Как и в чем измеряется расход газа методы измерения, обзор всех видов газовых расходомеров


Содержание страницы:

Как выбрать расходомер газа?

Выбор расходомера газа зависит от условий использования и от стоящих перед прибором задач.

Первое, что нужно учесть при подборе счетчика расхода – это характеристики измеряемой среды:

  • тип газа,
  • давление,
  • температура.

Затем определиться со способом монтажа прибора и учесть связанные с этим параметры, такие как диаметр трубопровода. Наконец, следует задуматься о том, как будет производиться снятие данных с прибора. Рассмотрим все эти этапы подробнее.

Тип газа

При выборе расходомера сразу же нужно отобрать те приборы, которые способны проводить измерение конкретного, необходимого вам газа*. Некоторые расходомеры, такие как VA 400, могут проводить измерения различных газов (воздуха, азота, природного газа и т. д.), однако для измерения газов, значительно отличающихся по физическим свойствам от воздуха, приборы должны быть откалиброваны в соответствующей среде.

* в случае агрессивных или взрывоопасных газовых сред следует выбрать расходомеры с дополнительной защитой.

Давление

Далее следует уточнить давление измеряемой среды. Обычно для измерений сжатого воздуха (например, в компрессорных) и для измерения расхода воздуха при давлении близком к атмосферному (например, в вентиляционых системах) используются разные типы расходомеров. Расходомеры для вентиляции (например, SS 20.260) существенно дешевле, чем расходомеры сжатого воздуха (например, SS 20.261), так как рассчитаны на менее жёсткий режим работы.

Верхний допустимый предел давления у различных расходомеров отличается, поэтому в случае, если необходимо измерять расход газа под давлением, следует уточнить значение рабочего давления среды. Так, например, расходомер SS 20.261 можно использовать при давлении до 10 бар, SS 20.600 – до 16 бар (опционально – до 40), VA 400 – до 50 бар.

Температура

Большинство расходомеров рассчитаны на не слишком высокие и не слишком низкие температуры измеряемой среды (например, от -30 до +120° у SS 20.600). Поэтому, если температура среды превышает 100°С, следует удостовериться, что выбранный расходомер может работать в подобных условиях или выбрать специальный прибор, рассчитанный на работу в высокотемпературных средах (к примеру, SS 20.650).

Следует также обратить внимание на температуру окружающей среды. Температурные диапазоны для электронных компонентов (находящихся вне трубопровода) обычно уже, чем для чувствительного элемента. Поэтому если датчик предполагается эксплуатировать, например, зимой на открытом воздухе, необходимо удостовериться, что нижний предел допустимого температурного диапазона позволит прибору перенести сильный мороз.

Ориентировочный расход

Все расходомеры имеют тот или иной диапазон измеряемого расхода. При превышении пределов этого диапазона приборы перестают выдавать достоверные показания, поэтому при выборе прибора следует учитывать максимально возможный расход на заданном участке.

В случае тепловых расходомеров ограничения измерительных диапазонов проводятся не по объему проходящего воздуха (так как для одного и того же расходомера максимально допустимые значения объёмного расхода будут различаться в зависимости от диаметра трубопровода), а по скорости потока, приведенной к нормальным условиям.

Так максимальная допустимая скорость для расходомера SS 20.260– 50 м/с, для SS 20.261 – 90 м/с, для VA 400– 220 м/с. При этом вовсе не обязательно использовать расходомер с наибольшим скоростным диапазоном, так как чем больше диапазон, тем больше погрешность измерения (а часто – и цена). Поэтому очень важно знать максимально возможную скорость потока в конкретном случае.

Скорость потока зависит, во-первых, от объемов проходящего газа, то есть, собственно, от расхода и, во-вторых, от внутреннего диаметра трубопровода. Чем больше расход и чем меньше диаметр – тем выше скорость. О том, почему для выбора расходомера необходимо знать диаметр участка, на котором его будут использовать, мы подробнее расскажем далее.

Ориентировочный же расход, в случае, если речь идет о сжатом воздухе, можно узнать из технической документации компрессора. Методы расчета скорости на основе диаметра и расхода обычно приводятся в руководстве по использованию расходомера. К примеру, в данной таблице приведены максимальные значения расхода для различных версий расходомера VA 400:

Способ монтажа

Приняв во внимание характеристики измеряемой среды, нужно также обратить внимание на условия монтажа расходомера. Можно выделить 3 основных способа монтажа.

