Tömegáramlás és sűrűség érzékelők

Átírás

1 MK 8747 MMG FLOW Méréstechnikai kft. H-1131 Budapest, Rokolya u. 1-13; T/Fax: (+36-1) / ; mmgflow@mmgflow.hu; MŰSZERKÖNYV Tömegáramlás és sűrűség érzékelők ORI-FORE-MM sorozat RS sorozat Kiadás: MK_8747_H_M3

2 TRTLOMJEGYZÉK 1. LKLMZÁSI TERÜLET MŰKÖDÉSI ELV TELJES MÉRŐRENDSZER FELÉPÍTÉSE MEHNIKI KILKÍTÁS ISMERTETÉSE MŰSZKI DTOK Típusválaszték mért közeggel érintkező anyagok minősége mérőn várható nyomásesés Hőmérsékleti határok Mérési bizonytalanságok...6 Tömegáramlás mérés bizonytalansága...6 Sűrűségmérés bizonytalansága...6 Hőmérsékletmérés bizonytalansága Mechanikai méretek, csatlakozások, tömegek Túlterhelhetőség ELŐZETES ÚTMUTTÁSOK HSZNÁLTI UTSÍTÁS Biztonsági intézkedések Villamos csatlakoztatás Előzetes beállítás, üzembe helyezés KRBNTRTÁS, JVÍTÁS GEOMETRII MÉRETEK FELSZERELÉS, RÖGZÍTÉS /10 MK_8747_H_M3

3 1. LKLMZÁSI TERÜLET z ipari folyamatok irányítása során az állapotjellemzők ismerete mellett fontos az anyagáramok kézbentartása, mérése és szabályozása is. Sok esetben elegendő a térfogatáram mérése, azonban egyre több helyen merül fel a tömegarányok, tömegegyensúlyok ellenőrzésének igénye valamint a tömegre történő elszámolás szükségessége is. hagyományos mérőműszerekből felépített, a térfogatáram méréséből kiinduló tömegáram mérést közvetett mérésnek is nevezik, mivel a tömegáramot különböző állapotjellemzőkkel (sűrűség, nyomás, hőmérséklet, összetétel, stb.) való korrigálással közvetett úton nyerik. Ez a módszer sok járulékos hibát tartalmaz, melyet a ORI-FORE MM típusú közvetlen tömegáramlás mérő kiküszöböl. Néhány alkalmazási terület, melyek többségében szinte kizárólag csak a közvetlen tömegáramlás mérés jelenti a problémamentes megoldást: Vegyi üzemekben előforduló agresszív közegek adagolása Keverési arányok tömegegyensúlyának mérése és szabályozása Folyékony gázok (LPG, LNG) mérése, letöltése, tömegelszámolása Gázok közvetlen tömegmérése (NG) nyomás, hőmérséklet és összetétel korrekció nélkül Zagyok, iszapok, többfázisú és különlegesen nagy viszkozitású közegek mérése FIGYELEM! mennyiben a ORI-FORE-MM sorozatú érzékelőt robbanásveszélyes környezetben kell működtetni, akkor gondoskodni kell az érzékelő gyújtószikra-mentesítéséről az erre a célra kifejlesztett speciális gyújtószikragát egység alkalmazásával. gyújtószikra gát egység az érzékelőhöz kapcsolódó -MSS jelfeldolgozó egység tartozéka, és kétféle változatban készül: különálló egységként a biztonságos zónában felszerelve a robbanásveszélyes tér határán MSS-021-D nyomásálló tokozású jelfeldolgozóba építve z ORI-FORE-MM érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata mindkét esetben: II 2G Ex ib IIB T3/T6 az EN :2013; EN :2013; EN :2006; EN :2004 szabványoknak megfelelően. 2. MŰKÖDÉSI ELV Mint ismeretes szögsebességgel forgó rendszerben v sebességgel mozgó m tömegre ható Fc oriolis erő a szögsebesség és a tömeg sebességének vektoriális szorzatával arányos: F 2 m v sőben áramló tömeget forgó rendszeren átvezetni eléggé körülményes, ha i azonban egyenletes forgó mozgást végző csőrendszer helyett rezgő csőrendszert alakítunk ki, a műszer mechanikai felépítése lényegesen egyszerűsödik és a rezgésből származó egyéb előnyök is kihasználhatók. jobb oldali ábra a doboza nélkül ábrázolja a mérőt. Láthatóan a MM és RS érzékelők is rezgő mérőcsöveket tartalmaznak (a, b). z áramlásmérő bemeneti csövén (c) keresztül e belépő tömegáramot áramlás-elosztó (d) osztja el két párhuzamosan és szimmetrikusan elhelyezett mérőcsőben. mérendő közeg a mérőcsöveken d keresztül haladva a kimeneti áramlás elosztóban (e) ismét egyesül, és a kifolyócsövön (f) át hagyja el a mérőt. szimmetrikus kialakítású mérőcső-pár a mindenkori rezonancia frekvenciáján folyamatosan és ugyancsak szimmetrikusan rezeg egy rájuk szerelt elektromágnes (g) jóvoltából. Ugyancsak a csövekre van j f szimmetrikusan felszerelve két rezgés-érzékelő (h, i), amelyek a rezgések c szimmetriáját érzékelik. Áramlásmentes esetben a két rezgés-érzékelő villamos jele fázisban és amplitúdóban egyaránt azonos szinuszos jel. Mivel a rezgő csövek úgy tekinthetők, mint periodikusan változó irányú forgást végző rendszerek, ezért ha a csöveken keresztül tömegáram indul meg, működésbe lépnek a forgás hatására ébredő oriolis erők. oriolis erők hatására a rezgés szimmetriája megbomlik, aminek következtében az egyik oldali érzékelő szinuszos jele fázisban eltolódik a másik oldali érzékelő szinuszos jelétől. z időeltolódás nagysága (dt) a tömegáramlással egyenesen arányos. közeg hőmérsékletét mérő ellenállás hőmérő (j) az egyik rezgőcső falára van szerelve. h g a b h i t h i t dt Áramlásmentes állapot tömegáramlás hatása 3/10 MK_8747_H_M3

