термомассовый расходомер

Когда слышишь ?термомассовый расходомер?, первое, что приходит в голову — это высокая точность, независимость от плотности, давления. И это правда, но только верхушка айсберга. Многие, особенно те, кто только начинает работать с ними в реальных условиях на обогатительных фабриках, думают, что воткнул датчик в трубу, настроил — и всё. А потом сталкиваются с тем, что через полгода показания плывут, или чувствительный элемент забивается шламом, который в хвостах обогащения — обычное дело. И начинаются поиски виноватых: то ли прибор плохой, то ли монтажники кривые. На самом деле, часто проблема не в самом принципе измерения, а в том, как этот принцип сталкивается с суровой реальностью рудничных условий — вибрацией, абразивными частицами, перепадами температур и тем самым пресловутым шламом, который может быть и магнитным, и нет. Вот об этих подводных камнях, которые не пишут в красивых каталогах, и хочется порассуждать.

Принцип против практики: где теория дает сбой

Основа работы термомассового расходомера, если грубо, — измерение теплопередачи от нагретого элемента к потоку. Чем больше масса газа или жидкости проходит мимо, тем больше тепла уносится. Элегантно и, казалось бы, надежно. Но на практике эта самая теплопередача зависит от кучи факторов, которые в лабораторных условиях стабилизированы, а на руднике — нет. Возьмем, к примеру, пульпу после магнитного сепаратора. Состав непостоянен: меняется крупность частиц, содержание твердого, минералогия. Частицы магнетита и, скажем, кварца по-разному проводят тепло. Прибор, откалиброванный на воду, будет врать, причем нелинейно.

Был у меня случай на одном из сибирских месторождений. Поставили термомассовый расходомер на линию оборотной воды, идущей на охлаждение оборудования. Всё работало идеально, пока в цепь не включили воду из хвостохранилища, прошедшую через систему сгустителей. В ней оказалась взвесь тончайших, почти коллоидных частиц. Они не забили сенсор, нет. Но они создали на его поверхности микроскопический изолирующий слой, который исказил тепловой поток. Показания расхода начали постепенно, на 2-3% в месяц, занижаться. Обнаружили не сразу, только когда сопоставили с суммарным балансом по фабрике. Пришлось вводить поправочный коэффициент и жесткий график профилактической очистки, что, конечно, снизило ?беспроблемность? эксплуатации.

Отсюда вывод, который для многих становится откровением: такой расходомер — не ?установил и забыл? прибор. Он требует понимания технологического процесса. Если ты не знаешь, что именно и с какими примесями течет по трубе в разные смены или после промывки фильтров, можно получить красивые, но бессмысленные цифры. Иногда надежнее оказывается старый-добрый электромагнитный расходомер для жидкостей, хотя у него свои ограничения по проводимости среды.

Место установки: маленькая ошибка — большие проблемы

Это, наверное, самая частая причина головной боли. В паспорте написано: ?устанавливать на прямых участках трубопровода, длина до датчика — не менее 10 диаметров, после — не менее 5?. На новом, чистом чертеже это легко соблюсти. А теперь попробуй найти такое идеальное место в цеху, который строился и перестраивался десятилетиями, где трубы идут зигзагами, обходят колонны и старое оборудование. Часто монтажники, чтобы не переваривать километры труб, ставят прибор где придется, после двух колен подряд или рядом с мощным насосом.

Запомнился один проект на железорудном комбинате, где мы как раз занимались оптимизацией контроля потоков пульпы. Приехали, а их термомассовый расходомер, контролирующий подачу пульпы на доводку, стоит буквально в метре от шиберной задвижки, которая постоянно приоткрыта и создает сильные завихрения. Показания прыгали, как сумасшедшие. Переубедить местных технологов было сложно — они уже не верили в эту технику. Пришлось вместе с ними искать вариант, врезаться в другую линию, пожертвовав удобством доступа, но зато получить адекватные данные. После этого расходомер стал ключевым элементом для балансировки цикла, а не просто галочкой в отчете.

Еще один нюанс — вибрация. Насосы, дробилки, грохоты — фоновая вибрация есть всегда. Она может не разрушить прибор, но влиять на стабильность теплового контура чувствительного элемента. Производители, конечно, закладывают защиту, но не все модели одинаково хороши. Для особо ?трясучих? мест иногда стоит рассмотреть модели с дополнительным демпфированием или, опять же, выбрать другой метод измерения.

Калибровка и поверка: бумажная точность и реальная

Здесь кроется огромный пласт проблем, связанных не столько с физикой, сколько с организацией. Заводская калибровка — это хорошо, но она делается на эталонных средах. А как проверить прибор, который уже год стоит в линии с абразивной пульпой? Снять его — значит остановить участок. Использовать портативные поверочные устройства (типа ультразвуковых клипс) — не всегда получится из-за материала труб или наличия футеровки.