  • Врезные расходомеры. Подобные приборы представляют собой уже готовую небольшую секцию трубопровода с установленным на ней расходомером. Для установки подобного прибора необходимо либо удалить участок трубы и установить расходомер на это место, либо производить монтаж на байпасном трубопроводе. Плюсом врезных расходомеров является их относительно невысокая стоимость (однако только если речь идет о небольших диаметрах трубопровода). Минусом же является неудобство монтажа – врезка требует определенных усилий, отнимает много времени и, разумеется, требует остановки производства. Кроме этого врезные расходомеры не подходят для использования на трубопроводах больших диаметров. К данному типу расходомеров относится, например, прибор VA 420.
  • Погружные расходомеры. Для установки данных приборов не нужно вырезать целую секцию трубопровода или устанавливать байпасное соединение. Установка производится путем сверления небольшого отверстия в стенке трубопровода, помещения в него штанги расходомера и закрепления прибора в таком положении. Подробнее об установке погружного расходомера можно прочесть в соответствующей статье. Плюсами данного типа приборов является простота установки и относительно невысокая стоимость. Кроме этого данные приборы легко можно использовать на трубопроводах больших диаметров. К примеру, длина штанги у некоторых исполнений расходомера SS 20.600 позволяет использовать его в трубопроводах диаметром до 2 метров. Недостатком же является то, что данные приборы не очень удобно использовать на крайне малых трубопроводах – при значении диаметра 1/2» и менее предпочтительнее использовать врезные расходомеры.
  • Накладные расходомеры. Принцип работы данных расходомеров не требует прямого доступа к измеряемой среде – измерение производится через стенку трубопровода обычно ультразвуковым методом. Монтаж данных расходомеров является наиболее удобным и простым, но их стоимость обычно в несколько раз выше, чем у погружных и врезных приборов, поэтому использовать их имеет смысл только в случае, если нет никакой возможности нарушать целостность трубопровода.

Диаметр трубопровода

Независимо от того, врезной, погружной или накладной расходомер будет использоваться, следует уточнить диаметр трубопровода на участке, где требуется установить расходомер.

При выборе врезного расходомера диаметр трубопровода является одним из основных параметров, так как данные приборы отличаются диаметром встроенной измерительной секции. Что касается погружных расходомеров, то может показаться, что при ни использовании диаметр не имеет значения, так как зонд расходомера можно погрузить в поток при любом диаметре, однако из-за того, что чувствительный элемент прибора (находящийся на конце зонда) должен быть помещен точно в центре трубопровода, следует удостовериться, что длины зонда хватит для монтажа на конкретном участке. Также рассчитывая минимальную необходимую длину зонда следует помнить, о том, что его часть придется на монтажные детали: полусгон и шаровой кран.

Допустим, внешний диаметр трубопровода составляет 200 мм. Значит погрузить зонд нужно будет на 100 мм. Еще 100-120 мм потребуется на осуществление монтажа. Таким образом, минимальная длина зонда при данном диаметре должна составлять 220 мм. Большинство расходомеров доступны в различных исполнениях, отличающихся длиной зонда. Так для расходомера VA 400 существуют исполнения с длиной 120, 220, 300 и 400 мм.

Снятие данных. Наличие дисплея и тип выходного сигнала

Наконец, следует определиться с тем, каким образом вы хотите получать результаты измерений. Большинство расходомеров используют аналоговый или цифровой выходной сигнал для передачи информации о результатах измерений. Если на предприятии имеется собственная автоматическая система управления технологическим процессом (АСУ ТП), в которую можно завести данные выходные сигналы, то аналогового или цифрового сигнала, скорее всего, будет достаточно. Однако, если готовой системы управления нет, может возникнуть необходимость снимать данные с дисплея. В некоторых расходомерах (например, у VA400) дисплей может быть уже встроен или доступен в качестве опции. Для других приборов нужно приобретать отдельный индикатор и подавать на него выходной сигнал датчика.

Данные, выводимые на дисплей, обычно ограничиваются текущим и накопленным расходом. В некоторых случаях может стоять задача регистрировать данные за разные промежутки времени и обрабатывать их, формируя отчеты и представляя информацию в табличном или графическом виде. Если на предприятии нет готовой системы управления, которая могла бы выполнять эти функции, то имеет смысл приобрести прибор с встроенным регистратором данных и идущим в комплекте программным обеспечением, позволяющим быстро и удобно проводить обработку полученных данных. Примером такого прибора может служить DS 400.

В случае, если расходомер не имеет встроенного дисплея и для получения данных требуется выходной сигнал, следует определиться с типом этого сигнала. К наиболее распространенным аналоговым сигналам относятся сигналы 4…20 мА и 0…10 В. Некоторые расходомеры, такие как SS 20.600 могут формировать любой из этих сигналов в зависимости от значения подключенного сопротивления. В некоторых случаях может потребоваться цифровой выходной сигнал, например, использующий протоколы Modbus или Profibus.

