MK8747
MMG FLOW Méréstechnikai kft. H-1131 Budapest, Rokolya u. 1-13; T/Fax: (+36-1) 236-0765 / 236-0766;
[email protected]; www.mmgflow.hu
MŰSZERKÖNYV
CORI-FORCE-CMM Tömegáramlás és sűrűség érzékelők
2016. január
MK8747_H_M0
MK 8747
TARTALOMJEGYZÉK 1.
ALKALMAZÁSI TERÜLET ..............................................................................................3
2.
MŰKÖDÉSI ELV ................................................................................................................3
3.
A TELJES MÉRŐRENDSZER FELÉPÍTÉSE ..................................................................4
4.
A MECHANIKAI KIALAKÍTÁS ISMERTETÉSE...........................................................5
5.
MŰSZAKI ADATOK ..........................................................................................................5 5.1
Típusválaszték ................................................................................................................5
5.2
A mért közeggel érintkező anyagok minősége..................................................................5
5.3
A mérőn várható nyomásesés..........................................................................................5
5.4
Hőmérsékleti határok......................................................................................................6
5.5 Mérési bizonytalanságok.................................................................................................6 Tömegáramlás mérés bizonytalansága .....................................................................................6 Sűrűségmérés bizonytalansága ................................................................................................6 Hőmérsékletmérés bizonytalansága .........................................................................................6 5.6
Mechanikai méretek, csatlakozások, tömegek..................................................................7
5.7
Túlterhelhetőség .............................................................................................................7
6.
ELŐZETES ÚTMUTATÁSOK...........................................................................................7
7.
HASZNÁLATI UTASÍTÁS .................................................................................................7 7.1
Biztonsági intézkedések...................................................................................................7
7.2
Villamos csatlakoztatás...................................................................................................8
7.3
Előzetes beállítás, üzembe helyezés.................................................................................8
8.
KARBANTARTÁS, JAVÍTÁS ............................................................................................8
9.
GEOMETRIAI MÉRETEK ................................................................................................9
10.
FELSZERELÉS, RÖGZÍTÉS........................................................................................10
CORI-FORCE-CMM
2/10
MK 8747
1.
ALKALMAZÁSI TERÜLET Az ipari folyamatok irányítása során az állapotjellemzők ismerete mellett fontos az anyagáramok kézbentartása, mérése és szabályozása is. Sok esetben elegendő a térfogatáram mérése, azonban egyre több helyen merül fel a tömegarányok, tömegegyensúlyok ellenőrzésének igénye valamint a tömegre történő elszámolás szükségessége is. A hagyományos mérőműszerekből felépített, a térfogatáram méréséből kiinduló tömegáram mérést közvetett mérésnek is nevezik, mivel a tömegáramot különböző állapotjellemzőkkel (sűrűség, nyomás, hőmérséklet, összetétel, stb.) való korrigálással közvetett úton nyerik. Ez a módszer sok járulékos hibát tartalmaz, melyet a CORI-FORCE CMM típusú közvetlen tömegáramlás mérő kiküszöböl. Néhány alkalmazási terület, melyek többségében szinte kizárólag csak a közvetlen tömegáramlás mérés jelenti a problémamentes megoldást:
Vegyi üzemekben előforduló agresszív közegek adagolása Keverési arányok tömegegyensúlyának mérése és szabályozása Folyékony gáz mérése, letöltése, tömegelszámolása Gázok és gőzök közvetlen tömegmérése (szükségtelenné válik a térfogatmérés esetén megkövetelt nyomás, hőmérséklet és összetétel korrekció) Zagyok, iszapok, többfázisú és különlegesen nagy viszkozitású közegek mérése
FIGYELEM! Amennyiben a CORI-FORCE-CMM érzékelőt robbanásveszélyes környezetben kell működtetni, akkor gondoskodni kell az érzékelő gyújtószikra-mentesítéséről az erre a célra kifejlesztett speciális gyújtószikragát egység alkalmazásával. A gyújtószikra gát egység az érzékelőhöz kapcsolódó C-MASS jelfeldolgozó egység tartozéka, és kétféle változatban készül: 1. 2.
