Защо RTD сензорите трябва да се инсталират след оребрени плочи

Основният проблем: Вихрови улички и смущения в налягането

Потокомерите с отворна плоча разчитат на прецизно измерване на диференциалното налягане. Всяко смущение нагоре по потока намалява точността. Термоброня, инсталирана нагоре по потока, генерира предсказуем модел на редуващи се вихри, известен като вихрова улица на фон Карман. Тези вихри създават колебаещи се налягания, които се разпространяват обратно нагоре по потока и нарушават сигнала на диференциалното налягане в 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 сензора преди отворната плоча. Честотата на колебанията на налягането от термобронята се мащабира с скоростта на потока, следвайки връзката на Строухал. При типични процесни скорости от 3–8 м/с тази честота попада в обхвата на отговор на повечето DP предаватели, което означава, че предавателят не може да я филтрира автоматично. Предавателят за налягане Yokogawa DPharp EJA Series е високоточен DP предавател, широко използван в системи с отворна плоча, където смущенията в потока нагоре по веригата трябва да бъдат елиминирани за постигане на заявената точност.

Затова стандартите ISO 5167-1 и ASME MFC-3M изискват температурните елементи да бъдат позиционирани след първичния елемент за измерване на потока. Това не е препоръка — това е изискване за целостта на измервателната система.

Физиката зад поставянето след потока

Термобронята, вмъкната в напречното сечение на тръбата, действа като тъпо тяло. Разделянето на потока около термобронята 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 полето на потока нагоре по веригата.

Когато термобронята е поставена преди 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 при 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, се ускорява структурната умора.

Поставянето на термобронята след потока елиминира всички три режима на повреда. Насоките на GE Sensing определят минимално разстояние след потока от 5 диаметъра на тръбата (5D) между точката за отчитане след потока и водещия ръб на термобронята. За парни приложения над 30 м/с 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 носещия пръстен на отворната плоча. Потвърдете, че фаската на отворната плоча е насочена 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 услуги с въглеродна стомана, въртящият момент обикновено е 80–110 Nm в кръстосана последователност.
• Стъпка 3: Измерете 5D от точката за отчитане след потока по централната линия на тръбата. Маркирайте тази позиция като минимално допустима точка за вмъкване на термобронята.
• Стъпка 4: Изберете дълбочината на потапяне на термобронята 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 термобронята с помощта на заварен гнездо или фланцов накрайник, в зависимост от класата на процесното налягане. За налягания над 40 бара използвайте фланцова термоброня, отговаряща на изискванията на ASME PTC 19.3 TW за изчисляване на честотата на отделяне на вихри.
• Стъпка 6: Вкарайте Pt100 RTD елемента в термобронята и го свържете с одобрен удължителен кабел. За конфигурация с 3-жилен 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

Дори опитни техници допускат постоянни грешки в системите с отворна плоча и RTD. Първата честа грешка е объркване на последователността на монтажа — поставяне на термобронята в прав участък преди потока, за да се спести място за тръбопровода. DP предавателят реагира на моментното диференциално налягане, а не на средна стойност във времето. Преместете термобронята незабавно след потока.

Втората грешка е недостатъчно прав участък нагоре по потока пред отворната плоча. ISO 5167 изисква 10D–40D прав участък в зависимост от бета съотношението и вида на фитинга нагоре по потока. Ъглово коляно 90° непосредствено пред отворна плоча с бета 0,6 изисква 26D прав участък. Инженерите често проверяват само позицията на термобронята и напълно пренебрегват съответствието на тръбопровода нагоре по потока.

Третата грешка е дълбочината на вмъкване на термобронята под централната линия. Термоброня, която достига само 40% от радиуса на тръбата, измерва температура, повлияна от граничния слой, а не температурата на основната течност. В парни услуги тази грешка може да надвиши 3°C, което пряко влияе върху корекцията на плътността, прилагана от компютъра за потока.

Освен това, инженерите на GE Panametrics и Yokogawa документират случаи, при които вибрациите на термобронята 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 монтажа с помощта на електронната таблица ASME PTC 19.3 TW. Съотношение над 0,8 изисква по-здрава конструкция на термобронята или различна дълбочина на вмъкване.

Заключение и препоръки за действие

Монтирането на RTD след отворната плоча не е въпрос на предпочитание при разпределението — това е изискване за точност на измерването, подкрепено от ISO 5167 и ASME PTC 19.3. Вихровото отделяне от термоброните преди потока нарушава DP измерванията и може да причини структурна умора. Спазвайте минималното разстояние от 5D от точката за отчитане след потока, проверявайте дълбочината на потапяне на централната линия на тръбата и потвърждавайте съответствието с честотата на отделяне преди монтажа. Тези стъпки предотвратяват отклонения в измерванията, защитават компенсацията на плътността на вашия компютър за потока и осигуряват съответствие с нормативните изисквания за станции за пренос на собственост.

Автор: Маркъс Чен е инженер по индустриална автоматизация с над 10 години опит в PLC, DCS и системи за управление.