Неинтрузивное измерение температуры потоков жидкости с использованием трубопроводных компенсаторов

Сергей Геннадьевич Некрасов, Сергей Андреевич Фомченко

Аннотация


Приводятся результаты численного исследования, которое направлено на повышение точности неинтрузивных измерений температуры жидкой среды в трубопроводах на основе использования типовых компенсаторов. Неинтрузивные средства измерений являются одними из современных перспективных и выгодных в эксплуатации средств, которые стимулируют совершенствование технологий и вовлечение в их разработку мировых приборостроительных корпораций, при этом растущая интеллектуализация измерений положительно сказывается на безопасности и эффективности работы промышленности.

Проведенное численное исследование согласуется с данными натурных измерений и показывает общую закономерность влияния скорости потока на погрешность неинтрузивных измерений температуры. Показано, что проведение измерений после верхнего или нижнего колена компенсатора позволяет снизить погрешность измерений в диапазоне чисел Рейнольдса (Re) примерно 1000–7000, что характерно для начала турбулентного течения жидкости. Показано также, что гравитация отрицательно влияет на точность измерений, поэтому предпочтение надо отдать горизонтально расположенным компенсаторам.

Обнаружено, что течение потока по трубопроводу при сравнительно больших числах Рейнольдса определяет наибольшее изменение температуры в пристеночной области трубы, а при малых числах Re – по оси трубопровода. Это в сочетании с особенностями течения в компенсаторе меняет характер распределения температур и изменения погрешности в зависимости от скорости течения потока в трубопроводе. В частности, этот эффект определяет уменьшение погрешности измерения температуры в компенсаторе при малых числах Re.

Существующие накладные датчики температуры, имеющие коррекцию поверхностных измерений температуры в температуру потока, требуют доработки для работы на потоках с числами Re, изменяющимися в широком диапазоне, при этом привязка таких измерений к трубопроводным компенсаторам может повысить качество измерений за счет сглаживания и,  в том числе, флуктуационных тепловых и гидродинамических воздействий.


Ключевые слова


давление; расход; температура; неинтрузивное измерение; погрешность; число Рейнольдса; трубопроводный компенсатор; моделирование течения; распределение температур

Полный текст:

PDF (English)

Литература


Nekrasov S.G., Fomchenko S.A., Sukharev A.M. The Problems of Non-intrusive Measurements of Fluid Flow Parameters in Pipelines. 2nd International Ural Conference on Measurements (UralCon). Chelyabinsk, 2017. 428 p. DOI: 10.1109/URALCON.2017.8120747

Yasoveev V.H., Urazaev A.E. [Method and Features of the Technical Implementation of the Information and Measuring System for Determining the Flow Phase Composition and Structure of the Multiphase Flow]. Bulletin of Ufa State Aviation Technical University, Series “Electronics, Measuring Equipment, Radio Engineering and Communication”, 2012, vol. 16, no. 1 (46), pp. 172–180. (in Russ.)

Nekrasov S.G. [Measurement of the Amount of Dissolved Gas in a Liquid Based on the Resonance Characteristics of a High-Q Electromechanical System with a Localized Cavitation Load]. Proc. of the Chelyabinsk Scientific Center. Chelyabinsk, 2007, no. 3 (37), pp. 38–44. (in Russ.)

Roger C. Baker. Flow Measurement Handbook: Industrial Designs, Operating Principles, Performance, and Applications. Second Edition. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 2016.794 p.

Nekrasov S.G. [Diagnosis of the Composition of Multicomponent Media by Vibroacoustic Method]. Proc. of the Chelyabinsk Scientific Center. Chelyabinsk, 2005, no. 1, pp. 100–105. (in Russ.)

Falcone G., Hewitt G.F., Alimonti C., Harrison B. Multiphase Flow Metering: Current Trends and Future Developments. Journal of Petroleum Technology, 2002, vol. 54, iss. 4, pp. 77–84. Available at: https://www.onepetro.org/journal-paper/SPE-74689-JPT DOI: 10.2118/74689-JPT

Arstein B., Shendal I. M. Sposob i apparat dlya tomograficheskikh izmereniy mnogofaznogo potoka [Method and Apparatus for Tomographic Measurements of Multiphase Flow]. Patent RF, no. 2418269 G01F1/74, G01N22/00, G01R27/26, 18.12.2006.

Nekrasov S.G., Pashnina N.A. The Profiling Effect on the Characteristics of Gas Flow in Fine Vibrating Clearances. Journal of Friction and Wear, 2010, vol. 31, no. 3, pp. 171–179 DOI: 10.3103/s1068366610030037

Preobrazhensky V.P. Teplotekhnicheskie izmereniya i pribory: Uchebnik dlya vuzov po spetsial'nosti “avtomatizatsiya teploenergeticheskikh protsessov” [Thermal Engineering Measurements and Devices: A Textbook for Higher Educational Institutions, Specializing in Automation of Heat and Power Processes]. Moscow, Energy Publ., 1978. 704 p.

GOST R 55989–2014. Magistral’nyye gazoprovody [State Standard R 55989–2014. Trunk Gas Pipelines]. Moscow, Standartinform Publ., 2014.

Nikolaev A.A. Proektirovanie teplovykh setey [Heating System Design]. Moscow, 1965. 359 p.

SolidWorks Flow Simulation Tutorial. Available at: https://mahdiy.files.wordpress.com/2011/12/solidworks-flow-simulation-2012-tutorial.pdf.

Gromov G.V., Ozerov A.V., Shafranovsky M.N. [Non-contact Methods for Measuring Fluid Flow in Pressure and Non-Pressure Pipelines]. World of Measurements, 2004, no. 1, pp. 4–8. (in Russ.)

Bashta T.M. Mashinostroitel'naya gidravlika. Spravochnoe posobie [Engineering Hydraulics. Reference Guide]. Moscow, 1971, Mashinostroenie Publ. 672 p.

Putilov K.A. Kurs fiziki, tom 1 [Physics Course, Book 1]. Moscow, GI FML Publ., 1963. 560 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/ctcr180406

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.