MMG Kft. E-mail:mmg@mmg.hu Honlap: www.mmg.hu MK 8747 MŰSZERKÖNYV ORI-FORE-MM tömegáramlásmérő érzékelő 2012. május MM_H_4M
TRTLOMJEGYZÉK 1. LKKLMZÁSI TEÜLET... 3 2. MŰKÖDÉSI ELV... 3 3. MEHNIKI KILKÍTÁS ISMERTETÉSE... 5 4. MŰSZKI DTOK... 5 4.1 Típusválaszték... 5 4.2 mért közeggel érintkező anyagok minősége... 5 4.3 mérőn várható nyomásesés... 4.4 Hőmérsékleti határok... 4.5 Mérési hibák... 4.5.1 Tömegáramlás mérési hibája... 4.5.2 Sűrűségmérés bizonytalansága... 7 4.5.3 Hőmérsékletmérés hibája... 7 4. Mechanikai méretek, csatlakozások, tömegek... 7 4.7 Túlterhelhetőség... 7 5. ELŐZETES ÚTMUTTÁSOK... 8. HSZNÁLTI UTSÍTÁS... 8.1 Biztonsági intézkedések... 8.2 Villamos csatlakoztatás... 8.3 Előzetes beállítás, üzembe helyezés... 8 7. KRBNTRTÁS, JVÍTÁS... 9 ÁBRÁK JEGYZÉKE 1. ábra Érzékelő csatlakozó bekötése normál (nem robbanásveszélyes) esetben.. 10 2. ábra Robbanásveszélyes térben működő érzékelő bekötése normál tokozású jelfeldolgozó esetén... 11 3. ábra MM-300 és ennél nagyobb érzékelők bekötése... 12 4. ábra Geometriai méretek... 13 5. ábra Felszerelés, rögzítés... 14 2
1. LKKLMZÁSI TEÜLET 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 tömegárammérést közvetett mérésnek is nevezik, mivel a tömegáramot különböző állapotjellemzőkkel (sűrűség, nyomás, hőmérséklet, öszszetétel, stb.) való korrigálással közvetett úton nyerik. Ez a módszer sok járulékos hibát tartalmaz, melyet a ORI-FORE MM típusú közvetlen tömegáramlásmérő 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 gáz mérése, letöltése, tömegelszámolása Gázok és gőzök közvetlen tömegmérése (szükségtelenné válik a térfogatmérés esetén megkövetelt nyomás, hőmérséklet és összetétel korrekció) Zagyok, iszapok, többfázisú és különlegesen nagy viszkozitású közegek mérése FIGYELEM! mennyiben az érzékelőt robbanásveszélyes környezetben kell működtetni, akkor meg kell akadályozni a gyújtószikra keletkezését. jelfeldolgozó egység kivitelétől függően erre két lehetőség van: Normál tokozású (-MSS-021) jelfeldolgozó alkalmazása esetén az érzékelő egység és a biztonságos (nem robbanásveszélyes) zónában felszerelt jelfeldolgozó közé egy un. Biztonsági Gyújtószikragát Egységet (BGE) kell iktatni. z érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata az TEX 94/9E; EN 0079-0:200; EN 0079-1:2004; EN 1241-0:200; EN 024-1:2004 szabványok előírásainak megfelelően az alábbi lesz: MM-10 és ennél kisebb méretű érzékelők esetén: II 2G Ex ib IIB T MM-300 és ennél nagyobb méretű érzékelők esetén: II 2G Ex ib d IIB T Robbanásbiztos tokozású (-MSS-021-D) jelfeldolgozó alkalmazása esetén az érzékelő egység és a jelfeldolgozó egyaránt felszerelhető a robbanásveszélyes zónában. Gyújtószikragát egység ebben az esetben gyárilag be van építve a -MSS-021-D jelfeldolgozó robbanásbiztos kivitelű tokozatába. z érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata változatlan marad. 