Как манометр обеспечивает безопасность технологического процесса

Рубрика: Технологии и решения

Безопасность на рабочем месте – вопрос номер один на промышленных предприятиях. На заводах, нефтеперерабатывающем или химическом, внедрены специальные протоколы, которые предписывают постоянный мониторинг систем и ношение сотрудниками средств индивидуальной защиты (СИЗ). При этом оборудование на технологических установках также должно иметь ряд функций безопасности: автоматическая световая или звуковая сигнализация, наличие предохранительных клапанов.

Уровень безопасности на предприятии зависит, в том числе, от:

решения заказчика инвестировать средства в безопасность сотрудников и процессов;
человеческого фактора, то есть грамотности и внимательности персонала, который участвует в выборе, закупке, монтаже и эксплуатации оборудования;
самого оборудования, его конструкционных и технических характеристик.

В этой статьей разбираем, как устроен безопасный манометр и как его конструкция защищает оператора в случае разрыва трубки Бурдона. Также показываем уникальное решение французского производителя манометров, рассказываем, какому стандарту соответствуют безопасные манометры, и приводим выдержки из ANSI/ASME B40.100-2013 для лучшего понимания проблемы.

Материал будет полезен всем, кто непосредственно связан с параметрическими типами отказов: технологам, операторам технологических процессов, начальникам цехов. А также руководителям заводов, как работодателям, и специалистам по закупкам.

Принцип действия манометра

Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим характеристикам:

Вид измеряемого давления
Принцип действия манометра
Назначение
Класс точности

Манометры содержат чувствительный элемент, который воспринимает эластичную деформацию от воздействия давления. Конструкция механического манометра характеризуется по типу измерительного элемента. Она может содержать трубку Бурдона, мембрану, капсулу или другие деформационные элементы.

Почему безопасный манометр – это важно?

Манометр – прибор, который измеряет давление жидкости или газа. Это простой механический инструмент для технологов и персонала, который обслуживает систему непосредственно в цеху. По сути, манометр дублирует измерительную функцию датчика давления. С той разницей, что он не передает сигнал на контроллер, а показывает текущее значение.

Взрыв манометра – часто встречающаяся проблема на промышленных производствах, которая приводит к несчастным случаям: при взрыве манометра опасная среда и осколки самого прибора могут попасть в оператора.

Сократить число взрывов и, главное, производственных травм может использование безопасных манометров и правильное их применение: корректный выбор диапазона и отсутствие скачков давления, усталости и сильных вибраций.

Принцип действия манометра, основанный на деформации трубки Бурдона

Это наиболее часто используемый принцип в механических средствах измерения давления. Используемый «элемент» давления часто называют трубой Бурдона, по имени французского инженера Эжена Бурдон, который использовал этот функциональный принцип в середине XIX века. В нем используется упругая пружина, c-образная, изогнутая трубка с овальным поперечным сечением.

Принцип действия манометра следующий. Когда внутреннее пространство находится под давлением, поперечное сечение, таким образом, изменяется в направлении круговой формы. Напряжения, которые создаются в этом процессе, увеличивают радиус С-образной трубки. В результате конец трубки перемещается примерно на два или три миллиметра. Это отклонение является величиной давления. Оно переносится в движение, которое превращает линейное отклонение во вращательное движение и, посредством указателя, делает это видимым по шкале. Существуют различные варианты трубок Бурдона. С-образная изогнутая трубка Бурдона может работать при давлении до 60 бар. Для более высоких давлений используются винтовые или спиральные трубки Бурдона. В зависимости от геометрии толщины материала давление может достигать до 7000 бар.

Трубка Бурдона: подробно простым языком

Трубка Бурдона — эластичный элемент в контрольно-измерительных приборах, позволяющий контролировать давления всех уровней, применяемых в промышленности. Она улавливает изменения давления и преобразуют эти изменения в механическое движение. Трубка Бурдона обычно подсоединена к манометру, с помощью которого и отображается изменение давления на градуированной шкале.

