Москва, ул. Митинская, д.12

Связаться с нами

Адрес:

Москва, ул. Митинская, д.12

Прием заявок и консультации:

info@packo.ru

Телефон (многоканальный):

+7 (495) 970 16 83

Ваша Заявка

Купите необходимый Вам товар. Для этого перейдите на страницу с его описанием и нажмите кнопку
"Добавить товар в заявку".

Опыт применения датчиков первичной информации в информационно-измерительных системах и при автоматизации технологических процессов

Автор:
Е. Л. Апарин, заместитель генерального директора ООО «НПФ «РАСКО», к. т. н.
Издание: ИСУП (Информатизация и системы управления в промышленности) № 1 (55) . Год: 2015
10.02.2015

Датчики первичной информации для измерения и контроля давления, разработанные научно-производственной фирмой «РАСКО», позволяют создавать системы автоматического контроля и регулирования на объектах газораспределения в полном соответствии с требованиями государственных стандартов. В статье подробно описаны технические особенности нескольких приборов, выпускаемых НПФ «РАСКО»: индикатора разности давлений, дифманометра, датчиков-реле давления и преобразователя давления.

ISUP 1 2015 Opit primeneniya datchikovВ последнее время широкое распространение получили информационно-измерительные системы автоматического контроля и управления технологическими процессами. Они осуществляют сбор поступающей информации от объектов контроля и регулирования, обработку, хранение и передачу полученных данных на верхний уровень. Непосредственно съем информации с контролируемого объекта обеспечивают устройства-датчики первичной информации: различные сигнализаторы, индикаторы и преобразователи.

В данной статье рассматриваются возможности применения датчиков первичной информации для измерения и контроля давления, разработанных и выпускаемых ООО «НПФ «РАСКО» совместно с ОАО «Саранский приборостроительный завод», с учетом имеющегося опыта их работы в системах автоматического контроля и регулирования в сфере газораспределения, водо- и теплоснабжения [1].

В области газораспределения требования к информационно-измерительным системам регулируются стандартом СТО ГАЗПРОМРЕГИОНГАЗ 7.1-2011 «Технические требования к материалам, оборудованию и технологическим схемам блочных газорегуляторных пунктов, шкафных пунктов редуцирования газа» [2]. Согласно пунктам 9.4 и 9.7 «… блочные газорегуляторные пункты (ГРП) и шкафные пункты редуцирования газа должны оборудоваться комплексом средств автоматизации, обеспечивающим мониторинг состояния входящих в них технических устройств и пунктов в целом за счет применения датчиков и сигнализаторов, работающих в автоматическом режиме». Одним из объектов контроля ГРП являются газовые фильтры. Для эффективной работы газовых фильтров требуется контроль их степени загрязнения и периодическая очистка или замена фильтрующего элемента. Наиболее информативным параметром, характеризующим степень загрязнения фильтра, является разность (перепад) давлений до и после фильтра. Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 8.740-2011 «РАСХОД И КОЛИЧЕСТВО ГАЗА. МЕТОДИКА  ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ТУРБИННЫХ, ВИХРЕВЫХ И РОТАЦИОННЫХ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ» [3] предписывает для контроля в процессе эксплуатации целостности фильтрующего элемента устройства очистки газа (фильтра) и степени его засорения применять стационарно установленные индикаторы или средства измерения перепада давления. Указанные устройства должны иметь возможность регистрировать и автоматически передавать информацию в систему диспетчеризации о выходе контролируемого параметра за установленные пределы. Более того, учитывая большой разброс значений максимально допустимого перепада давлений на газовых фильтрах различных производителей, приборы контроля должны иметь возможность оперативной настройки порога срабатывания сигнализирующего устройства прибора контроля, в том числе – непосредственно на месте эксплуатации. Более подробно основные требования к приборам контроля освещены в работе [4].

