Проектная документация на систему измерения вязкости Solartron для котельного топлива
Введение
Система измерения вязкости Solartron предназначена для точного измерения вязкости при базовой температуре в режиме реального времени, непрерывно, используя репрезентативную пробу продукта, непрерывно отбираемую из рабочего трубопровода.
Два цифровых вискозиметра будут измерять кинематическую вязкость пробы при двух различных температурах. Таким образом, константы А и В уравнения ASTM D341, являющиеся уникальными для пробы тестируемого нефтепродукта, будут рассчитываться непрерывно. Далее по уравнению стандарта ASTM D341 можно рассчитать кинематическую вязкость при одной или нескольких базовых температурах:
Log10.log10(v+0.7) = A-B.log10.(T+273)
где v — кинематическая вязкость в сСт при температуре T C.
Для каждого расчетного цикла электроники система из двух вискозиметров будет определять значения констант А и В, а также рассчитывать новые значения вязкости при базовых условиях.
Использование описанного выше метода позволяет определить базовую вязкость независимо от изменяющего состава углеводородного топлива.
Важным моментом функционирования стадий регулирования температуры является не абсолютное значение поддерживаемой температуры, а создание значительной разницы температур потока между двумя цифровыми вискозиметрами.
Дизайн системы
Дизайн системы оптимизирован с учетом реальных рабочих условий объекта, с учетом типа топлива и значения базовой температуры.
Дизайн системы также направлен на достижение максимального фактора однородности приборов, как правило, на уровне 95% (API555). Использование оборудования тех производителей, которые уже поставляли приборы на завод, позволит сократить расходы на приобретение запасных частей и сократить время простоев.
Для проверки показаний системы Solartron в процессе настройке и во время эксплуатации системы Solartron должны использоваться данные аналитической лаборатории, имеющей необходимое оборудование.
Структура системы:
Система состоит из двух основных частей:
— полевой части, смонтированной на раме, которая предназначена для установки в опасной зоне в непосредственной близости от емкости или трубопровода для увеличения скорости реагирования. Полевая часть системы будет выполнена на раме таким образом, чтобы ее можно было установить в подходящий шкаф для защиты от воздействия окружающей среды. Такой шкаф (в объем поставки не входит) должен обеспечивать доступ к системе при проведении обслуживания, ремонта или проверки в любое время года в любую погоду;
— панели управления настенного или поверхностного монтажа, которая содержит источники питания для полевого оборудования, регулятор скорости вращения насоса, температурные контроллеры и компьютер вязкости. Панель управления предназначена для установки в безопасной зоне удаленно от полевой части системы.
Подключение к процессу:
Подготовка патрубков пробозабора и возврата в основной трубопровод, укомплектованных подходящими изолирующими клапанами, должна быть выполнена специалистами Сибнефть. Эти клапаны должны быть оснащены датчиками положения, которые будут соединены с циркуляционным насосом системы, для подачи сигнала состояния клапана «открыт» или «закрыт».
Система вязкости будет расположена максимально близко к точке пробозабора для уменьшения времени отклика.
Точка пробозабора должна быть расположена максимально близко к точке управления смешением продуктов (т.е. к клапанам регулировки подачи топлив) для уменьшения времени реагирования системы управления смешением.
Устройство пробозабора будет представлять собой усредняющую трубку Пито. Таким образом проба, подаваемая в систему для анализа, будет репрезентативной относительно всего потока продукта.
Установка полевой части системы, обеспечение необходимым кожухом (шкаф) и подключение системы к патрубкам пробозабора и возврата пробы, к линиям подачи и отвода пара и воды (все перечисленные патрубки должны быть снабжены изолирующими клапанами (вентилями)) должно быть выполнено специалистами Сибнефть.
Патрубки на входе и выходе системы, а также линии подачи и отвода теплоносителей будут оканчиваться концами под сварку. Это облегчит установку системы в кожух, кроме того патрубки позволят заказчику приварить фланцы любого подходящего типа.
