Измерение расхода керосина методом переменного перепада давления. 
Расчет сужающего устройства

Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет

Курсовой проект

Измерение расхода керосина методом переменного перепада давления. Расчет сужающего устройства Пояснительная записка КП 220 301.009.2010

Проект выполнил ст.гр. ДИА-31 Югов С.Г.

руководитель доц. Кокуев А.Г.

Астрахань 2010 г.

Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет Кафедра: Автоматизация технологических процессов и производств Дисциплина: Технологические измерения и приборы отрасли Специальность: Автоматизация технологических процессов и производств ЗАДАНИЕ на курсовой проект (работу) студента Югова Сергея Геннадьевича Курс III Группа ДИА-31СеместрVI

1. Тема проекта (работы): Измерение расхода керосина методом переменного перепада давления. Расчет сужающего устройства. Измерение расхода нефтепродуктов

2. Срок сдачи студентом законченного проекта (работы)

3. Исходные данные к проекту (работе):

Измеряемая среда — керосин;

Максимальный расход Q_omax=175 м³/ч;

Избыточное давление Р_изб=2 кгс/см²;

Внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре 20⁰С D₂₀ =250 мм;

Температура измеряемой среды перед сужающим устройством t = 40⁰С; Материал трубопровода — сталь М20.

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) Титульный лист,

Задание на курсовое проектирование,

Календарный план Содержание Введение Краткие теоретические сведения Расчет сужающего устройства Выбор и обоснование схемы присоединения ИП перепада давления, вторая часть курсового проекта

5. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) Чертеж сужающего устройства, сборочное соединение, график

6. Дата выдачи задания Календарный план

Студент Руководитель

1. Краткие теоретические сведения

2. Расчет сужающего устройства

3. Выбор и обоснование схемы сужающего устройства

4. Выводы и заключения Список литературы

Расходом вещества называется количество вещества, проходящего через данное сечение канала в единицу времени. Массовый расход измеряют в килограммах на секунду, а объемный — в кубических метрах на секунду. Приборы, измеряющие расход, называют расходомерами. Эти приборы могут быть снабжены счетчиками (интеграторами), тогда их называют расходомерами со счетчиком. Такие расходомеры позволяют измерять одновременно расход и количество.

Значение расходомеров и счетчиков количества (массы и объема) жидкости, газа и пара в современном индустриальном обществе исключительно велико. Их роль очень возросла в связи с необходимостью максимальной экономии энергетических и водных ресурсов страны, которые все более и более дорожают.

Без расходомеров нельзя обеспечить управление, и тем более оптимизацию технологических режимов в энергетике, металлургии, нефтяной, газовой, целлюлозно-бумажной, пищевой и во многих других отраслях промышленности. Без этих приборов невозможны и автоматизация производства, и достижение максимальной ее эффективности.

Расходомеры необходимы и для управления транспортными средствами, в том числе судами, самолетами и космическими кораблями. Они нужны для контроля за оросительными системами в сельском хозяйстве, требуются и для проведения лабораторных и исследовательских работ.

Счетчики количества необходимы для учета массы или объема нефти, газа, пара, воды и других веществ, транспортируемых по трубам и потребляемых отдельными объектами. Без них очень трудно контролировать утечки и исключить потери ценных продуктов. А снижение погрешности измерения расхода и количества хотя бы на 1% может обеспечить громадный экономический эффект. Роль счетчиков в последнее время сильно возрастает в связи с коммерциализацией учета энергоносителей.

1. Краткие теоретические сведения

Одним из наиболее распространенных средств измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. В комплект расходомерного устройства также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями.

Сужающее устройство расходомера является первичным измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода. В качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы — Вентури. В качестве измерительных приборов применяются различные дифференциальные манометры, рассмотренные в главе VII, снабженные показывающими, записывающими, интегрирующими, сигнализирующими и другими устройствами, обеспечивающими выдачу измерительной информации о расходе в соответствующей форме и виде.

Измерительная диафрагма представляет собой диск, установленный так, что центр его лежит на оси трубопровода (рис. VIII.1). При протекании потока жидкости или газа (пара) в трубопроводе с диафрагмой сужение его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней под действием сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихрения. Давление струи около стенки вначале возрастает из-за подпора перед диафрагмой. За диафрагмой оно снижается до минимума, затем снова повышается, но не достигает прежнего значения, так как вследствие трения и завихрений происходит потеря давления р_пот.