2. MŰKÖDÉSI ELV Mint ismeretes szögsebességgel forgó rendszerben v sebességgel mozgó m tömegre ható Fc orioliserő a szögsebesség és a tömeg sebességének vektoriális szorzatával arányos: F = 2m x v sőben áramló tömeget forgó rendszeren átvezetni eléggé körülményes, ha 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. Ennek megfelelően a ORI-FORE-MM is rezgő mérőcsöveket tartalmaz. z áramlásmérő bemeneti csövén keresztül belépő tömegáramot áramlás-elosztó osztja el két párhuzamosan és szimmetrikusan elhelyezett mérőcsőben. mérendő közeg a mérőcsöveken keresztül haladva a mérőtestben ismét egyesül, és a kifolyócsövön át hagyja el a mérőt. szimmetrikus kialakítású mérőcső-pár a mindenkori rezonancia frekvenciáján folyamatosan és ugyancsak szimmetrikusan rezeg egy rájuk szerelt elektromágneses rezgető tekercs jóvoltából. Ugyancsak a csövekre van szimmetrikusan felszerelve két érzékelő tekercs, amelyek a rezgések szimmetriáját érzékelik. Áramlásmentes esetben a két rezgés-érzékelő tekercs villamos jele fázisban és amplitúdóban egyaránt azonos színuszjel. Ha a csöveken keresztül tömegáram indul meg, a rezgés szimmetriája megbomlik. Ennek következtében az egyik oldali érzékelő szinuszos jele fázisban eltolódik a másik oldali érzékelő szinuszos jelétől. z időeltolódás nagysága a tömegáramlással egyenesen arányos. ORI-FORE-MM tömegáramlásmérő rendszer (mérőkör) két fő részből áll: MM érzékelő egység amely a fent leírt csőelrendezést, csőcsatlakozásokat, a rezgető és rezgésérzékeltő elemeket, a közeg hőmérsékletét érzékelő Pt100 ellenálláshőmérőt, kábelcsatlakozót, burkolatot és annak biztonsági kiegészítéseit tartalmazza. -MSS-021 jelfeldolgozó egység 3
amely fogadja a két rezgés érzékelő és a hőmérséklet érzékelő jelét, gondoskodik a rezgető tekercs megfelelő meghajtásáról. ( jelfeldolgozó egységeket külön műszerkönyv ismertetik részletesen.) z érzékelő tekercsek 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 kal. állandó szorzó tényezője [-] at hőmérsékleti tényező [1/ ] T közeghőmérséklet [ ] TB vonatkoztatási hőmérséklet [ ] rezonancia-frekvencia mérésével a közeg sűrűségének meghatározására is lehetőség nyílik az alábbi öszszefüggés 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 [ ] T0D a sűrűség-kalibráció vonatkoztatási hőmérséklete [ ] De hőmérsékleti tényező [1/ ] De kalibrációs állandó [kg/m 3 ] DeB kalibrációs állandó [kg/m 3 /s 2 ] Összefoglalva: a ORI-FORE-MM tömegáramlásmérő 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 = Mfdt 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
3. MEHNIKI KILKÍTÁS ISMERTETÉSE fent ismertetett elvet megvalósító rezgőcsövek rozsdamentes lemezből készült lehegesztett (nem bontható) burkolatban helyezkednek el. Ennek homlokfelületein találhatók a csővezetékek csatlakozó csonkjai, valamint a villamos jelek csatlakozója és egyéb szerelvények. főbb mechanikai méreteket típusonként a 4. ábra tartalmazza. 4. MŰSZKI DTOK 4.1 Típusválaszték Termék kód Méret nyag Nyomásfokozat E Ex védelem G 0,075 S Inox 010 N Nincs 0,15 0,3 0,5 1 3 14 40 80 10 300 00 Maximális áramlás (t/h) X Egyedi 01 025 040 03 100 10 250 320 400 bar Ex Gátegységgel (1) Exd Gátegységgel + Exd rezgetővel (2) MM F Karimás R NPT E ERMETO sőcsatlakozás B NT -40...+230 o HT -40...+350 o Közeg hőmérséklet D H Környezeti hőm. < +90 o Környezeti hőm. < +125 o Kábel csatlakozó F Megjegyzések: (1) sak MM-10 és ennél kisebb méret esetén (2) sak MM-300 és ennél nagyobb méret esetén 4.2 mért közeggel érintkező anyagok minősége Mérőcső: rozsdamentes acél (1.4404) Többi közeggel érintkező anyag: rozsdamentes acél (1.4541 és 1.4301) Speciális anyagok (Hastelloy 22; Titanium) egyedi igények szerinti kivitelben 5
