дроссельный расходомер

Если говорить о дроссельных расходомерах, то первое, с чем сталкиваешься на практике — это устойчивое, почти стереотипное мнение, что это архаичный, ?дедовский? метод, который давно пора заменить чем-то современным вроде ультразвуковых или кориолисовых расходомеров. Отчасти это так, но ключевое слово здесь — ?отчасти?. В условиях, скажем, на магнитных обогатительных фабриках, где в трубах гуляет не вода, а абразивная пульпа с частицами железа, этот самый дроссельный расходомер часто оказывается тем самым ?рабочим лошадкой?, который и переживёт, и покажет, пусть и с некоторыми оговорками. Многие забывают, что его принцип — измерение перепада давления на сужающем устройстве — фундаментален и не зависит от электропроводности или чистоты среды, что в нашей сфере сплошь и рядом.

Принцип и ?подводные камни? в реальных условиях

Казалось бы, что может быть проще: установил диафрагму, поставил два датчика давления до и после, вывел расход по формуле. Но вот на этом самом ?установил? всё и заканчивается. Один из главных нюансов — требования к прямым участкам трубопровода до и после сужающего устройства. В теории нужно 10-20 диаметров до и 5 после. На практике, на действующем производстве, особенно при модернизации, такого идеального места просто нет. Приходится идти на компромиссы, а потом гадать, почему показания пляшут. Личный опыт: как-то на одной из секций обезвоживания на дроссельный расходомер постоянно жаловались, мол, врёт. Оказалось, за два диаметра до диафрагмы был отвод под 90 градусов, создавший сильную закрутку потока. Перепад давления был, но его связь с реальным расходом стала очень условной.

Второй момент, о котором часто умалчивают в каталогах, — это влияние состояния самой сужающей вставки. В нашем деле, с его абразивными средами, кромка диафрагмы или сопла со временем неизбежно затупляется, на ней появляются задиры. Это не критично для грубого контроля, но если речь идёт о точном учёте или регулировании технологического процесса, погрешность нарастает незаметно, но неумолимо. Календарная поверка раз в год эту проблему не решает — износ идёт постоянно. Поэтому на критичных участках мы всегда закладываем возможность быстрого демонтажа для визуального контроля, что, конечно, усложняет конструкцию.

И третий камень преткновения — измерение самого перепада. Если среда — пульпа, то в импульсных трубках, соединяющих диафрагму с дифманометром, эта пульпа имеет свойство осаждаться, загустевать, особенно в наших сибирских зимах при плохом обогреве. Засор одной из трубок — и прибор показывает бог знает что. Автоматическая продувка помогает, но тоже не панацея. Часто более надёжным решением оказывается использование бесшкальных датчиков перепада давления с мембранами, непосредственно встроенными во фланцы, так называемые ?фланцевые коробки?. Меньше точек для засора, но выше цена и сложнее ремонт.

Место в технологической цепи обогащения: от руды до концентрата

Если взглянуть на полный цикл, скажем, на магнитном железорудном комбинате, то дроссельный расходомер находит свою нишу. На этапе подачи исходной рудной пульпы в барабанные мельницы или классификаторы — где требования к точности не столь высоки, но нужна надёжность и устойчивость к ударам крупных частиц. Или на решающей стадии — подаче воды на промывку в магнитных сепараторах. Здесь стабильность расхода промывочной воды напрямую влияет на качество концентрата.

К слову о промывке. Когда несколько лет назад мы знакомились с оборудованием китайской компании ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии (их сайт — jinken.ru), а именно с их полностью автоматическими промывочными магнитными сепараторами, то обратили внимание на один момент. В их комплектациях для систем автоматического управления часто закладывались именно дроссельные расходомеры на подачу пульпы и воды. Не самые дорогие импортные, а вполне себе рабочие. Для нас это было косвенным, но важным знаком: производитель серьёзного обогатительного оборудования, чьими установками, по их данным, оснащено более 90% магнитных рудников в Китае, не гонится за модой, а выбирает проверенное решение для жёстких условий. Их подход, сочетающий электромагнетизм, гидравлику, пневматику в одной установке, видимо, распространяется и на выбор контрольно-измерительной аппаратуры — главное, чтобы работало безотказно.

На этапе обезвоживания концентрата, где идёт работа с электромагнитными илоотделителями или сгустителями, расходомеры нужны уже для более тонкого контроля плотности пульпы. И здесь дроссельный метод часто проигрывает, так как перепад давления зависит и от расхода, и от плотности одновременно. Для таких задач уже лучше подходят, к примеру, массовые расходомеры, но их цена в разы выше. Получается палка о двух концах: где-то дроссель экономически и технически оправдан, а где-то его установка — это полумера, которая не даст нужной информации для качественного управления процессом.

