Защо RTD сензорите трябва да се инсталират след оребрени плочи

Термовълново отделяне на вихри, смущения в потока и инженерната логика зад последователността на сензорите при диференциално налягане за измерване на поток

Основният проблем: Вихрови улици и налягане на смущения

Измервателите на поток с отворна плоча разчитат на прецизно измерване на диференциалното налягане. Всяко смущение нагоре по потока намалява точността. Термовълн, инсталиран нагоре по потока, създава предсказуем модел на редуващи се вихри, известен като вихрова улица на фон Карман. Тези вихри създават колебаещи се налягания, които се разпространяват нагоре по потока и нарушават сигнала за диференциално налягане на точките за отчитане на отворната плоча.

Инженерите по потока в Yokogawa редовно проследяват грешки в измерването на потока от 1,5–3% до една основна причина: неправилно поставяне на RTD пред отворната плоча. Честотата на колебанията на налягането от термовълна се мащабира с скоростта на потока, следвайки връзката на Строухал. При типични процесни скорости от 3–8 м/с тази честота попада в честотната лента на повечето DP предаватели, което означава, че предавателят не може автоматично да я филтрира.

Затова ISO 5167-1 и стандартът ASME MFC-3M изискват температурните елементи да се позиционират след основния елемент за измерване на потока. Това не е препоръка — това е изискване за целостта на измервателната система.

Физиката зад поставянето след основния елемент

Термовълн, вмъкнат в напречното сечение на тръба, действа като тяло с голямо съпротивление. Разделянето на потока около термовълна създава две редуващи се зони с ниско налягане от двете страни на стеблото. Това отделяне е периодично и повторяемо, но въвежда колебаещ се компонент на налягането в потока нагоре по тръбата.

Когато термовълнът е поставен пред отворната плоча, възникват три режима на повреда. Първо, редуващите се вихри нарушават профила на скоростта, приближаващ се към отвора на плочата, причинявайки нееднородно разпределение на осевата скорост. Второ, пулсациите с ниско налягане променят статичното налягане на точката за отчитане нагоре по потока, което води до фалшиво високо или ниско диференциално налягане. Трето, ако честотата на отделяне на вихрите се свърже с механичната резонансна честота на отворната плоча или фланцовия монтаж, структурната умора се ускорява.

Поставянето на термовълна след основния елемент елиминира всички три режима на повреда. На тази позиция вихровата улица се формира в зоната на възстановен поток, далеч след точката за отчитане надолу по потока. Измерването на DP е завършено преди каквото и да е смущение от термовълна да навлезе в потока.

Насоките на GE Sensing определят минимално разстояние от 5 диаметъра на тръбата (5D) между точката за отчитане надолу по потока и предния ръб на термовълна. За пара с над 30 м/с скорост инженерите удължават това до 10D, за да предотвратят резонансно свързване със стената на тръбата.

Процедура за монтаж и правила за разстояния

Стъпка 1: Определете посоката на потока и маркирайте фланците нагоре и надолу по потока на пръстена за носене на отворната плоча. Потвърдете, че наклонът на отворната плоча е насочен надолу по потока и точката за отчитане нагоре по потока е в рамките на 0–0,5D от лицето на плочата.

Стъпка 2: Завършете монтажа на отворната плоча и затегнете болтовете на фланците до зададената стойност на въртящия момент. За ANSI Class 150 фланци в обслужване с въглеродна стомана, въртящият момент обикновено е 80–110 Nm в последователност на кръстосано затягане.

Стъпка 3: Измерете 5D от точката за отчитане надолу по потока по централната линия на тръбата. Маркирайте тази позиция като минимално допустима точка за вмъкване на термовълна.

Стъпка 4: Изберете дълбочината на потапяне на термовълна така, че сензорният връх да е на централната линия на тръбата, което съответства на 50–60% от вътрешния диаметър. За тръба с номинален отвор 100 мм, дълбочината на потапяне трябва да е 50–60 мм от вътрешната повърхност на стената на тръбата.

Стъпка 5: Монтирайте термовълна с помощта на заварен гнездо или фланцов накрайник, в зависимост от класата на процесното налягане. За налягания над 40 бара използвайте фланцов термовълн, отговарящ на изискванията на ASME PTC 19.3 TW-2016 за изчисляване на честотата на отделяне на вихри.

Стъпка 6: Вкарайте Pt100 RTD елемента в термовълна и свържете с одобрен удължителен кабел. За конфигурация с 3 проводника Pt100, проверете дали компенсацията на съпротивлението на проводниците е активирана в предавателя — Yokogawa YTA510 поддържа това по подразбиране за рафинерийни услуги.

Стъпка 7: Извършете проверка на живо, като сравните изхода на предавателя с референтен термометър при стабилен поток. Допустимото отклонение е ±0,5°C за приложения с пренос на собственост.

Чести грешки на място и коригиращи действия

Обратен ред на монтаж — Някои изпълнители монтират термовълна в прав участък нагоре по потока, за да спестят място за тръбопровода, като предполагат, че DP предавателят ще усредни грешката. Това предположение е неправилно. DP предавателят реагира на моментното диференциално налягане, а не на средна стойност във времето. Преместете термовълна незабавно надолу по потока.

Недостатъчен прав участък нагоре по потока — ISO 5167 изисква 10D–40D прав участък нагоре по потока в зависимост от бета съотношението и вида на фитинга нагоре по потока. Ъглов завой 90° непосредствено преди бета-0,6 отворна плоча изисква 26D прав участък. Инженерите често проверяват само позицията на термовълна и пренебрегват съответствието на тръбопровода нагоре по потока.

Дълбочина на вмъкване на термовълна под централната линия — Термовълн, който достига само 40% от радиуса на тръбата, измерва температура, повлияна от граничния слой, а не температурата на основната течност. При пара тази грешка може да надвиши 3°C, което пряко влияе върху корекцията на плътността, прилагана от компютъра за поток.

Инженерите на GE Panametrics и Yokogawa документират случаи, при които вибрациите на термовълна са причинили счупване на RTD елемента в рамките на 90 дни след пускане в експлоатация. Решението е да се провери съотношението на честотата на отделяне на вихри (fn/fs) преди монтаж с помощта на електронната таблица ASME PTC 19.3 TW. Съотношение над 0,8 изисква по-здрава конструкция на термовълна или различна дълбочина на вмъкване.

Заключение и препоръки за действие

Монтирането на RTD след отворната плоча не е предпочитание при разположението — това е изискване за точност на измерването, подкрепено от ISO 5167 и ASME PTC 19.3. Отделянето на вихри от термовълни нагоре по потока нарушава DP измерванията и може да причини структурна умора. Следвайте правилото за минимално разстояние 5D от точката за отчитане надолу по потока, проверявайте дълбочината на потапяне на централната линия на тръбата и потвърждавайте съответствието с честотата на отделяне на вихри преди монтаж. Тези стъпки предотвратяват отклонения в измерванията, защитават компенсацията на плътността на вашия компютър за поток и осигуряват съответствие с нормативните изисквания за станции за пренос на собственост.