Перечисленных выше параметров должно быть достаточно для подбора расходомера. В то же время, если вы хотите иметь более полное представление о различных типах расходомеров, а также преимуществах и недостатках каждого типа, можете также прочесть статьи о классификации датчиков расхода по принципу измерения.

Расходомеры газа. Тема: Особенности измерения расхода газа

Измерительные приборы для измерения и учета расхода жидкостей и газов. Самыми распространенные приборы учитывающие расход жидкости — влагомеры и расходомеры. Учет газа осуществляется приборами газоанализаторами.

Расходомеры и газоанализаторы

Существуют понятия измерения расхода и измерения количества вещества и приборы для измерения этих параметров называются, соответственно, расходомерами и счётчиками.

Расходомеры измеряют количество вещества протекающего по трубе в единицу времени. По способу измерения они бывают:

Расходомеры переменного перепада давления на установленном в трубопроводе сужающем устройстве. Расходометрические счетчики переменного перепада давления состоят из трёх частей:

  • 1.преобразователь расхода, создающий перепад давления;
  • 2.соединительное устройство передающее этот перепад к измерительному прибору;
  • 3.дифференциальный манометр измеряющий этот перепад давления и отградуированный в единицах расхода;

Расходомеры обтекания

Расходомеры обтекания, или расходомеры постоянного перепада давления, принцип действия которых основан на реагировании чувствительного элемента, помещённого в поток, на динамический напор протекающего по трубопроводу вещества.

Чувствительный элемент перемещается на величину служащую мерой расхода. обтекания включают составные части в форме обтекаемых тел в виде: поршня, поплавка, шара, диска. Величина перемещения или угла поворота обтекаемого тела является мерой расхода. Самые распространённые расходомеры обтекания—ротаметры, в которых при движении жидкости или газа по стеклянной конусной трубке со шкалой, снизу вверх перемещается поплавок, пока сила тяжести не уравновесится разностью давлений до и после поплавка.

Скоростные счетчики расхода

Расходомеры с непрерывным движением приёмных устройств—скоростные счётчики. Чувствительный элемент совершает вращательное или колебательное движение и скорость этого движения служит мерой расхода. Суммирование числа оборотов вращающегося устройства указывает на расход за какое-то время. Скорость вращения пропорциональна скорости протекающей жидкости т.е. расходу. Все бытовые водомеры относятся к скоростным счётчикам.

Электрические расходомеры

Принцип их действия основан на измерении электрических параметров системы в зависимости от расхода: измеряемое вещество—чувствительный элемент прибора. При движении жидкости между полюсами электромагнита, по закону электромагнитной индукции, на концах диаметра трубы образуется разность потенциалов, величина которой пропорциональна расходу.

Тепловые расходомеры

Принцип действия тепловых счетчиков расхода веществ основан на измерении количества тепла, отданного нагретым элементом прибора, потоку вещества. По характеру теплового взаимодействия с потоком тепловые расходомеры подразделяются на калориметрические, термоконвективные, термо-анемометрические.

Термоанемометрические расходомеры для измерения местных скоростей потоков появились раньше остальных. Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом, появившиеся позже, не получили заметного применения. Позднее стали разрабатываться термоконвективные расходомеры, которые благодаря наружному расположению нагревателя находят все более широкое применение в промышленности.

Термоконвективные расходомеры делят на квазикалориметрические (измеряется разность температур потока или мощность нагрева) и теплового пограничного слоя (измеряется разность температур пограничного слоя или соответствующая мощность нагрева). Они применяются для измерения расхода главным образом в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм.

Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является неизменность теплоёмкости измеряемого вещества при измерении массового расхода. Помимо этого в термоконвективных расходомерах отсутствует контакт с измеряемым веществом, что также является их существенным достоинством. Недостаток и тех и других расходомеров — их большая инерционность. Для улучшения быстродействия применяют корректирующие схемы, а также импульсный нагрев. Термоанемометры в отличие от остальных тепловых расходомеров весьма малоинерционны, но они служат преимущественно для измерения местных скоростей. Калориметрические расходомеры основаны на зависимости от мощности нагрева среднемассовой разности температур потока.

Ультразвуковые расходомеры

Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении величины ультразвуковых колебаний, которые распространяются в потоке измеряемого вещества.

Приборы для измерения количества вещества называются расходометрическими счётчиками. Если это вода — влагомеры, если измеряется расход газа — . Они измеряют массу вещества протекающего по трубопроводу. По способу измерения они разделяются на:

  • 1.скоростные счётчики, принцип действия которых основан на суммировании числа оборотов помещённого в поток жидкости вращающегося элемента.
  • 2.объёмные счетчики, принцип действия которых основан на суммировании объёмов вещества, вытесненного из измерительной камеры прибора.

