Дроссельные шайбы и формирователи потока EPS Leading

Что такое дроссельные шайбы и формирователи потока?

Дроссельная шайба — это пластина, устанавливаемая в трубопроводе, отверстие которой рассчитано так, чтобы при заданном расходе создавать требуемый перепад давления. От измерительной диафрагмы она отличается назначением: измерительная диафрагма создает связанный с расходом перепад давления, чтобы его можно было измерить, а дроссельная шайба намеренно снижает давление или ограничивает расход и, как правило, не имеет отборов давления. Это пассивный элемент без подвижных частей, поэтому там, где достаточно постоянного перепада давления, он дает простое и экономное решение.

Если требуемый перепад нельзя безопасно получить на одной шайбе, нужна ступенчатая схема. Многоступенчатая дроссельная катушка снижает давление постепенно на нескольких последовательных шайбах, пока давление на выходе не достигнет требуемого значения. Чем больше ступеней, тем длиннее катушка, поэтому для максимального сокращения ее длины применяют шайбы с несколькими отверстиями.

Формирователи потока решают другую задачу. Точность измерения с диафрагмой зависит от того, подходит ли поток к ней с симметричным профилем скоростей без закрутки. Пластинчатый формирователь потока уменьшает закрутку и перераспределяет профиль скоростей, а пучковый струевыпрямитель только гасит закрутку. Оба помогают сократить длину прямолинейного участка, требуемую в измерительном трубопроводе.

Принцип работы дроссельных шайб и формирователей потока

Поскольку условия каждого применения различаются, дроссельные шайбы рассчитываются по технологическим данным. Проектирование включает следующие инженерные этапы:

1.      Определение технологических данных: Устанавливают фазу среды (газ, пар или жидкость), давление на входе, целевое давление на выходе или расход, температуру, плотность и диаметр трубопровода. Для жидкостей определяющим для расчета является давление насыщенных паров, для газов — отношение давлений.

2.      Расчет отверстия: Отверстие рассчитывают так, чтобы при расчетном расходе получить требуемый перепад давления. У газов при снижении отношения давлений ниже определенного предела течение становится критическим (запертым), и расход перестает зависеть от давления на выходе; у жидкостей приближение давления на выходе к давлению насыщенных паров создает риск кавитации или вскипания.

3.      Расчет толщины и прогиба: Толщина шайбы определяется исключительно диаметром трубопровода и перепадом давления. Ее рассчитывают так, чтобы в работе шайба не прогибалась чрезмерно и не теряла устойчивость; при одном и том же диаметре больший перепад требует более толстой шайбы.

4.      Прогноз уровня шума: Газовые и паровые потоки при большом перепаде давления создают аэродинамический шум и вибрацию. Для каждой шайбы выполняют прогноз уровня шума и сравнивают его с ограничениями площадки; при необходимости переходят на ступенчатое решение или шайбы с несколькими отверстиями.

5.      Выбор конфигурации: Если расчеты показывают, что достаточно одной шайбы, выбирают одиночную шайбу, устанавливаемую между фланцами RF или RTJ. В противном случае проектируют многоступенчатую дроссельную катушку, а материалы подбирают с расчетом на долгий срок службы.

Ступенчатое снижение давления в многоступенчатых катушках

Если весь перепад давления приходится на одну шайбу, это может означать чрезмерный шум, критическое течение, кавитацию в жидкостях и высокую механическую нагрузку на шайбу. В многоступенчатой катушке каждая ступень берет на себя лишь часть общего перепада, и на последней ступени давление на выходе достигает значения, требуемого заказчиком. Поскольку увеличение числа ступеней удлиняет катушку, шайбы с несколькими отверстиями позволяют укоротить каждую ступень и получить минимально возможную длину катушки.