3694-0-100-0 különálló egységként a biztonságos zónában felszerelve a robbanásveszélyes tér határán. 3695-1-010-0 C-MASS-021-D nyomásálló tokozású jelfeldolgozóba építve
Az CORI-FORCE-CMM érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata mindkét esetben:
II 2G Ex ib IIB T3/T6 az EN 60079-0:2013; EN 60079-11:2012; EN 61241-0:2006; EN 61241-1:2004 szabványoknak megfelelően.
2.
MŰKÖDÉSI ELV Mint ismeretes szögsebességgel forgó rendszerben v sebességgel mozgó m tömegre ható Fc Coriolis erő a szögsebesség és a tömeg sebességének vektoriális szorzatával arányos: g a FC = 2m x v
b h i
Csőben áramló tömeget forgó rendszeren átvezetni eléggé körülményes, ha azonban egyenletes forgó mozgást végző csőrendszer helyett rezgő csőrendszert alakítunk ki, a műszer mechanikai felépítése lényegesen egyszerűsödik és a rezgésből származó egyéb előnyök is kihasználhatók. A jobb oldali ábra a doboza nélkül ábrázolja a mérőt. Láthatóan a CORI-FORCE-CMM is rezgő j e mérőcsöveket tartalmaz (a, b). Az áramlásmérő bemeneti csövén (c) keresztül d belépő tömegáramot áramlás-elosztó (d) osztja el két párhuzamosan és szimmetrikusan elhelyezett mérőcsőben. A mérendő közeg a mérőcsöveken keresztül haladva a kimeneti áramlás elosztóban (e) ismét egyesül, és a kifolyócsövön (f) át hagyja el a mérőt. A szimmetrikus kialakítású mérőcső-pár a mindenkori rezonancia frekvenciáján folyamatosan és ugyancsak f c szimmetrikusan rezeg egy rájuk szerelt elektromágnes (g) jóvoltából. Ugyancsak a csövekre van szimmetrikusan felszerelve két rezgés érzékelő (h, i), amelyek a rezgések szimmetriáját érzékelik. Áramlásmentes esetben a két rezgés-érzékelő villamos jele fázisban és amplitúdóban egyaránt azonos szinuszos jel. Ha a csöveken keresztül tömegáram indul meg, működésbe lépnek a Coriolis erők, aminek hatására a rezgés szimmetriája megbomlik. Ennek következtében az egyik oldali érzékelő szinuszos jele fázisban eltolódik a másik oldali érzékelő szinuszos jelétől. Az időeltolódás nagysága a tömegáramlással egyenesen arányos. A közeg hőmérsékletét mérő ellenállás hőmérő (j) az egyik rezgőcső falára van szerelve.
CORI-FORCE-CMM
3/10
MK 8747
3.
A TELJES MÉRŐRENDSZER FELÉPÍTÉSE A mérőrendszer két fő részegységből áll: CORI-FORCE CMM érzékelő egység amelyet ez a műszerkönyv ismertet és a fent leírt csőelrendezést, csőcsatlakozásokat, a rezgető és rezgés érzékelő elemeket, a közeg hőmérsékletét érzékelő ellenállás hőmérőt, kábelcsatlakozót, burkolatot és annak biztonsági kiegészítéseit tartalmazza. C-MASS jelfeldolgozó egység amely fogadja a két rezgés érzékelő és a hőmérséklet érzékelő jelét, gondoskodik a rezgető tekercs megfelelő meghajtásáról, kiszámítja a tömegáramot, a sűrűséget és az ezekkel összefüggő sok más adatot. A jelfeldolgozó egységek változatait külön műszerkönyv ismerteti részletesen, az alábbiakban csak a számítások legfontosabb képleteit ismertetjük. A rezgés érzékelők jelének időeltolódásából az alábbi összefüggés szerint történik a tömegáram kiszámítása:
Mf = K dt ahol:
Mf K dt
tömegáramlás arányossági tényező időeltolódás
[kg/s] 2 [kg/s ] [s]
A K arányossági tényező a geometriai adatokon kívül a rezgő csövek anyagának rugalmassági modulusától is függ. Ennek következtében ez az állandó igen kis mértékben ugyan, de hőmérsékletfüggő. E hőmérsékletfüggést a jelfeldolgozó folyamatosan kompenzálja azáltal, hogy K értékét az alábbi képletből számítja:
K = FF FA 1 + aT T - TB ahol:
FF FA aT T TB
2