Таким образом, часть потенциальной энергии давления потока переходит в кинетическую. В результате средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство жидкости, газа или пара.

Из рис. VIII.1 видно, что давление по оси трубопровода, показанное штрихпунктирной линией, несколько отличается от давления вдоль стенки трубопровода только в средней части графика. Через отверстия 1 и 2 производится измерение статических давлений до и после сужающего устройства.

Исходные данные:

Измеряемая среда — керосин;

Максимальный расход Q_omax = 175 м³/ч;

Избыточное давление Р_изб = 2 кгс/см²;

Внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством при температуре 20⁰С D₂₀ = 250 мм;

Температура измеряемой среды перед сужающим устройством t = 40⁰С;

Материал трубопровода — сталь М20.

Определение недостающих данных:

1. Абсолютное давление воздуха перед диафрагмой:

Р = Р_и + Р_б =2+1=3 кгс/см²

2. Плотность керосина в рабочих условиях ??=725 кг/м³

3.Динамическая вязкость керосина в рабочих условиях µ=0,0025 кгс/м²

4. Внутренний диаметр трубопровода при температуре t=40⁰С

D=D₂₀K_т=250,057 мм б_t=10^-6[11,1+7,7(40/1000)-3,4 (40/1000)²]=11,4 •10^-6

К_т=1+б_tT(t-20)=1+11,4 •10^-6• (40−20)=1,228

Расчет диаметра отверстия сужающего устройства при температуре 40 ^оС — d₂₀(мм) Определяем недостающие данные

1. Коэффициент, учитывающий изменение диаметра отверстия сужающего устройства, вызванное отклонением температуры среды от 20 ^оС

K_су=1+ б_{t су} (t-20)=1+16,47• 10^-6 • (40−20)=1,329

б_t=10^-6[16,206+6,571(40/1000)+0(40/1000)²]=16,47• 10^-6

2. Верхний предел перепада давления на сужающем устройстве

?р_в=0,25р=0,25•0,29=0,07 МПа

3. Значения верхней границы Re_max и нижней границы Re_min рабочего диапазона значений

Re_max= ==71 833

Re_min = = =43 100

Q_omin=0,6Q_omax=0,6•175=105 м³/ч

4.Для выбранного типа диафрагмы с угловым способом отбора давления границы применения определяем по ГОСТ 8.586.2−2005 п. 5.3.1.

Re >5000 при в ?0,56

5. Значение вспомогательной величины, А А=== 0,0713

6. Значения верхней границы в_в и нижней границы в_н диапазона допускаемых значений в для выбранного типа сужающего устройства.

0,1? в? 0,75

Выбираем при в=0,45 в_в=0,5 в_н=0,4

7. Значения вспомогательных величин В₁ и В₂

В₁₌ Е₁С₁К_ш1К_п1в²_ве₁;

В₂=Е₂С₂К_ш2К_п2в²_не₂;

Определяем недостающие данные

7.1 Коэффициенты скорости входа Е₁ и Е₂ при в_в и в_н соответственно Е=1/

Е₁=1/=1/=1,033

Е₂=1/=1/=1,013

7.2 Коэффициент истечения С₁ при Re_max и в_в

С₁=0,5961+0,0261•0,5²-0,216•0,5⁸+0,521•

+(0,0188+0,0063•0,54)•0,5^3,5•+ (0,043+0,08- 0,123)(1;

0,11A) — 0,031(M₁-0,8M^1,1₁)в^1,3+M₂=

=0,602+0,487+0,592+0−0+0= 0,612

где

А₁===0,2

для диафрагмы с угловым способом отбора

L₁ =L'₂=0,

следовательно,

М₁==0 и M₂=0.

Коэффициент истечения С₂ при Re_max и в_н

А₂===0,17

С₂=0,5961+0,0261•0,4²-0,216•0,4⁸+0,521•

+(0,0188+0,0063•0,452)•0,4^3,5•+ (0,043+0,08- 0,123)(1;

0,11A) — 0,031(M₁-0,8M^1,1₁)в^1,3+M₂=

=0,6+0,416+0,271+0−0+0= 0,606

7.3 Рассчитываем поправочный коэффициент, учитывающий притупление входной кромки диафрагмы.

