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.

Группа компаний (ГК) «Теплоприбор» (Теплоприборы, Промприбор, Теплоконтроль и др.) - это приборы и автоматика для измерения, контроля и регулирования параметров технологических процессов (расходометрия, теплоконтроль, теплоучёт, контроль давления, уровня, свойств и концентрации и пр.).

По цене производителя отгружается продукция как собственного производства, так и наших партнёров - ведущих заводов - производителей КИПиА, аппаратуры регулирования, систем и оборудования для управления технологическими процессами — АСУ ТП (многое имеется в наличии на складе или может быть изготовлено и отгружено в кратчайшие сроки).

Петлевая трубка Перкинса

Трубка Перкинса — это стальная петлевая импульсная трубка , предназначенная для монтажа, защиты прибора и отбора давления неагрессивных жидкостей, газов и пара. Трубка Перкинса (петлевая импульсная трубка) используется для защиты контрольно-измерительного прибора (манометра, датчика) от сильного нагрева — перегрева (путем охлаждения измеряемой среды в сифоне), а также для гашения гидроударов (за счет компенсирующей петли сифона, демпфирующей пульсации гидравлического удара). Петлевые импульсные трубки Перкинса (отводы прямые и угловые сифонные) являются самым экономичным вариантом для защиты и подключения приборов измерения давления на всех типах трубопроводов.

Стоимость импульсной петлевой трубки Перкинса зависит от материала, конструктивного исполнения, вида резьбы и пр.,
например, цена базового исполнения (прямая, Сталь 20, низ под приварку) — от 295 рублей*

Основные технические характеристики петлевых импульсных трубок Перкенса

Конструктивное исполнение:
— прямое (для монтажа на горизонтальном трубопроводе)
— угловое (для монтажа на вертикальном трубопроводе)
угловые без плеча, с плечом в сторону петли или от петли.

Номинальное рабочее давление:
для Ст.20 до 250бар (25МПа),
для 12Х18Н10Т (нержавейка) до 40МПа.

Максимальная рабочая температура до 300C.

Диаметр: импульсной трубки 14х2 мм, петли — обычно 85 мм (наиболее распространенная длина 360мм).

Виды присоединения Перкинса к процессу / к прибору:
— внутренняя / наружная резьба W-Z (гайка/штуцер)
— внутренняя / внутренняя резьба W-W (гайка/гайка)
— под приварку / резьба (вну/вне)
Исполнение под приварку возможно с усилением и без.

Тип резьбы: трубная дюймовая G1/2 или метрическая М20х1,5.

Материал:
конструкционная сталь Ст.20 (окрашанная или с антикоррозионным гальваническим покрытием до 200С), сталь 09Г2С или нержавеющая сталь 12Х18Н10Т(до 450С).

В случае, когда температура рабочей среды превышает 90 0 С, используется импульсная трубка с петлей (сифонная конструкция). Благодаря использованию компенсирующей петли, приборы защищаются от пульсаций измеряемой среды, гидравлического удара и перегрева. В зависмости от расположения трубопровода выбирают прямое или угловое исполнение Перкинса.

Петлевые импульсные (сифонные) трубки Перкинса обычно изготавливаются из сталей: Ст.20, 09Г2С, 12Х18Н10Т, 12Х1МФ, 10Х17Н13М2Т. Варианты присоединения к прибору: штуцер/гайка с различными резьбами — М20х1,5; G1/2; NPT1/2; К1/2; R1/2 и прочие. Варианты присоединения к процессу: под приварку, усиление под приварку, штуцер/гайка с различными резьбами — М20х1,5; G1/2; NPT1/2; К1/2; R1/2 и прочие.

Эффективность применения сифонного устройства для контроля давления пара, обеспечивается эффектом конденсации охлажденного пара в перегибах сифона.

Дополнительная информация

Отборное устройство давления – это монтажный элемент, с помощью которого осуществляется присоединение контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации к трубопроводам, газоходам, воздуховодам, технологическому оборудованию, коммуникациям и т.п.
Простейшее отборное устройство давления — это сборка сифонной импульсной трубки с запорным устройством (краном, клапаном или вентилем).

Вспомогательное оборудование и защитно-монтажная арматура для монтажа, правильной эксплуатации и защиты приборов контроля давления (манометров, вакуумметров, мановакуумметров, датчиков-реле, преобразователей и других.).