kalibrációs állandó kalibrációs állandó szorzó tényezője hőmérsékleti tényező a rezgő cső hőmérséklete vonatkoztatási hőmérséklet
[kg/s ] [-] [1/°C] [°C] [°C]
A rezonancia-frekvencia mérésével a közeg sűrűségének meghatározására is lehetőség nyílik az alábbi összefüggés segítségével:
De = DeA ahol:
De fRe T T0D DeC DeA DeB
DeB fRe 1 DeC T - T0D 2
a sűrűség pillanatnyi értéke, a rezgés frekvenciája a közeg hőmérséklete a sűrűség-kalibráció vonatkoztatási hőmérséklete hőmérsékleti tényező kalibrációs állandó kalibrációs állandó
3
[kg/m ] [Hz] [°C] [°C] [1/°C] 3 [kg/m ] 3 2 [kg/m /s ]
Összefoglalva: a tömegáramlás mérő rendszer lényegében három érzékelőt tartalmaz, amelyek az alábbi három mennyiséget mérik meg egyidőben és egymástól függetlenül: tömegáramlás; sűrűség; hőmérséklet A jelfeldolgozó egység ezen három elsődleges mennyiség felhasználásával további mennyiségeket számít ki. Ezek közül a legfontosabbak: t
összegzett tömeg
M = Mf dt t0
Mf De
térfogatáramlás
Vf =
összegzett térfogat
V = Vf dt
t
t0
A fenti alapszámításokon kívül más mennyiségek számítására, kijelzésére ill. azok továbbítására is lehetőség van a jelfeldolgozó mikroprocesszorának programverziójától függően, melyet annak műszerkönyve részletez.
CORI-FORCE-CMM
4/10
MK 8747
4.
A MECHANIKAI KIALAKÍTÁS ISMERTETÉSE A fent ismertetett elvet megvalósító rezgőcsövek rozsdamentes lemezből készült lehegesztett (nem bontható) burkolatban helyezkednek el. A csővezetékhez történő csatlakoztatás változatait, a beépítéshez szükséges méreteket, valamint a villamos csatlakozások elhelyezkedését a 9. fejezet tárgyalja.
5.
MŰSZAKI ADATOK
5.1
Típusválaszték Termék kód
Méret 0,15 0,5 1 3 6 14 40 80 160 300
A
Anyag S X
C Inox Egyedi
Maximális tömegáram (t/h)
Nyomásfokozat E 010 016 025 040 063 bar 100 160 250 320 400
Ex védelem G N Nincs Ex Gátegységgel
CMM
Karimás F NPT R ERMETO E Egyedi X Csőcsatlakozás B
5.2
o
-20...+100 C LT o -40...+200 C NT o -40...+350 C HT Közeg hőmérséklet D
Cannon C Speciális S Kábel csatlakozás
F
A mért közeggel érintkező anyagok minősége Mérőcső: rozsdamentes acél (1.4404) Többi közeggel érintkező anyag: rozsdamentes acél (1.4541 és 1.4301) Speciális anyagok (Hastelloy C22; Titanium) egyedi igények szerinti kivitelben
5.3
A mérőn várható nyomásesés
Méret
Nyomásveszteség (víz @ +20 oC) [bar]
CMM 0,15
2
CMM 0,5
1,9
CMM 1
1,7
CMM 3
1,5
CMM 6
1.9
CMM 14
1,0
CMM 40
1,3
CMM 80
0,9
CMM 160
1,8
CMM 300
2,1
Az táblázat a CMM mérőkön keletkező nyomásveszteséget tartalmazza az adott érzékelőhöz tartozó maximális o tömegáram esetén +20 C –os vízzel mérve
Víztől eltérő közegek esetén a várható nyomásesés a közeg viszkozitásának és sűrűségének ismeretében számítható. A számításokhoz kérje a gyártó (MMG FLOW KFT.) szakemberének segítségét. Itt hívjuk fel a figyelmet a nagy nyomásesés esetén jelentkező kavitáció veszélyére, amely meghamisíthatja a mérést, ha a mérőcsövek belsejében keletkezik. A kavitációról csak folyadék mérése esetén beszélhetünk. Kavitáció akkor lép fel, ha a folyadék nyomása egy adott helyen az ott uralkodó hőmérséklethez tartozó telítési gőznyomás alá csökken. A telítési gőznyomás a mérendő folyadék fontos jellemzője. A kavitáció elkerülhető a mérő kimenetére szerelt háttérnyomás szabályozó szelep alkalmazásával. A szelep által szabályozott kimeneti nyomást úgy kell meghatározni, hogy az legalább 0,5 bar -ral nagyobb legyen a mérendő közeg telítési nyomásánál az előforduló maximális hőmérséklet mellett.