Возьмем радиус входной кромки диафрагмы r_k так, чтобы он не превышал 0,0004d, тогда поправочный коэффициент K_п принимаем равным единице.

Следовательно, K_п1 =1 и K_п2=1.

7.4 Определяем поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода.

К_ш1— поправочный коэффициент при при Re_max и в_в(для диафрагм);

К_ш2— поправочный коэффициент при Re_max и в_н (для диафрагм) К_ш=1+5,22в^3,5(лл*)

Определяем недостающие данные

7.4.1 По таблице Д. 1. Шероховатость внутренней поверхности трубопровода определяем R_ш=0,15 •10² м, R_а=0,045•10³ м для стальных труб с незначительным налетом ржавчины.

7.4.2 Рассчитываем значение Rа_max при Re =71 833 и в_в= 0,5

Так как Re > 5000 и в < 0,65

10⁴ =

где A₀, А₁, А₂ — коэффициенты, зависящие от числа Re

А_i= ,

где B_k — постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

А_о=8,87•-3,7114•+0,41 841•

+0=0,713

А₁=6,7307•-5,5844•+0,732 485•

+0=3,2766

А₂= -10,244•+5,7094•+0,76 477•

+0=35,5

10⁴ =0,713•+35,5=35,57

Если полученное значение 10^{4 ?} 15, то принимают

R_amax=15•10^-4D=3,75•10^-4.

Значение R_аmin рассчитывают

10⁴=

=

=0,97−1,196+0,361=0.137

10⁴ ?0 или число Re < 3•10⁶, то принимают Ra_min=0

Рассчитываем значение Rа_max при Re =71 833 и в_н= 0,4

Так как Re > 5000 и в < 0,65

10⁴ =

где A₀, А₁, А₂ — коэффициенты, зависящие от числа Re

А_i= ,

где B_k — постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

А_о=8,87•-3,7114•+0,41 841•

+0=0,713

А₁=6,7307•-5,5844•+0,732 485•

+0=3,2766

А₂= -10,244•+5,7094•+0,76 477•

+0=35,5

10⁴ =0,713•+35,5=35,53

Если полученное значение 10^{4 ?} 15, то принимают

R_amax=15•10^-4D=3,75•10^-4.

Значение R_аmin рассчитывают

10⁴=

=

=2,208+2,859+0,91=0.319

10⁴ ?0 или число Re < 3•10⁶, то принимают Ra_min=0

7.4.3 Так как R_а> R_amax то поправочный коэффициент К_ш рассчитывают К_ш=1+5,22в^3,5(лл*)

где л и л* - коэффициенты трения, рассчитанные при действительном числе Re и значениях эквивалентной шероховатости измерительного трубопровода, равных ее действительному значению R_ш.

Рассчитываем значения л и л*

л =

где А_ш, k_D, k_R — величины, значения которых рассчитывают в соответствии с таблицей 3.

Для л А_ш=R_ш=0,15•10², k_D=0,26 954•R_ш/D=0,26 954•15/0,25=16 ,

k_R=5,035/Re=0,0710^-3

л =0,075

Для л*

А_ш=р•R_amax=0,471•10^-3, k_D=0,269 547• р•R_amax /D=1,587•10^-3

k_R=5,035/Re=0,0710^-3

л* =0,0421

К_ш1=1+5,22•0,5^3,5(0,075 -0,0421)=1,015

К_ш2=1+5,22•0,4^3,5(0,0968 -0,0421)=1,025

7.4.4 Рассчитываем е₁-коэффициент расширения при в_в,_в, k, p и е₂-коэффициент расширения при в_н,_н, k, p

е =1-(0,351+0,256в⁴+0,93в⁸)

Для измеряемой среды k=1

е₁ =1-(0,351+0,256•0,5⁴+0,93•0,5⁸)=0,907

е₂ =1-(0,351+0,256•0,4⁴+0,93•0,4⁸)=0,9105

Находим значения В₁ и В₂

В₁=1,033•0,613•1,026•1•0,5²•0,907=0,147

В₂=1,013•0,607•1,012•1•0,4²•0,9105=0,091

Рассчитываем значения вспомогательных величин д₁ и д₂:

д₁=(B₁-A)/A=(0,147−0,069)/0,069=1.13

д₂=(B₂-A)/A=(0,09−0,069)/0,069=0.319

Так как величины д₁ и д₂ имеют одинаковый знак, то выбираем новые значения в.