Наибольшее распространение получили скоростные счётчики.

Счётчики количества газа бывают различных видов:

  • 1.ротационные счётчики, принцип действия которых основан на измерении числа оборотов лопастей внутри прибора, которое соответствует измеряемому объёму газа.
  • 2.клапанные счётчики, принцип действия которых основан на перемещении подвижной перегородки под действием разности давлений газа до и после счётчика и счета количества этих перемещений, которое соответствует измеряемому объёму газа.
  • 3.барабанные счётчики, принцип действия которых основан на измерении числа оборотов барабана, вращающегося под действием разности давлений газа до и после счётчика. Они применяются для точных измерений количеств газа.

В данной статье мы подробно рассмотрим расходомеры газа.

Существуют такие виды расходомеров газа:

Турбинные счетчики газа

Турбинные счетчики выполняются в виде трубы, в которой располагается винтовая турбинка, в которой, в большинстве случаев, лопатки немного перекрывают друг друга. В проточной части корпуса располагаются обтекатели, которые перекрывают основную часть сечения трубопровода, благодаря чему обеспечивается дополнительное увеличение скорости течения газа и выравнивание эпюры скоростей потока. Помимо этого, осуществляется формирование турбулентного режима течения газа, благодаря чему обеспечивается линейность характеристики счетчика газа в широком диапазоне. Как правило, высота турбинки составляет порядка 25-30% от радиуса. В ряде конструкций на входе в счетчик предусмотрен дополнительный струевыпрямитель потока, который исполняется или в виде толстого диска, в котором имеются отверстия различного диаметра, или в виде прямых лопаток. Как правило, на входе турбинного счетчика не применяется установка сетки. Это обусловлено тем, что вследствие ее засорения площадь проходного сечения трубопровода уменьшается, а это, в свою очередь, приводит к увеличению скорости течения потока, а соответственно — к увеличению показаний счетчика.

Скорость вращения турбинки преобразовывается в объемные значения количества прошедшего газа путем того, что вращение турбинки передается через магнитную муфту на счетный механизм. В счетном механизме путем подбора пар шестеренок (во время градуировки) обеспечивается линейная связь между количеством пройденного газа и скоростью вращения турбинки.

Другим методом, при помощи которого получают результат количество прошедшего газа, в зависимости от скорости турбинки, является применение магнитоиндукционного преобразователя для индикации скорости. При прохождении вблизи преобразователя лопатки турбинки возбуждают в нем электрический сигнал, поэтому частота сигнала с преобразователя и скорость вращения турбинки пропорциональны. При использовании такого метода сигнал преобразовывается в электронном блоке, так же, как и вычисление объема прошедшего газа. Для того чтобы обеспечить счетчику взрывозащищенность, блок питания должен быть исполнен с взрывозащитой. Однако использование электронного блока упрощает вопрос расширения диапазона измерения счетчика (для счетчика с механическим счетным механизмом 1:30 или 1:20). Это объясняется тем, что проявляющаяся при малых расходах нелинейность характеристики счетчика легко устраняется применением кусочно-линейной аппроксимации характеристики (до 1:50), а в счетчике с механической головкой этого сделать нельзя.

Для измерения расхода газа турбинные счетчики СГ-75М и СГ-16М имеют взрывозащищенный геркон (импульсный выход) «сухие контакты реле», с частотой 1 имп./1куб.м. и не взрывозащищенный импульсный выход (оптопара), с частотой импульсов 560 имп/куб.м.

Принцип действия ротационного счетчика заключается в обкатывании друг по другу двух роторов, имеющих специально профилированную форму, что напоминает цифру «восемь». Специальные шестеренки, соединенные между собой и с соответствующим ротором, обеспечивают синхронность обкатывания. Для того чтобы обеспечить точность измерения, внутренняя поверхность корпуса счетчика и профиль роторов должны быть исполнены с максимальной точностью. Это достигается за счет того, что для обработки этих поверхностей применяются специальные технологические приемы.

Из преимуществ ротационных счетчиков газа в сравнении с турбинными счетчиками необходимо отметить малую погрешность при измерении переменных потоков, а также широкий диапазон измеряемых расходов (до 1:160). Второе свойство, присущее ротационным счетчикам, делает эти устройства незаменимыми для измерения расхода газа, потребляемого работающими в импульсном режиме «крышными» котельными, благодаря отсутствию требований к наличию прямых участков до и после счетчика, а также любому направлению газа через счетчик.