Чем пластинчатый формирователь отличается от пучкового струевыпрямителя

Пластинчатый формирователь потока типа Zanker, спроектированный по ISO 5167-1:2003, представляет собой цельную пластину с определенной схемой отверстий: он уменьшает закрутку и перераспределяет профиль скоростей, создавая условия для точного измерения перепада давления. Пучковый струевыпрямитель из 19 труб предназначен только для гашения закрутки в заданном месте перед точкой измерения и перераспределить профиль скоростей не может. Пучки выпускаются в исполнении на штифтах и во фланцевом исполнении: исполнение на штифтах обычно применяют на трубопроводах до 24 дюймов включительно, фланцевое — на больших диаметрах.

Как формирователь потока влияет на длину измерительного трубопровода

Чтобы возмущения от отводов и арматуры затухли естественным путем, нужны длинные прямолинейные участки. Формирователи потока позволяют сократить длину измерительного трубопровода в рамках ISO 5167 и API MPMS 14.3 (AGA 3, часть 2). Пластинчатый формирователь типа Zanker можно установить на действующий трубопровод прямо на объекте, поэтому он дает практичный способ улучшить качество измерения на станциях с ограниченным пространством.

Ключевые особенности

·         Широкий диапазон диаметров: Дроссельные шайбы изготавливаются для трубопроводов диаметром от ½ до 48 дюймов.

·         Толщина под перепад давления: Шайбы проектируются разной толщины в соответствии с перепадом давления конкретного применения.

·         Три инженерных расчета для каждой шайбы: Для каждой дроссельной шайбы отдельно выполняются расчет отверстия, проверка толщины и прогиба и прогноз уровня шума.

·         Одиночная шайба или многоступенчатая катушка: Одиночные шайбы для установки между фланцами RF или RTJ либо многоступенчатые дроссельные катушки для ступенчатого снижения давления.

·         Короткие катушки благодаря шайбам с несколькими отверстиями: В многоступенчатых решениях шайбы с несколькими отверстиями позволяют максимально сократить длину катушки.

·         Специальное исполнение и широкий диапазон давлений: Предлагаются варианты специального исполнения внутренних элементов (special trim); номинальное давление — от 150# до 10 000 psi.

·         Ремонтопригодность на месте: Дроссельные шайбы сконструированы так, чтобы их можно было ремонтировать на объекте.

·         Пластинчатый формирователь потока типа Zanker: Спроектирован по ISO 5167-1:2003; изготавливается из цельного материала, поэтому прочен, выпускается диаметром 2–48 дюймов и допускает установку на действующий трубопровод.

·         Пучковый струевыпрямитель из 19 труб: Для гашения закрутки выпускается в исполнении на штифтах или во фланцевом исполнении диаметром 2–48 дюймов.

·         Материалы для тяжелых условий: Выбор материалов — от нержавеющей стали до дуплексных сталей и сплавов на никелевой основе; для долгого срока службы дроссельных шайб широко применяются специальные сплавы.

Технические характеристики

Дроссельные шайбы и формирователи потока проектируются под требования проекта. В таблице обобщен объем проектирования; диаметр отверстия, толщина, число ступеней и уровень шума рассчитываются по технологическим данным.

Стандарт и класс давления фланцев для дроссельных шайб определяются в каждом проекте по существующим фланцам трубопровода, на который они устанавливаются.

Основные преимущества

·         Простое решение без подвижных частей: Там, где достаточно постоянного перепада давления, пассивная шайба дает надежное и простое в обслуживании решение.

·         Расчет под конкретный проект: Поскольку каждая шайба рассчитывается по технологическим данным, требуемое давление на выходе и целевой расход напрямую закладываются в конструкцию.

·         Шум и вибрация под контролем заранее: Прогноз уровня шума позволяет решить на стадии проектирования акустические и вибрационные проблемы, которые иначе проявились бы на объекте.

·         Механическая целостность: Расчет толщины и прогиба гарантирует, что шайба выполняет свою функцию в рабочих условиях без потери устойчивости.

·         Короткие и компактные катушки: Шайбы с несколькими отверстиями позволяют проектировать в многоступенчатых решениях короткие катушки, вписывающиеся в трубную обвязку.

·         Более короткие измерительные трубопроводы: Формирователи потока помогают сократить длину входного прямолинейного участка при сохранении точности измерения.