7.5 Значения верхней границы в_в и нижней границы в_н диапазона допускаемых значений в для выбранного типа сужающего устройства.

0,1? в? 0,75

Выбираем при в=0,4 в_в=0,45 в_н=0,35

7.6 Значения вспомогательных величин В₁ и В₂

В₁₌ Е₁С₁К_ш1К_п1в²_ве₁;

В₂=Е₂С₂К_ш2К_п2в²_не₂;

Определяем недостающие данные

7.6.1 Коэффициенты скорости входа Е₁ и Е₂ при в_в и в_н соответственно Е=1/

Е₁=1/=1/=1,0212

Е₂=1/=1/=1,0081

7.6.2 Коэффициент истечения С₁ при Re_max и в_в=0,45

С₁=0,5961+0,0261•0,45²-0,216•0,45⁸+0,521

+(0,0188+0,0063•0,496)•0,45^3,5+ (0,043+0,08- 0,123)(1;

0,11A) — 0,031(M₁-0,8M^1,1₁)в^1,3+M₂=

=0,601+0,185+0,243+0−0+0= 0,6

где

А₁===0,182

для диафрагмы с угловым способом отбора L₁ =L'₂=0, следовательно,

М₁==0 и M₂=0.

Коэффициент истечения С₂ при Re_max и в_н =0,35

А₂===0,15

С₂=0,5961+0,0261•0,35²-0,216•0,35⁸+0,521

+(0,0188+0,0063•0,406)•0,3^3,5+ (0,043+0,08- 0,123)(1;

0,11A) — 0,031(M₁-0,8M^1,1₁)в^1,3+M₂=

=0,599+0,429+0,1 638+0−0+0= 0,606

7.6.3 Рассчитываем поправочный коэффициент, учитывающий притупление входной кромки диафрагмы.

Возьмем радиус входной кромки диафрагмы r_k так, чтобы он не превышал 0,0004d, тогда поправочный коэффициент K_п принимаем равным единице.

Следовательно, K_п1 =1 и K_п2=1.

7.6.4 Определяем поправочный коэффициент, учитывающий шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода.

К_ш1— поправочный коэффициент при при Re_max и в_в(для диафрагм);

К_ш2— поправочный коэффициент при Re_max и в_н (для диафрагм) К_ш=1+5,22в^3,5(лл*)

Определяем недостающие данные

7.6.4.1 По таблице Д. 1. Шероховатость внутренней поверхности трубопровода определяем R_ш=0,15•10² м, R_а=0,045•10³ м для стальных труб с незначительным налетом ржавчины.

7.6.4.2 Рассчитываем значение Rа_max при Re =71 833 и в_в= 0,45

Так как Re > 5000 и в < 0,65

10⁴ =

где A₀, А₁, А₂ — коэффициенты, зависящие от числа Re

А_i=,

где B_k — постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

А_о=8,87•-3,7114•+0,41 841•

+0=0,713

А₁=6,7307•-5,5844•+0,732 485•

+0=3,2766

А₂= -10,244•+5,7094•+0,76 477•

+0=35,5

10⁴ =0,713•+35,5=35,55

Если полученное значение 10^{4 ?} 15, то принимают

R_amax=15•10^-4D=3,75•10^-4.

Значение R_аmin рассчитывают

10⁴=

=

=0.342

10⁴ ?0 или число Re < 3•10⁶, то принимают Ra_min=0

Рассчитываем значение Rа_max при Re =71 833 и в_в= 0,35

Так как Re > 5000 и в < 0,65

10⁴ =

где A₀, А₁, А₂ — коэффициенты, зависящие от числа Re

А_i= ,

где B_k — постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

А_о=8,87•-3,7114•+0,41 841•

+0=0,713

А₁=6,7307•-5,5844•+0,732 485•

+0=3,2766

А₂= -10,244•+5,7094•+0,76 477•

+0=35,5

10⁴ =0,713•+35,5=36,3

Если полученное значение 10^{4 ?} 15, то принимают

R_amax=15•10^-4D=1,5•10^-4.