Мы выработали на нескольких объектах практику косвенной валидации. Не претендую на универсальность, но работает. Например, если термомассовый расходомер стоит на подаче воды в процесс, его показания можно периодически сверять с интегральными показаниями водосчетчика на входе в фабрику (за вычетом известных технологических потерь). Для пульп — сложнее, но иногда помогает баланс массы по железу: сравниваешь количество железа, поступившее с рудой, с количеством, ушедшим в концентрат и хвосты. Расхождение в балансе может указать на проблему в одном из контуров измерения расхода или плотности.

Важный момент, о котором мало говорят: дрейф нуля. В идеальных условиях его почти нет. Но при постоянном контакте с абразивом или при циклических термических нагрузках (горячая промывка линии, например) характеристики сенсора могут меняться. Поэтому даже если нет возможности для физической поверки, нужно хотя бы раз в квартал делать ?контрольный замер? на заведомо известном режиме (например, при остановленном потоке или на холостом ходу насоса на минимальной производительности) и фиксировать эти данные в журнал. Это помогает поймать начинающийся дрейф.

Соседство с другим оборудованием: магнитные поля и не только

Обогатительная фабрика — это коктейль из физических полей. Особенно это касается предприятий, где используется мощное магнитное оборудование, например, сепараторы. Здесь стоит обратить внимание на опыт компаний, которые глубоко погружены в технологии магнитного обогащения. К примеру, ООО Шицзячжуан Цзинькэнь Технологии (https://www.jinken.ru), которая является крупным производителем электромагнитно-гравитационного обогатительного оборудования. Они разрабатывают сложные системы, где магнитные сепараторы, флотационные машины и системы промывки работают в единой технологической цепи. В таких условиях установка любого контрольно-измерительного прибора, особенно чувствительного, требует учета электромагнитных помех.

Термомассовые расходомеры, в целом, к магнитным полям устойчивы, так как их работа основана на тепловых процессах. Но их электроника — блок обработки сигнала, проводка — может быть подвержена наводкам от мощных электромагнитов или частотных преобразователей, которые стоят на приводах сепараторов или насосов. На одном из объектов, где как раз использовалось оборудование Цзинькэнь (а именно их полностью автоматические промывочные магнитные сепараторы, заменяющие традиционные колонны), пришлось экранировать кабель ведущий к расходомеру на соседней линии подачи воды. Без этого на экране появлялись случайные всплески, которые система логики могла принять за реальное изменение расхода.

Это к вопросу о системном подходе. Нельзя рассматривать расходомер как изолированную игрушку. Он — часть экосистемы цеха. И его работа зависит от того, что происходит вокруг. Когда такие компании, как Цзинькэнь, проектируют комплексные решения ?под ключ?, они, по идее, должны учитывать эти взаимодействия. Но на практике часто бывает, что КИПиА ставит одна подрядная организация, а основное технологическое оборудование — другая. И тогда такие нюансы вылезают уже на этапе пусконаладки, создавая проблемы всем.

Когда термомассовый метод — не панацея, а выбор по остаточному принципу

Несмотря на все сложности, у этих приборов есть своя ниша, где они вне конкуренции. Например, измерение расхода сжатого воздуха на пневмооборудование (те же пневматические промывочные сепараторы) или технологических газов. Там нет абразива, состав относительно стабилен. Или на чистых жидкостях, где важно именно массовое измерение, а не объемное.

Но для основных потоков пульпы на железорудной фабрике я бы не стал делать на них основную ставку. Слишком много переменных. Чаще их используют как вспомогательный или контрольный прибор на второстепенных линиях. Гораздо надежнее для основного контура часто оказывается связка простого и надежного расходомера (того же электромагнитного) с плотномером, который считает массовый расход. Да, это два прибора вместо одного, но ремонтопригодность и понятность метода для обслуживающего персонала иногда перевешивают кажущуюся изящность термомассового решения.

В конце концов, главный критерий выбора любого КИПа на производстве — не технические характеристики из каталога, а его способность стабильно работать в конкретных условиях и давать данные, которым доверяют технологи. Если для этого нужно раз в месяц протирать сенсор или раз в год отправлять его на поверку, но при этом ты уверен в цифрах — это хороший прибор. Если же он стоит как монумент, все паспортные данные у него идеальны, но технолог в обход него ставит себе ведро и засекает время его наполнения, чтобы принять решение, — значит, что-то пошло не так. И часто проблема не в приборе, а в несоответствии ожиданий от ?высоких технологий? суровой реальности рудничного цеха.