Многопараметрический кориолисовый расходомер ЭлМетро-Фломак — это инновационный прибор, на базе DSP-технологии (Digital Signal Processor), предназначен для прямого измерения массового расхода, плотности и температуры высоковязких и агрессивных жидкостей, газов, пульп и масел, вычисления объемного расхода, массы и объема, приведенной плотности/объемного расхода и концентрации двухкомпонентных сред (обводненности нефти) в системах коммерческого и технологического учета. Имеет общепромышленное и взрывозащищенное исполнение.

Принцип измерения массового расхода основан на эффекте кориолисовых сил, действующих на поток среды, двигающейся по тонкостенной трубке, испытывающей поперечные колебания с частотой вынуждающей силы, создаваемой катушкой индуктивности при пропускании через нее электрического тока заданной частоты. Силы Кориолиса, приложенные к двум половинам вибрирующей части трубки, тормозят движение первой по потоку половины и ускоряют движение второй. Возникающая вследствие этого разность фаз колебаний двух половин трубки, пропорциональная массовому расходу, регистрируется индукционными датчиками. Результаты измерений массового расхода не зависят от плотности, вязкости, наличия твердых частиц и режимов протекания измеряемой среды. Подробное описание принципа измерения массового расхода кориолисового расходомера ЭлМетро-Фломак приведено в руководстве по эксплуатации.

Колебания трубок возбуждаются на основной резонансной частоте системы. Функциональная зависимость резонансной частоты от плотности среды калибруется при изготовлении прибора. На основании данных калибровки, хранимых в энергонезависимой памяти прибора, измеряемый в процессе работы период колебаний пересчитывается в значение плотности рабочей среды.

Температура измеряемой среды контролируется температурным сенсором — платиновым чувствительным элементом типа Pt100 W=1,385, который имеет надежный тепловой контакт с одной из трубок. Измеренное значение температуры также участвует в вычислении приведенной плотности и приведенного расхода. Принцип измерения объемного расхода основан на математических вычислениях по данным прямых измерений массового расхода и плотности.

Вычисление концентрации двухкомпонентных сред осуществляется исходя из вычисленной плотности отдельных компонентов и измеренной плотности их смеси. Зная массовые и объемные доли отдельных компонентов и общий расход среды, расходомер вычисляет расходы каждого компонента. Подробное описание функции вычисления параметров двухкомпонентных сред представлено в описании.

Устройство кориолисового расходомера

Расходомер состоит из первичного преобразователя (далее — датчик )) и электронного преобразователя (ЭП).

Датчик (различные исполнения датчика представлены на рисунке 1. Исполнения датчиков расходомера ЭлМетро-Фломак) устанавливается непосредственно в трубопровод и преобразует параметры процесса в электрические сигналы, которые поступают в электронный преобразователь (ЭП). Электронный преобразователь (ЭП) производит обработку сигналов с датчика ) и выдает результат на встроенный индикатор (визуализация результатов измерения может по выбору заказчика производиться на графическом OLED или ЖКИ), обеспечивает суммирование расходов (функция — сумматор) и формирует выходные сигналы следующих типов: частотные, импульсные, дискретные, токовые (4…20мА), цифровые. Цифровые интерфейсы варьируются в зависимости от исполнения электронного преобразователя (ЭП). Кроме того, электронный преобразователь (ЭП) обрабатывает управляющие сигналы, которые поступают на дискретные входы и обеспечивает связь с внешними ведущими устройствами по цифровым интерфейсам RS-485 или HART. Электронный преобразователь (ЭП) по протоколу HART может получать показания от датчика давления измеряемой среды.

Рисунок 1. Исполнения датчиков расходомера ЭлМетро-Фломак

Компоненты электронного преобразователя (ЭП) могут быть объединены конструктивно в различных сочетаниях или выполнены отдельными модулями (см. рисунок 2. Исполнения электронных преобразователей расходомера ЭлМетро-Фломак). Одним из модулей может являться видеографический регистратор ЭлМетро-ВиЭР. Модули соединяются специальными проводами, которые входят в комплектацию расходомера. Возможные варианты компоновки электронного преобразователя описаны в руководстве по эксплуатации.

Рисунок 2. Исполнения электронных преобразователей расходомера ЭлМетро-Фломак

Технические характеристики кориолисового расходомера

Кориолисовые расходомеры ЭлМетро-Фломак предназначены для прямого измерения массового расхода, плотности, температуры жидкостей, газов, пульп, водонефтяной эмульсии, нефти, масел, взвесей, газового конденсата, растворов, сжиженных газов, сжатых газов, пищевых жидкостей и др. При этом вязкость и плотность измеряемой среды не влияет на результаты измерений.

  • Типоразмерный ряд, мм: В таблице 1. Типоразмерный ряд и диапазоны расходов жидкости, приведены номинальные значения массового расхода жидкости, значение коэффициента (kG) и предельные значения стабильности нуля для датчиков расходомера.

Таблица 1. Типоразмерный ряд и диапазоны расходов жидкости

Примечание к таблице 1: * номинальный расход соответствует перепаду давления на расходомере, равному 0,1 МПа при измерении расхода воды при температуре 20 °С.

Максимальный массовый расход газа определяется значением QMmax (G):

QMmax (G) = QMmax (F)·ρG / kG (1)

где, ρG — плотность газа при рабочих условиях, кг/м3.

В случае если рассчитанное значение QMmax (G) больше чем значение QMmax (F) из таблицы 1, то за максимальный расход газа для выбранного типоразмера принимается значение QMmax (F) из таблицы 1.

  • Расходомер имеет исполнения в зависимости от класса точности (δ0): 0,1; 0,15; 0,2 и 0,5.

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерения массового расхода (δQM (F)) и массы (δM (F)) жидкости по индикатору, частотно-импульсному и цифровым выходным сигналам:

  • ± δ0 (%), при QM (F) ≥ QT (F);
  • ±100%·Z/QM (F), при QM (F)<QT (F);

где, QT (F) — переходный расход для жидкости (см. таблицу 2), вычислямый по формуле 2.

QT (F) = 100%·Z/δ0 (2)

Пределы основной допускаемой относительной погрешности измерения массового расхода (δQM (G)) и массы (δM (G)) газа по индикатору, частотно-импульсному и цифровым выходным сигналам:

  • ±δG (%), при QM (G) ≥ QT (G);
  • ±100%·Z/QM (G), при QM (G) < QT (G);

где, QT (G) — переходный расход для газа (см. таблицу 2), вычисляемый по формуле 3;

QT (G) = 100%·Z/δG (3)

класс точности δG равен:

  • 0,35% — для класса точности δ0 = 0,1% и 0,15% Ду3 по Ду32 мм);
  • 0,5% — для класса точности δ0 = 0,1% и 0,15% Ду50 по Ду150 мм);
  • 0,5% — для класса точности δ0 = 0,2% Ду3 по Ду150 мм);
  • 0.75% — для класса точности δ0 = 0,5% Ду3 по Ду150 мм).

Таблица 2. Типоразмерный ряд и переходные расходы жидкости и газа

  • Диапазон измерения плотности: от 1 до 2000 кг/м3.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения плотности жидкости (∆ρ) по индикатору, частотно-импульсному и цифровым выходным сигналам:

  • ±1 кг/м3 – для класса точности 0,1;
  • ±2 кг/м3 – для класса точности 0,15; 0,2; 0,5;
  • ±0,3 кг/м3 – для класса точности 0,1 или 0,15, после калибровки плотности в рабочих условиях эксплуатации (процедура калибровки описана в руководстве по эксплуатации).

Пределы допускаемых значений основной относительной погрешности измерения объемного расхода (δQV) и объема (δV) жидкости по индикатору, частотно-импульсному и цифровым выходным сигналам:

  • для класса точности 0,1: δQV = δV = 0,15%;
  • для других классов точности вычисляется по формулам 4 и 5:

Погрешность измерения объемного расхода ЭлМетро-Фломак

где, ρ — плотность измеряемой среды, кг/м3.

  • Температурный диапазон измеряемой среды: от минус 60 до плюс 250 °С. Возможно специальное исполнение расходомера для сред с температурой от минус 60 до плюс 350 °С.

Пределы допускаемых значений абсолютной погрешности измерения температуры (∆T) измеряемой среды определяются по формуле 6:

∆T = ± (0,9+0,008·|t|), °С (6)

где, t — температура измеряемой среды, °С.

  • Расходомер имеет следующие выходные сигналы:

— импульсный/частотный/статусный (пассивный, 30 В, 50 мА) — 1 канал;

— частотный/статусный (пассивный, 30 В, 50 мА) — 1 канал;

— статусный (пассивный, 30 В, 50 мА) — 1 канал;

— аналоговый токовый 4-20 мА (пассивный) + протокол HART (v.5/v.7) — 1 канал;

— цифровой RS-485, протокол Modbus RTU возможностью выбора карты регистров Modbus) — 1 канал.

  • Расходомер имеет следующие входные сигналы:

— дискретные универсальные (Лог. «0»: ≤ 5 В; Лог. «1»: ≥ 5 В;) — 2 канала. Каналы могут использоваться для управления сумматорами.

  • В зависимости от исполнения расходомер может иметь локальный операторский интерфейс, включающий ЖКИ или графический OLED и емкостные кнопки для конфигурирования расходомера во взрывоопасных зонах, без снятия крышки. Конфигурирование расходомера можно производить с помощью ПО для ПК поставляемого с расходомером. Индикатор имеет возможность поворота на ±90 градусов. Возможность поворота изображения на дисплее на ±180 градусов реализована программно. Вывод информации на дисплей возможен на русском и английском языках.
  • По заказу расходомер может комплектоваться различными по типу взрывозащиты и присоединения кабельными вводами.
  • По заказу расходомер может комплектоваться различными по типу и виду взрывозащиты кабелями.
  • Температура окружающей среды. Расходомеры в исполнение с графическим OLED устойчивы к воздействию температуры окружающей среды в диапазоне от минус 40 до плюс 60 ºC. Расходомеры в исполнение с ЖКИ устойчивы к воздействию температуры окружающей среды в диапазоне от минус 20 до плюс 60 ºC.
  • Расходомеры в исполнение с термочехлом устойчивы к воздействию температуры окружающей среды в диапазоне от минус 60 до плюс 70 ºC. При температуре окружающей среды минус 60 °С температура внутри чехла сохраняется на уровне плюс (15 ± 3) °С.
  • Материалы деталей расходомера, контактирующие с измеряемой средой, указаны в таблице 3. Материалы деталей расходомера, контактирующие с измеряемой средой. Детали расходомера могут быть изготовлены из других материалы, по согласованию с производителем.

Таблица 3. Материалы деталей расходомера, контактирущие с измеряемой средой

  • Температурный диапазон измеряемой среды:

— код температурного исполнения датчика «U»: от минус 60 до плюс 100 ºС;

— код температурного исполнения датчика «S»: от минус 60 до плюс 150 ºС;

— код температурного исполнения датчика «T»: от минус 60 до плюс 250 ºС;

— специальное исполнение по согласованию с производителем: от минус 60 до плюс 350 ºС.

Допустимый диапазон температур измеряемой среды зависит от исполнения расходомера по компоновке, см. таблицу 4. Компоновка и температурные исполнения.

Таблица 4. Компоновка и температурные исполнения

Примечание: дополнительная погрешность измерения массового расхода и массы, вызываемая изменением температуры измеряемой среды и окружающей среды от температуры, при которой была проведена калибровка расходомера, не превышает ± 0,015% от номинального значения расхода на каждые 10 °С.

Рисунок 6. Типоразмерный ряд и компоновка

В зависимости от исполнения расходомера по компоновке, части расходомера могут быть конструктивно объединены (коды «I», «C») или соединяться кабелями (коды «S», «R», «RS», «V»). В случае исполнений «S», «R», «RS» измерительный модуль имеет несколько вариантов крепления измерительного модуля в соответствии с рисунком 9. Варианты крепления измерительного модуля.

  • Интегральное исполнение (код «I»). При интегральном исполнении электронный блок (ЭП), который состоит из процессорного (МП) и измерительного (ИМ) модулей, размещен на датчике. Расходомер при этом исполнении представляет единую конструкцию, см. рисунок 3. Интегральное исполнение расходомера. МП и ИМ соединены кабелем, который по заказу может быть помещен в металлорукав дя защиты от механических воздействий. Кабель поставляется в составе расходомера, подключенным к МП. Инструкция по подключению приведена в руководстве по эксплуатации. Интегральное исполнение является наиболее компактным исполнением с индикатором, клавиатурой и полным набором выходных сигналов. Но исполнение доступно не для всех датчиков (см. таблицу 6. Типоразмерные ряд и компоновка) и не позволяет работать с высокотемпературными средами (см. таблицу 4. Компоновка и температурные исполнения).

Рисунок 3. Интегральное исполнение расходомера

  • Раздельное исполнение (код «S»). При раздельном исполнении измерительный (ИМ) и процессорный (МП) модули смонтированны вместе, и размещаются отдельно от датчика ) на расстояние до 30 метров (см. рисунок 4. Раздельное исполнение расходомера). Датчик соединяется с электронным преобразователем специальным кабелем, который поставляется в составе расходомер. Характеристики кабеля, а также инструкция по установке расходомера и подключению кабеля представлены в руководстве по эксплуатации. Исполнение позволяет измерять параметры высокотемпературных сред, так как электронный преобразователь отнесен от датчика.

Рисунок 4. Раздельное исполнение расходомера

  • Выносное исполнение (код «R»). При выносном исполнении ИМ размещен на корпусе датчика. МП размещается отдельно и соединяется с ИМ 4-проводным кабелем с максимальной длиной до 100 метров (см. рисунок 5. Выносное исполнение расходомера). На стороне МП кабель заводится в клеммнуюю коробку. Стандартно кабель поставляется в составе расходомера. Для заказа доступен бронированный кабель а также кабели с улучшенными защитными свойствами изоляции. Подробное описание приведено в руководстве по эксплуатации. Имеются ограничения по температуре измеряемой среды (см. таблицу 4).

Рисунок 5. Выносное исполнение расходомера

  • Раздельно-выносное исполнение (код «RS»). При раздельно-выносном исполнении (см. рисунок 6. Раздельно-выносное исполнение) все части расходомера размещаются отдельно. ИМ соединяются с датчиком специальным кабелем, который поставляется в составе расходомера. Максимальная длина кабеля 30 метров. Характеристики кабеля приведены в руководстве по эксплуатации. МП соединяется с ИМ 4-проводным кабелем, который стандартно поставляется в составе расходомера. Максимальная длина кабеля 100 метров. Для заказа доступен бронированный кабель, а также кабели с улучшенными защитными свойствами изоляции, см. руководство по эксплуатации. Исполнение позволяет работать с высокотемпературными средами и одновременно установить МП с дисплеем и кнопками в более удобное для настройки и контроля место (на расстояние до 130 метров).

Рисунок 6. Раздельно-выносное исполнение

  • Компактное исполнение (код «C»). В этом исполнение отсутствует разделение ЭП на измерительный и процессорный модули (см. рисунок 7. Компактное исполнение расходомера). ЭП располагается в корпусе без индикатора и клавиатуры, размещенном на датчике. Исполнение является наиболее компактным.

Рисунок 7. Компактное исполнение расходомера

  • Компактное исполнение с видеографическим регистратором ЭлМетро-ВиЭР (код «V»). Исполнение (см. рисунок 8. Исполнение с видеографическим регистратором) отличается от компактного наличием видеографического регистратора ЭлМетро-ВиЭР-М7, который выполняет функции архивирования и отображения результатов измерения, формирования выходных сигналов расходомера и т.д. Входные цепи вторичной аппаратуры подключаются к выходным цепям регистратора. Исполнение позволяет отнести регистратор индикатором и клеммами для подключения к выходным сигналам расходомера) на расстояние до 500 метров от датчика.

Рисунок 8. Исполнение с видеографическим регистратором

Рисунок 9. Варианты крепления измерительного модуля

  • Избыточное давление измеряемой среды, не более: 4,0 МПа; 10,0 МПа; 16,0 МПа; 25,0 МПа с технологическим подключением по ГОСТ, ANSI, DIN и другим стандартам, по согласованию с производителем.
  • В расходомере реализована функция компенсации влияния давления измеряемой среды на показания расхода и плотности с захватом давления с датчиков по HART протоколу. Подробное описание функции представлено в руководстве по эксплуатации.
  • Расходомер измеряет параметры как прямых, так и обратных (реверсивных) потоков.
  • Расходомер имеет функцию детектирования воздушных пробок, подробное описание функции представлено в руководстве по эксплуатации.
  • В расходомере реализована возможность выбора карты регистров (функция предназначена для замены импортных расходомеров).
  • Расходомер имеет функцию отсечки по расходу и плотности. Функция предназначена для защиты от ошибочного учета расхода при гидравлических ударах и нежелательных кратковременных флуктуациях потока.
  • Расходомер работает при двух вариантах напряжения питания. Варианты питания расходомеров представлены в таблице 5.
  • Встроенный блок питания обеспечивает автоматическое переключение вышеуказанных режимов питания. Потребляемая мощность расходомеров не превышает 12 В·А.

Таблица 5. Варианты питания расходомеров

  • Электрическая изоляция между электрическими цепями питания электронного преобразователя, с одной стороны, и корпусом, всеми другими входными и выходными цепями модуля процессора или электронного преобразователя в целом исполнении по компоновке «S»), с другой стороны, при температуре (20±5) ºС и относительной влажности 30-80% выдерживает напряжение переменного тока 1500 В (среднеквадратичное значение) частотой от 50 до 60 Гц в течение 1 мин.
  • Электрическая изоляция между независимыми электрическими цепями (кроме цепи питания) электронного преобразователя, а также между этими цепями и корпусом при температуре (20±5) ºС и относительной влажности 30-80% выдерживает напряжение переменного тока 500 В (среднеквадратичное значение) частотой от 50 до 60 Гц в течение 1 мин.
  • Электрическое сопротивление изоляции между независимыми электрическими цепями расходомеров, а также между этими цепями и корпусом не менее:

— при нормальных климатических условиях: 40 МОм;

— при верхнем значении температуры (плюс 60 ºС): 10 МОм;

— при повышенной влажности (95%): 5 МОм.

  • Расходомер по защищенности от воздействия окружающей среды (пыли и воды) соответствуют исполнению по ГОСТ 14254:

- IP67: датчик;

- IP65: электронный преобразователь.

  • Межповерочный интервал: 4 года.
  • Надежность в условиях и режимах эксплуатации, установленных в технических условиях, характеризуется следующими значениями:

— средняя наработка на отказ: не менее 60000 ч;

— среднее время восстановления: не более 8 ч;

— средний срок службы: не менее 12 лет.

  • Расходомеры в транспортной таре являются прочными к воздействию вибрации по группе F3 согласно ГОСТ Р 52931-2008.
  • Расходомеры в транспортной таре являются прочными к воздействию температуры в диапазоне от минус 50 исполнении без индикатора или с индикатором OLED) или от минус 30 исполнении с ЖКИ) до плюс 70 ºС.
  • Расходомеры в транспортной таре являются прочными к воздействию относительной влажности воздуха до 95% при температуре плюс 35 ºС.
  • Обеспечение взрывозащищенности:

Датчик ) имеет взрывозащиту вида «искробезопасная электрическая цепь уровня „ia“ по ГОСТ Р 30852.10. Маркировка взрывозащиты датчика ) определяется его температурным исполнением:

  • исполнение «U» — 0ExiaIIBT4X;
  • исполнение «S» — 0ExiaIIBT3X;
  • исполнение «T» — 0ExiaIIBT1X.

Измерительный модуль (ИМ) имеет взрывозащиту вида «взрывонепроницаемая оболочка» по ГОСТ Р 30852.1, выходная «искробезопасная электрическая цепь уровня „ia“ по ГОСТ Р 30852.10. Маркировка взрывозащиты измерительного модуля (ИМ):

  • 1Exd[ia]IIBT6X.

Процессорный модуль (МП) имеет взрывозащиту вида «взрывонепроницаемая оболочка» по ГОСТ Р 30852.1. Маркировка взрывозащиты процессорного модуля (МП):

  • 1ExdIIBT6X.

Масса:

  • Масса датчика ) не превышает значений, приведенных в таблице 7. Масса датчиков.
  • Масса измерительного модуля (ИМ) не превышает 1,5 кг.
  • Масса процессорного модуля (МП) не превышает 5 кг.

Таблица 7. Масса датчиков

  • Комплект поставки

В базовый комплект поставки кориолисового расходомера ЭлМетро-Фломак входит: расходомер (1 шт.), паспорт (1 шт.), руководство по эксплуатации (1 шт.), методика поверки (1 шт.), комплект монтажных частей (1 шт.), компакт-диск с программным обеспечением и другой информацией (1 шт.), упаковка (1 шт.). По требованию заказчика в базовый комплект поставки может входить комплект дополнительных кабелей и кабельных вводов, в соответствии с кодом заказа (см. приложение А, руководство по эксплуатации).

В дополнительный комплект поставки могут входить: видеографический регистратор ЭлМетро-ВиЭР, модуль ввода вывода ЭлМетро-МВВ, источник питания ЭлМетро-ИПТ, HART/RS485-USB модем ЭлМетро-808М, преобразователь интерфейсов USB/RS-485 и др.

  • Установка кориолисового расходомера на трубопровод осуществляется по правилам, указанным в руководстве по эксплуатации.
  • Габаритные и присоединительные размеры кориолисового расходомера представлены в приложениях А и Б, руководства по эксплуатации.
  • Подключение кориолисового расходомера к внешним устройствам приведено в приложении В, руководства по эксплуатации.
  • Гарантийные обязательства – 12 месяцев со дня ввода в эксплуатацию и 18 месяцев со дня отгрузки расходомера с завода изготовителя.

Применение кориолисового расходомера ЭлМетро-Фломак

Область применения кориолисовых расходомеров: автоматические системы управления технологическими процессами (АСУТП), системы слива/налива нефтепродуктов, дозирования реагентов и гигиенических жидкостей, наполнения резервуаров, добычи и транспортировки нефтепродуктов, автоматизированные групповые замерные установки (АГЗУ), поверочные установки, системы смешивания пищевых продуктов, системы управления подачи горючих смесей энергетических установок, автоматизированные системы учета топливного газа, автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС), установки переработки газового конденсата, системы непрерывного экологического мониторинга уходящих газов, в том числе попутного нефтяного газа (СМУГ), установки комплексной подготовки газа (УКПГ) и др.

Основные отрасли промышленности: нефте- и газодобывающая, химическая, энергетическая, машиностроительная, металлургическая, целлюлозно-бумажная, пищевая и др.