Измерение расхода керосина методом переменного перепада давления. Расчет сужающего устройства

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

0,1? в ? 0,75

Выбираем при в=0,4 вв=0,45 вн=0,35

7.6 Значения вспомогательных величин В1 и В2

В1= Е1С1Кш1Кп1в2ве1;

В2=Е2С2Кш2Кп2в2не2;

Определяем недостающие данные

7.6.1 Коэффициенты скорости входа Е1 и Е2 при вв и вн соответственно

Е=1/

Е1=1/=1/=1,0212

Е2=1/=1/=1,0081

7.6.2 Коэффициент истечения С1 при Remax и вв=0,45

С1=0,5961+0,0261•0,452-0,216•0,458+0,000521

+(0,0188+0,0063•0,496)•0,453,5+ (0,043+0,08- 0,123)(1-

0,11A) - 0,031(M1-0,8M1,11)в1,3+M2=

=0,601+0,00185+0,00243+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 Remax и вн =0,35

А2===0,15

С2=0,5961+0,0261•0,352-0,216•0,358+0,000521

+(0,0188+0,0063•0,406)•0,33,5+ (0,043+0,08- 0,123)(1-

0,11A) - 0,031(M1-0,8M1,11)в1,3+M2=

=0,599+0,00429+0,001638+0-0+0= 0,606

7.6.3 Рассчитываем поправочный коэффициент, учитывающий притупление входной кромки диафрагмы.

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

Следовательно, Kп1 =1 и Kп2=1.

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

Кш1- поправочный коэффициент при при Remax и вв(для диафрагм);

Кш2- поправочный коэффициент при Remax и вн (для диафрагм)

Кш=1+5,22в3,5(л -л*)

Определяем недостающие данные

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

7.6.4.2 Рассчитываем значение Rаmax при Re =71833 и вв= 0,45

Так как Re > 5000 и в < 0,65

104 =

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

Аi=,

где Bk - постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

Ао=8,87•-3,7114•+0,41841•

+0=0,713

А1=6,7307•-5,5844•+0,732485•

+0=3,2766

А2= -10,244•+5,7094•+0,76477•

+0=35,5

104 =0,713•+35,5=35,55

Если полученное значение 104 ? 15 , то принимают

Ramax=15•10-4D=3,75•10-4.

Значение Rаmin рассчитывают

104=

=

=0.342

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

Рассчитываем значение Rаmax при Re =71833 и вв= 0,35

Так как Re > 5000 и в < 0,65

104 =

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

Аi= ,

где Bk - постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

Ао=8,87•-3,7114•+0,41841•

+0=0,713

А1=6,7307•-5,5844•+0,732485•

+0=3,2766

А2= -10,244•+5,7094•+0,76477•

+0=35,5

104 =0,713•+35,5=36,3

Если полученное значение 104 ? 15 , то принимают

Ramax=15•10-4D=1,5•10-4.

Значение Rаmin рассчитывают

104=

=

=0.424

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

7.6.4.3 Так как Rа> Ramax то поправочный коэффициент Кш рассчитывают

Кш=1+5,22в3,5(л -л*)

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

Рассчитываем значения л и л*

л =

где Аш, kD, kR - величины, значения которых рассчитывают в соответствии с таблицей 3.

Для л

Аш=Rш=0,15•102 ,kD=0,26954•Rш/D=0,26954•15/0,08=50,539 ,

kR=5,035/Re=0,0710-3

л =0,075

Для л*

Аш=р•Ramax=0,471•10-3 ,kD=0,269547• р•Ramax /D=1, 587•10-3

kR=5,035/Re=0,0710-3

л* =0,0301

Кш1=1+5,22•0,453,5(0,075 -0,0301)=1,015

Кш2=1+5,22•0,353,5(0,075 -0,0301)=1,003

7.4.4 Рассчитываем е1-коэффициент расширения при вв,в, k, p и е2-коэффициент расширения при вн,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=ECKшKпв2е.

При в =0,4 рассчитываем:

Е=1/=1/=1,0132

Коэффициент истечения С при Remax и в

А2===0,165

С=0,5961+0,0261•0,42-0,216•0,48+0,000521

+(0,0188+0,0063•0,452)•0,43,5

+ (0,043+0,08- 0,123)(1-0,11A) - 0,031(M1-0,8M1,11)в1,3+M2=0,6+0,0041+0,00281+0-0+0= 0,605

Кп= 1

Рассчитываем значение Rаmax при Re =71833 и в= 0,4

Так как Re > 5000 и в < 0,65

104 =

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

Аi= ,

где Bk - постоянные коэффициенты, значения которых приведены в таблице 2.

Ао =8,87•-3,7114•+0,41841•

+0=0,713

А1 =6,7307•-5,5844•+0,732485•

+0=3,2766

А2 = -10,244•+5,7094•+0,76477•

+0=35,5

104 =0,713•+35,5=35,53

Если полученное значение 104 ? 15 , то принимают

Ramax=15•10-4D=1,5•10-4.

Значение Rаmin рассчитывают

104 = =

= 0.325

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

Кш = 1+5,22в3,5(л -л*)

Рассчитываем значения л и л*

л =

где Аш, kD, kR - величины, значения которых рассчитывают в соответствии с таблицей 3. Для л

Аш = Rш = 0,15•102 ,kD=0,26954•Rш/D=0,26954•15/0,08=50,539 ,

kR = 5,035/Re=0,24510-3

л = 0,086

Для л*

Аш=р•Ramax=0,471•10-3 ,kD=0,269547• р•Ramax /D=1, 587•10-3

kR=5,035/Re=0,0710-3

л* =0,0312

Кш=1+5,22•0,43,5(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 =(вв+ вн )/2==(0,45+ 0,35 )/2=0,4

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

В=ECKшKпв2е,

где расчет C и Kш выполняют при Remax,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/Kсу= 0,4•250/1,000329=99,97 (мм)=0,09997 (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 Kсу=99,97 •1,000329=100 (мм)=0,1 (м)

2. Расчет диапазона изменений перепада давления на сужающем устройстве

1. Рассчитываем значения верхней границы Remax и нижней границы Remin рабочего диапазона значений Re .

Remax= ==71833

Remin = = =43100

Qomin=0,6Qomax=0,6• 175=105 м3/ч

2. Рассчитываем значение вспомогательной величины S

S= ==35885

?рв=35885 Па

3. Рассчитываем вспомогательную величину S1

S1= ==12919

где С и Кш рассчитывают при Remin;

А2===0,165

С=0,5961+0,0261•0,42-0,216•0,48+0,000521

+(0,0188+0,0063•0,619)•0,43,5

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

0,8M1,11)в1,3+M2=0,6+0,00548+0,00316+0-0+0= 0,618

?рн=12919 Па

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

0,013 ? ?р ? 0,036 (МПа)

?p=

?p=(15,18

5. Строим график зависимости Qo=

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 26969-86). Размеры диафрагмы выбираем согласно условному проходу и условному давлению согласно ГОСТу. Для установки диафрагмы на трубопроводе используются фланцы ГОСТ 12820-80. 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 12820. 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 12820, 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 ризб=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.

Список литературы

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.: Химия -I984.

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

Страницы: 1, 2