рительного прибора пропорциональны частоте флуктуации ЭДС. Погрешность измерения расхода около ±6 % .
Для измерения расхода сыпучего диэлектрического материала служит емкостный преобразователь, переменная составляющая тока в цепи которого — следствие флуктуации отдельных компо нентов материала. При этом на нагрузочном сопротивлении воз никает переменное напряжение, которое и измеряется. Погреш ность измерения расхода ±5 % [гл. 13: 23]. Емкостные преобразо ватели применяют также для измерения концентрации нерастворенного газа в воде.
Во многих случаях для измерения расхода гранулированных или порошкообразных материалов при пневмотранспорте [34] при меняют также емкостные преобразователи расхода, воспринима ющие флуктуацию диэлектрической проницаемости смеси.
Для измерения концентрации жира, диспергированного в элек тропроводной эмульсии моющего состава при постоянном расхо де смеси, в одной зарубежной работе был применен кондуктомет рический преобразователь с двумя стержневыми электродами.
Приведенные примеры — простейшие случаи применения флуктуационного метода. Если же изменяются и расход, и концентра ция смеси, то надо помимо измерения интенсивности флуктуа ций соотношения фаз в контрольном сечении выполнять еще и другое измерение, позволяющее судить или о скорости, или о средней концентрации одной из фаз. Проще всего измерять ско
рость движения корреляционным методом. |
|
|
Для этого на некотором расстоянии L друг |
|
|
от друга устанавливаются преобразователи |
|
|
(емкостные, кондуктометрические и т. п.), |
|
|
реагирующие на тот или другой параметр, |
|
|
характерный для данной смеси. Одновремен |
|
|
но одна пара этих преобразователей, уста |
|
|
новленных друг против друга, служит для |
|
|
измерения флуктуации этого параметра. По |
|
|
добный метод измерения расхода может быть |
|
|
назван флуктуационно-корреляционным ме |
|
|
тодом. Он был исследован сотрудниками |
|
|
Бредфордского университета в Англии. В ра |
|
|
боте [33] с помощью ультразвуковых пре |
|
|
образователей получена следующая зависи |
|
|
мость показаний прибора М, измеряющего |
|
|
интенсивность |
флуктуации водопесчаной |
Рис. 134. Зависимость |
смеси от объемной концентрации песка rjT , |
выходного сигнала (флук |
|
среднего размера частиц d (мкм) и скорости |
туация плотности) расхо |
|
смеси v (м/с): |
М = fer^’83 d0,22 у0,78, где k = |
домера водопесчаной сме |
си от ее скорости о и |
||
|
то |
объемной концентрации |
= 0,27 (%)-1 (мкм)-1 м-1 •с — постоянная. На |
песка г\т : |
|
рис. 134 показана зависимость показаний |
1_ 5,47%; 2— 2,8%; 3— |
|
М (мВ) от скорости смеси при различных |
1,73% ; 4 — 0,67% |
|
241
концентрациях r\T . Средний размер частиц d = 330 мкм, плот ность песка 1,65 г^м3, диаметр трубы 28 мм.
Возможны и другие разновидности флуктуационного мето да, применяемые при измерении расхода нефтегазовых смесей (см. далее).
12.7. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСХОДА ИЗМЕРЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ И ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ ВЕЩЕСТВ
Трехфазное вещество, например газированная пульпа, — смесь твердой, жидкой и газообразной фаз. Так, пульпа после флотаци онных машин и сгустителей на обогатительных фабриках обычно содержит газ. Его объемное содержание (рг 2-6 % , а иногда и вы ше. Пренебрежение указанным газосодержанием в газированной пульпе может привести к большой погрешности измерения. Кро ме того, необходимо учитывать скольжение между отдельными фазами, имея в виду, что скорость vT твердой фазы меньше ско
рости жидкости |
а скорость последней меньше скорости газа иг, |
если последний |
не диспергирован в ней. |
Средняя скорость vc и средняя плотность рс трехфазной смеси
определяются по уравнениям |
|
у с = Фтут + Фгуг + I1 - |
(Фт + ФгМ |
Рс = ФтРт + ФгРг + I1 - |
(Фт + Фг)] Рж’ |
где фт и фг — соответственно объемные концентрации твердой и газовой фаз; р^, Рг и рж — соответственно плотности твердой, газовой и жидкой фаз.
Откуда следует уравнение для определения концентрации твер
дой фазы |
|
Фт = 1(РСРж) + Фг(Рж - Рг)]/(Рт - Рж)- |
(83) |
Если Рж » Р Г, то |
|
Фт = [рс - Рж (1 - фг)]/(рт - Рж). |
(84) |
Массовый расход твердой фазы QT м можно определить в зави симости от объемного расхода смеси QQ с по уравнению
^ Т.м = во.сФтРтут /ус- |
(85) |
Кроме измерения трехфазной смеси, надо измерять и трех компонентную двухфазную смесь, в частности сырую нефть, по ступающую из скважины. Ее жидкая фаза состоит из двух ком понентов: нефти и воды. Причем требуется знать расходы отдель ных составляющих смеси и прежде всего нефти и газа.