4 3. TELJES MÉRŐRENDSZER FELÉPÍTÉSE mérőrendszer két fő részegységből áll: Érzékelő egység (MM, vagy RS sorozat) amelyet ez a műszerkönyv ismertet a fent leírt csőelrendezést, csőcsatlakozásokat, a rezgető és rezgés érzékelő elemeket, a közeg hőmérsékletét érzékelő ellenállás hőmérőt, kábelcsatlakozót, burkolatot és annak biztonsági kiegészítéseit tartalmazza. Jelfeldolgozó egység (-MSS, vagy RT sorozat) amely fogadja a két rezgés érzékelő és a hőmérséklet érzékelő jelét, gondoskodik a rezgető tekercs megfelelő meghajtásáról, kiszámítja a tömegáramot, a sűrűséget és az ezekkel összefüggő sok más adatot. jelfeldolgozó egységek változatait külön műszerkönyv ismerteti részletesen, az alábbiakban csak a számítások legfontosabb képleteit ismertetjük. rezgés érzékelők jelének időeltolódásából az alábbi összefüggés szerint történik a tömegáram kiszámítása: Mf = K dt ahol: Mf tömegáramlás [kg/s] K arányossági tényező [kg/s 2 ] dt időeltolódás [s] K arányossági tényező a geometriai adatokon kívül a rezgő csövek anyagának rugalmassági modulusától is függ. Ennek következtében ez az állandó igen kis mértékben ugyan, de hőmérsékletfüggő. E hőmérsékletfüggést a jelfeldolgozó folyamatosan kompenzálja azáltal, hogy K értékét az alábbi képletből számítja: K = FF F 1+ at T - TB ahol: FF kalibrációs állandó [kg/s 2 ] F kalibrációs állandó szorzó tényezője [-] at hőmérsékleti tényező [1/ ] T a rezgő cső hőmérséklete [ ] TB áramlás-kalibráció vonatkoztatási hőmérséklete [ ] rezonancia-frekvencia mérésével a közeg sűrűségének meghatározására is lehetőség nyílik az alábbi összefüggés segítségével: DeB De = De 2 fre 1 De T - T0D ahol: De a sűrűség pillanatnyi értéke, [kg/m 3 ] fre a rezgés frekvenciája [Hz] T a közeg hőmérséklete [ ] De hőmérsékleti tényező [1/ ] De kalibrációs állandó [kg/m 3 ] DeB kalibrációs állandó [kg/m 3 /s 2 ] T0D a sűrűség-kalibráció vonatkoztatási hőmérséklete [ ] Összefoglalva: a tömegáramlás mérő rendszer lényegében három érzékelőt tartalmaz, amelyek az alábbi három mennyiséget mérik meg egyidőben és egymástól függetlenül: tömegáramlás; sűrűség; hőmérséklet jelfeldolgozó egység ezen három elsődleges mennyiség felhasználásával további mennyiségeket számít ki. Ezek közül a legfontosabbak: t összegzett tömeg M = Mf dt térfogatáramlás t0 Mf Vf = De összegzett térfogat V = Vf dt t t0 fenti alapszámításokon kívül más mennyiségek számítására, kijelzésére ill. azok továbbítására is lehetőség van a jelfeldolgozó mikroprocesszorának programverziójától függően, melyet annak műszerkönyve részletez. 4/10 MK_8747_H_M3