·         Удобство на объекте: Установка формирователя типа Zanker на действующий трубопровод и ремонт дроссельных шайб на месте сокращают простои.

Области применения

Дроссельные шайбы применяются в местах газовых, паровых и жидкостных линий, где нужен расчетный перепад давления; формирователи потока — в измерительных трубопроводах узлов учета переменного перепада давления.

Контролируемое снижение давления в газовых линиях

Дроссельную шайбу применяют, когда в газовом потоке нужен определенный перепад давления или ограничение расхода. При больших перепадах критическое течение и шум удерживают под контролем с помощью многоступенчатой катушки.

Паропроводы и линии паров

Для снижения давления до расчетного значения в потоках пара и паров проектируют одиночные или многоступенчатые решения; прогноз уровня шума в этих применениях особенно важен.

Ограничение расхода в жидкостных линиях

Применяются для ограничения расхода и снижения давления в жидкостных линиях. Если давление на выходе приближается к давлению насыщенных паров, риск кавитации снижают ступенчатым дросселированием.

Узлы учета переменного перепада давления

Формирователи потока, установленные перед устройствами для замены диафрагмы, устраняют закрутку и искажения профиля, так что перепад давления измеряется в условиях, близких к стандартным.

Улучшение действующих измерительных трубопроводов

На действующих станциях, где не хватает прямолинейных участков, условия измерения можно улучшить, установив на месте пластинчатый формирователь типа Zanker.

Критерии выбора дроссельных шайб и формирователей потока

Поскольку обе группы продукции проектируются под требования проекта, техническая оценка начинается с корректных технологических и монтажных данных:

Tехнологические данные для дроссельной шайбы

·         Среда и ее фаза (газ, пар, жидкость); состав, плотность или молекулярная масса

·         Давление на входе, целевое давление на выходе или целевой расход; минимальный, номинальный и максимальный режимы

·         Температура среды; для жидкостей — давление насыщенных паров

·         Коррозионные или эрозионные компоненты и содержание механических примесей

Механическое проектирование и монтаж

·         Диаметр трубопровода, толщина стенки, тип существующих фланцев (RF или RTJ) и класс давления

·         Длина катушки, которую можно выделить на площадке для многоступенчатого решения

·         Материал шайбы и катушки; необходимость специального исполнения внутренних элементов

·         Доступ для монтажа и обслуживания

Шум и механическая целостность

·         Допустимый уровень шума на площадке и расстояние, на котором он нормируется

·         Конфигурация трубопровода после шайбы и чувствительность к вибрации

·         Ограничения по толщине и прогибу шайбы в зависимости от перепада давления

Выбор формирователя потока

·         Местные сопротивления перед точкой измерения и доступная длина прямолинейного участка

·         Достаточно ли только гашения закрутки (пучковый струевыпрямитель) или нужно перераспределить профиль (пластинчатый формирователь)?

·         Пучок на штифтах или фланцевый в зависимости от диаметра трубопровода

·         Новый трубопровод или установка на действующий?

Поскольку при снижении давления на дроссельной шайбе может меняться и температура, материалы и конструкцию трубопровода после шайбы рекомендуется оценивать с учетом этого эффекта.

Стандарты проектирования и измерений

Дроссельные шайбы и формирователи потока проектируются на основе следующих стандартов.

Требования проекта к нормам на фланцы, трубопроводы и оборудование, работающее под давлением, а также условия взрывоопасных зон следует согласовать с инженерами TLY Enerji на стадии подготовки предложения.

Решения TLY Enerji по снижению давления и формированию потока

TLY Enerji рассматривает запрос на дроссельную шайбу не как заказ пластины, а как решение задачи по снижению давления на линии. Наши инженеры собирают ваши технологические данные, вместе с вами определяют эксплуатационные режимы и следят, чтобы расчеты отверстия, толщины и шума выполнялись по корректным данным; с учетом трубной обвязки площадки они оценивают, не нужна ли вместо одной шайбы многоступенчатая катушка.

