газовые ультразвуковые расходомеры на большие ду

Когда говорят про газовые ультразвуковые расходомеры на большие ду, многие сразу представляют себе магистральные трубопроводы с огромным давлением. Но на практике, особенно в распределительных сетях и на промпредприятиях, часто возникает потребность в точном учете на больших диаметрах, но при относительно умеренных давлениях — скажем, от 60 кПа до 1.6 МПа. Вот тут и начинаются нюансы, которые в каталогах не всегда видны.

От диаметра к точности: где кроется подвох

Взял как-то проект по замене турбинных счетчиков на ультразвуковые на узле учёта газа для котельной. Труба DN300, давление в районе 0.6 МПа. Казалось бы, стандартная задача. Но заказчик хотел сохранить точность на минимальных расходах, близких к 10% от Qmax. Турбинники там просто молчали, а ультразвук, в теории, должен был справиться. Теория теорией, но при монтаже вылезла первая проблема — требования к прямым участкам до и после расходомера. Для DN300 они, по паспорту, могли доходить до 30D до и 10D после. На существующем участке такой роскоши не было. Пришлось договариваться на установку дополнительных калибровочных прямых вставок, что удорожило и усложнило монтаж.

Здесь стоит отметить, что не все производители одинаково подходят к этому вопросу. Некоторые, особенно европейские, очень строги к условиям установки. Другие, например, китайские производители, которые активно развивают это направление, часто предлагают более гибкие алгоритмы коррекции потока, позволяющие несколько сократить эти расстояния. Но гибкость алгоритма — палка о двух концах. С одной стороны, удобство монтажа, с другой — риск увеличения погрешности в неидеальных условиях. В случае с той котельной мы в итоге остановились на оборудовании от ООО ?Чжэцзян Сапфир Приборная Технология? (сайт — https://www.zjlbs.ru). В их линейке как раз были газовые ультразвуковые расходомеры на DN300, и в технической документации честно прописывалась возможность работы при сокращенных прямых участках с соответствующей, конечно, поправкой к заявленной точности. Это честный подход.

И вот ещё что. При больших диаметрах критически важна калибровка. Заводская калибровка на поверочных стендах — это одно. Но она часто проводится на идеально ламинарном или усредненном турбулентном потоке. А в реальной трубе DN400 или DN500 после двух отводов под 90 градусов профиль скорости может быть сильно искажен. Поэтому для ответственных узлов мы всегда закладывали бюджет на натурную калибровку или верификацию расхода другими методами уже после монтажа. Это не дешево, но позволяет спать спокойно.

Давление — не только цифра в паспорте

Часто вижу в спецификациях: диапазон давлений от низкого до высокого. Например, как у ?Сапфир? — от 60 кПа до 10 МПа. Это широкий охват, но для больших диаметров ключевым часто становится нижняя граница. Почему? Потому что при большом сечении трубы и низком давлении (та же распределительная сеть перед ГРП) скорость потока может быть очень мала. А ультразвуковой метод, особенно время-импульсный, имеет порог чувствительности.

Был опыт на газопроводе DN500, где рабочее давление плавало от 80 кПа до 120 кПа. Установили, как тогда казалось, хороший ультразвуковой расходомер. А он на ночных минимумах начинал ?терять? сигнал, данные шли с большим разбросом. Оказалось, что при таком сочетании большого диаметра и низкого давления акустический сигнал сильно затухал, и электроника с трудом его детектировала. Производитель потом объяснил, что для таких режимов нужны преобразователи с большей мощностью излучения и более чувствительными пьезоэлементами. Это была наша ошибка — не углубились в спецификацию датчиков, смотрели только на общие параметры расходомера.

Теперь при подборе всегда отдельно уточняю минимальную измеряемую скорость потока для конкретного типоразмера и давления. Компания ?Сапфир? в этом плане дает четкие графики или таблицы зависимости, что удобно. Их ультразвуковые расходомеры на DN400-DN600, которые мы позже применяли на аналогичных объектах, были уже в исполнении, оптимизированном для низкоскоростных потоков. Видно, что они этот нюанс проработали.

Монтаж: теория против реальности цеха

Все знают, что преобразователи нужно ставить строго по разметке, под определенным углом. На трубе DN80 это упражнение для сантехника. На трубе DN600, висящей на эстакаде в пяти метрах от земли — это уже задача для промышленных альпинистов с лазерным теодолитом. Точность установки угла ввода акустического луча критична. Малейший перекос — и путь сигнала удлиняется, время пролета меняется, вносится систематическая погрешность.

Один из самых запоминающихся случаев — монтаж на DN450 в цеху химического завода. Труба старая, с легкой овальностью. Приварочные патрубки (ниппели) под преобразователи приварили, вроде, ровно. Но когда приехали устанавливать сами датчики, оказалось, что оси патрубков не совсем параллельны. Разница в пару градусов. Пришлось срочно фрезеровать посадочные плоскости под углом, чтобы компенсировать этот перекос. Хорошо, что корпуса преобразователей у той модели позволяли такую регулировку. Не у всех она есть. Теперь в ТЗ всегда включаем пункт о проверке соосности патрубков геодезическими методами перед установкой дорогостоящих сенсоров.

