Устройство для измерения объемного или массового потока среды в трубопроводе

Изобретение предназначено для измерения среды в трубопроводе, преимущественно с большим условным проходом. Измерительная труба (2) магнитно-индуктивного расходомера с магнитной системой, создающей магнитное поле, проходящее поперек оси измерительной трубы, и, по меньшей мере, с одним соединенным со средой измерительным электродом, установлена в трубопроводе (17) с помощью двух фланцев (20). Между фланцем (19) измерительной трубы и фланцем (20) трубопровода расположен заземляющий диск (23) в виде проводящей электрический ток подложки из металла (нержавеющей стали). В областях, которые контактируют со средой (11) и фланцами (19) и (20), подложка снабжена проводящим электрический ток химически стойким покрытием из искусственного материала (модифицированный тефлон с частицами проводящего электрический ток материала). Изобретение обеспечивает повышение точности измерения расхода в агрессивной коррозионной среде. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к устройству для измерения объемного или массового потока среды в трубопроводе с измерительной трубой, в которой проходит поток среды в направлении оси измерительной трубы, и которая с помощью двух закрепленных на трубопроводе фланцев трубопровода установлена в трубопроводе, причем измерительная труба окантована на своих концевых областях или измерительная труба на обеих своих концевых областях имеет соответственно фланец измерительной трубы, причем между окантованной концевой областью или фланцем измерительной трубы и соответствующим фланцем трубопровода предусмотрен заземляющий диск, с помощью которого среда подключена к опорному потенциалу, с магнитной системой, которая создает магнитное поле, пронизывающее измерительную трубу, проходящее в основном поперек к оси измерительной трубы, с, по меньшей мере, одним соединенным со средой измерительным электродом, который расположен в лежащей в основном перпендикулярно к магнитному полю области измерительной трубы, и с блоком регулирования/обработки, который с помощью измеряемого напряжения, индуцированного в, по меньшей мере, одном измерительном электроде, поставляет информацию об объемном или массовом потоке среды в измерительной трубе.

Магнитно-индуктивные приборы для измерения расхода используют для измерения объемного потока принцип электродинамической индукции: носители заряда среды, движущиеся перпендикулярно магнитному полю, индуцируют измеряемое напряжение в измерительных электродах, расположенных точно также в основном перпендикулярно к направлению потока среды. Индуцируемое в измерительных электродах измеряемое напряжение пропорционально скорости потока среды, осредненной по поперечному сечению измерительной трубы, т.е. оно пропорционально объемному потоку. Измеряемое напряжение обычно измеряется с помощью пары измерительных электродов, которая расположена в области максимальной напряженности магнитного поля, следовательно, в области, в которой следует ожидать максимальное измеряемое напряжение. Сами измерительные электроды соединены со средой либо гальваническим или емкостным способом.

Установка магнитно-индуктивного прибора для измерения расхода в трубопроводе осуществляется с обеих сторон обычно с помощью двух фланцев, из которых один закреплен на трубопроводе и другой - на измерительной трубе прибора для измерения расхода. Наряду с фиксацией прибора для измерения расхода в трубопроводе с помощью фланцев также известно исполнение прибора для измерения расхода в виде тонкого диска и установка его с помощью крепежного механизма между обоими фланцами трубопровода.

Чтобы повысить чувствительность магнитно-индуктивного прибора для измерения расхода необходимо, чтобы среда была подключена к определенному опорному потенциалу, например к потенциалу массы. Для этого обычно между каждой концевой областью измерительной трубы и соответствующим фланцем трубопровода или соответственно между каждым фланцем измерительной трубы и соответствующим фланцем трубопровода таким образом позиционируется заземляющий диск, что он контактирует со средой, текущей по трубопроводу и измерительной трубе. Заземляющий диск через соответствующее соединение подключен к потенциалу массы или к другому опорному потенциалу.