С-образная трубка Бурдона

Трубка Бурдона не является самостоятельным измерительным прибором, но вспомогательным элементом, который устанавливается в измерительный прибор. Она позволяет создать перепад давления, необходимый для измерения расхода потока жидкости, газа или пара. Манометры с трубкой Бурдона являются самыми распространенными измерительными приборами по причине своей низкой стоимости, универсальности и высокой надежности.

Изготавливается из различных металлов, в том числе из бронзы, латуни, нержавеющей стали. Выбора материала обусловлен средой применения и уровнем измеряемого давления: чем выше давление, тем прочней материал.

Принцип действия манометра с мембранным измерительным элементом

Принцип действия манометра с мембранным измерительным элементом выглядит следующим образом. Деформация от измерительного элемента через тягу передается на трубко- секторный механизм, и далее на стрелку. Мембрана представляет из себя круглый гофрированный лист металла, который имеет большую площадь по сравнению с манометром с трубкой Бурдона. Мембрана может быть либо приваренной к верхней части камеры мембраны, либо зафиксированной между двумя фланцами, это позволяет ей воспринимать усилия давления с одной стороны. Данный принцип действия манометра обеспечивает то, что выдерживается высокое давление перегрузки, а достигается это вследствие того, что верхняя часть камеры выступает в качестве ограничителя.

Трубка Бурдона: подробно простым языком

Принцип действия манометра с капсульным измерительным элементом

Принцип действия манометра с капсульным измерительным элементом схож с принципом действия манометров с трубкой Бурдона. Здесь в качестве чувствительного элемента используются два сваренных между собой круглых гофрированных листа металла. Измеряемая среда воздействует на внутреннюю часть капсулы и по результирующему перемещению чувствительного элемента определяемое давление, отображается на циферблате.

Более подробно с устройством вы можете ознакомиться здесь.

Видео

Точные показания манометров и термометров | На что надо обращать внимание?

Видео

Как работает манометр? Сравнение трубки Бурдона с мембраной

Пружинный манометр Практическая

Практическая работа

Цель работы:

изучение пружинных манометров типа ОБМ (устройство, принцип действия, работа).

Пружинный манометр типа ОБМ

Манометр (от греческого manos — редкий, неплотный и metreo-измеряю) — прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр — прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.

Трубка Бурдона — главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.

Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается — трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.

Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Общий вид пружинного манометра типа ОБМ показан на рис.1.

Рисунок 1 – Пружинный манометр типа ОБМ

Рисунок 2 — Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

В качестве чувствительных элементов у манометров используются трубчатые пружины. Как видно из рис. 3, один конец трубчатой пружины 3 переходит в штуцер 7 для восприятия измеряемого давления. Под действием давления свободный конец манометрической трубки 5 будет деформироваться (изгибаться), причем величина упругой деформации пропорциональна измеряемому давлению. В силу этого соотношения измерительная стрелка 1 за счет перемещения кинематического узла (трибка 2 — сектор 4 — поводок 6) показывает относительно шкалы прибора истинное значение измеряемого давления.

Рисунок 3 – Кинематическая схема манометра с трубкой Бурдона

1-стрелка, 2- трибка, 3 – пружина, 4-зубчатый сектор, 5-датчик давления (манометрическая трубка), 6-поводок, 7-штуцер

Пружинные показывающие и самопишущие манометры ремонтируются силами ремонтных служб метрологического подразделения. Для этого на специальном участке рабочие места должны быть оборудованы резервными стеклами стандартного ряда диаметром 60, 100, 160 и 250 мм, стандартными шкалами, специальными съемниками для демонтажа измерительных стрелок с осей приборов; струбцинами для крепежа деталей манометров, набором лерок для восстановления забитых резьб штуцеров М 20X1,4, приспособлениями для вычерчивания шкал, наборами пинцетов и часовых луп, наборами газовых горелок малой величины для пайки чувствительных элементов (пружин).