Значение R_аmin рассчитывают

10⁴=

=

=0.424

10⁴ ?0 или число Re < 3•10⁶, то принимают Ra_min=0

7.6.4.3 Так как R_а> R_amax то поправочный коэффициент К_ш рассчитывают К_ш=1+5,22в^3,5(лл*)

где л и л* - коэффициенты трения, рассчитанные при действительном числе Re и значениях эквивалентной шероховатости измерительного трубопровода, равных ее действительному значению R_ш.

Рассчитываем значения л и л*

л =

где А_ш, k_D, k_R — величины, значения которых рассчитывают в соответствии с таблицей 3.

Для л А_ш=R_ш=0,15•10², k_D=0,26 954•R_ш/D=0,26 954•15/0,08=50,539 ,

k_R=5,035/Re=0,0710^-3

л =0,075

Для л*

А_ш=р•R_amax=0,471•10^-3, k_D=0,269 547• р•R_amax /D=1, 587•10^-3

k_R=5,035/Re=0,0710^-3

л* =0,0301

К_ш1=1+5,22•0,45^3,5(0,075 -0,0301)=1,015

К_ш2=1+5,22•0,35^3,5(0,075 -0,0301)=1,003

7.4.4 Рассчитываем е₁-коэффициент расширения при в_в,_в, k, p и е₂-коэффициент расширения при в_н,_н, k, p

е =1-(0,351+0,256в⁴+0,93в⁸)

Для измеряемой среды k=1

е₁ =1-(0,351+0,256•0,45⁴+0,93•0,45⁸)=0,9092

е₂ =1-(0,351+0,256•0,35⁴+0,93•0,35⁸)=0,9112

Находим значения В₁ и В₂

В₁=1,0212•0,61•1,018•1•0,45²•0,9092=0,117

В₂=1,0081•0,605•1,007•1•0,35²•0,9112=0,068

Рассчитываем значения вспомогательных величин д₁ и д₂:

д₁=(B₁-A)/A=(0,117−0,069)/0,069=0,696

д₂=(B₂-A)/A=(0,068−0,069)/0,069= - 0,014

Так как величины д₁ и д₂ имеют разные знаки, то расчет продолжаем.

7.5 Относительно неизвестной величины д решают следующее уравнение А=ECK_шK_пв²е.

При в =0,4 рассчитываем:

Е=1/=1/=1,0132

Коэффициент истечения С при Re_max и в А₂===0,165

С=0,5961+0,0261•0,4²-0,216•0,4⁸+0,521

+(0,0188+0,0063•0,452)•0,4^3,5

+ (0,043+0,08- 0,123)(1−0,11A) — 0,031(M₁-0,8M^1,1₁)в^1,3+M₂=0,6+0,0041+0,281+0−0+0= 0,605

К_п= 1

Рассчитываем значение Rа_max при Re =71 833 и в= 0,4

Так как Re > 5000 и в < 0,65

10⁴ =

где A₀, А₁, А₂ — коэффициенты, зависящие от числа Re

А_i= ,

где B_k — постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

А_о =8,87•-3,7114•+0,41 841•

+0=0,713

А₁ =6,7307•-5,5844•+0,732 485•

+0=3,2766

А₂ = -10,244•+5,7094•+0,76 477•

+0=35,5

10⁴ =0,713•+35,5=35,53

Если полученное значение 10^{4 ?} 15, то принимают

R_amax=15•10^-4D=1,5•10^-4.

