
Когда речь заходит о высокотемпературных расходомерах мишенного типа, многие сразу представляют себе стандартные решения для умеренных сред. Но в реальности, особенно в химических процессах с температурой выше 450°C, начинаются совершенно другие требования к конструкции и материалам.
Основная ошибка – пытаться адаптировать обычные мишенные расходомеры под высокотемпературные условия простой заменой материалов. На деле приходится полностью пересматривать всю кинематическую схему. Например, в наших разработках для пиролизных установок пришлось отказаться от стандартных уплотнений вала мишени – перешли на магнитную муфту с дополнительным охлаждением.
Материал мишени – отдельная история. При температурах свыше 600°C даже самые жаропрочные стали начинают 'плыть'. После нескольких неудачных испытаний с импортными сплавами остановились на отечественном материале ХН73МБТЮ-ВИ, хотя его обработка сложнее, но стабильность геометрии мишени сохраняется дольше.
Калибровка – еще один подводный камень. При высоких температурах меняется не только плотность среды, но и вязкость, что существенно влияет на гидродинамику обтекания мишени. Приходится строить поправочные коэффициенты для разных температурных диапазонов, причем для каждого типа технологической среды отдельно.
На одном из нефтехимических производств столкнулись с интересным эффектом – при циклическом нагреве-охлаждении крепление мишени давало люфт из-за разницы температурных расширений. Решение оказалось простым, но неочевидным – применили подпружиненное соединение с компенсатором теплового расширения.
Электроника – слабое место любых высокотемпературных расходомеров. Даже с термостатированием преобразователя случались сбои при резких изменениях температуры технологической среды. Пришлось разрабатывать специальный алгоритм компенсации температурных дрейфов в измерительной цепи.
Монтаж – отдельная головная боль. Стандартные фланцевые соединения при высоких температурах 'вело', что приводило к перекосу оси мишени. Перешли на специальные компенсирующие прокладки и увеличили жесткость корпуса.
В печах пиролиза, где температуры достигают 850°C, стандартные решения вообще не работали. Пришлось разрабатывать высокотемпературный расходомер с водяным охлаждением корпуса и принудительным отводом тепла от измерительного узла. Кстати, именно для таких случаев ООО Пекин Мяосытэ по приборостроениям разработала специальную модификацию с дополнительным теплоотводом.
Для измерений в расплавах солей при 550-700°C столкнулись с проблемой коррозии материала мишени. После испытаний нескольких вариантов остановились на вольфрамовом сплаве с защитным покрытием, хотя это существенно удорожает конструкцию.
В системах горячего воздуха (до 650°C) оказалось, что главная проблема – вибрации. Стандартные демпферы не справлялись, пришлось разрабатывать специальную систему гашения колебаний мишени.
Часто мишенные расходомеры пытаются сравнивать с вихревыми для высокотемпературных применений. Но у вихревых своя проблема – при высоких температурах и низких расходах сигнал становится нестабильным. Мишенные же сохраняют работоспособность даже при минимальных расходах.
С электромагнитными расходомерами ситуация обратная – они хороши для электропроводных сред, но для газов или паров мишенные вне конкуренции, особенно при высоких температурах.
Интересный опыт получился при совместном использовании мишенного и вихревого расходомеров в каскадной схеме на линии рекуперации тепла. Мишенный работал в зоне минимальных расходов, вихревой – при номинальных. Система показала хорошую надежность за счет взаимного дублирования.
Сейчас активно тестируем новые композитные материалы для мишеней – особенно перспективны керамоматричные композиты. Они выдерживают температуры до 1100°C, но пока есть проблемы с усталостной прочностью при циклических нагрузках.
Цифровизация – еще одно направление. Современные высокотемпературные расходомеры оснащаются встроенными температурными коррекциями и самодиагностикой. На сайте masteryb.ru можно увидеть последние разработки в этом направлении.
Миниатюризация – сложная, но перспективная задача. Для лабораторных установок нужны компактные высокотемпературные расходомеры, но пока с уменьшением габаритов резко падает точность из-за температурных деформаций.
При выборе производительа всегда смотрю на подход к температурным испытаниям. Если компания проводит полный цикл термоциклирования – это серьезный плюс. Например, ООО Пекин Мяосытэ по приборостроениям как раз дает подробные протоколы таких испытаний.
Обращайте внимание на материал уплотнений – стандартный фторэластомер работает только до 200°C, для высоких температур нужны графитовые или металлические уплотнения.
Важный момент – способ калибровки. Настоящие высокотемпературные расходомеры должны калиброваться при рабочих температурах, а не при комнатной с последующей температурной коррекцией.
И последнее – не экономьте на системе охлаждения электроники. Лучше перестраховаться и взять модель с принудительным охлаждением, даже если по паспорту она должна работать при вашей температуре.