного паперу у виробництві паперу, є дуже дорогим матеріалом. Його додають у вигляді суспензії у воді та зазвичай вимірюють електромагнітним витратоміром для вимірювання швидкості потоку. Багато факторів можуть спричинити зміни вмісту порошку TiO2 у трубопроводах, і оператори повинні додавати надмірну кількість TiO2, щоб відповідати мінімальним вимогам щодо яскравості та непрозорості паперу. Використання коріолісового витратоміра може вирішити проблему контролю вмісту TiO2, забезпечуючи якість продукції без витрат матеріалів та покращуючи економічні вигоди.

Вимірювання витрати смоли та затверджувача

У хімічній промисловості багато процесів вимагають безперервного контролю двох компонентів, змішаних у фіксованому співвідношенні, таких як змішування смоли та затверджувача. У системі керування вибрано два коріолісові витратоміри, а два перетворювачі використовуються для керування насосами регулювання швидкості двох компонентів відповідно. Перетворювачі мають ПІД-регулятори, і вся система реалізує керування співвідношенням двох компонентів.

Коріолісові витратоміри у виробництві поліпропілену з твердими каталізаторами

Під час виробництва поліпропілену турбінні або об'ємні витратоміри схильні до пошкоджень через використання твердих каталізаторів; через непровідну природу розчинників електромагнітні витратоміри також не підходять; добавки, нагріті до 100-150 ℃, також утворюють покриття на датчиках перепаду тиску через зміни температури, впливаючи на точність вимірювання, а швидкість потоку добавок безпосередньо впливатиме на якість продукції. Використання коріолісового витратоміра не обмежується різними вищезазначеними факторами та забезпечує точне вимірювання.

Застосування витратомірів Коріоліса у виробництві пива та віскі

У процесі виробництва пива цукор і воду необхідно змішувати, для чого використовується витратомір Коріоліса. Вихідна густина може повідомити оператору ступінь розчинення цукру. Як тільки вихідна густина стабілізується, це доводить, що розчинення є рівномірним, а партія та якість можуть бути ефективно контрольовані. Використовується для контролю відсотка крохмалю в процесі виробництва віскі та інших алкогольних напоїв, щоб заощадити час дистиляції, збільшити виробництво та підвищити ефективність усього виробничого процесу.
Інші пов'язані застосування витратомірів Коріоліса

• [ Витратомір Коріоліса для вимірювання витрати латексу ]
• [ Коріолісів витратомір для хлор-лужної промисловості ]
• [ Коріолісові витратоміри для вимірювання низькотемпературних рідких вуглеводневих сумішей ]
• [ Масовий витратомір Коріоліса для вимірювання газоподібного хлору ]
• [ Коріолісів масовий витратомір палива ]

---

Переваги та обмеження витратоміра Коріоліса в промисловому застосуванні

Принцип дії коріолісового витратоміра визначає його видатні переваги, такі як висока точність і широкий діапазон вимірювання, але він також має недоліки, такі як висока втрата тиску, високі вимоги до виробничих та монтажних процесів, а також схильність до зовнішньої вібрації. За останнє десятиліття технологічний рівень коріолісових витратомірів значно покращився, а сфера їх застосування стала дедалі ширшою. Можна передбачити, що коріолісові витратоміри розвиватимуться ще швидше в майбутньому.

---

Майбутні тенденції розвитку технології масових витратомірів Коріоліса

Виходячи з сучасного стану досліджень та застосування коріолісового витратоміра, його основним напрямком розвитку є:

Розробка коріолісових витратомірів великого діаметра для промислового застосування

Розробка масового витратоміра нової серії (великого діаметра). Для розширення сфери застосування приладів різні компанії розробили вироби великого та навіть надвеликого калібру на основі оригінальних виробів малого та середнього розміру, щоб задовольнити потреби різних користувачів.

Багатопараметричні коріолісові витратоміри: вимірювання масової витрати та густини

Розробка універсального підходу до однієї таблиці. Витратомір Коріоліса в основному використовується для вимірювання масової витрати рідин, але згідно зі своїм принципом, він також може вимірювати густину рідин. Цей вимірювач також може використовуватися для вимірювання масової витрати газів, що протікають під високим тиском через їх підвищену густину. Витратомір Коріоліса від silverinstruments.com може вимірювати густину рідини.

Аналіз помилок виробництва та встановлення витратоміра Коріоліса

Проаналізувати вплив та числову залежність похибок виробництва та монтажу на коріолісові витратоміри, щоб послабити вимоги до точності виробництва та монтажу в межах допустимого діапазону похибок вимірювання та зменшити складність процесу виготовлення та монтажу.

Витратоміри Коріоліса для рідин низької щільності та двофазних рідин

Подальше розширення застосування коріолісового витратоміра для вимірювання витрати газу низької щільності та двофазних газорідинних рідин.

Більше інформації про витратомір Коріоліса на сайті silverinstruments.com：