вихревые расходомеры жидкости

Когда говорят про вихревые расходомеры жидкости в контексте обогатительных фабрик, многие сразу представляют себе что-то универсальное и простое в установке. Но на практике, особенно на магнитных операциях, с этим прибором связано столько нюансов, что иногда проще вернуться к старому доброму диафрагменному узлу. Главное заблуждение — что его можно воткнуть в любую пульпопроводную линию и забыть. На деле же, если плотность пульпы 'пляшет', а в ней ещё и магнитный шлам есть, показания начинают жить своей жизнью. Сам через это проходил.

Почему именно вихревой метод? Личный выбор и его подводные камни

Выбор в пользу вихревых расходомеров у нас на участке был не случайным. Нужен был прибор без движущихся частей в контакте с абразивной пульпой, способный работать при неидеальной прямолинейности участка. Электромагнитные, конечно, точнее, но их цена и требования к монтажу были неподъёмными для того проекта. Остановились на вихревых, благо один поставщик из Китая, ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии (сайт их — jinken.ru), предлагал комплексные решения для автоматизации промывки и сепарации, где такие расходомеры шли как часть системы. Компания, к слову, известна не расходомерами, а как крупный производитель электромагнитно-гравитационного обогатительного оборудования, их полностью автоматическая промывочная магнитная сепарация — это серьёзная технология. Но в комплексах у них часто используются и измерительные компоненты.

Первая же проблема вскрылась при пусконаладке. Теоретически, для формирования устойчивых вихрей Кармана нужен определённый профиль потока. Мы поставили расходомер после нескольких поворотов и задвижки. Результат — нестабильная частота срыва вихрей, стрелка на вторичном приборе дёргалась. Пришлось переваривать трубопровод, добавлять прямой участок длиной в 15 диаметров до и 5 после, как и требовалось в паспорте, но на что мы изначально забили. Это был первый урок: экономия на длине трубопровода при монтаже выливается в проблемы с точностью.

Ещё один момент, о котором редко пишут в каталогах, — влияние твёрдой фазы. У нас шла пульпа с мелкодисперсным магнетитом после сепаратора. Частицы, особенно магнитные, могут влиять на формирование вихрей. Были опасения, что тело обтекания (трубка Блаффа) просто обрастёт шламом. На практике, при достаточной скорости потока (выше 1.5 м/с) этого не происходило, но при снижении нагрузки на фабрике, когда скорость падала, мы видели небольшой дрейф нуля. Чистили раз в две недели по регламенту.

Интеграция в технологический цикл: опыт с оборудованием Цзинькэнь

Интересный кейс был, когда мы модернизировали участок тонкой промывки концентрата. Использовали как раз технологию от ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии — их полностью автоматическую промывочную магнитную сепарацию. Там критически важным был точный учёт расхода оборотной воды и пульпы, подаваемой на дозацию реагентов. Вихревые расходомеры стояли на линиях воды. Почему не на пульпе? Потому что на основном пульпопроводе высокой плотности уже стояли электромагнитные, а вот на водных линиях с чистой, но иногда с пузырями воздуха водой, вихревые показали себя хорошо. Их сигнал шёл прямо в блок управления сепаратором.

Здесь стоит отвлечься на их оборудование. По заявлению с их сайта jinken.ru, их разработки, основанные на физических технологиях вроде электромагнетизма и гидравлической пульсации, применяются на большинстве магнитных рудников в Китае. Когда видишь их сепаратор в работе, понимаешь, что надёжный замер расхода воды для него — это вопрос стабильности всего процесса. Наш вихревой расходомер, если честно, был не их производства, а отечественный, но он был вписан в их автоматику. Работал без нареканий, если не считать одного инцидента.

А инцидент был курьёзный. В систему попал крупный окатыш настыля откуда-то из старого трубопровода. Он ударил по телу обтекания. Не сломал, но, видимо, слегка деформировал. Показания стали заниженными и нелинейными. Долго искали причину, проверяли и преобразователь, и проводку. Пока не сняли и не осмотрели сам первичный преобразователь. Замена тела обтекания решила проблему. Вывод: механическая прочность — важный фактор, особенно на обогатительных фабриках, где в потоке может оказаться что угодно.