Перед проектировщиками возникает вопрос – что же применить? Либо примитивный индикатор перепада давлений без оцифрованной шкалы, которую заменяют сектора зеленого и красного цвета как у бытовых пылесосов, без устройства сигнализации о выходе параметра давлений за заданные пределы, либо дорогостоящий электронный датчик перепада давлений во взрывозащищенном исполнении, требующий постоянного электропитания, в комплекте с блоком питания и барьером искрозащиты, что в условиях применения в автономном ГРП ведет к значительному увеличению энергопотребления? При этом в первом случае вряд ли приходится говорить о достоверном контроле технического состояния фильтра, а во втором, - вместо контроля и сигнализации о достижении фильтрующим элементом предельного состояния, требующего его очистки или замены, все сводится к затратному слежению за перепадом давления. Вместе с тем, более совершенные дифманометры и индикаторы перепада давлений, оснащенные оцифрованными шкалами, выпускаются рядом как российских, так и зарубежных фирм. Среди них следует отметить Tartarini и Pietro Fiorentini (Италия), WIKA Alexander Wiegand Gmbh и AZ Gastechnik GmbH (Германия), Rototehrm (Великобритания), Dwyer (США) и ряд других.

В таблице 1 приведены сравнительные характеристики серийно выпускаемых индикаторов перепада давлений и дифманометров различных изготовителей, а также рекомендуемых с учетом требований ГОСТ Р 8.740-2011 и СТО ГАЗПРОМРЕГИОНГАЗ 7.1-2011.

 

Параметры

Рекомендации ГОСТ Р 8.740-2011 и СТО Газпромрегионгаз 7.1-2011

Серийно выпускаемые

ИРД-80-РАСКО

ОАО «Саранский приборостроительный завод» (Россия)

DP-1

Pietro Fiorentini S.p.A (Италия)*

DM-400

AZ Gastechnik Gmbh (Германия)*

700.02

WIKA Alexander Wiegand Gmbh (Германия)*

ДПД

ООО «Эльстер-Газэлектро-ника» (Россия)*

Минимальное значение верхнего предела измерений, кПа

4**

4

15

40

16

5

Погрешность, %

± 5

± 5

± 20

± 3

± 5

Не нормирована

Рабочее давление, МПа

Не менее 1,6

1,6

10

10

10

1,6

Наличие сигнализации

Да

Да

Да

Да

Да

Нет

Возможность изменения уставки на месте эксплуатации

Да

Да

Да

Нет (только при изготовлении)

Нет (только при изготовлении)

Нет

Взрывозащищенное исполнение

Да

Да

Да

Да

Да

-

Стоимость

Низкая

Низкая

Средняя

Высокая

Высокая

Низкая

*приведенные данные взяты из официальных каталогов предприятий-изготовителей

** в соответствии с требованиями п.9.3.1.1 ГОСТ Р 8.740-2011, исходя из допустимых перепадов давлений на фильтрах по документации предприятий-изготовителей

Как следует из таблицы, одним из наиболее рациональных вариантов решения задачи контроля перепада давлений на газовых фильтрах, обеспечивающих выполнение в полном объеме требований ГОСТ Р 8.740-2011 и СТО ГАЗПРОМРЕГИОНГАЗ 7.1-2011 является применение в указанных целях индикатора разности давлений ИРД-80-РАСКО, показанного на рис. 1.

Прибор состоит из мембранного узла, находящегося под воздействием рабочего давления, и «разгруженного» показывающего устройства. Под действием разности давлений мембрана, жестко связанная с подпружиненным штоком, совершает линейное перемещение, которое посредством магнитной передачи преобразуется во вращательное движение стрелки относительно оцифрованной шкалы прибора. Ход мембраны в крайних положениях ограничивается жесткими упорами, благодаря которым прибор выдерживает одностороннюю перегрузку рабочим давлением. Высокая точность изготовления деталей и сборки прибора обеспечивают контроль разности давлений с погрешностью не более ±5%. Приборы имеют исполнения, оснащенные устройством сигнализации (герконом), в т. ч. в Ех – исполнении, формирующим релейный электрический сигнал при достижении контролируемым перепадом давлений порога срабатывания (уставки). Предусмотрена возможность удобной регулировки уставки в широком диапазоне непосредственно на месте эксплуатации прибора, посредством вращения регулировочного винта, расположенного на тыльной стороне показывающего устройства. Индикаторы ИРД-80-РАСКО имеют широкий типоразмерный ряд (с верхними пределами измерения от 2,5 до 60 кПа), отличаются компактностью и низкой стоимостью, соответствуют требованиям ТР ТС № 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах» и разрешены к применению на опасных объектах (Разрешение Ростехнадзора РФ № РРС 00-043928 от 16.06.2011 г.). Могут поставляться в комплекте с КМЧ, в т.ч. выполненными по специальным требованиям потребителя. Приборы значительно дешевле аналогичных приборов иностранного производства и не дороже применяемых в настоящее время малоинформативных индикаторов перепада давлений, не имеющих оцифрованной шкалы и возможности дистанционной передачи информации.

