Aktuální vydání

celé číslo

12

2019

Automatizace v energetice a pro efektivní využívání energie

Bezpečnost strojů a zařízení, bezpečnostní PLC moduly

celé číslo

Primární prvky pro měření průtoku

Metoda měření průtoku pomocí primárních (škrticích) prvků, která patří k nejstarším a nejrozšířenějším metodám měření průtoku tekutin, má v praxi mnoho předností. Jde o propracovanou, léty používání ověřenou metodu podloženou nejen mnoha normami a množstvím ověřovacích měření, ale především stovkami úspěšně fungujících realizací. Její hlavní předností je použitelnost v širokém rozsahu průměrů potrubí a schopnost měřit průtok jak běžných, tak i, pokud jde o teplotu, tlak, skupenství, míru agresivity, elektrické vodivosti a dalších fyzikálních parametrů, tzv. vysokoparametrových médií. Měřidla průtoku se škrticími prvky jsou dostupná za příznivé ceny a lze je jednoduše instalovat, snadno udržovat a také je možné snadno ověřovat jejich metrologické vlastnosti.

 

Princip měření průtoku škrticími prvky

Princip metody měření průtoku při použití primárních (škrticích) prvků spočívá v zabudování do potrubí primárního prvku (clona, dýza, Venturiho trubice), který v proudícím médiu způsobí rozdíl tlaků před a za primárním prvkem. Okamžitý průtok média potrubím je přímo úměrný odmocnině z rozdílu obou tlaků, který je měřen snímačem rozdílu tlaků a přepočítáván na průtok (viz obr. 1).

 

Základní předpoklady a norma ČSN EN ISO 5167

Jako každá metoda má i metoda měření průtoku s použitím škrticích prvků svá omezení, a má-li se měřit spolehlivě a přesně, musí být splněny určité předpoklady, jak je stanovuje norma ČSN EN ISO 5167. Tato norma klade různé požadavky na médium, potrubí, způsob instalace a také popisuje primární prvky průřezových měřidel průtoku z hlediska jejich konstrukce a použití (obr. 2).

 

Požadavky podmiňující použití škrticích prvků podle ČSN EN ISO 5167

K nejdůležitějším požadavkům při měření průtoku pomocí škrticích prvků patří podle ČSN EN ISO 5167 zejména:

  • médium musí mít čistou fázi, která se při změně tlaku v rozmezí připadajícím v úvahu při měření nesmí měnit,
  • médium musí proudit rovnoměrně (bez pulzací),
  • rychlost proudění musí být v celém měřicím průřezu podzvuková,
  • průřez potrubí musí být tekutinou zcela zaplněn,
  • potrubí musí splňovat předepsané požadavky na přímost a kruhovitost,
  • při zabudování primárního prvku do potrubí musí být dodrženy délky přímých úseků potrubí před prvkem a za ním,
  • musí být dodržena požadovaná drsnost vnitřní stěny potrubí před clonou,
  • při měření pro účely fakturace musí být použito ověřené provedení měřidla,
  • musí být dodržena pravidla správné a vhodné montáže měřicích přístrojů,
  • musí být splněny požadavky NV 219/2016 Sb. na tlaková zařízení (podrobněji viz dále).

 

Požadavky NV 219/2016 Sb. na tlaková zařízení

Tlaková potrubí včetně dílů do nich zabudovaných (škrticí prvky) je třeba posoudit z hlediska evropské direktivy pro tlaková zařízení 2014/68/EU. V ČR je tato direktiva zavedena zákonem 90/2016 Sb. a NV 219/2016 Sb.

 

Nařízení vlády č. 219/2016 Sb. stanovuje technické požadavky na tlaková zařízení s nejvyšším dovoleným přetlakem větším než 0,05 MPa (0,5 bar). Za takováto zařízení jsou považována mimo jiné i potrubí a potrubní části určené k přepravě tekutin.

Nařízení vlády č. 219/2016 Sb. rozděluje tlaková zařízení do čtyř kategorií, které kladou na zařízení a výrobce různé legislativní požadavky (prohlášení ES o shodě, označení výrobku značkou CE, zabezpečení jakosti výroby atd.).

 

Ze sortimentu firmy JSP

Společnost JSP, s. r. o., vyrábí a dodává primární prvky pro měření průtoku určené k montáži do kruhového potrubí mezi příruby nebo jako součást sestavy, která se k navazujícímu technologickému zařízení připojuje přivařením na obou koncích. Tato sestava měřicí tratě obsahuje mimo primární prvek i předepsané přímé úseky potrubí. Parametry a konstrukční řešení clon a dýz včetně přímých úseků potrubí vyráběných firmou JSP zcela vyhovují normám ČSN EN ISO 5167-1, ČSN EN ISO 5167-2 a ČSN EN ISO 5167-3.