5 4. MEHNIKI KILKÍTÁS ISMERTETÉSE fent ismertetett elvet megvalósító rezgőcsövek rozsdamentes lemezből készült lehegesztett (nem bontható) burkolatban helyezkednek el. csővezetékhez történő csatlakoztatás változatait, a beépítéshez szükséges méreteket, valamint a villamos csatlakozások elhelyezkedését a 9. fejezet tárgyalja. 5. MŰSZKI DTOK 5.1 Típusválaszték ORI-FORE-MM sorozat: Termék kód Méret 0,15 0, Maximális tömegáram (t/h) nyag S X Inox Egyedi Nyomásfokozat bar Ex védelem N Nincs Ex Gátegységgel MM B D E F G EN EN karimás NSI NSI karimás R NPT E ERMETO X Egyedi sőcsatlakozás LT o NT o HT o Közeg hőmérséklet annon J Kötődoboz Kábel csatlakozás RS sorozat: RL-UM EN-08 jelű műszerkönyvben 5.2 mért közeggel érintkező anyagok minősége Mérőcső: rozsdamentes acél (1.4404) Többi közeggel érintkező anyag: rozsdamentes acél ( és ) Speciális anyagok (Hastelloy 22; Titanium) egyedi igények szerinti kivitelben 5.3 mérőn várható nyomásesés Nyomásveszteség Méret +20 o ) [bar] MM 0,15 2 MM 0,5 / RS-018 1,9 MM 1 / RS-025 1,7 MM 3 1,5 MM 6 / RS MM 14 / RS-100 1,0 MM 40 / RS-200 1,3 MM 80 / RS-300 0,9 MM 160 1,8 MM 300 2,1 Víztől eltérő közegek esetén a várható nyomásesés a közeg viszkozitásának és sűrűségének ismeretében számítható. számításokhoz kérje a gyártó (MMG FLOW KFT.) szakemberének segítségét. Itt hívjuk fel a figyelmet a nagy nyomásesés esetén jelentkező kavitáció veszélyére, amely meghamisíthatja a mérést, ha a mérőcsövek belsejében keletkezik. kavitációról csak folyadék mérése esetén beszélhetünk. Kavitáció akkor lép fel, ha a folyadék nyomása egy adott helyen az ott uralkodó hőmérséklethez tartozó telítési gőznyomás alá csökken. telítési gőznyomás a mérendő folyadék fontos jellemzője. kavitáció elkerülhető a mérő kimenetére szerelt háttérnyomás szabályozó szelep alkalmazásával. szelep által szabályozott kimeneti nyomást úgy kell meghatározni, hogy az legalább 0,5 bar -ral nagyobb legyen a mérendő közeg telítési nyomásánál az előforduló maximális hőmérséklet mellett. 5/10 MK_8747_H_M3

6 5.4 Hőmérsékleti határok mért közeg hőmérsékletének határai: LT szűkített tartomány: NT normál tartomány: Környezeti hőmérséklet tartomány: FIGYELEM! Robbanásveszélyes térben történő felszerelés esetén a közeg és a környezet hőmérséklet felső határát a védelmi fokozat hőmérsékleti osztálya szabja meg. 5.5 Mérési bizonytalanságok Tömegáramlás mérés bizonytalansága Tömegáramlás mérés maximális bizonytalansága két összetevőből áll: ±0,2% a mért értékre vonatkoztatva ±0.05% a felső méréshatárra vonatkoztatva Képletben megfogalmazva: 5 Mf h = ; %Mf = 100 %Mf MfM ahol: h maximális bizonytalanság a mért értékre vonatkoztatva [%] %Mf áramlási terhelés [%] Mf aktuális tömegáram [kg/s] MfM tömegáram felső méréshatára [kg/s] Diagramban ábrázolva: h mérési hiba (%) Mérési hibahatárok %Mf áramlási terhelés (%) Sűrűségmérés bizonytalansága z alábbi táblázat a sűrűségmérés bizonytalanságát tartalmazza a mért értékre vonatkoztatva a 0,4...1,3 g/cm 3 mérési tartományban +20 o on és 1 bar nyomáson. Nyomásveszteség Méret +20 o ) [bar] MM 0,15 15 MM 0,5 / RS-018 0,005 MM 1 / RS MM 3 1 MM 6 / RS MM 14 / RS-100 0,0008 MM 40 / RS-200 0,0008 MM 80 / RS-300 MM 160 MM Speciális kalibrálással a fent említett mérési tartományon kívüli sűrűségek is mérhetők, valamint a mérési hiba is csökkenthető. z erre vonatkozó lehetőségeket egyedi igény szerint kell megvizsgálni a gyártó szakemberével folytatott konzultáció során. 6/10 MK_8747_H_M3

7 Hőmérsékletmérés bizonytalansága 5.4 pontban meghatározott közeghőmérséklet tartományon belül a jelfeldolgozó egység kijelzőjén leolvasható hőmérséklet maximális bizonytalansága: ± Mechanikai méretek, csatlakozások, tömegek befoglaló mechanikai és csatlakozási méretek a 9. fejezetben találhatók. tömegáramlás érzékelők tömegét az alábbi táblázat tartalmazza. Méret Tömeg [kg] MM 0,15 8,5 MM 0,5 / RS-018 6,8 MM 1 / RS-025 7,5 MM 3 11,0 MM 6 / RS ,0 MM 14 / RS ,0 MM 40 / RS MM 80 / RS MM MM Túlterhelhetőség tömegáramlás érzékelők áramlási túlterhelésre nem érzékenyek mindaddig, amíg a mérő belsejében nem keletkezik kavitáció kavitáció mérési hibát és un. kavitációs eróziót is okozhat. specifikáció szerinti pontossági adatok kavitáció esetén nem érvényesek. kavitáció elkerülésére a 5.3 fejezet ad instrukciókat 6. ELŐZETES ÚTMUTTÁSOK beépítés tervezése során vegye figyelembe a 10. fejezet útmutatásait a mérő korrekt pozícionálása és rögzítése érdekében. mérő időszakos nulla kalibrálásához a megelőző és követő csőszakaszba elzáró szerelvényeket kell beiktatni (pl. gömbcsapokat). Ügyelni kell a tökéletes elzárhatóságra, mert szivárgás esetén hibás lesz a nulla kalibrálás. Újonnan üzembe helyezett csőrendszer esetén helyettesítse a mérőt egy csőszakasszal mindaddig, amíg a szerelési szennyeződések ki nem mosódnak a csőrendszerből. Kicsomagolásnál ügyeljen arra, hogy a tömegáramlás érzékelőt, illetve annak burkolatát ne üssse hozzá semmihez, mert az érzékelők megpattanhatnak, és ez a készülék üzemképtelenségét okozhatja. Ügyeljen a helyes áramlási irány betartására. z átfolyás iránya a mérőn fel van tüntetve. 7. HSZNÁLTI UTSÍTÁS 7.1 Biztonsági intézkedések FIGYELEM! mennyiben a ORI-FORE-MM érzékelőt robbanásveszélyes környezetben kell működtetni, akkor gondoskodni kell az érzékelő gyújtószikra mentesítéséről az erre a célra kifejlesztett gyújtószikragát egység alkalmazásával. gyújtószikra gát egység az érzékelőhöz kapcsolódó -MSS jelfeldolgozó egység tartozéka, és kétféle változatban készül: különálló egységként a biztonságos zónában felszerelve a robbanásveszélyes tér határán MSS-021-D nyomásálló tokozású jelfeldolgozóba építve z ORI-FORE-MM érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata mindkét esetben: II 2G Ex ib IIB T3/T6 az EN :2013; EN :2012; EN :2006; EN :2004 szabványoknak megfelelően. Külön megrendelésre a biztonság fokozása érdekében a mérő lemezburkolatát hasadó tárcsával lehet ellátni. Ez azt a célt szolgálja, hogy a doboz belsejében lévő mérőcső esetleges sérülése esetén a mérőrendszerben uralkodó nyomás a hasadó tárcsát hasítja el, így a burkolat épen marad. kiömlő közeg összegyűjtése céljából a hasadó tárcsát magába foglaló szerelvényre egy elvezető csövet kell csatlakoztatni. 7/10 MK_8747_H_M3