С 2008 г. выпускаются и нашли самое широкое применение в газовой отрасли дифманометры ДСП-80-РАСКО, которые используются для контроля перепада давлений на счетчиках газа в соответствии с требованиями упомянутого ГОСТ Р 8.740-2011. Приборы имеют широкий ряд диапазонов измерений перепада давлений, начиная от 0…1 кПа до 0…60 кПа, рабочее (статическое) давление до 1,6 МПа, класс точности 1,5, свидетельство об утверждении типа средств измерений RU.C.30.000.A №34043 от 04.02.2014г. За прошедший период выпущено более 22,5 тысяч дифманометров ДСП-80-РАСКО. В эксплуатации приборы зарекомендовали себя как высоконадежные изделия со стабильными метрологическими характеристиками, отличающиеся повышенным удобством эксплуатации, в т.ч. благодаря наличию современного вентильного блока и комплекта монтажных частей, малыми габаритами и весом, а также оптимальным соотношением «цена/качество» (рис.2).

По своим габаритам и массе ДСП-80-РАСКО в несколько раз меньше применявшихся ранее дифманометров ДСП-160. При этом его стоимость значительно ниже таких зарубежных аналогов, как, например, дифманометры фирмы WIKA (Германия). Следующим этапом работ, направленным на расширение области применения дифманометров ДСП-80-РАСКО, является их модернизация и освоение в производстве версии данных приборов в комплекте с устройством дистанционной передачи информации о достижении контролируемым перепадом давлений предварительно установленного порогового значения.

При инженерном обеспечении объектов тепло- и водоснабжения широкое применение находят механические датчики-реле давления и разности давлений. Это объясняется прежде всего тем, что по сравнению с электронными средствами измерения давления указанные реле давления просты и не требовательны в эксплуатации, автономны, не требуют подвода электрической энергии для своей работы и надежны. Они применяются для релейного регулирования давления в напорных трубопроводах систем водоснабжения; защиты насосов от «сухого хода», управления работой «подпиточных» насосов в тепловых пунктах и котельных, контроля давления в системах смазки различных агрегатов и механизмов, автоматизации и защиты компрессоров в системах кондиционирования и хладоснабжения стационарных, судовых, железнодорожных и автомобильных установок, а также для сигнализации и локального регулирования давления при автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности.

Особенностью рынка датчиков-реле давления является то, что они применяются для решения относительно простых локальных задач, связанных с защитой оборудования посредством остановки/пуска защищаемого оборудования и/или информирования обслуживающего персонала о выходе контролируемого параметра за установленные пределы. Например, выключения насоса или компрессора при достижении заданного уровня давления рабочей среды в накопительной емкости и последующего их включения при падении давления ниже допустимого уровня вследствие разбора потребителями.

Датчики-реле давления не являются средствами измерения и поэтому, как правило, к ним не предъявляются высокие требования к точности задания «уставок» и «зоны возврата». В большинстве случаев устраивает погрешность ±(4…5)% и более. Основные требования сводятся, главным образом, к обеспечению требуемого диапазона задания «уставок» и «зоны возврата». В то же время, учитывая массовый характер применения данных изделий, соответствующие датчики-реле давления должны иметь высокую надежность и минимальную стоимость. Кроме того они должны иметь высокую степень защиты от воздействия воды и пыли (исполнение не хуже IP64) и быть удобны для монтажа на объектах. Анализ условий работы приборов на различных объектах показывает, что в большинстве случаев применяются датчики-реле давления с диапазонами «уставок» - 0,065…0,6 и 0,1…1,0 МПа и разности давлений  0,05…0,5 МПа. При работе в составе системы регулирования из-за неравномерности подачи насосов и компрессоров могут иметь место пульсации давления, а на переходных режимах регулирования возникать кратковременные  динамические перегрузки по давлению. Аналогичные превышения давления имеют место при проверке герметичности гидравлического оборудования после его монтажа. Следовательно, преобразователи давления, а особенно это относится к датчикам-реле разности давлений, должны обладать значительной перегрузочной способностью по отношению к верхнему пределу диапазона «уставок».