Монтажно-подводящая арматура для манометров, вакуумметров и мановакуумметров:
1. Монтажная арматура: отборные устройства - ОУ: бобышки (адаптеры вварные), отводы прямые и угловые (в т.ч. петлевые трубки Перкенса) или импульсные трубки (линии) медные и стальные.
2. Краны манометровые (до 16/25бар) или клапаны/клапанные блоки (свыше 2,5МПа), клапаны нажимные и предохранительные.
3. Прокладки/уплотнения медные, фторопластовые, паранитовые, резиновые и др.
4. Переходники М20/12 - G1/2/G1/4 (наружняя/внутренняя резьба), муфты, бочонки (материал сталь, латунь, нержавейка).
5. КМЧ – комплект монтажных частей (обычно: монтажный фланец (задний или передний), скоба, кронштейн, крепеж).
6. КПЧ – комплект присоединительных частей (обычно: фланцы, штуцера, гайки-М20х1,5/G1/2, ниппели (сталь, нерж.), крепеж, уплотнения).

Защитно-разделительные устройства:
1. Защитные устройства: демпферы (гасители пульсаций гидроударов, юза), охладители (отводы-радиаторы), разделители мембранные РМ, капиллярные линии и соединительные рукава мод-55004.
2. Защитные кожухи. Монтаж в специальные утепляющие пожаробезопасные влагозащитные шкафы и чехлы, применение спец. обогревателей.

Запчасти и Принадлежности - ЗиП:
1. Указатель рабочего давления (стрелка-ябедник).
2. Жидкости для заполнения системы «Прибор-Разделитель мембранный -Рукав соединительный», вид жидкости подбирается в зависимости от температуры и вида контролируемой среды (например для пищевых производств и т.п.)..
3. Запчасти и Принадлежности - ЗиП (механизмы, стрелки, циферблат/шкалы и т.п.).

Copyright © 2015-2018 все права и текст защищены,
текст зашифрован, копирование отслеживается и преследуется ; авт.-ФМВ;.
Официальный сайт ГК Теплоприбор — производство и продажа КИПиА: Приборы контроля давления (преобразователи(датчики) давления, реле, манометры, дифманометры, напоромеры), дополнительное оборудование и монтажно-запорная арматура к ним (отборные устройства, импульсные трубки (линии), краны/клапаны и пр.). См. техническое описание/характеристики, прайс-лист (оптовая цена), каталог, форму заказа (как выбрать, заказать и купить) отборные устройства и тр. Перкенса по цене производителя, уточнить наличие на складе в Москве или срок изготовления. Доставка/отгрузка ТК (Деловые Линии и другими) по всей территории РФ.

Цена: от 295 руб.

Наличие на складе: В наличии*

* На складе в Москве имеются в наличии петлевые (сифонные) импульсные трубки Перкинса (прямые или угловые) только в стандартном (базовом) исполнении; при отсутствии в наличии, специальных исполнений плановый срок производства составит 10-15 рабочих дней или могут быть предложены недорогие аналоги, имеющиеся в наличии.

Все цены на петлевые (сифонные) импульсные трубки Перкинса (прямые или угловые) указаны в рублях (см. общий прайс-лист) без учета налога (НДС=18%), стоимости доп. опций и оборудования, тары-упаковки, расходов на отгрузку и/или доставку, в расчете на оптовый заказ (при крупных оптовых партиях и на проектные заказы цена формируется индивидуально, исходя из объема партии, достигнутых договоренностей и адреса объекта).

ВНИМАНИЕ! Будьте осторожны при выборе поставщика - на российском рынке запорно-регулирующей арматуры и отборных устройств давления имеются дешевые некачественные петлевые импульсные трубки Перкинса: аналоги, подделки и неликвиды, лишенные должного сервиса, гарантии; поэтому, возможно даже имеющие более низкою цену, чем оригинальные изделия.

К вспомогательной арматуре для приборов измерения давления относится такое приспособление, как трубка Перкинса, называемая иначе импульсная трубка для манометра или петлевая трубка. Она предназначается для надежной защиты прибора от возможных колебаний среды измерения и от излишнего нагревания. С помощью трубки понижается температура в месте контакта прибора с системой. Кроме того, трубка служит переходником от манометра к трубопроводу.

В полости импульсной трубки накапливается конденсат, препятствующий попаданию замеряемой высокотемпературной среды в середину манометра. Запуская линию в работу, необходимо убедиться в наличии в стальной трубке охлаждающей жидкости.