И да, вес. Преобразователь для трубы DN600 — это не маленькая пробка. Это здоровенная болванка из нержавейки с электроникой внутри, весом под 15-20 кг. Плюс монтажная арматура. Кронштейны, опоры — всё должно быть рассчитано. Однажды видел, как монтажники для экономии времени повесили такой датчик на приварной патрубок без дополнительной поддержки. Через полгода от вибраций в патрубке пошла трещина. Хорошо, что заметили до утечки.

Электроника и ?долгоигрательность?

Сердце любого ультразвукового расходомера — его вычислительный модуль. На больших диаметрах потери от неточного учета — огромные. Поэтому надежность и стабильность электроники — не пустые слова. Раньше часто сталкивался с проблемой дрейфа нуля. Особенно в первые недели после запуска. Прибор вроде откалиброван, на нулевом потоке показывает ноль. Через месяц, особенно после перепадов температуры, появляется небольшое, но устойчивое показание при закрытой задвижке. Для бытового счетчика это мелочь, для магистрали на DN500 — уже тонны газа в месяц ?на ровном месте?.

Современные процессоры и алгоритмы стали лучше. Многие модели, включая те, что представлены на zjlbs.ru, используют непрерывную самодиагностику и автоматическую коррекцию нуля. Но важно понимать, как это реализовано. Хороший признак — наличие ?жесткого? режима диагностики, когда прибор при обнаружении несоответствий в сигнале не пытается его интерполировать, а выдает четкий статус ошибки. Это лучше, чем тихое накопление погрешности.

Ещё момент — источник питания и защита от помех. На промплощадке сеть ?грязная?, наводки от силового оборудования, частотных приводов. Блок электроники должен быть в металлическом экранированном корпусе, с качественными фильтрами по цепям питания и сигнальным линиям. Один раз сэкономили на этом, поставили расходомер в пластиковом кейсе — он периодически ?зависал? при запуске соседнего компрессора. Пришлось переделывать.

Интеграция и данные: не только импульсы на выходе

Сегодня мало кого устроит просто снимать показания раз в месяц. Нужна интеграция в АСУ ТП, удаленный мониторинг, архивирование данных. Для газовых ультразвуковых расходомеров на большие диаметры это особенно актуально, так как они часто стоят на ключевых узлах.

Здесь важно смотреть на коммуникационные возможности. Стандартные аналоговые выходы 4-20 мА — это хорошо, но они несут только информацию об основном расходе. А хочется еще и давление, температура, статус ошибок, диагностические параметры (например, уровень принимаемого сигнала). Поэтому предпочтение отдаем приборам с цифровыми интерфейсами: Modbus RTU, HART, а в последнее время все чаще — Ethernet или даже беспроводные протоколы. В продуктовой линейке, которую предлагает ООО ?Чжэцзян Сапфир Приборная Технология?, этот момент учтен, есть варианты с разными протоколами обмена.

Но и тут есть нюанс. Установили мы как-то расходомер с отличным, на бумаге, Modbus-интерфейсом. А SCADA-система заказчика работала со специфическим драйвером. Оказалось, что mapping регистров (адресация данных) в приборе нестандартный. Пришлось неделю возиться с программистами, чтобы написать кастомный драйвер. Теперь в ТЗ всегда прикладываем требования к протоколу обмена и тестовую конфигурацию для проверки до отгрузки.

И последнее — данные для поверки. Современные приборы хранят в памяти журналы работы, параметры настройки. При поверке это сильно упрощает жизнь метрологам. Убедился, что наличие встроенного журнала событий (срабатывание диагностик, отключения питания) — не роскошь, а необходимость для анализа спорных ситуаций по объемам.

Вместо заключения: подбор — это компромисс

Так что, возвращаясь к теме больших диаметров. Идеального расходомера нет. Выбор — это всегда поиск компромисса между точностью, ценой, условиями монтажа и долгосрочной стабильностью. Ключевое — понимать реальные условия на объекте, а не брать ?то, что в каталоге стоит на первой странице?.

Опыт с разными производителями, включая сотрудничество с ?Сапфир?, показал, что для российских условий (имею в виду и климат, и состояние части инфраструктуры) важна не только паспортная точность, но и живучесть, ремонтопригодность, а также техническая поддержка, которая быстро даст внятный ответ по нештатной ситуации. Потому что когда на кону учет на DN600, вопросы решать нужно оперативно.

Самый главный совет, который могу дать исходя из своей практики: не экономьте на инжиниринге на стадии подбора. Лучше потратить время на сбор всех исходных данных (реальные профили расхода, точные параметры среды, план участка трубы с арматурой), проконсультироваться с инженерами производителя, и даже запросить предварительный расчет погрешности для ваших условий. Это убережет от многих проблем после монтажа. А ультразвуковые расходомеры при грамотном применении — мощный и точный инструмент, особенно там, где другие методы уже не справляются.