Наиболее трудоемкими операциями является замена чувствительного элемента (трубки) манометра и регулировка кинематического звена «сектор — трибка» (см. рис. 3).

Замену чувствительного элемента прибора производят после его использования для замера давления, превышающего максимальное. В результате этого трубка растягивается, возникает остаточная деформация, не подлежащая ремонту. Для ремонта такого прибора производят его полную разборку, штуцер 7

закрепляют в тиски и с помощью газовой горелки демонтируют трубку
5
из платы. После оплавления припоя неисправную трубку извлекают пассатижами, а на ее место после зачистки поверхности устанавливают аналогичную манометрическую пружину (на заданный предел измерения давления). Место пайки обрабатывают растворителем — канифолью с ацетоном (спиртом) или соляной кислотой.

Манометры абсолютного давления

Этот тип манометров предназначен для измерения давления независимо от давления окружающей среды (независимо от колебания атмосферного давления). Как правило, они имеют устройство аналогичное обыкновенным манометрам с пластинчатой пружиной, за тем лишь исключением, что с обратной стороны мембраны находится вакуум.

Диапазон давления от 0..16мбар до 0..40бар. Класс точности от 0,6 до 2,5.

Дифференциальные манометры

Серия G60 Для измерения разности давлений.

Серия G61 Для измерения разности давлений.

Серия G62 Для измерения разности давлений.

На складе:
4
шт.

Серия G63 Технические параметры
IP класс: IP54 Окр.температура: 0°C до 60°C Температура среды: до 100°C Класс точности: 3.0 Окно: Стекло Механизм: 304 нержавеющая сталь Корпус Корпус и байонетовое кольцо: из 304-й нержавеющей стали Контактирующие детали: Трубка Бурдона и штуцер из 316-й нержавеющей стали
Манометры серии G63 предназначены для измерения перепада давления в условиях высокого рабочего давления. Данный поршневой дифференциальный манометр обеспечивает особые преимущества благодаря своей компактной, модульной конструкции. Это даёт возможность производить замену измерительной системы и индикаторного корпуса непосредственно на местах, а также последующую установку и настройку электроконтактов.

Серия G64 Давление: до 200 бар Температура: до 80°C Диаметр шкалы: 100мм, 150мм Материал корпуса: Нержавеющая сталь Подсоединения: 1/4» NPT внутренняя

Серия G65 Давление: до 200 бар Температура: до 80°C Диаметр шкалы: 100мм, 150мм Материал корпуса: Нержавеющая сталь Подсоединения: 1/2″ или 1/4» NPT, M20x1.5 внутренняя

Серия G66 Давление: до 200 бар Температура: до 80°C Диаметр шкалы: 100мм, 150мм Материал корпуса: Нержавеющая сталь Подсоединения: 1/2″ или 1/4» NPT, M20x1.5 внутренняя

Серия G67 Давление: до 30 бар Температура: до 80°C Диаметр шкалы: 100мм, 150мм Материал корпуса: Нержавеющая сталь Подсоединения: 1/2″ или 1/4» NPT, M20x1.5 внутр, доступно подсоединение на большой размер с адаптером

Серия G68 Давление: до 200 бар Температура: до 80°C Диаметр шкалы: 100мм Материал корпуса: Алюминий Подсоединения: 1/4» NPT внутренняя

Серия G69 Давление: до 200 бар Температура: до 80°C Диаметр шкалы: 100мм, 150мм Материал корпуса: Алюминий, нержавеющая сталь Подсоединения: 1/2» или 1/4″ NPT, M20x1.5 внутренняя

Как устроен диафрагменный манометр?

В качестке чувствительного элемента в диафрагменном манометре используется мембрана, которая воздействует на механизм, соединенный со стрелкой. Подводимое к манометру измеряемое давление деформирует мембрану, которая в свою очередь заставляет перемещаться стрелку.

Диапазон измерения диафрагменного манометра зависит от жесткости и площади мембраны.

Диафрагменные манометры пригодны для работы с агрессивными средами, их используют для измерения давления в: