Разделитель сред. Принцип работы

Разделитель сред предназначен для защиты чувствительного элемента измерительного прибора (манометра, датчика, регулятора и т.д.) от воздействия, так называемых «проблемных» сред: агрессивных, сильновязких, загрязненных, застывающих, полимеризующихся и/или сред с высокой температурой. Используя собственный опыт, а также разработки наших партнеров (фирмы WIKA, Германия), мы можем предложить разделители для эксплуатации на любых средах в диапазоне давлений 0,1…1600 кГ/см2 и температур –90…+400 о С.

Принцип действия разделителя любого типа состоит в передаче давления от проблемной среды к нейтральной (измерительной) жидкости, заполняющей разделитель и прибор, посредством разделительного элемента: сильфона или мембраны. Фактически рабочий процесс состоит в следующем: давление проблемной среды воздействует на разделительный элемент, сжимая его и вытесняя измерительную жидкость из разделителя в прибор, который фиксирует значение давления. Объем жидкости, вытесненный разделительным элементом, расходуется на деформацию чувствительного элемента прибора.

ТОЧНОСТЬ ПЕРЕДАЧИ ДАВЛЕНИЯ

Погрешность, вносимая разделителем сред в процесс измерения давления, условно подразделяется на две составляющие:

основную погрешность, обусловленную механическими свойствами разделительного элемента (мембраны, сильфона) и чувствительного элемента прибора;
температурную погрешность, обусловленную объемным расширением измерительной жидкости при изменении ее температуры.
Основная погрешность зависит от следующих факторов:

жесткости и эффективной площади сильфона (мембраны); для уменьшения основной погрешности необходимо применять разделительные элементы (сильфоны, мембраны) с большой эффективной площадью (диаметром) и малой жесткостью (толщиной);
жесткости чувствительного элемента прибора; выше уже было сказано, что для того, чтобы измерительный прибор зарегистрировал какое-либо значение давления, его чувствительный элемент должен поглотить некоторую величину измерительной жидкости. Например, полностью заполненный манометр диаметром 160 мм требует примерно 0,3 см3 для того, чтобы показать предел измерения шкалы; чем выше жесткость чувствительного элемента, тем меньше значение основной погрешности;
тщательности заполнения разделителя и прибора измерительной жидкостью; в случае наличия остатков воздуха под действием давления рабочей среды деформация разделительного элемента разделителя увеличивается для того, чтобы компенсировать объем сжимающихся воздушных включений, т.е. увеличивается вносимая погрешность; по этой причине разделитель с металлической мембраной требует очень тщательного заполнения измерительной жидкостью, которое обеспечивается только применением вакуумного оборудования; сильфонный разделитель может быть заполнен вручную;
максимальной величины объема жидкости, вытесняемого сильфоном (мембраной); в том случае, если этого объема не достаточно для сжатия воздушных включений и деформации чувствительного элемента прибора, возможна ситуация, когда манометр не сможет показать истинное значение давления: его стрелка остановится в некотором промежуточном положении; ситуация чрезвычайно опасна, т.к. обслуживающий персонал в этом случае даже не подозревает, что давление в системе остается неконтролируемым.
Разделитель сред любого типа и присоединенный прибор всегда содержат некоторое количество измерительной жидкости, заполняющей их внутренние полости. Известно, что при изменении температуры любая жидкость изменяет свой объем по линейной зависимости. Указанное изменение объема является причиной возникновения так называемой температурной погрешности разделителя (см. рис.)

Температурная погрешность зависит от следующих факторов:

жесткости и эффективной площади сильфона (мембраны); для уменьшения температурной погрешности необходимо применять разделительные элементы с большой эффективной площадью (диаметром) и малой жесткостью (толщиной), а также желательно использовать неметаллические сильфоны (мембраны), т.к. их жесткость уменьшается под действием температуры;
коэффициента объемного расширения измерительной жидкости; желательно применять жидкости с минимальным коэффициентом объемного расширения;
тщательности заполнения разделителя и прибора измерительной жидкостью; оставшийся в системе воздух имеет высокий коэффициент температурного расширения, увеличивая погрешность измерений;
объема измерительной жидкости, подверженного нагреву (охлаждению); желательно минимизировать его величину путем установки между разделителем и прибором охладительных элементов, капиллярных каналов и т.д.
КАПИЛЛЯРНЫЕ ЛИНИИ

Высокая температура рабочей среды (более 80 … 100 оС) может стать причиной выхода из строя измерительного прибора или, как минимум, приведет к снижению точности измерений. Для предотвращения подобных негативных последствий прибор монтируют на некотором расстоянии от разделителя сред, соединяя их гидравлически с помощью капилляра или гибкого рукава. При этом важно учитывать следующие моменты:

измерительный прибор и разделитель сред должны быть смонтированы на одном уровне (см.рис.); в противном случае необходима дополнительная тарировка прибора;
капиллярный канал представляет собой тонкую (внутренним диаметром 1…4 мм) и длинную трубку, имеющую большое гидравлическое сопротивление, поэтому систему «разделитель + капилляр + прибор» необходимо заполнять жидкостями с малой вязкостью; в противном случае время переходного процесса может стать неприемлемо большим (более 3…10 мин.);
несмотря на малый диаметр, капилляр, тем не менее, имеет некоторый внутренний объем, влияющий на точность измерений; поэтому для каждого типа разделителей с различными значениями вытесняемого объема существует значение рекомендуемой максимальной длины капиллярного канала.
ОХЛАДИТЕЛИ ЖИДКОСТИ

Капиллярные линии помимо основной функции также могут служить для охлаждения измерительной жидкости на входе в прибор до приемлемого уровня, однако они весьма подвержены механическим воздействиям и при неосторожном обращении могут быть легко повреждены. Поэтому для охлаждения измерительной жидкости на входе в прибор мы рекомендуем применять специальное устройство – охладитель, который устанавливается между прибором и разделителем и обеспечивает тот же эффект, что и капиллярные линии, при более высокой надежности всей конструкции (см. рис.). Охладитель выполнен полностью из нержавеющей стали, прост по конструкции, компактен, дешев и не требует подвода охлаждающей жидкости, обдува воздухом или других специальных мероприятий.

ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗДЕЛИТЕЛЕЙ СРЕД НАШЕГО ПРОИЗВОДСТВА

В отличие от других производителей, предлагающих разделители сред только с металлической мембраной, мы специализируемся на производстве аналогичных устройств с разделительным элементом в виде фторопластового сильфона или резиновой мембраны. Указанные элементы, при одинаковом с металлической мембраной диаметре, имеют в несколько десятков раз меньшую приведенную жесткость и во столько же раз больший вытесняемый объем, что позволяет:

существенно снизить погрешность измерения давления;
заполнять разделитель сред и прибор без применения вакуумного оборудования (во многих случаях можно обойтись вообще без заполнения манометра жидкостью!);
существенно уменьшить габариты и стоимость разделителя сред;
легко заменить поврежденный разделительный элемент на новый благодаря разборной конструкции разделителя;
существенно расширить диапазон применяемых измерительных жидкостей и рабочий диапазон температур;
применять капиллярные каналы большей длины;
при необходимости заменить измерительный прибор без отправки устройства на завод-изготовитель для заполнения.
ВЫБОР ТИПА РАЗДЕЛИТЕЛЯ СРЕД

Выбор типа разделителя (штуцерный, фланцевый, встраиваемый и т.д.) зависит от требуемых присоединительных размеров, а также условий эксплуатации (рабочей среды).

Штуцерный разделитель сред (см. рис.) наиболее распространен благодаря простому резьбовому присоединению к процессу. Резьба может быть выполнена по различным стандартам как внутреннего, так и наружного исполнения. Наиболее распространенные варианты: в России (СНГ) — М20*1,5; в Европе – G1/2” (дюймовая цилиндрическая резьба); на Американском континенте – 1/2” NPT (дюймовая коническая резьба, не требующая уплотнительных шайб).

Корпус разделителя, контактирующий с рабочей средой, может быть выполнен из различных химически стойких материалов: хромоникелевых спецсталей, титана, монеля (сплава никеля и меди), хастеллоя (никелевого сплава), а также может быть покрыт изнутри фторопластом PVDF.

Для газообразных рабочих сред рекомендуем использовать разделители с металлической мембраной, исключающей возможность диффузии рабочей среды в полость прибора. Разделители такого типа мы производим совместно с фирмой WIKA (Германия), что гарантирует высокое качество, надежность и длительный ресурс всего комплекта «разделитель + прибор».

К сожалению, наличие застойных зон внутри корпуса штуцерного разделителя и узкий (диаметром 4…8 мм) внутренний канал не позволяют использовать устройство для измерения сильно загрязненных, сильно вязких и/или липких рабочих сред. В этом случае лучше использовать фланцевые разделители с внешней мембраной (см. рис.), не имеющие застойных зон. В соответствии с названием они имеют фланцевое присоединение к процессу, которое может быть выполнено различного диаметра, класса давления и по различным стандартам. Наиболее распространенные варианты: в России (СНГ) – ГОСТ 12815-80; в Европе – DIN 2501; на Американском континенте – ANSI 16.5.

В виду большей металлоемкости фланцевые разделители сред в основном дороже штуцерных, а также существенно сложнее в монтаже по месту эксплуатации. Ранее на всей территории бывшего СССР большое распространение получили фланцевые разделители сред типа РМ5320 и РМ5322 с нестандартным посадочным местом диаметром 112 или 54 мм соответственно (фланцы внешним диаметром 145 и 100 мм). Если Вам нужен разделитель именно под такое посадочное место, рекомендуем использовать устройства типа BA- (см. рис.), отличающиеся от прототипов наличием сменной резиновой мембраны, а также возможностью заполнения без применения вакуумного оборудования.

В особо сложных случаях, при необходимости измерения давления высоковязких, застывающих, кристаллизующихся и/или липких рабочих сред непосредственно в трубопроводе, рекомендуется использовать т.н. встраиваемые разделители, монтируемые между стандартными фланцами трубопровода (см. рис.). Разделительный элемент устройства выполнен в виде кольцевой (трубчатой) мембраны с диаметром, равным диаметру основного трубопровода, что исключает образование застойных зон. Частицы высоковязкой среды, в обычных условиях налипающие на разделительный элемент, в данном случае уносятся основным потоком и не препятствуют процессу измерения давления.