Мембранные разделители. Применение. Принцип действия. Конструктивные особенности.

Мембранные разделители, которые также называют изолирующие или выносные мембраны, применяют для измерения давления, в том случае, если не допустимо, чтобы рабочая среда контактировала с деталями измерительного прибора, которые находятся под давлением.
Мембранный разделитель служит для:

1. Разделения рабочей среды и деталей измерительного прибора.
2. Передачи давления на измерительный прибор.

Мембранный разделитель действует по следующему принципу:

Принцип действия мембранного разделителя. Рис. 1.

Та сторона разделителя, которая соприкасается с измеряемой средой, изолирована гибкой мембраной. Жидкость, передающая давление заполняет пространство между мембраной и манометром. Через эластичную мембрану давление измеряемой среды передается на жидкость, а затем на измерительный прибор – манометр, или преобразователь давления, или сигнализатор давления.
Зачастую между мембранным разделителем и измерительным прибором устанавливается капилляр, в частности для того, чтобы по возможности убрать или минимизировать воздействие температуры на измерительный прибор при работе с горячей средой. При использовании капилляра увеличивается время реагирования системы в целом. Мембранный разделитель, капилляр и измерительный прибор в совокупности составляют замкнутую систему. Недопустимо отвинчивать винты на мембранном разделителе, а также на измерительном приборе, поскольку это приводит к утечке жидкости, что в свою очередь нарушает работоспособность всей системы.

 

Измерительный прибор давления с мембранным разделителем
Рисунок 1.
1 Манометр
2 Преобразователь давления
3 Сигнализатор давления
4 Заполняющая жидкость
5 Капилляр/охлаждающий элемент
6 Мембранный разделитель
7 Верхняя часть мембранного разделителя
8 Мембрана
9 Технологическое соединение

Мембрана и соединительный фланец — элементы, которые непосредственно контактируют с измеряемой средой. Поэтому они должны быть изготовлены из материала, который отвечает требованиям к коррозионной и термической стойкости. В том случае, если мембрана повреждается, в измеряемую среду возможно проникновение заполняющей жидкости. Поэтому, если разделитель используют в пищевом производстве, необходимо, чтобы заполняющая жидкость имела пищевой допуск. Для выбора заполняющей жидкости первостепенное значение имеют такие факторы, как совместимость с процессом, температура и давление в измеряемой среде. С этой целью используются жидкости, которые обеспечивают работу в температурном диапазоне от -90 °C до +400 °C (информация в таблице «Заполняющие жидкости»).

Области применения

Мембранные разделители дают возможность использовать измерительные приборы всех видов даже в особо тяжелых условиях эксплуатации.

Примеры:

1. Если среда, давление которой нужно измерить, имеет высокую коррозионность, и измерительный элемент (например, трубка Бурдона) должен быть защищен.
2. В случае, когда измеряемая среда имеет высокий уровень вязкости или в ее составе содержатся волокна, что приводит к тому, что мертвые зоны и узкие отверстия манометра, например — каналы, трубки Бурдона, при измерении могут вызывать затруднения.
3. В случае, если измеряемая среда характеризуется склонностью к кристаллизации или полимеризации.
4. Если температура среды очень высокая. В результате измерительный прибор сильно нагревается, что приводит к высокой погрешности при измерении (при показании давления на манометре). Кроме того, может быть превышение для компонентов прибора предельно допустимого значения температуры.
5. В случае, если точка измерения давления расположена в неудобном месте, по причине недостатка пространства, манометр либо не представляется возможным установить, либо невозможно обеспечит считывание показаний измерения. Тогда с помощью установки мембранного разделителя и применения удлиненного капилляра измерительный прибор можно установить в месте, которое обеспечивает его нормальную эксплуатацию.
6. Поскольку при контроле технологического процесса, а также в производственной установке, необходимо соблюдать требования по гигиене, нельзя допускать образования мертвых зон в измерительном приборе и в соединительных фланцах.
7. В случае, когда измеряемая среда имеет высокий уровень токсичности или рабочий материал вреден для окружающей среды, недопустима утечка в атмосферу. Чтобы обеспечить безопасность и защиту окружающей среды, необходимо принять защитные меры.

Используя обширный опыт, производитель создает готовый продукт, который максимально обеспечивает решение конкретных практических задач.

Кроме вышеназванных возможностей, использование мембранных разделителей обеспечивает повышение эффективности производства:

• поскольку увеличивает срок службы измерительных приборов;
• снижает стоимость монтажа;
• позволяет экономить, поскольку нет необходимости в обслуживании.

Варианты монтажа.

Сборку конструкции мембранного разделителя и манометра или другого измерительного прибора производят прямым жестким монтажом, или с помощью гибкой капиллярной трубки.
«Жесткий» монтаж осуществляют с помощью прямого резьбового соединения, или приваривая измерительный прибор непосредственно к мембранному разделителю или присоединяя его через переходник. Когда нужно производить измерение давления среды при условии высокого температурного режима, между разделителем и прибором предусматривается установка охлаждающего элемента. В зависимости от условий эксплуатации варьируются конструктивные особенности системы манометра и разделителя.

Рисунок 2.

Конструкция системы.

Поскольку области применения мембранных разделителей имеют довольно широкий спектр, одна модель не может обеспечить оптимальное решение задач для всех случаев. Исходя из опыта, можно с уверенностью сказать, что различные конструкции мембранных разделителей зарекомендовали себя лучше всего в конкретных применениях.

Выделяют три базовых типа:

1. Мембранные разделители.
2. Трубчатые разделители.
3. Погружные разделители.

Рисунок 3
1. Мембранный разделитель.
2. Трубчатый мембранный разделитель.
3. Погружной разделитель.

На выбор того или иного разделителя напрямую влияют возможности монтажа, технические параметры, и требования, которые предъявляются в зависимости от специфики измерений.

Мембранный разделитель

Монтаж мембранного разделителя осуществляют с помощью имеющихся портов подключения приборов. Как правило, соединения состоят из тройников, которые встроены в трубопровод, или вварных адаптеров, приваренных к трубопроводу, а также технологической камере или баку. Такой тип мембранных разделителей обладает достоинством в виде большой площади контактирующей поверхности между средой, которая подвергается измерению, и мембраной, что обеспечивает максимально возможную точность измерения давления. Кроме того, облегчается монтаж, очистка и калибровка.

Рисунок 4

Фланцевая конструкция

Мембранный разделитель имеет модификации, одна из которых представляет собой фланцевую конструкцию. Основным элементом данной модификации является фланец, с размерами соответствующими стандартному номиналу фланца. Внутри конструкции данной модели мембранного разделителя находится приваренная, или закрепленная в плоскости уплотняющей поверхности, мембрана.
Мембранные разделители, имеющие фланцевую конструкцию, устанавливают с целью измерения давления на месте глухого фланца.

Рисунок 5

1. Мембранный разделитель (фланцевый тип).
2. Уплотнение.
3. Технологический фланец.

Ячеечная конструкция.

Другой вариант модификации мембранного разделителя — ячеечная конструкция (тип сэндвич). Разделитель этой конструкции состоит из пластины, которая имеет цилиндрическую форму с диаметром соответствующим размеру уплотнительной поверхности стандартного фланца.
Плоская мембрана, расположена по центру. Мембрана подбирается в соответствии с номинальным диаметром.
Мембранный разделитель, имеющий конструкцию ячеечного типа, устанавливается на фланцевый отвод процесса и прижимается глухим фланцем.

Рисунок 6
1. Глухой фланец.
2. Мембранный разделитель (ячеечный тип).
3. Уплотнение.
4. Технологический фланец.

Выносная мембрана.

Разделители, конструкция которых имеет выносные мембраны, применяют для осуществления монтажа на толстостенных и/или изолированных технологических линиях, стенках резервуаров и пр. Мембраны данного типа применяют как во фланцевых конструкциях мембранных разделителей, так и в ячеечных.

Рисунок 7

1. Мембранный разделитель (фланцевого типа с выносной мембраной).
2. Уплотнение.
3. Технологический фланец.
4. Изоляция.
5. Стенка трубы.

Мембранные разделители позволяют измерять давление до 600 бар, при верхней температурной границе +400 °C.

Рисунок 8

1. Глухой фланец.
2. Мембранный разделитель (ячеечного типа с выносной мембраной).
3. Уплотнение.
4. Технологический фланец.
5. Изоляция.
6. Стенка трубы.

 

Трубчатый мембранный разделитель.

Для работы с текучими средами максимально подходит трубчатый мембранный разделитель. Поскольку разделитель данного типа полностью интегрируется в технологическую линию, при измерениях не происходит образования турбулентности, мертвых зон, углов, и прочих помех в направлении потока. Протекание измеряемой среды происходит свободно, и способствует самоочищению измерительной камеры.
Устройство трубчатого мембранного разделителя – корпус, имеющий цилиндрическую форму, и внутри корпуса – тонкостенная трубчатая мембрана.
Данная конструкция устанавливается в трубопроводе между двумя фланцами.
Благодаря этому для проведения измерений отсутствует необходимость подготовки специальных мест соединения.
Соответствие стандартному поперечному сечению трубы обеспечивают различные номинальные диаметры.
Диапазон давлений составляет максимально 400 бар для PN 6 … PN 400 фланцевых соединений, верхняя температурная граница до +400 °C.

Рисунок 9

1. Трубчатый мембранный разделитель.
2. Уплотнение.
3. Технологический фланец

Погружной разделитель.

Характерная особенность данного вида разделителя – погружение непосредственно в измеряемую среду. По этой причине он максимально подходит для текущих, однородных сред. Имеет малые габариты в сравнении с другими видами разделителей.
Давление измеряется «точечным» способом.
Конструкция данного разделителя – закрытая с одной стороны овальная труба, и соединительная часть, приваренная к ней. Овальная труба служит в качестве чувствительного элемента.
Чтобы обеспечить стабилизацию, чувствительный элемент смонтирован на соединительном элементе. Монтаж в точке измерения производится с помощью внешней и внутренней резьбы.

Диапазон давлений составляет максимально 600 бар, верхняя температурная граница до +400 °C.

Рисунок 10

1. Погружной разделитель.
2. Уплотнение.
3. Технологическое соединение.