Неліктен RTD сенсорлары орфис табақшаларының төменгі жағында орнатылуы керек

Негізгі мәселе: Вихрлік көшелер және қысымның араласуы

Ауызша тақтайша ағын өлшегіштері дәл дифференциалды қысымды өлшеуге негізделген. Кез келген ағынның алдыңғы бөлігіндегі кедергі дәлдікті төмендетеді. Алдыңғы жағында орнатылған термовелл белгілі бір ретпен ауысып тұратын вихрлердің үлгісін тудырады, оны фон Карман вихрлік көшесі деп атайды. Бұл вихрлер тербелмелі қысым толқындарын тудырып, олар алға таралып, ауызша тақтайшадағы қысым өлшеу нүктелеріндегі дифференциалды қысым сигналын бұзады.

Yokogawa компаниясының ағын инженерлері 1,5–3% ағын өлшеу қателіктерін көбінесе бір негізгі себепке байланыстырады: ауызша тақтайшадан бұрын RTD сенсорын дұрыс орналастырмау. Термовеллден туындайтын қысым тербелісінің жиілігі ағын жылдамдығына байланысты, Строуаль заңына сәйкес өзгереді. Қалыпты процесс жылдамдықтарында (3–8 м/с) бұл жиілік көпшілік DP таратқыштарының жауап беру диапазонына кіреді, яғни таратқыш оны автоматты түрде сүзгіден өткізе алмайды. Yokogawa DPharp EJA сериялы қысым таратқышы — жоғары дәлдікті DP таратқышы, ол ауызша тақтайша өлшеу жүйелерінде алдыңғы ағын кедергілерін жою қажет болғанда кеңінен қолданылады.

Сондықтан ISO 5167-1 және ASME MFC-3M стандарттары температура элементтерін негізгі ағын элементінен кейін орналастыруды талап етеді. Бұл ұсыныс емес — бұл өлшеу жүйесінің тұтастығын қамтамасыз ететін талап.

Төменгі жағында орналастырудың физикасы

Құбырдың көлденең қимасына енгізілген термовелл – бұл кедергі денесі. Термовеллде ағын бөлініп, оның екі жағында ауысып тұратын төмен қысымды аймақтар пайда болады. Бұл құбылыс периодты және қайталанатын, бірақ ол алдыңғы ағын аймағына тербелмелі қысым компонентін енгізеді.

Егер термовелл ауызша тақтайшадан алдыңғы жағында болса, үш ақау түрі пайда болады. Біріншіден, ауысып тұратын вихрлер ауызша тесікке жақындаған ағын жылдамдығының профильін бұзады, осылайша осьтік жылдамдық біркелкі болмайды. Екіншіден, төмен қысым импульстері алдыңғы қысым өлшеу нүктесіндегі статикалық қысымды өзгертіп, жалған жоғары немесе төмен дифференциалды қысым көрсетеді. Үшіншіден, егер вихрлік тербеліс жиілігі ауызша тақтайша немесе фланец жинағының механикалық резонанс жиілігімен үйлессе, құрылымдық шаршау жылдамдайды.

Термовеллді төменгі жаққа орналастыру осы үш ақауды жояды. GE Sensing нұсқаулары бойынша, төменгі қысым өлшеу нүктесі мен термовеллдің алдыңғы шеті арасында кемінде 5 құбыр диаметрі (5D) қашықтық болуы керек. 30 м/с-тан жоғары бу қолданбаларында бұл қашықтықты 10D-ге дейін ұлғайтады, бұл құбыр қабырғасымен резонансты болдырмау үшін қажет.