Дизайн и компоновка полевой части системы:
Схема системы прилагается.
На схеме показан объем поставляемого оборудования.
Далее следует описание функций различных компонентов системы. В последующих разделах приводится описание оборудования с указанием производителя, типа и, где возможно, номера модели. Точные данные будут подтверждены после расчетов типо-размеров оборудования, что будет сделано после подписания проектной документации.
TP1 от основного трубопровода к системе вязкости
TP1 подключается к линии забора пробы из основного трубопровода через изолирующие вентили, которые должны быть установлены специалистами Сибнефть. TP1 – труба номинального диаметра 1 дюйм класса schedule 80, концы под сварку.
TP2 от системы вязкости к основному трубопроводу
TP2 подключается к линии возврата пробы в основной трубопровод через изолирующие вентили, которые должны быть установлены специалистами Сибнефть. TP2 – труба номинального диаметра 1 дюйм класса schedule 80, концы под сварку.
TP3 от линии подачи среды для промывки/калибровки к системе вязкости
TP3 представляет собой пожаробезопасный антистатический шаровой вентиль, 1/2 дюйма, который подключается к к контуру прокачки пробы, и который предназначен для подачи в контура измерения вязкости жидкости для промывки или калибровки.
TP4 от системы вязкости к линии вывода среды для промывки/калибровки
TP4 представляет собой пожаробезопасный антистатический шаровой вентиль, 1/2 дюйма, который подключается к контуру прокачки пробы, и который предназначен для вывода жидкости для промывки или калибровки из контура измерения вязкости.
Насос
Проба, отбираемая из основного трубопровода и подающаяся через TP1, поступает на всасывание объемного насоса. Насос может быть шиберный, шестеренный, винтовой или любой другой эквивалентный объемный насос, который позволяет регулировать расход среды посредством частотно-регулируемого привода.
Номинальный расход пробы составляет от 6 до 30 л/мин. В соответствии с ранее полученными опытными данными для тяжелых нефтепродуктов при расчетах типоразмеров теплообменных аппаратов и клапанов на линиях подачи теплоносителей расход будет приниматься равным 15 л/мин.
Насос будет оборудован фильтром и регулятором давления (для снижения входного давления) для защиты внутренних элементов в соответствии с требованиями его производителя.
Сенсор температуры на входе системы
Сразу же после насоса будет установлен 4-х проводной сенсор температуры PRT класса В, укомплектованный преобразователем с выходом 4-20 мА, который будет передавать в компьютер вязкости 7951 значение температуры потока на входе в систему для выборки данных и в целях диагностики системы. Данные этой точки измерения не будут использоваться в каких-либо расчетах или для целей управления.
Преобразователь давления на входе в систему
Рядом с датчиком температуры будет установлен преобразователь давления с выходом 4-20 мА, который будет передавать значение давления в компьютер вязкости 7951 для выборки данных и в целях диагностики системы. Данные этой точки измерения не будут использоваться в каких-либо расчетах или для целей управления.
Теплообменный аппарат первой ступени
Принимается, что температура на входе в систему может изменяться в пределах от 70 С до 110 С со средним значением 90 С. Базовая температура (температура приведения вязкости) составляет 80 С.
Теплообменный аппарат первой ступени будет обеспечивать температуру потока на входе в первый вискозиметр на уровне, значительно превышающем базовую температуру. При проектировании теплообменный аппарат будет рассчитываться по мощности, обеспечивающей увеличение температуры потока на 15-20 С. Точное значение температуры потока на выходе из теплообменного аппарата не существенно до тех пор, пока эта температура на 25-35 С превышает базовую температуру при оптимальных значениях температуры входного потока и расхода пара.
Регулирующий клапан на линии подачи пара
В теплообменный аппарат первой ступени будет подаваться пар для нагрева пробы, подаваемой в первый цифровой анализатор вязкости, до температуры, превышающей базовую.