 

Nabízeny jsou clony a dýzy v provedení s komorovými nebo bodovými odběry, včetně možnosti nastavit úhel (podle charakteristiky měřeného média) a zvolit ukončení odběrových trubek (obr. 3).

 

Primární prvek s komorovými odběry se skládá z dvoudílné obruby s navařenými odběrovými trubkami a kotouče clony nebo dýzy. Kotouč je vyměnitelný a je sevřen mezi oběma díly obruby a utěsněn na straně nižšího tlaku měkkým těsněním. Z každého jednoho dílu obruby se tlak odebírá přes prstencovou komoru spojenou s vnitřkem potrubí odběrovými štěrbinami (obr. 4). Primární prvek s bodovými odběry tvoří jednodílná obruba s navařenými odběrovými trubkami. Kotouč clony nebo dýzy je součástí obruby a je nevyměnitelný. Odběry tvoří otvory před kotoučem a za ním, které ústí do odběrových trubek (obr. 5).

 

Základní technické údaje primárních prvků pro měření průtoku dodávaných firmou JSP jsou souhrnně uvedeny v tab. 1. Díky široké nabídce materiálů lze vyrobit primární prvky použitelné v médiích o teplotě až do 600 °C. Základní vodítko při volbě typu primárního prvku (clona/dýza) nabízí vložený text.

 

Kompletní měřicí tratě s certifikátem TCM

Pro přesné měření průtoku je nezbytné zajistit stabilizovaný proud tekutiny vstupující do primárního prvku a splnit další podmínky geometrické a mechanické přesnosti stanovené v normě ČSN EN ISO 5167. Aby se dosáhlo stanoveného cíle, je třeba vyrobit celou měřicí trať včetně primárního prvku jako sestavu splňující veškeré požadavky na kvalitu a přesnost měřidla.

 

Společnost JSP vyrábí a dodává měřicí tratě v souladu s požadavky normy ISO 5167 vyznačující se těmito základními vlastnostmi:

  • splněné požadavky norem ČSN EN ISO 5167-1 a ČSN EN ISO 5167-2;
  • volitelné délky přímých úseků;
  • volitelné provedení připojení úseků;
  • certifikáty o schválení typu pro fakturační měření:
  • TCM 142/10-4780 pro clonovou trať CMT,
  • TCM 142/15-5291 pro clonovou trať CMT4;
  • průvodní dokumentace pro certifikaci podle evropské direktivy 2014/68/EU.

 

Clonovou měřicí trať lze dodat s metrologickým ověřením pro fakturační měření (certifikát o schválení typu měřidla TCM podle § 9 zákona č. 505/1990 Sb., o metrologii v platném znění). Měřicí tratě od firmy JSP mají typové schválení s centrickou clonou (typ CMT) a čtyřotvorovou clonou (typ CMT4). Na clonovou měřicí trať se podle parametrů měřeného média vydává prohlášení ES o tlakovém zařízení podle NV 219/2016 Sb. (evropské směrnice pro oblast tlakových zařízení 2014/68/EU). K měřicí trati pro fakturační měření je povoleno používat pouze typově schválené snímače rozdílu tlaků, snímače tlaku, teploměry a vyhodnocovací jednotky.

 

Zavedením měřicích tras na trh se stanovenými měřidly byly také minimalizovány neshody při montáži clon a jejich následném provozování. Konstrukčně je měřicí trať řešena s použitím přírubových spojů tak, že nejdůležitější části měřidla lze jednoduše instalovat a odinstalovat. Konstrukce měřicí trasy je rozdělena na tři úseky: na část vstupní, ve které dochází k uklidnění protékajícího média, na část měřicí (primární prvek) a na část výstupní. Sestava tratě se k navazujícímu technologickému zařízení připojuje přivařením na obou koncích. Při volbě provedení clony (dýzy) a potřebných přímých úseků potrubí je nutné respektovat prostorové možnosti v místě instalace (místnost, lávka atd). Je třeba zvážit vzdálenosti zabudovávaného měřicího zařízení od zdí, stropu, podlahy, souběžných potrubí a dalších překážek. Je zapotřebí zajistit dostatek prostoru pro:

  • přímé úseky potrubí před primárním prvkem a za ním,
  • tlakové odběry z primárního prvku a pro jejich navazující armatury,
  • bezproblémové propojení měřicích přístrojů,
  • zasunutí snímače teploty do návarku,
  • případnou montáž izolace,
  • závěsy potrubí,
  • pracovníky provádějící montáž a případnou údržbu měřicího zařízení.