Калибровка и поверка: полевая реальность против теории

В паспорте на вихревой расходомер написано про поверку раз в год или два. В условиях цеха обогащения, где вокруг вибрация, влажность и магнитные поля, этот интервал лучше сокращать. Мы своими силами делали контрольные замеры 'проливом' раз в квартал на критичных участках. Для этого ставили переносной ультразвуковой расходомер. Данные редко полностью совпадали, была погрешность в 1.5-2%, что для наших задач по учёту оборотной воды было приемлемо.

Самая большая головная боль — это калибровка 'нуля'. Процедура простая: перекрываешь поток, смотришь показания. Но если в трубопроводе есть остаточные вибрации от работающих рядом насосов или турбулентность из-за неплотной задвижки, то 'ноль' уплывает. Приходилось выбирать момент ночной остановки фабрики для этой процедуры. Иногда проще было выставить усреднённое смещение, выведенное эмпирически, чем гоняться за идеальным нулём.

Один раз пытались использовать вихревой расходомер для учёта пульпы с крупными включениями (песок). Это была ошибка. Частицы, ударяясь о тело обтекания, создавали паразитные импульсы, которые преобразователь интерпретировал как вихри. Показания завышались на 15-20%. Пришлось демонтировать и ставить в это место простейший расходомер переменного перепада давления. Для пульп с мелкодисперсным материалом, как в процессах магнитной сепарации, где работает Цзинькэнь, вихревой метод подходит лучше, но всегда нужно смотреть на гранулометрию.

Экономика и надёжность: стоит ли игра свеч?

С финансовой точки зрения, вихревые расходомеры жидкости — это часто золотая середина. Дешевле электромагнитных и кориолисовых, но дороже, скажем, ротаметров или расходомеров перепада давления. Их главная ценность для нас была в приемлемой точности и долговечности в условиях воды и неабразивных жидкостей. На участках, связанных с реагентным хозяйством или как часть системы управления промывочной машиной, они отрабатывали свой срок (у нас это 6-8 лет) без капитального ремонта.

Надёжность упирается в качество пьезоэлектрического датчика. В дешёвых моделях он быстро терял чувствительность из-за постоянных микроударов и перепадов температуры. Мы перешли на модели с сенсором, вынесенным за пределы потока (с выносными штангами). Пусть немного теряется в быстродействии при смене расхода, но зато ресурс выше. Кстати, в автоматических системах, подобных тем, что проектирует Цзинькэнь для сепарации, как раз часто используются такие, более защищённые, конструкции.

Если резюмировать, то вихревой расходомер — не панацея, а инструмент. Инструмент очень даже рабочий, если понимать его ограничения: требования к монтажу, чувствительность к профилю потока и характеру среды. В связке с современным обогатительным оборудованием, где важен стабильный цикл, как в тех же промывочных магнитных сепараторах, он находит свою нишу. Главное — не ждать от него чудес на неподготовленном участке трубопровода с нестабильной средой. Всё остальное — вопрос грамотной инженерии и регулярного контроля.

Взгляд в будущее: что может прийти на смену?

Сейчас много говорят про беспроводные технологии и встраиваемые сенсоры. Для вихревых расходомеров, на мой взгляд, главный вектор — это улучшение алгоритмов обработки сигнала. Современные преобразователи уже умеют отсекать часть помех от вибраций, но этого мало. Хотелось бы, чтобы прибор сам диагностировал состояние тела обтекания по спектру сигнала и предупреждал о загрязнении или повреждении.

В контексте комплексных решений, таких как предлагает компания с сайта jinken.ru, будущее, вероятно, за полностью интегрированными измерительными блоками. Когда расходомер — не отдельный прибор, а часть 'умного' узла, который сразу выдаёт не только объёмный расход, но и, сопоставляя данные с датчиком плотности, массовый поток пульпы. Это было бы идеально для контроля процессов флотации или магнитной промывки, где важна именно масса твёрдого.

Но пока что старый добрый вихревой метод, с его принципом срыва вихрей, остаётся в строю. Он прост, проверен и, при правильном обращении, точен. Для многих задач в гидрометаллургии и обогащении, особенно на вспомогательных линиях (вода, реагенты, воздух), он ещё долго не найдёт полноценной замены. А значит, разбираться в его капризах и уметь с ними работать — по-прежнему полезный навык для любого инженера-технолога на фабрике.