Должны приниматься особые мероприятия, если в случае среды речь идет об агрессивной, коррозионной среде. В этой связи уже известно изготовление заземляющего диска из химически инертного искусственного материала с размещенными, проводящими ток частицами. Заявителем для этой цели применяются заземляющие диски из тефлона с размещенными частицами углерода. Тефлон имеет преимущество в том, что он химически инертен.

Недостаток заземляющих дисков из тефлона проявляется в определенных случаях применения, в частности тогда, когда в трубопроводе устанавливаются приборы для измерения расхода с большими условными проходами с соответственно высоким давлением сжатия. Так как в случае тефлона речь идет об относительно мягком материале, то уже при относительно небольшой сжимающей нагрузке существует опасность, что тефлон будет терять свою устойчивость формы и начнет течь. Вследствие изменения поверхности заземляющего диска в этом случае могут возникнуть протечка в области соединения между прибором для измерения расхода и трубопроводом. Так как заземляющий диск из искусственного материала относительно мягок, кроме того, существует также опасность возникновения протечки вследствие механического повреждения поверхности в местах соединения между измерительной трубой и трубопроводом.

Известное решение названной выше проблемы предлагает вместо заземляющего диска из искусственного материала заземляющий диск из металла. Если при этом речь идет о подлежащей измерению или контролю среде, правда, об агрессивной, коррозирующей среде, то металл, из которого изготовлен заземляющий диск, должен быть химически инертным металлом. Пригодным для этой цели, например, является тантал, при этом тантал обладает известным недостатком, что он относителен дорог. Если применяется заземляющий диск из тантала в области большого условного прохода, то стоимость изготовления магнитно-индуктивного прибора для измерения расхода существенно повышается.

Специальное исполнение по-настоящему универсально применяемого заземляющего диска описано в ЕР 1186867 А1. Само собой разумеется, что описываемый ниже предложенный заземляющий диск может иметь как эту специальную, так и всякую другую форму.

Техническим результатом изобретения является уменьшение затрат и возможность применения магнитно-индуктивного прибора для измерения расхода в коррозирующей среде.

Технический результат достигается тем, что заземляющий диск изготовлен из проводящей ток подложки, и что подложка, по меньшей мере, в областях, которые в установленном состоянии находятся в контакте со средой и окантованными концевыми областями или фланцами измерительной трубы и трубопровода, снабжена проводящим электрический ток химически стойким слоем искусственного материала. Таким образом, предложенный в соответствии с изобретением заземляющий диск может быть применен как при фланцевой версии магнитно-индуктивного прибора для измерения расхода, так и при исполнении магнитно-индуктивного прибора для измерения расхода в виде тонкого диска.

Преимущества заземляющего диска в соответствии с изобретением заключаются, с одной стороны, в устойчивости самой формы при высокой сжимающей нагрузке и, с другой стороны - в высокой стойкости к коррозии.

Согласно предпочтительному исполнению заземляющего диска в соответствии с изобретением в случае подложки заземляющего диска речь идет о стали или нержавеющей стали. В частности, размер толщины подложки выбран таковым, что заземляющий диск имеет жесткость к изгибу в зависимости от давления, действующего на него в установленном состоянии. Благодаря этому можно эффективно воспрепятствовать деформации заземляющего диска, которая при случае ведет к протечке в месте установки прибора для измерения расхода. Далее предпочтительное исполнение предложенного в соответствии с изобретением решения предлагает, что в случае проводящего ток покрытия из искусственного материала речь идет о покрытии из модифицированного тефлона. Особенно предпочтительным оказалось расположение в модифицированном тефлоне частиц проводящего электрический ток материала. В случае частиц речь идет предпочтительно о частицах углерода.

Кроме того, предусмотрено, что толщина покрытия из искусственного материала составляет небольшую часть толщины подложки. При этом следует обратить внимание на то, что все подлежащие перекрытию области поверхности подложки всплошную снабжены слоем искусственного материала. Следовательно, слой не должен быть таким тонким, чтобы он имел поры, но не подходит и любая толщина, так как в этом случае можно будет снова столкнуться с проблемой устойчивости формы при сжимающей нагрузке. По возможности тонкое исполнение защитного слоя имеет далее то преимущество, что покрытие поверхности очень твердое. За счет этого оно имеет сопротивление в отношении механических повреждений от царапин или задиров.