Помимо штатного низкочастотного датчика (геркон) с частотой срабатывания 10 имп/куб.м., ротационные счетчики RVG (также как и “ ROOTS ” и “ DELTA ”) могут быть доукомплектованы среднечастотным Е-300 с частотой срабатывания до 200 имп/куб.м., и высокочастотным до 14025 имп./куб.м.

Вихревые расходомеры-счетчики

Принцип действия данных устройств основывается на эффекте периодических вихрей, возникающих при обтекании потоком газа тела обтекания. Частота срыва вихрей является пропорциональной скорости потока, а соответственно — объемному расходу. Индикация вихрей может осуществляться при помощи или ультразвука (СВГМ, ВИР-100), или же при помощи термоанемометра (ВРСГ-1). По диапазону измерения вихревые счетчики занимают позицию между ротационными и турбинными до 1:50. В виду того, что в вихревых счетчиках отсутствуют подвижные элементы, то отпадает необходимость в системе смазки, которая нужна для ротационных и турбинных счетчиков. Также появляется возможность при помощи вихревых счетчиков измерять количество кислорода, тогда как ротационные и турбинные счетчики для этого использовать нельзя, так как в среде кислорода происходит сгорание масла. Также для вихревых расходомеров предел измерения расхода выше, чем у турбинных, к примеру для Ду=200 мм. ВРСГ-1 используется до 5000 м 3/час, а турбинные счетчики применяются до 2500 м 3/час.

Ультразвуковые расходомеры-счетчики газа

Принцип действия ультразвуковых расходомеров заключается в направлении луча ультразвука в направлении против потока и по потоку, и определении разницы времени прохождения двух этих лучей. Разница во времени является пропорциональной скорости течения газа. До 2002 года в Росси не выпускались ультразвуковые расходомеры на газ. На сегодняшний день осуществляется выпуск ультразвуковых расходомеров «Гобой-1» для абсолютных давлений до 2 кгс/см 2, на трубопроводы от 25 до 80 мм., на расходы 10, 16, 25, 40, 65, 100 м 3/ч, УБСГ-001 на расходы от 0,16 до 25 м 3/ч Ду=1.1/42 (32 мм), а также «ГАЗ-001» для трубопроводов больших диаметров (от 100 миллиметров) и давлений 60 кгс/см 2, однако, производитель не опубликовал полного типоразмерного ряда.

«Днепр-7» — ультразвуковой расходомер-счетчик с накладными датчиками излучателями-приемниками. Принцип действия данного счетчика-расходомера заключается в преобразовании доплеровской разности частот отражений ультразвука от движущихся неоднородностей потока, линейно зависящей от скорости движения потока.

Мембранные счетчики газа

Принцип работы мембранных счетчиков газа основан на перемещении подвижных мембран (перегородок) камер при поступлении в счетчик газа. Выпуск и впуск газа, расход которого нужно измерить, вызывает переменное перемещение мембран, и через редуктор и переменную систему рычагов приводит в действие счетный механизм. Мембранные расходомеры отличаются широким диапазоном измерения до 1:100, однако рассчитаны для эксплуатации при низком давлении газа, в основном не более 0,5 кгс/см2. В основном мембранные расходомеры предназначаются для измерения расхода газа в коттеджах, домах. Если ротационные и турбинные счетчики являются довольно шумными вследствие вращения подвижных элементов, то работа мембранных счетчиков совершенно бесшумна. Они не нуждаются в смазке в процессе эксплуатации, тогда как турбинные расходомеры необходимо смазывать один раз в квартал. Однако при расходах более 25 кубических метров в час размеры мембранных счетчиков становятся весьма большими.

Струйные счетчики газа

Принцип работы струнных расходомеров основан на колебании газовой струи в специальном струйном генераторе. Газовая струя попеременно сбрасывается из одного устойчивого положения в другое, и при этом создает пульсации звука и давления с частотой, пропорциональной скорости течения газа, а соответственно — объемного расхода. В электронном преобразователе осуществляется вычисление количества пропущенного газа. На сегодняшний день серийно выпускаются только две модификации бытовых струйных расходометров газа СГ-1 для измерения расхода 0,03 – 1,2 м3/ч и СГ-2 для 0,03 – 6,0 м3/ч.

Левитационный расходомер газа является тахометрическим прибором, в котором в газовых подшипниках вращается подвижный элемент. Скорость вращения данного подвижного элемента является пропорциональной объемному расходу. Вторичный преобразователь осуществляет преобразование скорости вращения в электрический сигнал, который в электронном блоке преобразуется в измеренное количество прошедшего газа. Результаты измерения индицируются на индикаторе. Диапазон измеряемых расходов составляет от 0,03 до 7 кубических метров в час. Температура измеряемого газа от минус 50 до +50 градусов Цельсия, а температура окружающей среды — от минус 30 до +50 градусов Цельсия. Основная погрешность составляет плюс-минус полтора процента.

