Автор: А.А. Дунаев (НПП «ГЕРДА»).
Опубликовано в журнале Химическая техника №9/2014
Измерение температуры продукта или рабочей среды является обязательной частью многих технологических процессов в химической и нефтехимической промышленности, однако специфика каждого процесса предъявляет свои особые требования к используемым для этого техническим средствам. В процессе совершенствования измерительной техники и создания национальных и международных стандартов сформировались определенные подходы к разработке промышленных термометров, выделились целые классы таких приборов, предназначенных для различных целей, и вместе с тем появилось очень много моделей, отличающихся принципом измерения, элементной базой, конструкцией, точностью и т.п.
В связи с этим, хотя номенклатура качественных термометров в настоящее время довольно велика, рациональный выбор такого прибора остается непростой задачей.
Проиллюстрировать это утверждение можно на примере двух различных подходов к выбору конструкции прибора для измерения температуры в резервуаре хранения нефтепродуктов или других химических веществ.
Самый простой метод решения указанной задачи, не требующий специальной подготовки резервуара и применимый поэтому практически в любых ситуациях, – ручные измерения с помощью термометра, опускаемого в жидкость. К сожалению, с увеличением числа замеров соответственно увеличивается как общее рабочее время, так и время, в течение которого оператор находится в контакте с атмосферой резервуара, что часто нежелательно. Кроме того, при ручных измерениях возрастает роль так называемого «человеческого фактора».
Тем не менее, благодаря универсальности он все еще остается актуальным, например, при оперативных измерениях, инспекторских проверках, калибровке стационарных систем измерения температуры, а также на резервуарах и цистернах, не оборудованных такими системами. С учетом сказанного становится понятным, насколько важно, чтобы такой термометр был максимально удобным, компактным, точным, простым в эксплуатации и обслуживании, надежным и экономичным.
Ярким воплощением этих качеств является переносной цифровой термометр HERMetic ONECAL (рис. 1) швейцарской компании Honeywell Enraf Tanksystem. Данный прибор состоит из измерительного блока, который находится у оператора, и пробника, опускаемого в жидкость, который подключается к измерительному блоку кабелем длиной до 50 м. Благодаря такой конструкции прибор позволяет измерять температуру жидких продуктов в емкостях значительной высоты. Измерительный блок включает плату электроники, жидкокристаллический дисплей, пятикнопочную панель, батарею электропитания и кабель заземления. Измерительный блок вмонтирован в защитное эллипсообразное кольцо с внешним желобом, которое используется также в качестве катушки для соединительного кабеля.
Для применения в лабораторных условиях имеется модификация термометра без защитного кольца с кабелем длиной 2 м. Сенсор (термометр сопротивления R = 1000 Ом) размещен в стальном корпусе пробника, который имеет неразъемное соединение с кабелем.
На другом конце кабеля находится разъем для подключения к измерительному блоку. Прибор выполнен в искробезопасном исполнении и может устанавливаться во взрывоопасной зоне «0» согласно маркировке взрывозащиты 0ExiaIIBT4X. IP54.
Модульная конструкция HERMetiс ONECAL чрезвычайно облегчает процедуру замены компонентов, что ведет к сокращению расходов на обслуживание прибора, так как не требуется никакого специального обучения или специальных инструментов. Эргономичный и прочный корпус обеспечивает условия для безопасного и удобного размещения кабеля датчика. Специальная конструкция катушки обеспечивает возможность надежной фиксации кабеля в любых ситуациях. Глубина, на которую опускается пробник, легко определяется по числу отматываемых витков кабеля (1 виток соответствует примерно 700 мм).
Название ONECAL подчеркивает тот факт, что прибору требуется только одна точка для калибровки. Такой точкой является температура льда, которую легко воспроизвести в обычных условиях. Сама процедура калибровки выполняется простым нажатием кнопки. Характеристики термометра сопротивления хранятся в памяти измерительного блока и являются одинаковыми для всех сенсоров. Следовательно, при замене сенсора требуется только установить смещение нуля прибора. Замена кабеля вообще не требует новой калибровки благодаря встроенной программе автоматической компенсации влияния кабеля. подходит для использования в стационарных системах товарного учета, где значение средней температуры должно регулярно автоматически обновляться и вводиться в программу расчета массы продукта.