На узлах учета мы анализируем необходимость формирователя потока по имеющимся длинам прямолинейных участков и местным сопротивлениям. В новых проектах формирователь определяется вместе с измерительным трубопроводом, а на действующих станциях мы планируем варианты его установки на месте. Мы также поддерживаем ваши проектные команды технической документацией, планированием монтажа и работами на объекте и помогаем службе эксплуатации заранее спланировать обслуживание.

Часто задаваемые вопросы

Чем дроссельная шайба отличается от измерительной диафрагмы?

Измерительная диафрагма служит для создания связанного с расходом перепада давления и его измерения датчиком; она имеет стандартную геометрию и отборы давления. Дроссельная шайба, напротив, создает расчетный перепад давления или ограничивает расход в определенной точке линии и измерительного назначения не имеет. При ее проектировании, кроме расчета отверстия, определяющими являются толщина шайбы и уровень шума.

Когда нужна многоступенчатая дроссельная катушка?

Многоступенчатую катушку выбирают, когда одна шайба не может безопасно обеспечить требуемый перепад давления. Типичные причины — чрезмерный шум, критическое течение газа, риск кавитации в жидкостях и высокая механическая нагрузка на шайбу. В катушке давление снижается на последовательных ступенях, а шайбы с несколькими отверстиями позволяют сохранить ее длину небольшой.

Как определяется толщина дроссельной шайбы?

Толщина рассчитывается по диаметру трубопровода и перепаду давления на шайбе. Цель — не допустить чрезмерного прогиба или потери устойчивости шайбы в работе. При одном и том же диаметре больший перепад давления требует более толстой шайбы. Поэтому для каждой дроссельной шайбы помимо расчета отверстия выполняется отдельный расчет толщины и прогиба.

Зачем рассчитывать шум дроссельной шайбы?

Газовые и паровые потоки при большом перепаде давления могут создавать за шайбой аэродинамический шум и вибрацию трубопровода. Это влияет и на соблюдение норм шума на рабочих местах, и на механический ресурс соединений трубопровода. Поэтому прогноз уровня шума выполняют на стадии проектирования и при необходимости переходят на ступенчатое решение или шайбы с несколькими отверстиями.

Для чего нужен пластинчатый формирователь потока типа Zanker?

Это перфорированный формирователь потока, спроектированный по ISO 5167-1:2003. Он уменьшает закрутку и перераспределяет профиль скоростей, чтобы поток подходил к диафрагме в надлежащих условиях. Изготовленный из цельного материала, он прочен, выпускается диаметром 2–48 дюймов и может устанавливаться на действующие трубопроводы прямо на объекте.

Чем пучковый струевыпрямитель из 19 труб отличается от пластинчатого формирователя?

Пучковый струевыпрямитель из 19 труб применяют перед точкой измерения только для гашения закрутки; перераспределить профиль скоростей он не может. Пластинчатый формирователь и гасит закрутку, и перераспределяет профиль. Пучки выпускаются в исполнении на штифтах и во фланцевом; исполнение на штифтах обычно выбирают для трубопроводов до 24 дюймов, фланцевое — для больших диаметров.

Насколько формирователь потока сокращает измерительный трубопровод?

Сокращение не является постоянной величиной: оно зависит от типа и положения формирователя, местных сопротивлений перед расходомером и применяемого стандарта. И пластинчатый формирователь, и пучковый струевыпрямитель из 19 труб позволяют сократить длину измерительного трубопровода в рамках ISO 5167 и API MPMS 14.3 (AGA 3, часть 2). Подходящий формирователь и его положение определяются в каждом проекте по компоновке точки измерения.

Можно ли установить формирователь потока на действующий трубопровод?

Да. Пластинчатый формирователь потока типа Zanker рассчитан на установку на месте в существующую линию. Это практичный способ улучшить условия измерения на действующих узлах учета, где не хватает прямолинейных участков. Место установки и фланцевое соединение определяются по компоновке существующего трубопровода и требованиям стандарта на измерения.