Diplomnikam / Госты По Расходу / Ультразвуковые расходомеры / USM-0000020565 Rev- User Manual MPU SeriesB Russian

MPU Series B

Ультразвуковой газовый расходомер

______________________________________________________________________

3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Цель настоящего раздела – улучшить понимание различных частей инструкций по эксплуатации и техобслуживанию. Это даст возможность оператору и техническому персоналу легко осуществить поиск неисправностей с рекомендованным уровнем детализации и заменить или отремонтировать поврежденные компоненты.

3.1.Общее представление об изделии

Внастоящее время имеется три версии расходомера - MPU 1200, MPU 600 и MPU 200. Разница между ними – в числе путей. Все остальные детали идентичны. MPU 1200 имеет 6 путей (12 преобразователей), MPU 600 - 3 пути (6 преобразователей), а MPU 200 имеет 1 путь (2 преобразователя). Все версии используют идентичную электронику с соответствующим числом подключенных преобразователей. MPU 600 представляет собой более дешевую версию MPU 1200 со слегка более низкими измерительными характеристиками. MPU 200 предназначен для применений с более низкими требованиями к точности измерения.

MPU 1200		MPU 600

MPU 200

Рис. 4 Общий вид MPU

Все преобразователи устанавливаются заподлицо с внутренней поверхностью корпуса расходомера для обеспечения не создающего препятствия потоку и точного измерения расхода газа.

MPU 1200 и MPU 600 предназначены для удовлетворения требований учетного измерения либо в качестве отдельного расходомера, либо в составе комплекта газоизмерительной станции. Серия MPU ультразвуковых газовых расходомеров легко подключается к устанавливаемым в полевых условиях вычислителям расхода, системам

_____________________________________________________________________

USM-0000020565 Стр. 31 из 119

Ред. -

MPU User Manual

_____________________________________________________________________

распределенного управления, системам сбора данных и диспетчерского управления, или же вы можете предпочесть выбрать наш комплект измерительной системы.

Стандартный расходомер серии MPU состоит из трубной катушки с ANSI - фланцами и корпусом из углеродистой стали. Имеется широкий диапазон размеров, номинальных давлений, специальных материалов и типов фланцев, поскольку мы проектируем расходомер таким образом, чтобы он подходил к вашей схеме трубной обвязки.

Для редких случаев отказа сигнальных преобразователей может быть поставлено приспособление для снятия преобразователей с запорными кранами, обеспечивающее простоту и безопасность снятия преобразователей при необходимости без остановки процесса и без повторной калибровки расходомера после установки преобразователя обратно или его замены. Стандартный вариант этого приспособления может безопасно эксплуатироваться при давлении до 2900 фунтов на кв. дюйм / 200 бар. По запросу может быть предоставлено приспособление для более высокого давления.

3.2.Основные черты MPU 1200

•До 60 % экономии затрат, пространства и веса по сравнению со стандартными диафрагменными и турбинными расходомерами.

•Не нарушающая течение газа конструкция, устраняющая падение давления, обеспечивая высокоэффективную работу.

•Высокая точность. 6 акустических путей, обеспечивающих двунаправленные измерения расхода с высокой точностью (MPU 1200).

•Замена датчика в рабочих условиях, устраняющая необходимость отключения.

•Соответствие требованиям AGA 9.

•Большой коэффициент перекрытия измеряемого диапазона.

3.3.Конструкция прибора

Все электронные детали помещаются внутри взрывозащитного кожуха. Кабели подключаются к взрывозащитному кожуху. Полевая электроника выполняет всю обработку сигналов и все расчеты.

_____________________________________________________________________

Page 32 of 119 USM-0000020565 Rev. -

MPU Series B

Ультразвуковой газовый расходомер

______________________________________________________________________

3.4. Механическая конструкция

Расходомеры с размерами от 6” до 10” могут быть изготовлены из специальных отливок. Однако, большинство расходомеров изготавливается из трубной катушки с фланцами с патрубками для преобразователей сигнала, приваренными в соответствии со специальными методиками ANSI для трубной обвязки.