CORI-FORCE-CMM
5/10
MK 8747
5.4
Hőmérsékleti határok A mért közeg hőmérsékletének határai: LT szűkített tartomány: NT normál tartomány: HT széles tartomány:
-20...+100 °C -40...+200 °C -40...+350 °C
Környezeti hőmérséklet tartomány:
-40... +60 °C
FIGYELEM! Robbanásveszélyes térben történő felszerelés esetén a közeg és a környezet hőmérséklet felső határát a védelmi fokozat hőmérsékleti osztálya szabja meg.
5.5
Mérési bizonytalanságok
Tömegáramlás mérés bizonytalansága Tömegáramlás mérés maximális bizonytalanséga két összetevőből áll: ±0,2% a mért értékre vonatkoztatva ±0.05% a felső méréshatárra vonatkoztatva Képletben megfogalmazva:
h = 0.2 +
5
%Mf Mf %Mf = 100 MfM ahol: h %Mf Mf MfM
maximális bizonytalanság a mért értékre vonatkoztatva áramlási terhelés aktuális tömegáram tömegáram felső méréshatára
[%] [%] [kg/s] [kg/s]
Sűrűségmérés bizonytalansága Az alábbi táblázat a sűrűségmérés bizonytalanságát tartalmazza a mért értékre vonatkoztatva a 3 o 0,4...1,3 g/cm mérési tartományban +20 C –on és 1 bar nyomáson. Méret CMM 0,15 CMM 0,5 CMM 1 CMM 3 CMM 6 CMM 14 CMM 40 CMM 80-300
Sűrűség mérés bizonytalansága [g/cm 3] 15 0,005 15 1 1 0,0008 0,0008 0.0005
Speciális kalibrálással a fent említett mérési tartományon kívüli sűrűségek is mérhetők, valamint a mérési hiba is csökkenthető. Az erre vonatkozó lehetőségeket egyedi igény szerint kell megvizsgálni a gyártó szakemberével folytatott konzultáció során.
Hőmérsékletmérés bizonytalansága A 5.4 pontban meghatározott közeghőmérséklet tartományon belül a jelfeldolgozó egység kijelzőjén leolvasható hőmérséklet maximális bizonytalansága: ±1 °C.
CORI-FORCE-CMM
6/10
MK 8747 5.6
Mechanikai méretek, csatlakozások, tömegek A befoglaló mechanikai és csatlakozási méretek a 9. fejezetben találhatók. A tömegáramlás érzékelők tömegét az alábbi táblázat tartalmazza.
Méret CMM 0,15 CMM 0,5 CMM 1 CMM 3 CMM 6 CMM 14 CMM 40 CMM 80 CMM 160 CMM 300
5.7
Tömeg [kg] 8,5 6,8 7,5 11,0 14,0 18,0 35-48 85-112 120-155 145-250
Túlterhelhetőség A tömegáramlás érzékelők áramlási túlterhelésre nem érzékenyek mindaddig, amíg a mérő belsejében nem keletkezik kavitáció A kavitáció mérési hibát és un. kavitációs eróziót is okozhat. A specifikáció szerinti pontossági adatok kavitáció esetén nem érvényesek. A kavitáció elkerülésére a 5.3 fejezet ad instrukciókat
6.