Изобретение ниже более подробно поясняется с помощью следующих чертежей, где показано:

фиг.1 - схематическое изображение варианта осуществления, предложенного в соответствии с изобретением магнитно-индуктивного прибора для измерения расхода,

фиг.1а - частичное поперечное сечение по линии А-А на фиг.1,

фиг.2 - вид сверху предложенного в соответствии с изобретением заземляющего диска, и

фиг.2а - поперечное сечение по линии А-А на фиг.2.

На фиг.1 показан вид сверху варианта исполнения устройства 1, предложенного в соответствии с изобретением. Установленный в трубопроводе 17 прибор 1 для измерения расхода состоит из датчика 21 и преобразователя 22 измеряемой величины. В преобразователе 22 измеряемой величины расположены чувствительные электрические компоненты, например блок 8 регулирования/обработки.

К обеим концевым областям 18 измерительной трубы 2 прибора 1 для измерения расхода соответственно прикреплено по фланцу 19 измерительной трубы. Фланец 19 измерительной трубы либо приварен к измерительной трубе 2, либо в случае фланца 19 измерительной трубы речь может идти о свободном фланце, который с зазором надвинут на измерительную трубу 2 и на окантованную область 18 измерительной трубы 2 в установленном состоянии прибора 1 для измерения расхода в осевом направлении зафиксирован на измерительной трубе 2.

На обеих концевых областях трубопровода 17, между которыми позиционирован прибор 1 для измерения расхода, установлены оба фланца 20 трубопровода. Между фланцем 19 измерительной трубы и фланцем 20 трубопровода соответственно предусмотрен предложенный в соответствии с изобретением заземляющий диск 23. Наряду с функцией заземления в представленном случае заземляющий диск 23 имеет также функцию уплотнения. Само собой разумеется, что функцию уплотнения может взять на себя также дополнительное уплотнение. Такая альтернатива, правда, на фиг.1 не показана.

На фиг.1а показано поперечное сечение по линии А-А на фиг.1. По измерительной трубе 2 проходит поток среды 11 в направлении оси 3 измерительной трубы. Среда 11, по меньшей мере, в незначительном объеме является проводящей электрический ток. Сама измерительная труба 2 изготовлена из не проводящего электрический ток материала или, по меньшей мере, на ее внутренней поверхности имеется вкладыш из не проводящего электрический ток материала.

Магнитное поле В, ориентированное перпендикулярно направлению S потока среды 11, создается двумя диаметрально расположенными электромагнитами 6, 7. Под воздействием магнитного поля В находящиеся в среде носители заряда перемещаются в зависимости от приоритета к обоим имеющим противоположную полярность измерительным электродам 4, 5. Создающееся на измерительных электродах 4, 5 измеряемое напряжение Ui пропорционально скорости потока среды 11, осредненной по поперечному сечению измерительной трубы 2, т.е. является мерой объемного потока среды 11 в измерительной трубе 2.

В обоих указанных случаях измерительные электроды 4, 5 находятся в непосредственном контакте со средой 11, однако соединение, как уже было упомянуто, может осуществляться и емкостным способом.

С помощью соединительных проводов 12, 13 измерительные электроды 4, 5 соединены с блоком 8 регулирования/обработки. Соединение между электромагнитами 6, 7 и блоком 8 регулирования/обработки осуществляется с помощью соединительных проводов 14, 15. Блок 8 регулирования/обработки соединительным проводом 16 соединен с устройством 9 ввода/вывода. Блоку 8 обработки/регулирования придан блок 10 памяти.