3.5. Принцип действия

Работа расходомеров серии MPU основывается на хорошо известном принципе времени прохождения акустического сигнала. Принцип измерения использует тот факт, что направление и скорость распространения ультразвукового импульса будут модифицироваться создающей поток средой. Скорость ультразвукового импульса, распространяющегося по ходу потока, увеличивается, в то время как скорость ультразвукового импульса, распространяющегося против хода потока, снижается. Частоты, генерируемые турбулентностью и шумами, фильтруются с использованием уникальной методики обработки сигнала.

Расходомер измеряет время прохождения передаваемого ультразвукового сигнала через газ. Начало передачи и прибытие правильного сигнала детектируются программным обеспечением. Преобразователи сигнала устанавливаются без нарушения потока заподлицо, что сводит к минимуму риск забивания распространяющимися с потоком газа частицами. Датчик полностью герметизирован в титановом корпусе, который спроектирован так, что позволяет осуществлять замену в полевых условиях во время работы, при этом нет необходимости в остановке процесса и повторной калибровке датчика после его замены.

_____________________________________________________________________

USM-0000020565 Стр. 33 из 119

Ред. -

MPU User Manual

_____________________________________________________________________

Конфигурация пути MPU 1200:
Конфигурация путей
		2A	1B
Вид сверху	Вид спереди	1A	2B
			4A	3B
	1A,2B	1B,2A
	3A,4B	3B,4A	3A	4B
	5A	5B		5B
	6B	6A
		6A	5A
			6B
		Положительное направление потока

Рис. 5. Конфигурация пути MPU 1200

Конфигурация пути MPU 600:

Конфигурация путей

		1A
Вид спереди		1B
1B	1A	2B

2A2B

2A

3B 3A

3A

3B

Положительное направление потока

Рис. 6. Конфигурация пути MPU 600

_____________________________________________________________________

Page 34 of 119 USM-0000020565 Rev. -

MPU Series B

Ультразвуковой газовый расходомер

______________________________________________________________________

Конфигурация пути MPU 200:

Конфигурация путей

Вид спереди

1B

1A1B

1A

Положительное направление потока

Рис. 7. Конфигурация пути MPU 200

MPU может быть подключен к главному компьютеру или поставляться с PC, используемым в качестве интерфейса пользователя. После проверки необходимых параметров и при необходимости их регулировки расходомер может быть включен в рабочий режим для начала измерений. Расходомер производит измерение непрерывно, и в зависимости от числа усредняемых ультразвуковых сигналов измеренное значение скорости потока обновляется каждые 4 - 10 секунд.

Обновленная скорость потока запоминается в базе данных и считывается пользовательским интерфейсом с требуемыми интервалами. Другие измеренные значения, такие как скорость звука, скорость потока для каждого акустического пути, усиление для каждого преобразователя, процентное число использованных сигналов, линейное давление, линейная температура и линейная плотность также имеются в базе данных. Измеренный объем газа может быть представлен в виде фактической скорости потока или фактического объемного удельного расхода. Массовый удельный расход и стандартный объемный удельный расход могут быть выданы по запросу, при условии наличия данных о давлении, температуре и плотности.

Система самодиагностики расходомера подает сигнал в случае, если должна возникнуть обнаружимая неисправность или превышены пределы максимального отклонения. Если какой-либо путь неисправен, расходомер продолжит измерения на основании данных от других путей.

Конфигурирование расходомера может быть выполнено в режиме онлайн через пользовательский интерфейс. В следующем цикле измерения будут использоваться новые параметры. Функция конфигурирования защищена паролем.

_____________________________________________________________________

USM-0000020565 Стр. 35 из 119

Ред. -

MPU User Manual

_____________________________________________________________________

3.6.Принцип измерения

Вданном разделе описывается принцип измерения, используемый в

MPU.

3.6.1.Измерение времени прохождения

Для измерения расхода газа и скорости звука (VOS) MPU использует тот факт, что звук движется быстрее по течению газа, чем против него. На Рис. 8 внизу показан вид сверху на трубу, по которой течет газ.