8 7.2 Villamos csatlakoztatás Figyelem! Robbanásveszélyes környezetben felszerelt érzékelő esetén az előző fejezetben említett szabványok előírásain túlmenően az alábbiakat feltétlenül be kell tartani: sak szilárdan felszerelt érzékelő egységhez szabad csatlakoztatni az érzékelő kábelt. sak az érzékelőhöz gyári tartozékként szállított speciális érzékelő kábelt szabad használni tömegáramlás mérő érzékelő fémburkolatát az oldallapon található földelő csavar segítségével le kell földelni a helyszíni földelő hálózathoz legalább 1,5 mm2 keresztmetszetű rézvezetőjű földelő kábellel. ORI-FORE-MM érzékelőt speciális érzékelő kábelen keresztül kell csatlakoztatni a jelfeldolgozóhoz. Normál esetekben az érzékelő kábelt készre szerelt állapotban szállítja a gyártó a mérőkör tartozékaként. kábel szerelésénél az alábbiak szerint kell eljárni: o kábel nyomvonalának megválasztásánál a lehető legnagyobb távolságot tartson a nagyfeszültségű, vagy nagyáramú vezetékektől o robbanásveszélyes térben történő kábel-szerelésnél kövesse a 2014/34/EU direktíva vonatkozó előírásait o satlakoztassa a kábelt az ékelőhöz a kábelcsatlakozó típusának megfelelően (5.1. fejezet) - annon csatlakozós kábelvég esetén (F=) nincs szükség erenkénti bekötésre. Lazítsa meg a védőcső tömszelencéjét és húzza hátra a vésőcsövet a kábelen. annon csatlakozó bajonettzáras csatlakoztatása után csavarja rá a védőcsövet az érzékelő menetes aljzatára, majd szorítsa meg a tömszelence csavarját. MM érzékelő Kábel aljzat menetes gyűrűje Védőcső Tömszelence Szenzor kábel annon dugó - Kötődobozos kivitel esetén (F=J) az erenkénti bekötést a számozásnak megfelelően kell elvégezni: o Rögzítse a kábelt a tömszelencétől cm távolságban egy stabil, merev szerkezeti elemhez kábel toldása, vagy más típusú kábel használata robbanásveszélyes alkalmazás esetén nem megengedett, és normál alkalmazásnál sem ajánlott. 7.3 Előzetes beállítás, üzembe helyezés Ellenőrizze a 10. fejezetben található felszerelési útmutatások betartását. Folyadék mérése esetén az érzékelőt beszerelt állapotban fel kell tölteni teljesen légbuborék mentesen a mérni kívánt közeggel. Ezt legkönnyebben a közeg néhány perces, min. 20 %-os terhelésnek megfelelő áramoltatásával lehet elérni. mérőt közrefogó elzáró szerelvények zárása után várjunk másodpercet, majd végezzük el a rendszer nulla-kalibrálását a jelfeldolgozó egység műszerkönyvében leírtak szerint. z üzemvitel adta lehetőségektől függően később is ellenőrizzük a mérőkör nulláját az áramlás megszüntetésével és szükség esetén végezzünk újabb nulla kalibrálást a jelfeldolgozó műszerkönyvében írt utasításokat követve. fentiek elvégzése után az érzékelő egység mérésre kész. mérőkörre vonatkozó további előzetes beállításokat a jelfeldolgozó egység műszerkönyvében foglaltak szerint kell elvégezni. 8. KRBNTRTÁS, JVÍTÁS ORI-FORE-MM tömegáramlás érzékelő karbantartást nem igényel. Mivel az érzékelő lehegesztett dobozban foglal helyet, a helyszínen semmilyen javítás nem végezhető rajta. z érzékelőt a gyártó, vagy annak felhatalmazásával rendelkező szakemberei is csak a szakműhelybe történő beszállítás után tudják javítani. 8/10 MK_8747_H_M3

9 9. GEOMETRII MÉRETEK MM-0,5.MM-80 RS-018 RS-300 MM-0,15 P Y Z annon csatlakozó aljzat védőcsöves érzékelő kábelvég csatlakoztatásához (F = ) Földelő csavar (M6) Ø annon csatlakozó védőcsővel (F = ) Kötődoboz (F = J) X Z MM-160.MM-300 MM X Y Z Z P sőcsatlakozás (W) Max. nyomás Menetes Karimás bar 0, NPT ½ DN NPT ½ DN NPT ½ DN NPT ¾ DN NPT 1 DN NPT 1 ½ DN40/ DN80/ DN100/ DN /10 MK_8747_H_M3

10 10. FELSZERELÉS, RÖGZÍTÉS Folyadékok mérésére Gázok mérésére B MM MM B Leüríthető pozíció MM B Rögzítő bilincs: a csatlakozó csövek tehermentesítésére nyag: cél (műanyag nem ajánlott) Helyzet: lehető legközelebb a csőkötéshez Szilárdan kötve (lehetőleg hegesztve) az alaphoz (B) B lap: nehéz, merev, rezgésmentes elem (betonfal, vagy merev acél állványzat) Rugalmas csőszakasz (pl. szilfon membrán): a csatlakozó csöveken keresztül érkező rezgések csillapítására. 10/10 MK_8747_H_M3