Расход пара будет задаваться регулирующим клапаном, который будет управляться, исходя из температуры в проточной камере первого вискозиметра.
Регулятор давления может быть установлен перед клапаном подачи пара или перед теплообменником для обеспечения режима работы теплообменного аппарата в соответствии с требованиями производителей оборудования.
Статический смеситель
Проба после первого теплообменника будет проходить статический смеситель, установленный непосредственно перед входом в камеру вискозиметра, и предназначенный для гомогенизации потока, выравнивания температуры по сечению трубопровода, а также для деламинирования потока и/или предотвращения завихрений потока в точке измерения вязкости.
Цифровой преобразователь вязкости Solartron 7827 (первый по потоку)
Поток пробы после статического смесителя входит в проточную камеру вискозиметра. На входе этой камеры установлен преобразователь температуры со сдвоенным температурным сенсором PRT (или с двумя одинарными сенсорами) будет измерять температуру потока. Одно из этих значений будет использоваться для регулирования расхода пара, подаваемого в первый теплообменник. Второе из этих значений будет использоваться компьютером вязкости в качестве температуры, при котором измеряются вязкость и плотность среды.
В проточную камеру также будет установлен цифровой преобразователь вязкости Solartron 7827. Этот прибор имеет встроенный сенсор температуры Pt100 класса В. Показания этого сенсора могут отличаться от реальной температуры жидкости в случае изменения температуры. Это значение температуры используется в качестве индикатора температуры сенсора вискозиметра (в отличие от температуры среды) для температурной коррекции показаний плотности (компенсация модуля эластичности Юнга).
Теплообменный аппарат второй ступени
После первого вискозиметра проба будет подаваться в теплообменный аппарат второй ступени, обеспечивающий снижение температуры потока на 25-35 С. Он будет регулировать температуру потока на уровне около 80 С (температура приведения вязкости) путем охлаждения. В случае значительного отклонения температуры потока на входе в систему от нормального значения, действительная температура потока в измерительном контуре будет увеличиваться или понижаться в допустимых пределах благодаря регулированию температуры первым теплообменником.
Регулирующий клапан на линии подачи охлаждающего агента
Расход охлаждающего агента будет будет задаваться регулирующим клапаном, который будет управляться, исходя из температуры в проточной камере второго вискозиметра.
Статический смеситель
Проба после второго теплообменника будет проходить статический смеситель, установленный непосредственно перед входом в камеру вискозиметра, и предназначенный для гомогенизации потока, выравнивания температуры по сечению трубопровода, а также для деламинирования потока и/или предотвращения завихрений потока в точке измерения вязкости.
Цифровой преобразователь вязкости Solartron 7827 (второй по потоку)
Поток пробы после статического смесителя входит в проточную камеру вискозиметра. На входе этой камеры установлен преобразователь температуры со сдвоенным температурным сенсором PRT (или с двумя одинарными сенсорами) будет измерять температуру потока. Одно из этих значений будет использоваться для регулирования расхода пара, подаваемого в первый теплообменник. Второе из этих значений будет использоваться компьютером вязкости в качестве температуры, при котором измеряются вязкость и плотность среды.
В проточную камеру также будет установлен цифровой преобразователь вязкости Solartron 7827. Этот прибор имеет встроенный сенсор температуры Pt100 класса В. Показания этого сенсора могут отличаться от реальной температуры жидкости в случае изменения температуры. Это значение температуры используется в качестве индикатора температуры сенсора вискозиметра (в отличие от температуры среды) для температурной коррекции показаний плотности (компенсация модуля эластичности Юнга).
Возврат потока пробы
Поток пробы, пройдя проточную камеру второго вискозиметра, будет возвращен либо в основной трубопровод, либо выведен из системы через линию подачи промывочной/калибровочной жидкости.
