Быстродействующий преобразователь дифференциального давления предназначен не для контроля «величины давления», а процесса его изменения

На химических установках, энергетическом оборудовании, в вентиляторных сетях и на автоматизированных производственных линиях многие проблемы вызваны не превышением стабильного перепада давления, а повторяющимися за короткое время колебаниями перепада давления. Обычные средства измерения перепада давления больше подходят для наблюдения средних значений и медленных тенденций; быстродействующие преобразователи дифференциального давления применяются для регистрации переходных процессов длительностью от миллисекунд до секунд, обеспечивая более своевременные сигналы для блокировочной защиты, диагностики неисправностей и замкнутого регулирования.

Под быстродействием обычно понимается совокупность нескольких звеньев, включая отклик чувствительного элемента, обработку сигнала, электрический выход и конструкцию импульсных линий. Даже при быстром отклике самого преобразователя слишком длинные импульсные трубки, скопление жидкости, засорение или неправильно настроенное демпфирование могут снизить фактическую амплитуду высокочастотных колебаний. Поэтому при выборе нельзя сравнивать только одно значение времени отклика, указанное в описании изделия.

В условиях, где необходимо распознавать импульсы, колебания, скачкообразные изменения и периодические перепады давления, быстрый сигнал дифференциального давления помогает пользователю отличить «нормальное технологическое возмущение» от «признака неисправности оборудования». Например, при одинаковом повышении перепада давления его медленный рост может указывать на постепенное засорение фильтрующего элемента, тогда как внезапный скачок в течение нескольких сотен миллисекунд может быть связан с работой клапана, гидравлическим ударом в трубопроводе или кратковременным засорением.

Пять типов колебаний давления, требующих особого контроля

1. Пульсирующий перепад давления в насосах, компрессорах и гидравлических системах

Поршневые, плунжерные, мембранные насосы, а также некоторые компрессоры создают при работе периодические пульсации. Преобразователи дифференциального давления, установленные между фильтрами, дросселирующими элементами, теплообменниками или на входе и выходе насоса, позволяют наблюдать амплитуду пульсаций, стабильность частоты и изменения рабочего состояния. Внезапное усиление пульсаций может указывать на износ клапанных пластин, кавитацию, резонанс трубопровода или отказ демпфирующего устройства.

В гидравлических станциях быстрое реверсирование исполнительных механизмов вызывает мгновенные изменения перепада давления. Быстродействующие преобразователи дифференциального давления могут помочь оценить отклик распределительного клапана, состояние дросселирования гидравлического контура и эффект демпфирования гидроаккумулятора. Для оборудования с циклом работы от 0.1 секунды до нескольких секунд скорость обновления системы сбора данных и период сканирования контроллера также должны быть согласованы.

Следует учитывать, что фактическая форма волны давления в насосных системах часто не является плавной. Если на объекте сохраняются только медленные трендовые данные 4mA до 20mA, пиковые значения могут усредняться; при диагностике оборудования характеристики колебаний можно анализировать совместно с высокоскоростными модулями сбора данных, историческими трендами системы управления или независимыми регистраторами данных.

2. Динамический перепад давления в вентиляторных, топочных и вентиляционных трубопроводах

В системах подачи и отвода воздуха котлов, сетях пылеудаления, трубопроводах пневмотранспорта и системах приточно-вытяжной вентиляции чистых помещений запуск и останов вентиляторов, регулирование заслонок, разгон и замедление частотных преобразователей вызывают изменения перепада давления. Быстродействующий преобразователь дифференциального давления позволяет контролировать перерегулирование, колебания и время восстановления в процессе регулирования расхода воздуха, обеспечивая основу для настройки параметров управления вентилятором.

В системах сжигания кратковременные резкие колебания разрежения в топке и перепада давления воздушного короба заслуживают повышенного внимания. Они могут быть связаны с колебаниями подачи топлива, несоответствием расхода воздуха, слишком быстрым срабатыванием заслонок или нестабильностью горения. Быстрое измерение не означает бездумного увеличения коэффициента усиления регулирования, а позволяет персоналу управления видеть временную последовательность возникновения колебаний и их фактическую амплитуду.

При измерениях в вентиляционных системах необходимо разумно выбирать точки отбора давления, избегая зон локальных вихрей, крутых изгибов, участков возмущений непосредственно после клапанов и зон с заметным скоплением пыли. Для диапазонов малого перепада давления погрешность, обусловленная местом монтажа, иногда значительнее собственной точности преобразователя; при необходимости стабильную схему отбора давления следует определить путём сопоставления на объекте.