Значение R_аmin рассчитывают

10⁴ = =

= 0.325

10⁴ ?0 или число Re < 3•10⁶, то принимают Ra_min=0

К_ш = 1+5,22в^3,5(лл*)

Рассчитываем значения л и л*

л =

где А_ш, k_D, k_R — величины, значения которых рассчитывают в соответствии с таблицей 3. Для л А_ш = R_ш = 0,15•10², k_D=0,26 954•R_ш/D=0,26 954•15/0,08=50,539 ,

k_R = 5,035/Re=0,24 510^-3

л = 0,086

Для л*

А_ш=р•R_amax=0,471•10^-3, k_D=0,269 547• р•R_amax /D=1, 587•10^-3

k_R=5,035/Re=0,0710^-3

л* =0,0312

К_ш=1+5,22•0,4^3,5(0,086 -0,0302)=1,012

е =1-(0,351+0,256•0,4⁴+0,93•0,4⁸)=0,9105

А=1,0132•0,607•1,012•1•0,4²•0,9105=0,091

7.6 Рассчитываем значение в в =(в_в+ в_н)/2==(0,45+ 0,35)/2=0,4

7.7 Для значения в, вычисленном в пункте 7.6., рассчитываем значение вспомогательной величины В.

В=ECK_шK_пв²е, где расчет C и K_ш выполняют при Re_max, а значение е вычисляют при _в, k, в.

В=1,0132•0,607•1,012•1•0,4²•0,9105=0,091

7.8 Проверяем выполнение неравенства д=<5•10^-5

д==0 <5•10^-5

Неравенство выполняется, следовательно, в = 0,4

8. Используя значение в, найденное в пункте 7.8, вычисляем диаметр отверстия сужающего устройства.

d₂₀=вD/K_су= 0,4•250/1,329=99,97 (мм)=0,9 997 (м) При этом d₂₀ находится в диапазоне допустимых значений.

Для диафрагмы с угловым способом отбора d? 0,0125 м.

9. Диаметр отверстия сужающего устройства при рабочей температуре

d=d₂₀ K_су=99,97 •1,329=100 (мм)=0,1 (м)

2. Расчет диапазона изменений перепада давления на сужающем устройстве

1. Рассчитываем значения верхней границы Re_max и нижней границы Re_min рабочего диапазона значений Re .

Re_max= ==71 833

Re_min = = =43 100

Q_omin=0,6Q_omax=0,6• 175=105 м³/ч

2. Рассчитываем значение вспомогательной величины S

S= ==35 885

?р_в=35 885 Па

3. Рассчитываем вспомогательную величину S₁

S₁= ==12 919

где С и К_ш рассчитывают при Re_min;

А₂===0,165

С=0,5961+0,0261•0,4²-0,216•0,4⁸+0,521

+(0,0188+0,0063•0,619)•0,4^3,5

+ (0,043+0,08- 0,123)(1−0,11A) — 0,031(M₁;

0,8M^1,1₁)в^1,3+M₂=0,6+0,548+0,316+0−0+0= 0,618

?р_н=12 919 Па

4. Определяем таким образом диапазон значений перепада давлений? р, определяем диапазон значений расхода среды Q_o

0,013? ?р? 0,036 (МПа)

?p=

?p=(15,18

5. Строим график зависимости Q_o=

Погрешность расчета складывается из класса точности прибора:

Класс точности измерительного преобразователя перепада давления д=0,5%

3. Выбор и обоснование схемы сужающего устройства

ГОСТ 8.586.1−2005 п. 6.1. регламентируют следующие требования к стандартным сужающим устройствам (СУ):

1. Сужающее устройство должно быть изготовлено, установлено и применено в соответствии с требованиями соответствующей ему части комплекса стандартов. Если характеристики СУ или условия их применения выходят за пределы, указанные в соответствующей ему части комплекса стандартов, то следует экспериментально определить коэффициент истечения данного СУ при фактических условиях его эксплуатации.

2. Сужающее устройство должно быть изготовлено из коррозионно-эрозионно-стойкого по отношению к среде материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в диапазоне изменения температуры среды.

3. Конструкция сужающего устройства и способ его крепления должны обеспечить возможность периодического осмотра с целью проверки соответствия сужающего устройства требованиям правил.

4. Измерение перепада давления в сужающем устройстве производится через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры.

В соответствии с ГОСТ 8.586.1−2005 Приложение Б таблица Б.1. выбираем сужающее устройство — диафрагму, поскольку ее достоинствами является:

1. Простота в изготовлении и монтаже (в отличие от труб и сопел Вентури)

2. Может применяться в широком диапазоне чисел Re.

3. Устанавливают на измерительных трубопроводах с внутренним диаметром от 50 до1000 мм.