Скорость потока газа V, θ есть угол, образуемый звуковыми лучами со стенкой трубы, A and B – положения преобразователей, а L есть расстояние между преобразователями А и В. Tu и Td – время прохождения против потока и по ходу потока соответственно. Эти времена прохождения вместе с геометрией системы, т.е. местом установки преобразователей и диаметром трубы, представляют все, что требуется для вычисления скорости потока газа и скорости звука для каждого пути.

B

V	L	Td
		Tu
	θ
	A

Рис. 8 Вид на путь сверху, времена прохождения

Звук будет проходить медленнее против течения газа и быстрее по течению из-за составляющей скорости потока газа в направлении, совпадающем с путем прохождения звука. Это дает

	Td	=	L
			c +v cos(θ)
	и		L
	Tu	=		,
			c −v cos(θ)

где c есть скорость звука в газе, а v есть скорость потока газа.

Из этих уравнений можно выделить скорость потока газа и скорость звука. Получается

_____________________________________________________________________

Page 36 of 119 USM-0000020565 Rev. -

MPU Series B

Ультразвуковой газовый расходомер

______________________________________________________________________

	v =	L		Tu −Td
		2cos(θ)		T T
				u d

и

c =	L		Tu +Td	.
	2
			T T
			u d

3.6.2. Поправки к времени прохождения

В преобразователях сигнальный импульс преобразуется из электрического сигнала в акустический и снова в электрический сигнал на приемной стороне. Сигнал задерживается во время этих преобразований, и эти задержки преобразователей измеряются для каждого преобразователя во время внутреннего тестирования. Типовая величина задержек преобразователей составляет 8-10µs.

3.6.3. Вычисление средней скорости потока газа

Для того, чтобы вычислить среднюю скорость потока газа по сечению трубы, информация от всех звуковых путей вместе с задержками преобразователей вводится в формулу интегрирования.

На Рис. 9 показан вид трубы спереди и расположение 6 звуковых путей в 4 плоскостях для MPU 1200. Средняя скорость дается выражением

v = ∑5 wi vi ,

i=0

где wi есть весовые коэффициенты, а vi – средняя скорость потока газа для каждого пути.

Аналогичные уравнения используются для MPU 600 и MPU 200.

_____________________________________________________________________

USM-0000020565 Стр. 37 из 119

Ред. -

MPU User Manual

_____________________________________________________________________

Пути 1 и 2

Пути1A,32Aи 4

Путь 5

Путь 6

Рис. 9 Вид трубы спереди с указанием внутренних положений путей

Для MPU 1200, два пересекающихся звуковых пути, лежащих в одной плоскости, используются для определения поперечных составляющих скорости потока. На рисунке внизу показан вид трубы сверху с указанием осевой (Va) и поперечной (Vt) составляющих потока.

0

α0

Vt

Va

α1

1

Рис. 10. Вид трубы сверху с указанием осевой и поперечной составляющих потока

Проверив направление и величину поперечных составляющих потока в двух верхних плоскостях, можно определить режим потока, как показано на рисунке внизу.

_____________________________________________________________________

Page 38 of 119 USM-0000020565 Rev. -

MPU Series B

Ультразвуковой газовый расходомер

______________________________________________________________________

Информация о поперечном потоке и завихрении используется для повышения точности вычисления средней скорости потока.

Интерпретируется как		Поперечный
		поток

Интерпретируется как		Вихрь

Рис. 11 Вид трубы спереди, показывающий режимы потока

Информация о поперечном потоке и завихрении используется для повышения точности вычисления средней скорости потока.

MPU 600 ввиду используемой геометрии путей будет вносить поправки на симметричное завихрение, но более чувствителен к поперечному потоку. Поэтому для получения учетной точности необходим хорошо развитый профиль потока.

MPU 200 не может ни производить измерение, ни вносить поправки для вихря или поперечного потока.

_____________________________________________________________________

USM-0000020565 Стр. 39 из 119

Ред. -

MPU User Manual

_____________________________________________________________________

Данная страница специально оставлена чистой

_____________________________________________________________________

Page 40 of 119 USM-0000020565 Rev. -