4.3 mérőn várható nyomásesés z alábbi táblázat a MM mérőkön keletkező nyomásveszteséget tartalmazza az adott érzékelőhöz tartozó maximális áramlás esetén víz +20 o os vízzel mérve. Nyomásveszteség Méret (víz @ +20 o ) [bar] MM 0,15 2 MM 0,3 1,8 MM 0,5 1,9 MM 1 1,7 MM 3 1,5 MM 1.9 MM 14 1,0 MM 40 1,3 MM 80 0,9 MM 10 1,8 MM 300 2,1 Víztől eltérő közegek mérése esetén javasoljuk, hogy vegye fel a kapcsolatot a gyártó (MMG KFT.) szakemberével Itt hívjuk fel a figyelmet a kavitáció veszélyére, amely meghamisíthatja a mérést, ha a mérőcsövek belsejében keletkezik. kavitáció akkor lép fel, ha a folyadék nyomása egy adott helyen az ott uralkodó hőmérséklethez tartozó un. telítési gőznyomás alá csökken. telítési gőznyomás a mérnedő folyadék fontos jellemzője. jelenség elkerülhető a mérő után felszerelt nyomászabályozó szelep alkalmazásával. szelep által szabályozott kimeneti nyomást úgy kell meghatározni, hogy az legalább 0,5 barral nagyobb legyen a mérendő közeg telítési nyomásánál a maximális áramlás és maximális hőmérséklet mellett. 4.4 Hőmérsékleti határok tömegáramlásmérő által mért közeg hőmérsékletének határai: NT normál kivitelben: -40...+230 HT magas hőmérsékletű kivitelben: -40...+350 z érzékelő egység környezeti hőmérséklet tartománya: H Hirschman kábelcsatlakozóval: -40... +90 annon kábelcsatlakozóval: -40...+125 FIGYELEM! Gyújtószikramentes, és vegyes védelmi módú mérőkör esetén a közeg és a környezet hőmérséklet tartományát a védelmi fokozat hőmérsékleti osztálya korlátozza. 4.5 Mérési hibák 4.5.1 Tömegáramlás mérési hibája Tömegáramlás mérés maximális hibája két összetevőből áll: ±0,2% a mért értékre vonatkoztatva ±0.05% a felső méréshatárra vonatkoztatva Képletben megfogalmazva: 5 h = 0.2 + %Mf Mf %Mf = 100 MfM ahol: h a mérés max. hibája a mért értékre vonatkoztatva [%] %Mf áramlási terhelés [%] Mf mérendő tömegáram [kg/s] MfM maximális tömegáram [kg/s]
4.5.2 Sűrűségmérés bizonytalansága z alábbi táblázat a sűrűségmérés maximális hibáját tartalmazza a mért értékre vonatkoztatva a 0,7...1,3 g/cm 3 mérési tartaományban +20 o on és 1 bar nyomáson. Méret Sűrűség mérés bizonytalansága [g/cm 3 ] MM 0,15 15 MM 0,3 8 MM 0,5 0,005 MM 1 15 MM 3 1 MM 1 MM 14 0,0008 MM 40 0,0008 MM 80-00 0.0005 Peciális 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. 4.5.3 Hőmérsékletmérés hibája 4.5. pontban meghatározott közeghőmérséklet tartományon belül a jelfeldolgozó egység kijelzőjén leolvasható hőmérséklet maximális hibája: ±1. 4. Mechanikai méretek, csatlakozások, tömegek befoglaló mechanikai és csatlakozási méretek a 4. ábrán találhatók. tömegáramlás érzékelők tömegeit rendre az alábbi táblázat tartalmazza. Méret Tömeg [kg] MM 0,075 8,5 MM 0,15 8,5 MM 0,3,5 MM 0,5,8 MM 1 7,5 MM 3 11,0 MM 14,0 MM 14 18,0 MM 40 35-48 MM 80 85-112 MM 10 120-155 MM 300 145-250 4.7 Túlterhelhetőség tömegáramlás érzékelők áramlási túlterhelését a nyomásesés korlátozza. túlterhelés az érzékelőben kavitációs eróziót okozhat, amennyiben a háttérnyomás (a mérő kimeneti nyomása) nem elég magas a közeg telítési gőznyomásához képest. specifikáció szerinti pontossági adatok ebben a tartományban nem érvényesek. 7