Выявление аномальных колебаний при фильтрации, дросселировании и измерении расхода

Перепад давления на фильтре отражает не только степень засорения

Перепад давления между двумя сторонами фильтра является одним из наиболее распространённых применений. Его стабильный рост обычно соответствует постепенному загрязнению фильтрующего элемента; если же перепад давления часто скачкообразно изменяется вверх и вниз за короткое время, следует дополнительно проверить пульсации расхода, ослабление крепления фильтрующего элемента, срабатывание перепускного клапана, наличие газа в среде или периодическое скопление примесей. Быстрый отклик помогает сохранить эти детали, которые часто сглаживаются при обработке.

В системах измерения расхода по перепаду давления с использованием диафрагм, труб Вентури, сопел и других устройств между расходом и перепадом давления обычно существует квадратичная зависимость. При увеличении колебаний перепада давления прямое усреднение перепада с последующим пересчётом расхода может дать отклонение от фактического среднего расхода. Поэтому для явно пульсирующего потока необходимо оценить, соответствуют ли алгоритм вторичного прибора, параметры демпфирования и период дискретизации требованиям технологического процесса.

Приведённая ниже таблица может использоваться для предварительной оценки. В реальных проектах также необходимо комплексно учитывать температуру, давление, коррозионность среды, диапазон измерений, монтажное пространство и класс взрывозащиты; нельзя определять модель только по скорости колебаний.

При выборе быстродействующего преобразователя следует одновременно учитывать «измерительную цепочку»

Прежде всего необходимо определить минимальный период колебаний, который требуется наблюдать. Например, если на объекте важны скачки перепада давления длительностью менее 1 секунды, преобразователь, дискретизация PLC, обновление связи и регистрация на верхнем уровне не должны становиться очевидными узкими местами. Время отклика, период обновления выхода, диапазон регулировки демпфирования и возможности системы сбора данных должны оцениваться как группа параметров, а не сравниваться изолированно.

Далее необходимо определить диапазон измерений. При слишком большом диапазоне малые колебания будут сжаты, и разрешающей способности окажется недостаточно; при слишком малом диапазоне возможно превышение предела из-за пусковых ударных нагрузок или аномальных пиков. В инженерной практике расчёт может выполняться с учётом нормального перепада давления, допустимых пиковых значений и запаса для будущих условий эксплуатации: необходимо как обеспечить чувствительность в обычно используемом диапазоне измерений, так и предусмотреть необходимый запас защиты от избыточного давления.

Для высокотемпературных, высоконапорных, коррозионных, склонных к кристаллизации или содержащих частицы сред также следует подтвердить материал мембраны, присоединение к процессу, тип уплотнения и решение по разделению сред. Стойкость преобразователя дифференциального давления к давлению, влияние статического давления и способность выдерживать одностороннюю перегрузку также важны, особенно в установках, где давление с обеих сторон высокое, а фактический перепад давления мал.

Монтаж и наладка определяют достоверность данных о колебаниях

При быстром измерении дифференциального давления следует максимально сократить импульсные линии с обеих сторон и сохранять симметрию конструкции, чтобы уменьшить фазовое смещение, вызванное разницей объёмов трубопроводов. В газовых трубопроводах необходимо предотвращать скопление конденсата, а в жидкостных — задерживание пузырьков воздуха; оба фактора замедляют передачу давления, искажают форму волны и даже могут вызвать дрейф нуля.

На этапе наладки можно сначала проверить ноль и диапазон в стабильном рабочем режиме, а затем записать кривые ключевых процессов, таких как запуск и останов оборудования, открытие и закрытие клапанов, переключение нагрузки. При появлении аномальных пиков следует одновременно проверить механическую вибрацию, электромагнитные помехи, заземление, экранирование и настройки дискретизации системы управления, чтобы не принять электрические шумы за реальные колебания давления.

Компания Xi'an Shenghongchuang Instrumentation Co., Ltd. может предоставить рекомендации по выбору преобразователей дифференциального давления и нестандартной комплектации с учётом условий среды, диапазона перепада давления, уровня статического давления, выходного сигнала и способа монтажа. Если на вашем объекте присутствуют пульсации насосов, колебания вентиляторов, скачки перепада давления на фильтрах или быстрое переключение клапанов, вы можете подготовить параметры нормального перепада давления, пиковых значений, среды и места установки и обратиться к техническим специалистам для целевой оценки.