Орнату тәртібі және арақашықтық ережелері

• 1-қадам: Ағын бағытын анықтап, ауызша тасымалдаушы сақинадағы алдыңғы және төменгі фланецтерді белгілеңіз. Ауызша тақтайшаның қиғаш беті төменгі жаққа қарағанын және алдыңғы қысым өлшеу нүктесінің тақтайша бетіне 0–0,5D аралығында орналасқанын растаңыз.
• 2-қадам: Ауызша тақтайшаны орнатып, фланец болттарын көрсетілген моментпен қатайтыңыз. Көміртекті болаттағы ANSI Class 150 фланецтер үшін момент әдетте 80–110 Нм, крест тәртібімен.
• 3-қадам: Төменгі қысым өлшеу нүктесінен құбырдың орталық сызығы бойымен 5D қашықтықты өлшеп, термовеллдің ең төменгі кіру нүктесін белгілеңіз.
• 4-қадам: Термовеллдің ену тереңдігін құбырдың орталық сызығына сәйкес етіп таңдаңыз, бұл ішкі диаметрдің 50–60% шамасына тең. Мысалы, 100 мм номиналды диаметрлі құбыр үшін тереңдік құбыр қабырғасының ішкі бетінен 50–60 мм болуы керек.
• 5-қадам: Термовеллді процесс қысым класына байланысты дәнекерленген розетка немесе фланецті босс арқылы орнатыңыз. 40 бардан жоғары қысымдарда ASME PTC 19.3 TW-2016 ояту жиілігін есептеу талаптарына сай фланецті термовелл қолданыңыз.
• 6-қадам: Pt100 RTD элементін термовеллге енгізіп, бекітілген ұзару кабелімен қосыңыз. 3-сымды Pt100 конфигурациясында таратқышта сым кедергісін өтейтін компенсация қосылғанын тексеріңіз — Yokogawa YTA510 мұны мұнай өңдеу қызметі үшін тікелей қолдайды.
• 7-қадам: Тұрақты ағын кезінде таратқыштың шығысын сілтеме термометрімен салыстырып, тірі тексеру жүргізіңіз. Қабылданатын ауытқу ±0,5°C болуы тиіс, әсіресе есеп айырысу қолданбаларында.

Жиі кездесетін қателіктер және түзету шаралары

Тәжірибелі техникалар да ауызша-RTD жүйелерінде жиі қателеседі. Бірінші жиі қате — орнату ретін бұзу, яғни термовеллді құбырдың алдыңғы түзу бөлігінде орнатып, орнату орнын үнемдеу. DP таратқышы уақытша дифференциалды қысымға жауап береді, орташа мәнге емес. Термовеллді дереу төменгі жаққа ауыстырыңыз.

Екінші қате — ауызша тақтайшаның алдындағы түзу құбырдың жеткіліксіз болуы. ISO 5167 бета коэффициенті мен алдыңғы фитинг түріне байланысты 10D–40D аралығында түзу құбыр талап етеді. Мысалы, бета-0,6 ауызша тақтайшаның алдында 90° бұрылыс болса, 26D түзу құбыр қажет. Инженерлер көбінесе тек термовеллдің орнын тексеріп, алдыңғы құбыр талаптарын назардан тыс қалдырады.

Үшінші қате — термовеллдің ену тереңдігінің орталық сызықтан төмен болуы. Егер термовелл құбыр радиусының тек 40% тереңдікке жетсе, ол шекаралық қабаттың әсеріндегі температураны өлшейді, жалпы сұйықтық температурасын емес. Бу қызметінде бұл қате 3°C-тан асуы мүмкін, бұл ағын есептегіштің тығыздық түзетуіне тікелей әсер етеді.

Сонымен қатар, GE Panametrics және Yokogawa қолдану инженерлері термовеллдің дірілі RTD элементінің 90 күн ішінде сынуына әкелген жағдайларды құжаттаған. Шешімі — орнату алдында ASME PTC 19.3 TW кестесін пайдаланып ояту жиілігі коэффициентін (fn/fs) тексеру. Егер коэффициент 0,8-ден жоғары болса, қаттырақ термовелл дизайны немесе басқа ену тереңдігі қажет.

Қорытынды және іс-әрекетке кеңес

RTD сенсорын ауызша тақтайшадан кейін орнату — бұл жай орналасу талғамы емес, ISO 5167 және ASME PTC 19.3 стандарттарымен расталған өлшеу дәлдігі талабы. Алдыңғы термовеллдерден шыққан вихрлік тербелістер DP көрсеткіштерін бұзып, құрылымдық шаршауға әкелуі мүмкін. Төменгі қысым өлшеу нүктесінен кемінде 5D арақашықтықты сақтаңыз, термовеллдің ену тереңдігін құбыр орталығына сәйкестендіріңіз және орнату алдында ояту жиілігін тексеріңіз. Бұл қадамдар өлшеу ауытқуын болдырмайды, ағын есептегіштің тығыздық компенсациясын қорғайды және есеп айырысу өлшеу станцияларының нормативтік талаптарына сай болуын қамтамасыз етеді.

Автор: Маркус Чен — PLC, DCS және басқару жүйелері саласында 10 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері.