Импульсные трубки для датчиков давления. Дополнительное оборудование. Соединения для импульсных трубок
Специалисты компании Yokogawa разработали функции, диагностирующие засорение и контролирующие систему обогрева импульсных трубок, специально для датчиков давления серии EJX. В настоящей статье представлено описание усовершенствованных диагностических функций с цифровой связью по протоколам FOUNDATION Fieldbus и HART.
ООО «Иокогава Электрик СНГ», г. Москва
Введение
Предполагается, что контрольно-измерительные приборы должны быть оснащены диагностическими функциями, позволяющими предупреждать нештатные условия протекания процесса и, кроме того, должна быть предусмотрена возможность их расширения. Диагностическая информация на основе различных параметров физического процесса, измеряемых приборами, и дальнейшее ее использование позволяют пользователю уменьшить объем текущего технического обслуживания и таким образом снизить затраты на его проведение. Контрольно-измерительные приборы с усовершенствованными диагностическими функциями расширяют возможности по управлению операциями технологических процессов и уменьшают затраты на техническое обслуживание (1).
Датчики давления серии EJX производства компании Yokogawa диагностируют засорение в импульсных трубках, использующихся для передачи давления технологической среды в датчик, и выполняют мониторинг состояния системы обогрева импульсных трубок в узлах подсоединения к технологическому оборудованию. Первая функция – обнаружение засорения в импульсных трубках – основана на использовании возникающих в трубках колебаний давления рабочей среды. Другая функция – контроль системы обогрева импульсных трубок, предназначенной для предотвращения охлаждения находящейся в трубках среды, основана на использовании температурного градиента, соответствующего тепловому сопротивлению внутри датчика. В отличие от функций самодиагностики, эти функции называются усовершенствованными диагностическими функциями датчиков давления серии EJX. На рис. 1 приведена конфигурация диагностических функций.
Рис. 1. Конфигурация диагностических функций в приборах серии EJX
В специализированных технических отчетах компании Yokogawa (2), (3) специалисты смогут изучить более детальное описание вышеперечисленных функций и принципы их работы.
Обзор усовершенствованных диагностических функций
Усовершенствованные диагностические функции датчиков давления серии EJX, предназначенных для измерения дифференциального, абсолютного и избыточного давления, а также температуры, позволяют обнаружить нештатные условия процесса посредством мониторинга состояния технологической среды с применением специальных алгоритмов, которые будут рассмотрены далее.
Обнаружение засорения в импульсных трубках
Датчики давления измеряют давление технологической среды, подводимое к ним, по импульсным трубкам. Импульсные трубки, соединяющие выходы процесса с датчиком, должны точно передавать технологическое давление. Если, например, в заполненной жидкостью трубке накапливается газ в процессе накачивания или забивается канал, возникают колебания давления, оно начинает передаваться неточно, и возрастает погрешность измерения. Поэтому необходимым условием точных измерений является возможность использования датчиков с усовершенствованными функциями определения засорения в трубках по уменьшению амплитуды колебания давления при блокировании импульсных трубок, а именно сравнением степени затухания амплитуды колебания давления с исходными значениями, полученными при измерении давления в нормальных условиях.
На рис. 2 показан типовой монтаж импульсных трубок для датчика дифференциального давления и схематичная диаграмма, дающая представление об изменении амплитуды колебания давления в нормальных условиях и при блокировке.
Рис. 2.
Монтаж импульсных трубок для датчика дифференциального давления и затухание амплитуды колебаний давления
Мониторинг состояния системы обогрева импульсных трубок
Необходимая температура пара и нагревателя, с помощью которых поддерживается температура импульсных трубок, контролируется по результатам измерения температуры фланца, определяемой на основе температур капсулы и усилителя датчика. На рис. 3 представлена типовая конструкция системы обогрева импульсных трубок, состоящая из медной трубки для пара, импульсной трубки и изоляционного материала, а на рис. 4 приведен график, по которому на основе температур капсулы и усилителя можно оценить температуру фланца.
Рис. 3.
Система обогрева импульсной трубки
Рис. 4.
Оценка температуры фланца на основе температур капсулы и усилителя
Применение усовершенствованных диагностических функций в датчиках давления серии EJX
Датчики давления серии EJX способны диагностировать блокировку импульсных трубок на стороне высокого давления, на стороне низкого давления или на обеих сторонах. Это стало возможным благодаря использованию многопараметрического кремниевого резонансного чувствительного элемента, позволяющего одновременно измерять дифференциальное давление, статическое давление на стороне высокого давления и статическое давление на стороне низкого давления (4). Поэтому датчики давления серии EJX предназначены не только для измерения дифференциального давления и определения уровня, но также и для обнаружения засорения в импульсных трубках на стороне измерения давления с использованием одного и того же принципа измерения. С их помощью можно контролировать температуру фланца любой конструктивной формы, поскольку она производится на основе температур капсулы и усилителя.
Усовершенствованные диагностические функции датчиков давления реализованы во всех моделях, поддерживающих протоколы цифровой связи FOUNDATION Fieldbus и HART. В табл. 1 приведен перечень моделей датчиков давления серии EJX и варианты обнаружения засорения для каждой из представленных моделей.
Таблица 1.
Модели серии EJX и применимые объекты обнаружения засорения
В табл. 2 приведены характеристики датчиков с усовершенствованными диагностическими функциями для двух протоколов цифровой связи FOUNDATION Fieldbus и HART. Различие наблюдается в назначении выходов диагностической сигнализации, количестве установочных параметров сигнализации и др.
Таблица 2.
Характеристики усовершенствованных диагностических функций
Обработка данных расширенной диагностики
На рис. 5 представлена последовательность действий, выполняемых при обработке данных расширенной диагностики, а в табл. 3 показаны параметры выходных данных, относящиеся к соответствующей диагностике.
Рис. 5. Алгоритм расширенной диагностики
Таблица 3.
Выход, относящийся к диагностике
Датчики давления серии EJX производства компании Yokogawa диагностируют засорение в импульсных трубках следующим образом: определяются колебания дифференциального давления, статического давления на стороне высокого давления и статического давления на стороне низкого давления с периодичностью каждые 100 мс или 135 мс и затем на основании данных выполняется статистическая обработка результатов. Для каждого периода диагностики важными характеристиками являются следующие: соотношение колебаний номинального и диагностируемого значений, а также степени блокировки, определяемой на основе корреляции флуктуаций давления. Заметим, что период диагностики можно изменить посредством соответствующей настройки.
При мониторинге состояния системы обогрева импульсных трубок с интервалом в 1 секунду выполняется определение температуры фланца на основе температур капсулы и усилителя и сравнением полученного значения с верхним и нижним пороговым значением делается соответствующая оценка.
Пока система производит оценку всех параметров, выбираются требуемые диагностируемые параметры и в соответствии с установкой выхода сигнализации выводится полученный результат диагностики.
При использовании протокола связи FOUNDATION Fieldbus диагностическая сигнализация отображается не только в значении выхода состояния, но и в выходном сигнале аналогового входа функционального блока (AI). При использовании протокола связи HART доступными выходами являются не только отсечка и переход на аварийный режим аналогового сигнала 4–20 мА, но также и контактный выход.
Ниже дается описание основных процедур, выполняемых при диагностировании засорения в импульсных трубках и мониторинге состояния системы обогрева импульсных трубок.
Алгоритм диагностики блокировки импульсных трубок
Основным этапом процесса диагностики засорения импульсных трубок является мониторинг колебаний давления. Блокировка определяется путем сравнения значений колебания давления текущего процесса с номинальным значением, соответствующим давлению рабочего состояния. В основном при высоких значениях дифференциального и статического давления значения колебаний также высоки, поэтому процесс обнаружения блокировки является стабильным. Однако если производится измерение уровня или давления высоковязкой технологической среды с коэффициентом вязкости более 10 сСт или измеряемой средой является газ, то необходимо учесть, что значения колебаний давления не должны быть высокими, чтобы не возникла ошибка измерения.
Диагностика блокировки выполняется в следующей последовательности: установление номинальных значений, моделирование ситуации с подтверждением обнаружения засорения и обнаружение блокировки в реальных условиях. Моделирование ситуации блокировки трубок выполняется с помощью трехвентильного манифольда или запорного вентиля, смонтированных на импульсных трубках.
При этом номинальные значения колебания давления достаточно велики. Для выполнения диагностики необходимо выбрать минимальный предел значения колебания давления. Диагностика будет возможна только в том случае, если значения колебаний давления превысят заданный минимальный предел.
Настройка параметров диагностических функций выполняется с использованием программных пакетов Integrated Device Management Software Package PRM (Plant Resource Manager) и Versatile Device Management Wizard FieldMate разработки компании Yokogawa (5), (6).