Клеммник и устройство аварийной остановки насоса:
На раме системы будет смонтирован клеммник для полевых сигналов, установленный во взрывозащищенном кожухе. Будет выполнено соединение полевых прибор с клеммником, имеющим свободные клеммы для соединений между полевой частью системы и панелью управления, устанавливаемой в безопасной зоне.
Панель управления, устанавливаемая дистанционно:
Панель управления, устанавливаемая дистанционно, будет размещена в безопасной зоне, т.е. в помещении операторной на некотором расстоянии от полевой части системы.
Она будет представлять собой кожух настенного или поверхностного монтажа, укомплектованный следующим оборудованием:
Источник питания
Соответствующий источник питания для полевого оборудования и сигналов регулирующих клапанов.
Температурные контроллеры
Двухканальный температурный контроллер будет управлять положением клапана регулировки расхода пара, подающегося в первый теплообменник, и положением клапана регулировки расхода охлаждающей жидкости, подающейся во второй теплообменник.
Заданные значения температуры являются изменяемыми, но номинально будут установлены в соответствии с нагревательной способностью первого теплообменника и охлаждающей способностью второго теплообменника. Проектные условия будут базироваться на нормальной температуре на входе в систему 90 C, расходе 15 л/мин, с необходимостью повышения температуры на 15-20 C при срединном положении регулирующего клапана. При расчете охлаждающей способности второй ступени будет приниматься: поддержание температуры на выходе со второго теплообменника на уровне 80 C при срединном или около него положении регулирующего клапана подачи охлаждающего агента. Принимается, что значения расходов теплоносителей (пара и охлаждающей жидкости) являются оптимальными.
В случае колебания расходов теплоносителей или температуры на входе в систему либо любой комбинации этих факторов может возникнуть ситуация, при которой заданные значения температур нельзя изменить. В указанном случае удовлетворительное значение вязкости при базовой температуре можно получить при существовании достаточного градиента температур.
Частотно-регулируемый привод насоса
Устройство управления частотой вращения предназначено для регулировки расхода пробы через систему. Номинально будет задан расход на уровне 15 л/мин, но его значение может быть изменено во время наладки системы, чтобы добиться оптимального расхода, обеспечивающего точное и стабильное регулирование температуры и стабильное и точное измерение вязкости.
Компьютер вязкости Solartron type 7951 (версия программного обеспечения 2021)
В компьютер вязкости Solartron 7951 будет инсталлирована последняя версия программного обеспечения 2021 для двух вискозиметров. Это ПО позволяет работать с двумя вискозиметрами и встроенными в них сенсорами температуры (4-х проводные PRT), а также преобразователями температуры и вычислять вязкость при базовой температуре, значение которой может передаваться в виде выходного сигнала 4-20 мА в систему верхнего уровня (не входит в объем поставки), что позволит управлять процессом смешения топлив.
Кроме того, 7951 получает и обрабатывает сигналы от преобразователей температуры и давления, установленных на входе системы и предназначенных для диагностики.
Электрическая разводка
На панели управления будет выполнена электрическая разводка для подключения полевых датчиков.
Будут предусмотрены свободные разъемы для подключения аналоговых выходных сигналов и контроллера, управляющего смешением (в объем поставки не входит).
Цифровая связь будет осуществляться путем прямого подключения к выделенным портам вычислителя 7951. По линии цифровой связи 7951 может быть подключен к различным компьютерам и/или РСУ для целей управления, регулирования, сбора данных и диагностики.
Один из портов связи может быть выделен для подключения к ПК (в объем поставки не входит), на котором установлен пакет FC_CONFIG – программное средство под Windows, разработанное Solartron для диагностики, конфигурирования и записи данных.
Точность системы:
При правильной установке, вводе в эксплуатацию и соблюдении условий эксплуатации, указанных в технической характеристике, система будет работать в пределах, заявленных в метрологическом сертификате.