Сравнение с альтернативами: когда выбрать, а когда отказаться

Попробуем разложить по полочкам. Ультразвуковой расходомер. Прекрасная вещь для чистых жидкостей, установка без врезки. Но ультразвук плохо проходит через пульпу с высокой концентрацией твёрдого, особенно крупной фракции. Сигнал затухает, показания становятся нестабильными. Видел такие попытки на подаче пульпы из мельницы — через месяц эксплуатации от них отказались, вернулись к проверенной диафрагме.

Электромагнитный расходомер. Казалось бы, идеален для пульп, если они обладают хоть какой-то электропроводностью. И да, и нет. Он чувствителен к неравномерному профилю потока, требует хорошего заземления, боится попадания ферромагнитных частиц (которые у нас-то как раз и есть!) на измерительные электроды. Стоит дорого, а выйти из строя может из-за, казалось бы, мелочи. Дроссельный расходомер в этом плане ?тупее?, но проще. Нет электроники в непосредственном контакте со средой, конструкция механическая.

Вихревой, кориолисовый... У всех есть свои области блестящего применения, но и свои ограничения по температуре, вязкости, абразивности, требованиям к установке. Вывод, который напрашивается сам собой: не существует универсального решения. Выбор дроссельного расходомера — это часто выбор в пользу известных, управляемых рисков и приемлемой стоимости владения в условиях, где другие методы могут оказаться слишком капризными или дорогими.

Практические кейсы и ошибки монтажа

Приведу пару примеров из жизни. На одной фабрике поставили диафрагму для учёта циркуляционной воды. Всё сделали по учебнику, но забыли про сезонные колебания температуры воды. Летом вода +5, зимой +1. Плотность изменилась, а в расчётную формулу в контроллере был забит постоянный коэффициент. Расход ?зимой? стал заметно заниженным, что вылезло при анализе баланса воды. Пришлось вносить поправку на температуру, что для дроссельного метода, в общем-то, стандартная процедура, но о ней в пылу монтажа просто забыли.

Другой случай — попытка сэкономить. Вместо полноценной камеры диафрагмы (отдельного фланцевого блока) врезали в трубу просто стальную пластину с отверстием, приваренную между фланцами. Перепад измеряли. Но из-за неправильного формирования потока на входе (острой кромки со стороны потока) и невозможности точного измерения расстояний до точек отбора давления погрешность зашкаливала. Прибор работал, но его показаниям нельзя было доверять для каких-либо технологических расчётов. Это классическая ошибка — недооценка важности стандартизированного исполнения сужающего устройства. ГОСТы и ISO на эту тему писаны не просто так.

И наоборот, удачный пример. На финальной стадии транспортировки сгущённого концентрата по пульпопроводу большого диаметра нужно было контролировать минимальный расход, чтобы не было застоя и засора. Поставили дроссельный расходомер на базе сопла Вентури. Оно создаёт меньшие безвозвратные потери давления по сравнению с диафрагмой, и меньше подвержено износу. Показания стабильные, обслуживание — визуальный раз в полгода. Работает уже лет пять без нареканий.

Взгляд в будущее: есть ли перспектива у классического метода?

С развитием цифровизации и Industrie 4.0 кажется, что место таких аналоговых, по сути, методов — в музее. Но практика вносит коррективы. Да, сам датчик перепада давления теперь чаще всего цифровой, с выходом по HART или Fieldbus. Да, данные сразу идут в систему управления, где можно программно вносить поправки на плотность, температуру, сжимаемость. Но физический принцип-то остаётся прежним!

Перспектива, на мой взгляд, не в отказе, а в интеграции. Дроссельный расходомер как надёжный, верифицированный первичный преобразователь, чьи данные в реальном времени корректируются по данным от других датчиков (например, плотномера) в едином цифровом контуре. Это повышает точность без потери надёжности. Особенно это актуально для таких компаний, как упомянутая ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии, которые поставляют комплексные решения ?под ключ?. В их полностью автоматических линиях промывочной магнитной сепарации расход — один из ключевых параметров. И здесь важно не столько ?модное? измерительное решение, сколько его предсказуемость, ремонтопригодность и способность работать в одном ритме с мощным основным оборудованием, будь то сепаратор или флотационная машина.

Так что, резюмируя, скажу так: дроссельный расходомер — это не реликт, а специализированный инструмент. Как гаечный ключ в эпоху роботов-манипуляторов. В определённых условиях, особенно в суровом мире обогатительных фабрик с их абразивами, вибрацией и стремлением к минимальной стоимости владения, он ещё долго будет занимать свою, вполне почётную, нишу. Главное — понимать его ограничения, правильно проектировать и обслуживать. А то, что о нём мало пишут в глянцевых журналах про инновации, так это, пожалуй, даже к лучшему. Настоящая рабочая лошадка редко бывает гламурной.