Барабанные счетчики газа

Принцип действия барабанного счетчика газа заключается в том, что под воздействием перепада давления осуществляется вращение разделенного на несколько камер барабана. Измерительный объем камер в барабане ограничен уровнем затворной жидкости. При вращении барабана разные камеры периодически заполняются и опорожняются газом. На сегодняшний день прекращен выпуск барабанных газовых счетчиков ГСБ-400 на пределы 0,2-6 м 3/ч и ГСБ-160 на пределы измерения 0,08-0,24 м 3/ч. Основная погрешность измерения составляет один процент.

В России сертифицированы импортные барабанные счетчики Ritter не всех выпускаемых фирмой типоразмеров. Как правило, они используются в качестве образцовых средств. Основная погрешность измерения составляет 0,2 процента. Диапазоны измерения всех семи типоразмеров составляют от 1 л/ч до 18000 л/ч.

Ультразвуковой счетчик газа ГОБОЙ-1

Данный счетчик состоит из информационно-вычислительного блока, первичных преобразователей температуры, давления, расхода, и выполнен в едином конструктиве. Маркировка относится ко всему счетчику.

Касательно устойчивости к климатическим воздействиям, исполнение «Т» соответствует исполнению УХЛ3 по ГОСТ 15150 для эксплуатации в температурном интервале от минус 40 до +50 градусов Цельсия, а исполнение «Н» соответствует исполнению УХЛ4.2 по ГОСТ 15150 для эксплуатации в температурном интервале от 0 до +50 градусов Цельсия.

Данный счетчик относится к невосстанавливаемым, ремонтируемым и многоканальным изделиям. ГОБОЙ-1 исполнен в соответствии с техническими условиями ТУ 311-00227465.059-01.

Счетчики имеют такие варианты исполнений:

  • По пределам температуры окружающей счетчик среды: в диапазоне от минус 40 дл +50 градусов Цельсия, а также от 0 до +50 градусов Цельсия;
  • По положению счетчика во время его установки на трубопровод: горизонтальное и вертикальное;
  • По отсутствию либо наличию архива;
  • По пределам измерения абсолютного давления газа в сети: — в диапазонах от 90 до 150 Килопаскалей, а также от 150 до 200 Килопаскалей.

Основные технические характеристики

Турбинные счетчики газа — СГ

Назначением данного типа счетчиков является измерение объема плавно меняющихся потоков неагрессивных, очищенных, одно- и многокомпонентных газов (аргон, азот, воздух, природный газ и другие) при эксплуатации устройства в установках коммунальных и промышленных предприятий (для учета при коммерческих операциях).

  • Высокая надежность;
  • Возможность работы устройства с электронными корректорами объема газа ЕК-88/К, ЕК-87 (коммерческий учет);
  • Низкий уровень шума во время работы устройства;
  • Высокая точность измерения.

Расходомер пара и газа ВИР-100

КОРУНД — преобразователи давления, предназначением которых является работа в системах автоматического управления, регулирования и контроля технологических процессов, а также обеспечение непрерывного преобразования разряжения, избыточного давления и разности давлений (КОРУНД-ДД), избыточного давления (КОРУНД-ДИ) газообразных и жидких сред, неагрессивных к материалам контактирующих изделий (сплавы титана) в унифицированный выходной сигнал постоянного тока.

Вихревой расходомер счетчик газа ВРСГ-1

Вихревой расходомер счетчик газа ВРСГ-1 предназначается для измерения объема неагрессивных инертных и горючих газов, а также приведения объема к нормальным условиям (760 мм.рт.ст. и 20 °С) по ГОСТ 2939 «Газы. Условия для определения объема». Данный расходомер также дает возможность контролировать приведенный к нормальным условиям текущий объемный расход газа, давление и температуру рабочего газа в трубопроводе, а также суммарное время наработки прибора. В Вихревом расходомере-счетчике ВРСГ-1 приведение объема газа к нормальным условиям осуществляется в автоматическом режиме путем одновременного изменения параметров потока газа тремя самостоятельными датчиками, а именно датчиками температуры, давления и расхода с последующим вычислением.

  • Автоматическая коррекция по плотности;
  • Удобство и простота в эксплуатации;
  • Нечувствительность к превышению верхнего предела измерений;
  • Высокая точность измерений в широком диапазоне расходов;
  • Отсутствие подвижных частей.