Техническая характеристика термометра HERMetiс ONECAL
Рабочая температура измерительного блока, °С –20…+40
Диапазон температур, измеряемых сенсором, °С –40…+163
Разрешение, °С 0,1
Единицы измерения (по выбору) °С или °F
Погрешность, °С:
в диапазоне –10…+104°С ± 0,1
во всем диапазоне ± 0,25
Калибровка Цифровая, в одной точке 0°С
Память На 9 измерений
Дисплей Жидкокристаллический, 8 знаков
Питание Батарея 9 В (6 элементов 1,5 В)
Время жизни батареи, ч ~100
Индикация снижения напряжения батареи На дисплее
Длина кабеля сенсора, м 22,8; 33,5; 50; 2
Габаритные размеры, мм 33620294
Размер пробника, мм Диаметр – 16; длина – 150
Масса с кабелем 22,8 м, кг Менее 1,4
Материал пробника Коррозионно-стойкая сталь 316L
Материал шланга кабеля Тефлон FEP
Герметичность корпуса IP 54
Материал корпуса Антистатический полиамид, алюминий с покрытием
В таких системах должны применяться стационарные термометры, связанные по кабелю или радиоканалу с аппаратурой сбора данных.
Для расчета средней температуры в резервуаре большого объема недостаточно установить такие термометры в одной или двух точках.
На практике обычно требуется проводить измерения через каждые 2,5…3 м высоты резервуара.
Понятно, что устанавливать отдельный стационарный прибор в каждой такой точке чрезвычайно не удобно и экономически не выгодно.
Поэтому наилучшим техническим решением данной задачи является использование многоточечных термометров.
До недавнего времени такие термометры предлагали только иностранные компании, однако ситуация постепенно меняется. Одним из первых отечественных многоточечных термометров является термометр сопротивления многоточечный ГЕРДА-ТМ (рис. 2), выпускаемый НПП «ГЕРДА». ГЕРДА-ТМ состоит из нескольких термосопротивлений, размещенных на различной высоте в общей гибкой гофрированной оболочке из коррозионно-стойкой стали 08X18H10 (AISI 304).
Этот материал рекомендуется для тяжелых условий окружающей среды, широкого диапазона рабочих температур и высокого внешнего давления. Фланец термометра закрепляется на верхней части резервуара (требуется люк не менее Dу = 50 мм), а нижний конец с помощью якоря или груза крепится ко дну резервуара (рис. 3, а).
Многоточечный термометр сопротивления может также устанавливаться в направляющей трубе (рис. 3, б). В резервуаре под давлением многоточечный термометр имеет смысл устанавливать в защитной гильзе, чтобы обслуживание термометра можно было проводить без вывода резервуара из эксплуатации.
Заказчик самостоятельно определяет исполнение многоточечного термометра:
- тип НСХ термоэлементов: Pt100, 100П (другие НСХ по спецзаказу) и их класс допуска (А, В, С);
- схему подключения термоэлементов (трех-, четырехпроводная);
- число термоэлементов и высоту их расположения (стандартное расположение термоэлементов по высоте: трехметровый интервал, нижний термоэлемент на высоте 1 м от дна резервуара, самый верхний термоэлемент на расстоянии не менее 0,5 м от верха резервуара);
- общую длину многоточечного термометра и диаметр гофрированной оболочки (если число термоэлементов не более 10, то используется оболочка наружным диаметром 26 мм, если более 10, то оболочка диаметром 32 мм);
- диапазон измеряемых температур (чем уже диапазон, тем может быть выше класс допуска термоэлементов и соответственно ниже погрешность);
- наличие аксессуаров (груз; взрывозащищенная соединительная коробка 0ExiaIICT6 из алюминиевого сплава; гибкий герметичный металлорукав (IP67) в ПВХ оболочке для защиты свободных концов проводов от термометра до электрооборудования заказчика).
Благодаря тому, что все термоэлементы многоточечного термометра объединены в монолитном корпусе и заранее распределены на требуемых высотах, монтаж канала измерения температуры очень прост и в большинстве случаев не требует практически никаких доработок конструкции резервуара. Выходные сигналы от всех точек выводятся в одну соединительную коробку, которая может быть установлена непосредственно на самом термометре, что также упрощает монтаж и позволяет передавать показания всех термоэлементов в систему сбора данных по единому многожильному кабелю.
В заключение необходимо отметить, что цель данной статьи – ни в коем случае не сравнение двух термометров на предмет определения лучшего. Напротив – истина в многообразии: несмотря на отмеченные достоинства многоточечных термометров, пример прибора ONECAL убедительно показывает, что иногда и одной точки может быть достаточно, особенно, если она поставлена твердой рукой и в нужном месте.