Алгоритм мониторинга состояния системы обогрева импульсных трубок
Поскольку температура фланца определяется на основе температур капсулы и усилителя датчика, необходимо определить соответствующий коэффициент для ее расчета.
Для этого до выполнения процедуры диагностики требуется нагреть фланец и измерить его температуру. После этого в приборе устанавливаются полученный коэффициент, а также пороговые значения сигнализации при высокой и низкой температурах.
Алгоритм выбора оповещений сигнализации
На рис. 6 представлена схема выбора сигнализаций для датчиков давления с типом связи по протоколу HART. Полученные результаты диагностики блокировки и ошибка температуры фланца сохраняются в параметре Diag Error, а выходные данные и отображение результатов определяются параметром Diag Option.
Рис. 6. Сигнализация (для цифровой связи по протоколу HART)
При использовании протокола связи FOUNDATION Fieldbus результаты диагностики содержатся в параметре DIAG_ERR, а выходные данные определяются параметром DIAG_OPTION.
Графический интерфейс (GUI) для расширенной диагностики
Менеджер устройства Device Type Manager (DTM) программного обеспечения FieldMate оснащен специальным пользовательским интерфейсом, приведенным на рис. 7, с помощью которого устанавливаются и контролируются различные параметры датчиков. Интерфейс GUI упрощает получение номинального значения при диагностике блокировки и коэффициента температуры фланца, а также облегчает выбор защиты сигнализации.
Рис. 7. Пример интерфейса системы
Значения колебаний давления и степень блокировки можно наблюдать и контролировать во вкладках окон (Device Viewer) программного обеспечения FieldMate. На рис. 8 приведены примеры этих вкладок. Изменения диагностических данных, происходящие при повороте вентиля, могут быть наглядно представлены во время модулирования засорения, выполняемого при настройке диагностики блокировки.
Рис. 8.
Примеры экранов диагностической информации и изменения информации в программе просмотра устройств (Device Viewer)
Заключение
Архивирование диагностической информации, полученной в результате использования устройств, описанных в статье, и дальнейший ее анализ позволяют осуществлять точную диагностику и контролировать технологические процессы. Это выполняется за счет применения датчиков давления серии EJX и программного пакета интегрированного управления устройствами (Integrated Device Management Software Package PRM (Plant Resource Manager)) компании Yokogawa.
В связи с возросшим в последнее время объемом различных операций технологического процесса на производстве требуются контрольно-измерительные приборы с усовершенствованными диагностическими функциями, обеспечивающими улучшение функциональных свойств и точности измерений. Продукция компании Yokogawa не только отвечает всем вышеперечисленным требованиям, но также дает возможность осуществления решений высочайшего уровня.
Для получения потоков газа со сверх- и гиперзвуковыми скоростями, в которой истечение рабочего газа происходит из замкнутого объёма форкамеры. В дозвуковой части сопла устанавливается диафрагма (см. рис.), отделяющая форкамеру от газодинамического тракта трубы. Форкамера наполняется сжатым газом, в остальные элементах трубы создаётся разрежение (101 Па). В результате мощного электрического разряда конденсаторной батареи или индуктивного накопителя в форкамере происходит нагрев рабочего газа, его температура и давление повышаются до значений T 0 ≈(35)*10 3 К и p 0 ≈(23)*10 8 Па. После этого диафрагма разрывается, а газ устремляется через сопло в рабочую часть и далее в вакуумную ёмкость. Истечение газа сопровождается падением давления и температуры в форкамере как из-за расширения газа, так и из-за тепловых потерь в стенки трубы, но в рабочей части в течение рабочего режима практически не изменяется во времени и определяется главным образом отношением площадей выходного и критического сечений сопла. Длительность рабочего режима (импульса отсюда название) в И. т. составляет 50100 мс, что достаточно для проведения различного рода аэродинамических испытаний.
Малое время воздействия плотного высокотемпературного газа на элементы трубы и модель снимает жёсткие ограничения на используемые материалы конструкций трубы и модели и измерительную аппаратуру, избавляет от применения сложных систем охлаждения и тем самым существенно упрощает и удешевляет проведение экспериментов.
В И. т. удаётся получать очень большие Рейнольдса числа, поэтому И. т. позволяют проводить испытания моделей летательных аппаратов в условиях, близких к натурным. Однако нестационарность течения и загрязнение газового потока продуктами разрушения электродов и стенок форкамеры ограничивают возможности И. т.