4. Неопределенность коэффициента истечения диафрагм меньше, чем у других СУ.

5. Наличие небольшого содержания конденсата практически не оказывает влияния на коэффициент истечения.

Ее недостаток, заключающийся в том, что в процессе эксплуатации неизбежно притупление входной кромки диафрагмы, что приводит к дополнительной прогрессирующей неопределенности коэффициента истечения, которая может быть существенной для диафрагм, устанавливаемых в трубопроводах диаметром менее 100 мм, компенсируется тем, что исходный диаметр данного измерительного трубопровода более 100 мм.

Поэтому, по ГОСТу 8.586.1−2005 Приложение Б Б.2 на основании данных таблицы Б.1 для измерения расхода и количества среды в измерительном трубопроводе внутренним диаметром свыше 100 мм предпочтительно применение диафрагм.

При выборе углового способа отбора давления на диафрагмах учитывали положение Б.3 (а) ГОСТ 8.586.1−2005 Приложение Б:

Достоинством углового способа отбора давления являются удобство монтажа диафрагмы, а также возможность применения кольцевых камер усреднения, обеспечивающих усреднение давления, что позволяет в некоторых случаях снизить требование к эксцентриситету установки диафрагмы, уменьшить влияние местного сопротивления на показание расходомера. Недостатками данного способа отбора являются зависимость измеряемого перепада давления от диаметра отверстий (или ширины щели) для отбора давления и большая, относительно других способов отбора давления, вероятность загрязнения отверстий.

В качестве сужающего устройства будем использовать камерную диафрагму ДКС-10−80 (ГОСТ 26 969−86). Размеры диафрагмы выбираем согласно условному проходу и условному давлению согласно ГОСТу. Для установки диафрагмы на трубопроводе используются фланцы ГОСТ 12 820–80. Применение диафрагмы ДКС в комплекте с фланцевым соединением позволяют минимизировать измерительную погрешность.

Комплект фланцев Для монтажа диафрагмы ДКС на измерительном трубопроводе применяется комплект фланцев. Фланцы изготавливаются в соответствии с ГОСТ 12 820. В комплект поставки входят фланцы, болты, гайки, шайбы, уплотнительные прокладки.

Фланцевое соединение Применение диафрагмы ДКС в комплекте с фланцевым соединением позволяют минимизировать измерительную погрешность. Фланцы выполняются по ГОСТ 12 820, патрубки соответствуют требованиям ГОСТ 8.563.1. В комплект фланцевого соединения входят фланцы с патрубками, болты, гайки, шайбы, уплотнительные прокладки; по заказу дополнительно поставляется монтажное кольцо, которое устанавливается вместо диафрагмы на период монтажа и продувки трубопровода.

Диафрагма должна устанавливаться на прямых участках трубопровода, на котором не должно быть местных сопротивлений. Должна быть соблюдена строгая соосность между трубопроводом и сужающим устройством. При установке сужающего устройства в соответствии с этими требованиями достигается высокая точность измерений.

1. Конструкция сужающего устройства и способ его крепления должны обеспечить возможность периодического осмотра с целью проверки соответствия сужающего устройства требованиям правил.

2. Измерение перепада давления в сужающем устройстве производится через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры.

3. Диафрагма должна быть выполнена с высокой точностью, т.к. от точности исполнения, в частности, «острой кромки» диафрагмы зависит число Рейнольдса потока, а это, в свою очередь, влияет на постоянство коэффициента расхода и т. д.

4. Класс шероховатости диафрагмы со стороны «острой кромки» должен быть равным 6−7.

5. Отбор давления производится через патрубки Монтаж Диафрагму ДКС можно устанавливать только на прямом участке трубопровода, независимо от положения этого участка в пространстве. При выборе места для диафрагмы необходимо иметь в виду, что проходящий поток должен целиком заполнить сечение трубопровода. Входной торец диафрагмы должен быть перпендикулярен оси трубопровода.

Особенно осторожно надо обращаться с диском, чтобы не повредить острую кромку рабочего отверстия (со стороны цилиндрической расточки), так как после расточки входную кромку нельзя дополнительно обрабатывать ни шкуркой, ни напильником.