5. ELŐZETES ÚTMUTTÁSOK Kicsomagolásnál ügyeljünk arra, hogy a tömegáramlás érzékelőt, illetve annak burkolatát ne üssük hozzá semmihez, mert az érzékelők megpattanhatnak, és ez a készülék üzemképtelenségét okozhatja. Ha a csővezeték rendszer üzemszerűen rezgésnek van kitéve, akkor ennek leválasztása érdekében rugalmas csőszakaszok közé iktassuk be a mérőt, és közvetlenül a csatlakozó karimák mellett megfogva rezgésmentes szerelvényhez rögzítsük. (5. ábra) Ügyeljünk a helyes áramlási irány betartására is. z átfolyás iránya a mérőn fel van tüntetve. 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. z 5. ábra útmutatásokat tartalmaz a mérő javasolt felszerelési pozíziójára és rögzítési módjaira.. HSZNÁLTI UTSÍTÁS.1 Biztonsági intézkedések mennyiben az érzékelőt robbanásveszélyes környezetben kell működtetni, akkor meg kell akadályozni a gyújtószikra keletkezését. jelfeldolgozó egység kivitelétől függően erre két lehetőség van: Normál tokozású (-MSS-021) jelfeldolgozó alkalmazása esetén az érzékelő egység és a biztonságos (nem robbanásveszélyes) zónában felszerelt jelfeldolgozó közé egy un. Biztonsági Gyújtószikragát Egységet (BGE) kell iktatni. z érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata az TEX 94/9E; EN 0079-0:200; EN 0079-1:2004; EN 1241-0:200; EN 024-1:2004 szabványok előírásainak megfelelően az alábbi lesz: MM-10 és ennél kisebb méretű érzékelők esetén: II 2G Ex ib IIB T MM-300 és ennél nagyobb méretű érzékelők esetén: II 2G Ex ib d IIB T Robbanásbiztos tokozású (-MSS-021-D) jelfeldolgozó alkalmazása esetén az érzékelő egység és a jelfeldolgozó egyaránt felszerelhető a robbanásveszélyes zónában. Gyújtószikragát egység ebben az esetben gyárilag be van építve a -MSS-021-D jelfeldolgozó robbanásbiztos kivitelű tokozatába. z érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata változatlan marad. tömegáramlásmérő érzékelő fémburkolatát az oldallapon található földelő csavar segitségével le kell földelni az életvédelmi földelő hálózathoz. Külön megrendelésre a biztonság fokozása érdekében a mérő lemezburkolatát hasadótárcsával lehet felszerelni. Ez azt a célt szolgálja, hogy a doboz belsejében lévő mérőcső esetleges sérülése esetén a mérőrendszerben uralkodó nyomás a hasadótárcsát hasítja el, így a burkolat épen marad. kiömlő közeg összegyűjtése céljából a hasadótárcsát magába foglaló szerelvényre egy elvezető csövet kell csatlakoztatni..2 Villamos csatlakoztatás z érzékelő és a jelfeldolgozók villamos összekötését, csatlakoztatását az 1, 2 és 3 ábrák mutatják. Robbanásveszélyes környezetben felszerelt érzékelő esetén az alábbiakat feltétlenül be kell tartani: sak szilárd felszerelés után szabad a villamos csatlakoztatást elkészíteni. sak az érzékelőhöz gyári tartozékként szállított speciális érzékelő kábelt szabad használni a gyújtószikramentesített villamos összekötetésekhez. Különálló meghajtó tekercs esetén (MM-300 és ennél nagyobb érzékelőknél) szigorúan be kell tartani a páncélozott kábelek kölső átmérőjére előírt határokat (3. ábra)..3 Előzetes beállítás, üzembe helyezés z 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 10-15 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