Петлевая трубка Перкинса используется при измерении жидкостей и газообразных веществ, не являющихся сильными реагентами. В этом качестве и в роли посредника между приборами и трубопроводами импульсная трубка самый экономически выгодный вариант подключения. Эксплуатация такой трубки может на много лет продлить жизнь измерительному прибору. Оптимальным способом присоединения этого вида арматуры к системе трубопровода считается применение резьбового соединения. В некоторых случаях соединение осуществляется при помощи сварки. Импульсные трубки производят из различных марок высококачественной стали. Если возникает необходимость установить датчики давления, то для их монтажа используют медные трубки Перкинса.

Импульсная трубка, имеющая угловую конструкцию, применяется для установки на нее измерительного устройства и подсоединения к импульсным системам. Иногда такие трубки изготавливают из латуни. Прямые петлевые трубки применяют в тех же случаях. Общее назначение этого дополнительного оборудования заключается в гашении колебаний и пульсаций в замеряемой среде и предотвращении накала манометра.

На страницах интернет-магазина компании ООО «Союзприбор» вы найдете устройства для отбора давления, соединительные рукава, разнообразные переходники для манометров, оправы, демпферы, бобышки и другие виды дополнительного оборудования.

Рукав соединительный

Для создания нормальных температурных условий соединение мембранного разделителя с измерительным прибором должно осуществляться либо через соединительный рукав, либо через подводящую трубку, которая устанавливается потребителем между точкой отбора давления и разделителем.

Преобразователи давления измерительные пневматические ГСП всегда соединяются с разделителем посредством рукава.

Допускается смещение при монтаже разделителя с соединительным рукавом по высоте, при этом следует учитывать погрешность установки измерительного устройства с верхним пределом измерения до 1МПа, определяемой гидравлическим давлением столба разделительной жидкости в соединительном рукаве.

Стандартный рукав соединительный, модель 55004, в развернутом состоянии имеет длину 2,5 метра.

Демпфирующее устройство

Демпфирующее устройство устойчивы к воздействию температуры окружающего воздуха от минус 55 до плюс 70 °С, при относительной влажности от 30 до 80 % на всем диапазоне температур, а также устойчивы к воздействию относительной влажности 95 % при температуре 35 °С (для исполнения У) и относительной влажности до 100% при температуре 35 °С (для исполнения Т).

Блок клапанный

Блоки клапанные БК предназначены для подключения к линиям с измеряемой средой приборов измерения избыточного и вакуумметрического давления. Блоки позволяют отсекать приборы от линий без сброса давления измеряемой среды, проверять нулевое значение показаний приборов или производить продувку импульсных линий. Для линий измерения давления кислорода производится обезжиривание деталей, контактирующих с измеряемой средой, и ставится обозначение «К».

Переходники и муфты (бобышки)

Муфта и переходник для манометров или термометров являются присоединительной (соединительной) арматурой, используемой в системах (трубопроводах) для транспортировки газообразных сред и жидкостей малой вязкости и не кристаллизирующегося характера. По своей сути данные изделия являются дополнительным (вспомогательным) оборудованием.

Импульсная трубка используется для отвода давления, подсоединения импульсных линий к регуляторам расхода и давления. Помимо этого, это ещё один из недорогих вариантов решения для высоких температур измеряемой среды. Каждый метр импульсной трубки понижает температуру среды примерно на 80 градусов. Обычно применяются стальные или медные импульсные трубки. Один конец импульсной трубки, присоединяемый к источнику давления, имеет наиболее удобную резьбу для монтажа G1/2, а другой конец, присоединяемый к датчику или регулятору, имеет резьбу, соответствующую резьбе оборудования.

Например: для удобства монтажа датчиков давления, компания АКВА-КИП предлагает для подвода давления импульсную трубку (медь) с резьбовыми внутренними и внешними соединениями любой длины. Медная трубка выдерживает давление до 87 бар и при этом легко гнётся, что позволяет без особых усилий и дополнительного инструмента прокладывать её по месту от точки отбора давления до прибора.

Характеристики:

Трубка медная: 10х1

Давление (max): 87 бар (30бар для резьбовых фитингов)

Температура: -25+210 С

Резьба присоединения к процессу и к прибору: G1/2, G1/4, G3/8 (при запросе указать внутренняя или внешняя)

Стоимость указана для импульсной трубки длиной 1 метр и с резьбой G1/2.

Длина: 1 метр (принимаем заказы на изготовление трубок любой длины, для расчета стоимости и сроков изготовления обращайтесь к менеджерам компании)