А. Л. Искра.
Энциклопедия «Авиация». - М.: Большая Российская Энциклопедия . Свищёв Г. Г. . 1998 .
Смотреть что такое "импульсная труба" в других словарях:
Импульсная труба - аэродинамическая труба для получения потоков газа со сверх и гиперзвуковыми скоростями, в которой истечение рабочего газа происходит из замкнутого объёма форкамеры. В дозвуковой части сопла устанавливается диафрагма, отделяющая форкамеру от… … Энциклопедия техники
Схема импульсной трубы. импульсная труба аэродинамическая труба для получения потоков газа со сверх и гиперзвуковыми скоростями, в которой истечение рабочего газа происходит из замкнутого объёма форкамеры. В дозвуковой части сопла… … Энциклопедия «Авиация»
магнитно-импульсная сварка - Сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызнанного воздействием импульсного магнитного поля. [ГОСТ 2601 84] [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС… … Справочник технического переводчика
Магнитно-импульсная сварка - 46. Магнитно импульсная сварка Сварка с применением давления, при которой соединение осуществляется в результате соударения свариваемых частей, вызнанного воздействием импульсного магнитного поля Источник: ГОСТ 2601 84: Сварка металлов. Термины и …
ГОСТ Р ИСО 857-1-2009: Сварка и родственные процессы. Словарь. Часть 1. Процессы сварки металлов. Термины и определения - Терминология ГОСТ Р ИСО 857 1 2009: Сварка и родственные процессы. Словарь. Часть 1. Процессы сварки металлов. Термины и определения оригинал документа: 6.4 автоматическая сварка: Сварка, при которой все операции механизированы (см. таблицу 1).… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 23769-79: Приборы электронные и устройства защитные СВЧ. Термины, определения и буквенные обозначения - Терминология ГОСТ 23769 79: Приборы электронные и устройства защитные СВЧ. Термины, определения и буквенные обозначения оригинал документа: 39. π вид колебаний Ндп. Противофазный вид колебаний Вид колебаний, при котором высокочастотные напряжения … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Импульсные трубки являются вспомогательным оборудованием, используемым с контрольно-измерительными приборами рабочей среды трубопровода – преобразователями, манометрами, датчиками давления/разрежения. Монтаж приспособления осуществляется на технологический трубопровод. Допускается подключение к некоторым аппаратам автоматизированной системы. Температура рабочей среды снижается до уровня, необходимого для взаимодействия с измерительным оборудованием. Способствует понижению всплесков давления, устраняет вибрацию.
Предусматривается два варианта конструкции импульсных трубок для присоединения к трубопроводу – резьбовая и сварная. Благодаря данному приспособлению повышается устойчивость контрольно-измерительных устройств к воздействию неблагоприятных климатических условий, агрессивных рабочих сред. Широко используется на участках теплосетей, в составе оборудования тепловых пунктов.
Импульсные трубки отводят давление, обеспечивают соединение устройств, регулирующих давление и расход рабочей среды, с импульсной линией. Считаются доступным способом проведения измерений среды с высокой температурой (если измерительное и регулирующее оборудование не рассчитано на работу с высокотемпературными жидкостями).
Эффективность приспособления определяется длиной – 1 метра достаточно для снижения температуры на 80 градусов. Распространенные материалы изготовления – медь, сталь. Таблица зависимости размеров импульсных трубок от материала:
Одним концом трубка подсоединяется к трубопроводу или аппарату с рабочей средой, другим – к измерительному устройству. Резьба стороны подключения к источнику давления - G1/2, стороны подключения к датчику – согласно резьбе датчика.
Выбор импульсной трубки полностью определяется условиями эксплуатации и запланированными соединениями. Предлагаются варианты с внутренней и внешней резьбой, с различной длиной. Типовые медные модификации способны работать с системами, имеющими давление в пределах 87 бар (допустимое давление на участках с фитингами – 30 бар), удобны для монтажа. Мягкость материала позволяет придать приспособлению нужную форму и проложить трубку к стационарно размещенному контролирующему прибору (без использования дополнительных инструментов).
Стандартная длина трубки – метр, возможно изготовление модификаций любой длины, с любыми вариантами соединения. Приобретение устройства возможно, даже если неизвестна требуемая длина. Покупается труба заведомо большей длины (с подготовленными соединениями на концах), при монтаже обрезаются излишки, разрезы фиксируются зажимными фитингами.