 

Součásti měřicího okruhu

V sestavách měřicích okruhů se používají propojovací, uzavírací a ochranné armatury, které pro zajištění správnosti měření a ochrany měřicích přístrojů umožňují oddělit měřicí okruh od provozního technologického zařízení. Jde zejména o (viz také obr. 6):

  • kondenzační nádoby oddělující snímač rozdílu tlaků (popř. snímač tlaku média) za účelem jeho ochrany před vysokou teplotou měřeného média,
  • kondenzační smyčky k připojení snímače tlaku a jeho ochraně před vysokou teplotou měřeného média,
  • uzavírací ventily k odpojení měřicího okruhu od provozního potrubí při poruše nebo rekonstrukci,
  • ventilové soupravy k odpojení snímače rozdílu tlaků (připojovací ventily), k propojení tlakových vstupů při seřizování nuly snímače rozdílu tlaků (propojovací ventil) a k odkalení impulzního potrubí (odkalovací ventily, pouze u pěticestné soupravy),
  • impulzní potrubí k připojení snímače rozdílu tlaků (popř. snímače tlaku) k odběrům clony.

 

OrCal – software pro výpočet primárních prvků

Program OrCal je určen k výpočtům clon, dýz a Venturiho trubic (primárních prvků) v souladu s normami řady ČSN EN ISO 5167, která určuje způsob výpočtu a podmínky použití primárních prvků za provozních podmínek. Program OrCal umožňuje zadávat hodnoty potřebné pro výpočet při běžných podmínkách s respektováním konfigurace měřicího okruhu z hlediska použitých přístrojů, materiálů a umístění měřicí tratě. Pro známé tekutiny program na základě zadání provozních podmínek stanovuje fyzikální vlastnosti těchto tekutin potřebné pro další výpočet. Výsledné hodnoty jsou přepočteny na běžné podmínky tak, aby je bylo možné použít pro zadání výroby primárního prvku, popř. celé měřicí tratě. Výstupem programu OrCal je osvědčení o výpočtu. Volitelnou částí osvědčení je i grafické znázornění nejistoty při měření průtoku v celém rozsahu měření. Při použití kaskádního zapojení dvou a více snímačů rozdílu tlaků je tato skutečnost zohledněna v zobrazení nejistot. Program umožňuje obsluhovat jednu nebo několik databází výpočtů s definovanými přístupovými právy jednotlivých uživatelů. Uživateli programu je k dispozici kontextová nápověda.

 

Řešení JSP – 100% spolehlivé měření

Společnost JSP, s. r. o., dodává zařízení pro měření průtoku tekutin a jimi přeneseného tepla při použití primárních (škrticích) prvků pro průtok od svého vzniku, tedy 23 let. Garantuje přesné a spolehlivé měření díky ucelenému řešení od výpočtu a projektu přes dodávku a montáž až po uvedení do provozu a pozáruční servis měřicího zařízení.

 

Další informace jsou dostupné na webových stránkách www.jsp.cz a www.prutok.cz.

 

(JSP, s. r. o. – Měření a regulace)

 

Volba škrticího prvku

Přednosti clon:

  • nižší pořizovací cena,
  • velký rozsah jmenovitých světlostí,
  • velký rozsah Reynoldsova čísla,
  • snazší a levnější záměna měřicího prvku (kotouče) při změně parametrů měřeného média,
  • jednodušší metrologické ověřování.

 

Přednosti dýz:

  • menší tlaková ztráta,
  • delší doba provozního života při měření tekutin s abrazivními částicemi,
  • vhodnější pro nerozebíratelné (svařované) zabudování do potrubí,
  • uplatní se především při vyšší teplotě a vyšším tlaku média.

 Obr. 1. Průtok kapaliny potrubím se zabudovanou clonou se znázorněním průběhu statického tlaku v kapalině (D – světlost potrubí, d – světlost clony, p – provozní tlak média, p1 – tlak před clonou, p 2 – tlak za clonou prvkem, Δp – rozdíl tlaků p1 a p2, pz – tlaková ztráta na škrticím prvku)

Obr. 2. Řezy nejčastěji používaných typů primárních prvků obsažených v normě ČSN EN ISO 5167: a) clona, b) dýza ISA1932, c) dýza s dlouhým poloměrem, d) Venturiho trubice, e) Venturiho dýza

Obr. 3. Ukázka ze sortimentu primárních prvků pro měření průtoku vyráběných firmou JSP

Obr. 4. Řez centrické clony s komorovými odběry (označení CK)

Obr. 5. Řez vevařovací dýzy ISA1932 s bodovými odběry (označení DBV)

Obr. 6. 3D vizualizace kompletního okruhu (tratě) pro měření průtoku

Obr. 7. Uživatelské rozhraní softwaru OrCal

 

Tab.1. Základní technické charakteristiky primárních prvků pro měření průtoku dodávaných firmou JSP