Таким образом, для правильного выбора типа датчиков-реле давления (разности давлений) необходимо обеспечить оптимальное соответствие перечисленным выше требованиям их стоимости, технических характеристик, качества, возможностей производства и предоставляемого сервиса.

В настоящее время выпускается большое количество датчиков-реле давления, отличающихся по своим конструктивным особенностям, диапазонам измерения, стоимости и другим признакам. Среди отечественных приборов наибольшее распространение получили приборы производства ЗАО «ОРЛЭКС», среди импортных - приборы таких фирм, как «Danfoss» (Дания), «United Electric Controls» (США), «Fantini Cosmi» (Италия) и ряда других. Однако, не смотря на широкий спектр предлагаемых реле давления, потребители часто сталкиваются с проблемой выбора приборов, оптимально отвечающих предъявляемым требованиям.

Одной из последних разработок в этом направлении являются датчики-реле давления ДЕМ-102РАСКО и разности давлений ДЕМ-202РАСКО, а также ориентированные для применения в тяжелых условиях эксплуатации ДЕМ-102С и ДЕМ-202С, выпускаемые ОАО «Саранский приборостроительный завод». Пример внешнего вида приборов представлен на рис.3.

Технические характеристики датчиков-реле давления и разности давлений приведены в таблице 2.

Условное обозначение прибора

Пределы уставок, МПа

Зона возврата, МПа

Регулируемая

Нерегулируемая

Минимум

Максимум

ДЕМ-102РАСКО-01-2

– 0,065… 0,6

0,06

0,4

ДЕМ-102РАСКО-02-2

0,1… 1,0

0,1

0,3

ДЕМ-202РАСКО-01-2

0,05… 0,5

0,05

ДЕМ-202РАСКО-02-2

0,02… 0,2

0,02

В настоящее время подготовлена к производству и проходит заводские испытания новая версия датчиков-реле давления - ДЕМ-105М РАСКО и ДЕМ-202М РАСКО, которые отличаются улучшенными характеристиками и уменьшенными габаритами.

И, наконец, коротко об электронном преобразователе давления ПД-Р (рис.4), разработанном по техническому заданию ООО «НПФ «РАСКО» специально для применения в ЖКХ, в узлах учета воды и тепла. Пределы измерения — от 0,25 до 60 МПа. Основная погрешность — 0,5 %, суммарная погрешность — 1,0…2,0 % (в рабочем диапазоне температур), выходной сигнал 4-20 мА, межповерочный интервал – 4 года. Один из немногих преобразователей давления, полностью соответствующих требованиям «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя». Могут также применяться в системах автоматики насосных, компрессорных и холодильных установок. Относятся к преобразователям давления нового поколения, имеющим возможность программной корректировки характеристики с помощью портативного автономного автоматизированного корректора нуля и диапазона АКНД-31050, в том числе – непосредственно на месте эксплуатации преобразователей давления (поставляются по отдельным заказам эксплуатирующих организаций и региональных ЦСМ). ПД-Р имеют малые габариты и минимальную стоимость. Общее количество серийно выпущенных и находящихся в эксплуатации преобразователей ПД-Р превысило 36 тысяч шт.

Надеемся, что приведенные рекомендации, а также технические характеристики, как представленные в таблицах, так и имеющиеся в средствах информации, в том числе, по другим производителям, помогут потребителям выбрать типы приборов, наиболее полно отвечающие предъявляемым требованиям.

Литература:

  1. Золотаревский С. А., Осипов А. С. Новые приборы и оборудование НПФ «РАСКО» для систем газо-, водо-  и теплоснабжения. – «Реформа ЖКХ», № 9-10, 2009 г.
  2. СТО ГАЗПРОМРЕГИОНГАЗ 7.1-2011 «Технические требования к материалам, оборудованию и технологическим схемам блочных газорегуляторных пунктов, шкафных пунктов редуцирования газа». Санкт-Петербург, 2011.
  3. ГОСТ Р 8.740-2011 «РАСХОД И КОЛИЧЕСТВО ГАЗА. МЕТОДИКА  ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ТУРБИННЫХ, ВИХРЕВЫХ И РОТАЦИОННЫХ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ». – М: Стандартинформ, 2011.
  4. Апарин Е.Л., Золотаревский С.А. Контроль степени загрязнения газовых фильтров. – «Энергосбережение», № 7-8, 2012 г.

Е. Л. Апарин, к. т. н., заместитель генерального директора