Принцип действия расходомера-счетчика ВРСГ-1 основывается на измерении частоты образования вихрей, которые возникают в потоке газа во время обтекания им неподвижного тела.

Во время введения неподвижного тела в трубопровод перпендикулярно потоку, то с одной, то с другой стороны происходит срыв вихрей, которые позади неподвижного тела образуют двойную цепочку вихрей, что постепенно рассеиваются. Тем самым создается так называемая «дорожка Кармана». Частота образования вихрей является прямо пропорциональной объемному расходу рабочего газа. Фиксация частоты срыва вихрей осуществляется при помощи чувствительного элемента термоанемометра, представляющего собой терморезистор, что располагается в канале перетока тела обтекания.

Для приведения измеренного объема газа к нормальным условиям (компенсации по плотности) используются сигналы, получаемые от датчиков температуры и давления рабочего газа.

Качество и высокая точность

Микропроцессорная обработка сигнала, использование частотного вихревого сигнала, а также индивидуальная градуировка расходомеров-счетчиков на образцовых расходомерных установках позволяют обеспечить помехоустойчивость и высокую точность даже в самых сложных условиях эксплуатации устройства.

Во всем диапазоне измерений расхода сохраняется постоянной высокая точность, а частотный вихревой сигнал обеспечивает отсутствие дрейфа с нуля и воспроизводимость, а также долговременную стабильность показаний.


Удобство и простота

Простота представления информации, нечувствительность к превышению верхнего предела измерений расхода, отсутствие подверженных износу подвижных частей дают возможность обеспечить минимальные затраты на техническое обслуживание и пусконаладочные работы.

В связи с тем, что расходомер в случае поломки не перекрывает подачу газа потребителю, а также практически не загромождает проход трубопровода, в месте установки счетчика отсутствует необходимость в организации обводного байпасного канала, а это существенно снижает стоимость узла учета газа.

Расходомер-счетчик ВРСГ-1 укомплектовывается устройством последовательного интерфейса RS-485 или RS-232 (на выбор заказчика), благодаря чему появляется возможность передачи изменяемых параметров на регистратор, АСУ или центральную ЭВМ.

Если статья оказалась полезной , в качестве благодарности воспользуйтесь одной из кнопок ниже — это немного повысит рейнинг статьи. Ведь в интернете так трудно найти что-то стоящее. Спасибо!

Цель работы: Изучение приборов для измерения расхода газа, методы измерения расхода, понятие класса точности прибора, сравнение показаний приборов различного типа.

Расход — это физическая величина, определяемая количеством жидкости или газа, проходящих через трубу или русло в единицу времени. Различают объемный расход Q, когда количество вещества измеряется в объемных единицах, и массовый М 9 когда оно измеряется в единицах массы.

1.1. Устройство ротаметра приведено на рисунке 12.1. В патрубках 1 и 8, соединенных друг с другом болтовыми стержнями 5, с помощью накидных гаек 6 и сальниковых уплотнений укреплена стеклянная коническая трубка 5, на которую непосредственно наносится шкала. Длина трубки обычно находится в пределах от 70 до 600 мм, а диаметр от 1,5 до 100 мм. Для ограничения хода поплавка 4 служат верхний 2 и нижний 7 упоры.

Пределы применения обычных ротаметров со стеклянной трубкой по давлению 0,5-0,6 МПа, по температуре 100-150°С.

Достоинства ротаметров: простота устройства и эксплуатации; наглядность показаний; надежность в работе; удобство применения для измерения малых расходов различных жидкостей и газов (в частности, агрессивных), а также неньютоновских сред; значительной диапазон измерения и достаточно равномерная шкала.

Недостатки: хрупкость и непригодность для измерения расхода веществ, имеющих значительные давления; связанность прибора с местом измерения; только указывающий характер прибора (отсутствие записи и дистанционной передачи показаний); непригодность для измерения больших расходов.

1.2. Поплавки и трубки ротаметров.

Основные элементы ротаметра — коническая трубка и поплавок — образуют его проточную часть. Формы поплавка могут быть весьма разнообразны. Классическая его форма показана на рисунке 12.2, а. Поплавок имеет конусную нижнюю часть (иногда с несколько скругленным носом), цилиндрическую среднюю часть и дисковый верх. Существенный недостаток рассмотренной формы поплавка — сильная зависимость градуировочной характеристики от вязкости измеряемого вещества. Для снижения этой зависимости полезно уменьшать высоту верхней дисковой части поплавка и диаметр цилиндрической его части с тем, чтобы он был не более 0,6-0,7 от диаметра верхнего диска (рисунок 12.2, б). В меньшей степени влияние вязкости сказывается при катушечной форме поплавка, показанной на рисунке 12.2, в, которая находит теперь основное применение. Еще сильнее влияние вязкости устраняется при дисковой и тарельчатой форме поплавков, когдаосновное трение потока происходит на очень небольшой боковой поверхности диска. Но вес таких поплавков очень мал и необходимо или увеличивать длину цилиндрического тела поплавка в одну или обе стороны от диска, или же подвешивать на стержне дополнительный груз. Кроме того, такие поплавки неустойчивы и во избежание перекоса и трения о стенку трубки их необходимо снабжать направляющими. Последние могут быть трех видов: направляющие, связанные с поплавком и