На фиг.2 показан вид сверху предложенного в соответствии с изобретением заземляющего диска 23. На фиг.2а можно видеть поперечное сечение по линии А-А на фиг.2. Заземляющий диск 23 в представленном случае имеет такую же форму, что и заземляющий диск из ЕР 1186867 А1. Само собой разумеется, что заземляющий диск 23 также может иметь любую другую форму. Важным является то, что внутренний диаметр центральной выемки заземляющего диска в основном соответствует внутреннему диаметру трубопровода 17.

Устройство заземляющего диска 23 хорошо видно на показанном на фиг.2а поперечном сечении. Заземляющий диск 23 состоит из проводящей электрический ток подложки 24. Подложка 24 в областях, которые в установленном состоянии находятся в контакте со средой 11 и окантованными концевыми областями 18 или фланцами 19 измерительной трубы и фланцами 20 трубопровода, снабжена проводящим электрический ток химически стойким покрытием 25 из искусственного материала. Предпочтительно в случае покрытия 25 из искусственного материала речь идет о тефлоне с включениями углерода. Покрытие 25 из искусственного материала может наноситься на подложку 24 всеми доступными способами покрытия с оптимальной для соответствующего применения толщиной.

Перечень позиций

1. Магнитно-индуктивный прибор для измерения расхода

2. Измерительная труба

3. Ось измерительной трубы

4. Измерительный электрод

5. Измерительный электрод

6. Электромагнит

7. Электромагнит

8. Блок регулирования/обработки

9. Устройство ввода/вывода

10. Блок памяти

11. Среда

12. Соединительный провод

13. Соединительный провод

14. Соединительный провод

15. Соединительный провод

16. Соединительный провод

17. Трубопровод

18. Концевая область измерительной трубы

19. Фланец измерительной трубы

20. Фланец трубопровода

21. Датчик

22. Преобразователь измеряемой величины

23. Заземляющий диск

24. Подложка

25. Покрытие из искусственного материала

1. Устройство для измерения объемного или массового потока среды (11) в трубопроводе (17) с измерительной трубой (2), по которой проходит поток среды (11) в направлении оси (3) измерительной трубы, и которая с помощью двух закрепленных на трубопроводе (17) фланцев (20) трубопровода установлена в трубопроводе (17), причем измерительная труба (2) окантована на своих концевых областях (18), или измерительная труба (2) на своих обеих концевых областях (18) имеет соответственно фланец (19) измерительной трубы, причем между окантованной концевой областью (18) или фланцем (19) измерительной трубы и фланцем (20) трубопровода предусмотрен заземляющий диск (23), через который среда (11) подключена к опорному потенциалу, с магнитной системой (6, 7), которая создает магнитное поле (В), пронизывающее измерительную трубу (2), проходящее в основном поперек к оси (3) измерительной трубы, с, по меньшей мере, одним соединенным со средой измерительным электродом (4, 5), который расположен в лежащей в основном перпендикулярно к магнитному полю (В) области измерительной трубы (2), и с блоком (8) регулирования/обработки, который с помощью измеряемого напряжения (Ui), индуцированного в, по меньшей мере, одном измерительном электроде, (4, 5), поставляет информацию об объемном или массовом потоке среды (11) в измерительной трубе (2), отличающееся тем, что заземляющий диск (23) изготовлен из проводящей электрический ток подложки (24), содержащей, по меньшей мере, в областях, которые в установленном состоянии контактируют со средой (11) и окантованными концевыми областями (18) или фланцами (19) измерительной трубы и фланцами (20) трубопровода, проводящее электрический ток, химически стойкое покрытие (25) из искусственного материала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что заземляющий диск (23) изготовлен из стали или нержавеющей стали.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что размер толщины подложки (24) определен из условия обеспечения заземляющему диску (23) жесткости на кручение в зависимости от давления, воздействующего на него в установленном состоянии.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проводящее электрический ток покрытие (25) из искусственного материала выполнено из модифицированного тефлона.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в модифицированном тефлоне размещены частицы проводящего электрический ток материала.

6. Устройство по п.1, 4 или 5, отличающееся тем, что толщина покрытия (25) из искусственного материала составляет небольшую часть толщины подложки (24).