Убедившись, что внутренний диаметр камеры равен внутреннему диаметру трубопровода, а наружный диаметр камеры (или бескамерной диафрагмы) позволяет свободно разместить диафрагму под болтами фланцевого соединения, приступают к установке ее в трубопроводе. Выступы на уплотнительных поверхностях фланцев должны входить во впадины плюсовой и минусовой камер.

Острая кромка диафрагмы должна располагаться со стороны входа потока.

Направление потока при установке диафрагмы камерной должно соответствовать направлению стрелки на кольцевой камере, камера «+» устанавливается со стороны входа потока.

Для центрирования диафрагмы и прокладок во фланцах с гладкой уплотнительной поверхностью добиваются равенства зазоров между болтами фланцев и диском. Прокладки должны в точности соответствовать размерам камер или бескамерной диафрагмы и не должны выступать в сечение трубопровода.

При установке камерной диафрагмы трубки для снятия давления должны свободно входить в промежутки между болтами.

После размещения диафрагмы ДКС, с учетом вышеуказанных правил, можно затянуть фланцевые болты, контролируя правильность центрирования диафрагмы.

В качестве дифференциального манометра в зависимости от избыточного давления р_изб=2 кгс/см² выбираем Сапфир -22М-ДД .

Манометры дифференциальные «Сапфир» предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения разности давлений среды в унифицированный токовый выходной сигнал дистанционной передачи.

Монтаж соединительных линий При монтаже соединительных линий следует руководствоваться следующими правилами:

а) cоединительные линии должны быть проложены по кратчайшему расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтали не менее 1:10;

б) длина соединительных линий должна обеспечивать остывание измеряемой среды, поступающей в дифманометр, до температуры окружающего воздуха;

в) внутренний диаметр соединительных линий должен быть не менее 8 мм, а внутренний диаметр трубок, соединяющих диафрагму уравнительными или разделительными сосудами, не менее 10 мм;

д) соединительные линии должны быть герметичными, изгибы трубок соединительных линий плавными;

е) соединительные линии должны быть защищены от действия внешних источников тепла и холода;

ж) установка вентилей в трубах, соединяющих уравнительные сосуды с диафрагмой, не допускается;

з) в соединительных линиях рекомендуется устанавливать прямоточные вентили с условным проходом, равным внутреннему диаметру соединительных линий.

Монтаж разделительных сосудов в соответствии с ГОСТ 8.563.2−97.

Разделительные сосуды должны располагаться максимально близко к диафрагме. Уровни жидкости в разделительных сосудах должны быть одинаковыми при нулевом перепаде давления.

Для контроля уровня сосуды снабжены контрольными пробками.

Выводы и заключения

В данном курсовом проекте были рассмотрены общие принципы измерения расхода методом переменного перепада давления. Произвели выбор сужающего устройства и дифференциального манометра, исходя из требований, предъявляемых к дифференциальным манометрам и сужающим устройствам, основанных на исходных данных и требованиях технической документации завода-изготовителя. А также в процессе работы по начальным параметрам было рассчитано сужающее устройство, найдена зависимость изменения диапазона объемного расхода среды от перепада давления на сужающем устройстве.

1. ГОСТ 8.586.1−2005 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 1. Принцип метода измерений и общие требования.

2. ГОСТ 8.586.2−2005 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 2. Диафрагмы.

Технические требования.

3. ГОСТ 8.586.5−2005 Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 5. Методика выполнения измерений.

4. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн.1.-СПб.: «Политехника», 2002.

5. Кулаков М. В. Технологические измерения и приборы для химических производств. М: «Машиностроение», 1983.

6. Фарзане Н. Г., Ильясов Л. В., Азиз-заде А.Ю. «Технологические измерения и приборы» учебн. для студ. вузов по спец. Автоматизация технологических процессов и производств — М.: «Высшая школа», 1989.

7. Прохоров В. А. Основы автоматизации аналитического контроля химических производств. — М.: ХимияI984.

8. Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в пищевой промышленности/ Л. А. Широков. В. И. Михаилов и др.; под ред. Л. А. Широкова.- М.: Агропромиздат. — 1986.

9. Петров И. К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности.-М.: Агропромиздат — I986.

10. Пронько В. В Технологические приборы и КИП в пищевой промышленности.-М.: Агропроиздат. — 1989