ELŐZETES ÚTMUTATÁSOK Kicsomagolásnál ügyeljünk arra, hogy a tömegáramlás érzékelőt, illetve annak burkolatát ne üssük hozzá semmihez, mert az érzékelők megpattanhatnak, és ez a készülék üzemképtelenségét okozhatja. Ha a csővezeték rendszer üzemszerűen rezgésnek van kitéve, akkor ennek leválasztása érdekében rugalmas csőszakaszok közé iktassuk be a mérőt, és közvetlenül a csatlakozó karimák mellett megfogva rezgésmentes szerelvényhez rögzítsük. (10. fejezet) Ügyeljünk a helyes áramlási irány betartására. Az átfolyás iránya a mérőn fel van tüntetve. A mérő időszakos nulla kalibrálásához a megelőző és követő csőszakaszba elzáró szerelvényeket kell beiktatni (pl. gömbcsapokat). Ügyelni kell a tökéletes elzárhatóságra, mert szivárgás esetén hibás lesz a nulla kalibrálás. A 10. fejezet ábrája útmutatásokat tartalmaz a mérő felszerelési pozíciójára és rögzítési módjaira.
7.
HASZNÁLATI UTASÍTÁS
7.1
Biztonsági intézkedések FIGYELEM! Amennyiben a CORI-FORCE-CMM érzékelőt robbanásveszélyes környezetben kell működtetni, akkor gondoskodni kell az érzékelő gyújtószikra mentesítéséről az erre a célra kifejlesztett gyújtószikragát egység alkalmazásával. A gyújtószikra gát egység az érzékelőhöz kapcsolódó C-MASS jelfeldolgozó egység tartozéka, és kétféle változatban készül: 1.
3694-0-100-0 különálló egységként a biztonságos zónában felszerelve a robbanásveszélyes tér határán.
2.
3695-1-010-0 C-MASS-021-D nyomásálló tokozású jelfeldolgozóba építve
Az CORI-FORCE-CMM érzékelő robbanásbiztonsági védelmi fokozata mindkét esetben:
II 2G Ex ib IIB T3/T6 az EN 60079-0:2013; EN 60079-11:2012; EN 61241-0:2006; EN 61241-1:2004 szabványoknak megfelelően. Külön megrendelésre a biztonság fokozása érdekében a mérő lemezburkolatát hasadó tárcsával lehet ellátni. Ez azt a célt szolgálja, hogy a doboz belsejében lévő mérőcső esetleges sérülése esetén a mérőrendszerben uralkodó nyomás a hasadó tárcsát hasítja el, így a burkolat épen marad. A kiömlő közeg összegyűjtése céljából a hasadó tárcsát magába foglaló szerelvényre egy elvezető csövet kell csatlakoztatni.
CORI-FORCE-CMM
7/10
MK 8747 7.2
Villamos csatlakoztatás Figyelem! Robbanásveszélyes környezetben felszerelt érzékelő esetén az előző fejezetben említett szabványok előírásain túlmenően az alábbiakat feltétlenül be kell tartani: Csak szilárdan felszerelt érzékelő egységhez szabad csatlakoztatni az érzékelő kábelt. Csak az érzékelőhöz gyári tartozékként szállított speciális érzékelő kábelt szabad használni A tömegáramlás mérő érzékelő fémburkolatát az oldallapon található földelő csavar segítségével le kell földelni a helyszíni földelő hálózathoz legalább 1,5 mm2 keresztmetszetű rézvezetőjű földelő kábellel. A CORI-FORCE-CMM érzékelőt speciális érzékelő kábelen keresztül kell csatlakoztatni a jelfeldolgozóhoz. Normál esetekben az érzékelő kábelt készre szerelt állapotban szállítja a gyártó a mérőkör tartozékaként. Az érzékelő kábel erenkénti bekötésére az érzékelő oldalon nincs szükség. A kábel szerelésénél az alábbiak szerint kell eljárni: o A kábel nyomvonalának megválasztásánál a lehető legnagyobb távolságot tartson a nagyfeszültségű, vagy nagyáramú vezetékektől o Fektesse ki az érzékelő kábelt úgy, hogy annak a Canonn csatlakozós védőcsöves vége nézzen a CORI-FORCE-CMM érzékelő felé o Csatlakoztassa a kábelcsatlakozót az aljzathoz o Csavarja a helyére a menetes védőhengert o Húzza meg a védőhenger tömszelencéjének a rögzítő csavarját a kábel szoros illeszkedése érdekében o Rögzítse a kábelt a tömszelenecétől 20-30 cm távolságban egy stabil, merev szerkezeti elemhez A kábel toldása, vagy más típusú kábel használata robbanásveszélyes alkalmazás esetén nem megengedett, és normál alkalmazásnál sem ajánlott.