242
Измерение расхода трехфазных и трехкомпонентных ве ществ — достаточно сложная задача, для решения которой тре буется большее число измерительных приборов и более сложные измерительные схемы. Некоторые из них рассматриваются далее.
12.8.ИЗМЕРЕНИЕ ПЯТИ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХФАЗНОЙ СМЕСИ
ВДВУХ СЕЧЕНИЯХ ПОТОКА
На рис. 135 показана схема устройства для измерения расхода газированной пульпы серного концентрата, разработанная Львов ским политехническим институтом [6]. Схема включает пять из мерительных первичных преобразователей. Три из них — преоб разователи расхода 1, плотности 2 и давления 7 — установлены в сечении А —А. На достаточном расстоянии I от последнего в сечении В—Б размещены преобразователи расхода 3 и давле ния 4. Сигналы от всех пяти преобразователей поступают на вы числительное устройство б, на выходе которого имеется измери тель серного концентрата 5.
Разность между объемными расходами Q6—Qa в сечениях А —А и Б—Б зависит от расширения газовой фазы при уменьшении давления от ра до рб. Тогда при некоторых допущениях получим уравнение для определения концентрации газа (рг в сечении А —А
Фг = (Q6 - Qa)P6/Q a(Ра - Рь>-
Решая это уравнение совместно с уравнениями (84) и (85), полу чим выражение для определения массового расхода твердой фазы
®т. м = [Рт/(Рт - Рж)] [®а(Рс - Рж> + Свб " Qa)V (P a “ РбИ»
которое справедливо при отсутствии скольжения отдельных ком понентов, т. е. при равенстве их скоростей. Из этого уравнения следует, что QT м при известных плотностях рт и рж определяется путем измерения пяти величин: Qa, Q6, рс, ра, рб. Для учета отно сительного движения компонентов пульпы в вычислительном устройстве 6 предусмотрен особый блок. Поправка, вводимая им,
основана на эмпирических |
|
|
данных, справедливых для |
|
|
мелкоизмельченного серно |
|
|
го концентрата, указываю |
|
|
щих, что скольжение твер |
|
|
дой фазы порядка 3 -5 % . |
|
|
Схема была реализована и |
|
|
испытана на горно-хими |
|
|
ческом |
комбинате. Были |
|
применены два электромаг |
Рис. 135. Схема устройства для измерения |
|
нитных |
преобразователя |
расхода твердого компонента в газированной |
расхода и радиоизотопный |
пульпе |
|
243
преобразователь плотности. Промышленные испытания всего ус тройства показали, что предельная приведенная погрешность из мерения QT м не превышает 4 % .
Возможно применение и несколько видоизмененной схемы, в ко торой в сечении Б—Б вместо второго преобразователя расхода устанавливается второй преобразователь плотности.
12.9.ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЕМНОГО РАСХОДА, ПЛОТНОСТИ
ИКОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗИРОВАННОЙ ПУЛЬПЫ
Внекоторых случаях для измерения расхода твердой фазы в газированной пульпе достаточно иметь лишь три преобразовате ля: объемного расхода пульпы, ее плотности и концентрации од ной из фаз. Такой метод разработан [3] во ВНИИгидроуголь. Объем ный расход Qc 0 определяется с помощью электромагнитного рас ходомера, а плотность смеси рс — с помощью радиоизотопного плотномера ПР-1024П, снабженного преобразователем положе ния движка реохорда в сигнал постоянного тока. Третий, кон дуктометрический преобразователь типа КК, разработанный во ВНИИгидроуголь, измеряет отношение сопротивления пульпы
ксопротивлению жидкой фазы. Такой способ удобен, когда твер дая фаза имеет значительно меньшую электрическую проводи мость, чем жидкость. Заметим, что пузырьки газа будут оказы
вать на кондуктометрический концентратомер почти такое же воздействие, как и равные им по объему частицы твердой фазы. Поэтому концентратомер будет измерять объемную концентра цию жидкости срж или суммарную объемную концентрацию твер дой и газовой фаз <рт + <рг = 1 - срж.
Из уравнения (83) следует, что
<М>т = Рс - |
(Рж + 4VPr> + (Фт + Фг) Рж- |
Подставляя это значение |
в уравнение (85), получим |
Q?. M= Qc.o [Рс - |
(Рж + ФА> + (Фт + Фг) Рж) VT/ VC- |
Так как рг « рж, а (рг < 1, то с большой степенью точности рж + + сргрг » рж. Тогда предыдущее уравнение принимает вид
< ? Т . М ® С . О К Р с (Фт Фг) Р ж ) V T / V C -
Это уравнение лежит в основе метода, реализованного во ВНИИгидроуголь. В схеме предусмотрено введение поправки на отношение скоростей твердой фазы vTи смеси i?c. Отношение vT/vc принимается постоянным для данного вида пульпы. От скорости гидросмеси vc оно сравнительно мало зависит.
Вычислительное устройство суммирует сигналы плотномера рс и концентратомера (фт + фг) с учетом плотности жидкости рж,
244