7. KRBNTRTÁS, JVÍTÁS tömegáramlásmérő érzékelő karbantartást nem igényel. Mivel az érzékelő lehegesztett dobozban foglal helyet, a helyszínen semmilyen javítás nem végezhető rajta. z érzékelőt a gyártó szakemberei is csak a szakműhelybe történő visszaszállítás után javíthatják. 9
ORI-FORE-MM tomegárammérő érzékelő Pt10) Szenzor B -MSS-021 csatlakozó Szenzor Rezgető MM MK 8747 ÁBRÁK piros 1 B fehér 2 lila 3 D zöld 4 E narancs 5 F G H kék szürke citrom 7 8 J K barna fekete 9 10 11 helyi földelés 1. ábra Érzékelő csatlakozó bekötése normál (nem robbanásveszélyes) esetben 10
ORI-FORE MM tömegárammérő érzékelő Pt10) Szenzor B Szenzor Biztonsági Gyújtószikragát Egység (BGE) -MSS-021 csatlakozó Rezgető MM MK 8747 piros IS D(+) 1 1 B fehér IS D(-) 2 2 lila IS (+) 3 3 D zöld IS (-) 4 4 E narancs IS B(+) 5 5 F kék IS B(-) G szürke IS RTD1 7 7 H citrom IS RTD2 8 8 J barna IS RTD3 9 9 K fekete IS RTD4 10 10 GND 11 11 12 helyi földelés Robbanásveszélyes tér Biztonságos tér 2. ábra Robbanásveszélyes térben működő érzékelő bekötése normál tokozású jelfeldolgozó esetén 11
Ø 13,5 Ø 10 Ø 10 Ø 13,5 Kimeneti kábel Ø 10 Ø 13,5-1 MM MK 8747 MM 300 és ennél nagyobb érzékelő meghajtó tekercsének nyomásálló kábelcsatlakozó doboza Robbanásveszélyes zóna Biztonságos zóna Normál kábelkötő doboz D(-) Normál tömszelence D(+) D(-) D(+) Fekete Piros Meghajtó kábel (1m) TEX ömszelence Páncélozott kábel Páncélozott kábelvég kiképzése a meghajtó oldalon Érzékelő kábelcsatlakozó (3.ábra) -MSS-021 Normál tokozású jelfeldolgozó (-MSS-021) Kimeneti kábelcsatlakozó (4. ábra) 0 40 Normál tokozású jelfeldolgozó esetén MM 300 és ennél nagyobb érzékelő meghajtó tekercsének nyomásálló kábelcsatlakozó doboza D(-) Páncélozott meghajtó kábel Nyomásálló tokozású jelfeldolgozó (-MSS-021-D) D(+) TEX tömszelencék Páncélozott kábelvégek kiképzése Meghajtó oldalon 1 2 3 4 +24V GND Data(+) Data(-) D(-) D(+) O1 O2 8 7 5 0 40 F1 F2 -MSS-021-D oldalon F1 315 m táplálás (24V) biztosítéka F2 250 m különálló meghajtó biztosítéka 50 140 Nyomásálló tokozású jelfeldolgozó esetén 3. ábra MM-300 és ennél nagyobb érzékelők bekötése 12
MM-0,300 - MM-00 méretek esetén Méret X Y Z P Q R W Max. nyomás (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) Menetes Karimás (bar) 0,3 340 280 310 102 330 - NPT ½ DN15 250 1 400 320 357 102 380 - NPT ½ DN15 250 3 420 384 382 102 405 - NPT ½ DN15 10 420 384 387 128 410 - NPT ¾ DN25 10 14 540 45 528 144 50 - NPT 1 DN25 10 40 580 500 750 150 790 - NPT 1 ½ DN40/50 100 80 908 700 1072 189 1182 - - DN80/100 40 140 1185 80 1090 280 121 - - DN100/150 40 300 120 920 1350 34 1480 150 - DN150 40 00 1440 1100 1590 450 170 150 - DN200 40 MM-0,075 és MM-0,150 méretek esetén: Ø 4. ábra Geometriai méretek 13
Folyadék mérése esetén Gáz mérése esetén Leüríthető felszerelés B B MM MM B MM B Rögzítő bilincs nyag: cél (műanyag nem lehetséges) Helyzet: lehető legközelebb a karimához Silárdan kötve (hegesztve) az alphoz (B) B lap Nehéz, merev, rezgésmentes elem (betonfal, vagy merev acél állványzat) Rugalmas csőszakasz (szilfon membrán) csatlakozó csöveken keresztül érkező rezgések csillapítására Megjegyzés: z, B és elemek csak abban az esetben szükségesek, ha a csatlakozó csövek erős vibrációnak vannak kitéve pl. szivattyú, vagy más rezgéskeltő elem révén. 5. ábra Felszerelés, rögzítés 14