7.3
Előzetes beállítás, üzembe helyezés Ellenőrizze a 10. fejezetben található felszerelési útmutatások betartását. Folyadék mérése esetén az érzékelőt beszerelt állapotban fel kell tölteni teljesen légbuborék mentesen a mérni kívánt közeggel. Ezt legkönnyebben a közeg néhány perces, min. 20 %-os terhelésnek megfelelő áramoltatásával lehet elérni. A mérőt közrefogó elzáró szerelvények zárása után várjunk 10 -15 másodpercet, majd végezzük el a rendszer nulla-kalibrálását a jelfeldolgozó egység műszerkönyvében leírtak szerint. Az üzemvitel adta lehetőségektől függően később is ellenőrizzük a mérőkör nulláját az áramlás megszüntetésével és szükség esetén végezzünk újabb nulla kalibrálást a jelfeldolgozó műszerkönyvében írt utasításokat követve. A fentiek elvégzése után az érzékelő egység mérésre kész. A mérőkörre vonatkozó további előzetes beállításokat a jelfeldolgozó egység műszerkönyvében foglaltak szerint kell elvégezni.
8.
KARBANTARTÁS, JAVÍTÁS A CORI-FORCE-CMM tömegáramlás érzékelő karbantartást nem igényel. Mivel az érzékelő lehegesztett dobozban foglal helyet, a helyszínen semmilyen javítás nem végezhető rajta. Az érzékelőt a gyártó, vagy annak felhatalmazásával rendelkező szakemberei is csak a szakműhelybe történő beszállítás után tudják javítani.
CORI-FORCE-CMM
8/10
MK 8747
9.
GEOMETRIAI MÉRETEK CMM-0,5 - CMM-300 méretek esetén:
Méret
X
Y
Z
P
0,5 1 3 6 14 40 80 160 300
340 400 420 420 540 580 908 1185 1260
280 320 384 384 456 500 700 860 920
310 357 382 387 528 750 1072 1090 1350
102 102 102 128 144 150 189 280 364
Cső csatlakozás (W) Menetes Karimás NPT ½” DN15 NPT ½” DN15 NPT ½” DN15 NPT ¾” DN25 NPT 1” DN25 NPT 1 ½” DN40/50 DN80/100 DN100/150 DN150
Max. nyomás bar 250 250 160 160 160 100 40 40 40
CMM-0,150 esetén:
Ø
CORI-FORCE-CMM
9/10
MK 8747
10. FELSZERELÉS, RÖGZÍTÉS
Folyadék mérése esetén
Gáz mérése esetén
Leüríthető felszerelés C
B
CMM C
C
A
A
A
A A
C
CMM
B
CMM
C B
A C
A – Rögzítő bilincs: a csatlakozó csövek tehermentesítésére Anyag: Acél (műanyag nem ajánlott) Helyzet: lehető legközelebb a karimához Szilárdan kötve (lehetőleg hegesztve) az alaphoz (B) B – Alap: Nehéz, merev, rezgésmentes elem (betonfal, vagy merev acél állványzat) a rezgésmentes működés érdekében C –Rugalmas csőszakasz (pl. szilfon membrán): a csatlakozó csöveken keresztül érkező rezgések csillapítására
CORI-FORCE-CMM
10/10