перемещающиеся вместе с ним (рисунке 12.2, г); неподвижные центральные штоки, проходящие через осевые отверстия поплавков (рисунке 12.2, д); направляющие кольца (два или одно), укрепляемые обычно в верхней или нижней части поплавков (рисунке 12.2, е, ж). Но для таких колец требуется применение конусных трубок с направляющими ребрами или гранями. Зато они имеют два дополнительных достоинства: обеспечение турбулизации потока, способствующего уменьшению влияния вязкости и возможность измерения расхода непрозрачных жидкостей (благодаря малости зазора между направляющими ребрами и кольцами).

Поплавки изготавливаются из различных материалов: нержавеющей стали, титана, алюминиевых сплавов,фторопласта-4 и различных пластмасс (в зависимости от диапазона измерения и агрессивности измеряемого вещества). При необходимости для снижения массы поплавка его делают пустотелым.

Заметим, что от соотношения плотностей материала поплавка ρ k и измеряемого вещества р зависит погрешность, возникающая при изменении плотности, которое вызвано изменением температуры или давления

Вещества. Наименьшая погрешность будет при.

В этом случае при изменении ρ на ±10% дополнительная

погрешность будет всего лишь ±0,4%. Такое соотношение нетрудно обеспечить при измерении расхода жидкости.

Второй основной элемент ротаметра — измерительная коническая трубка (с конусностью 0,001-0,01). Она изготавливается из химически устойчивого или термостойкого боросиликатного стекла. Чувствительность прибора возрастает с уменьшением угла конусности трубки.

1.3. Уравнение равновесия поплавка.

В ротаметре (рисунок 12.3) можно выделить три сечения: сечение, где начинает сказываться возмущающее действие поплавка на поток; узкое кольцевое сечение потока, где имеется максимальная скорость; сечение, в котором кончается возмущающее действие поплавка на поток.

Измерение расходов жидкостей и газов является одной из важнейших

задач на производстве. Существует огромное количество расходомеров и принци-

пы действия и конструкции, которых очень разнообразны. Но при проведении то-

варо-учетных операций в газовой промышленности особое место занимают расхо-

домеры с переменным перепадом давления. Потому что у данных расходомеров

простая конструкция, они надежны, с их помощью можно измерять практически

любой расход, а самое главное достоинство – они не требуют поверочных образ-

Тем не менее, и эти расходомеры не лишены недостатков. Правильная ра-

бота расходомера зависит от так называемого коэффициента истечения, который

представляет собой отношение действительного значения расхода к теоретическо-

му значению. Он меняет свое значение во время эксплуатации и приводит к уве-

личению погрешности измерения расхода.

Факторами, влияющими на значение коэффициента истечения являются

изменение геометрических размеров диафрагмы, которые могут быть вызваны

гидроударами в трубопроводе, неизбежное притупление входной острой кромки,

шероховатость измерительного трубопровода, расстояния между местными со-

противлениями в измерительном трубопроводе и т.д.

Измерение расхода газа.

Практически все измерения, которые проводят в науке или промышленности, связаны с измерением давления, расхода, количества и уровня веществ.

Расход – один из основных параметров, точность измерения которого влияет на ценность результатов исследований в гидро- и газодинамике. Например, измерение расхода газа или пара помогает в обеспечении качества различных технологических процессов заводов и предприятий, в получении и контроле оптимальных режимов работы технологических объектов, контроле расхода в напорных линиях. А, например, измерение расхода жидкостей позволяет контролировать эффективность систем по добыче и переработки нефти и нефтепродуктов. Кроме того, результаты измерения расхода пара применяют для определения мощности, производительности и КПД энергетических паровых установок. Прибор, измеряющий расход, т.е. количество вещества, проходящее в трубопроводах в единицу времени, называют расходомером.

Мы предлагаем ряд устройств (расходомеров), предназначенных для измерения расхода газа, пара и жидкостей (в том числе нефтепродуктов). Выбор нужного расходомера должен проводиться на основании следующих факторов: условия работы расходомера (окружающей среды) и требования к точности проводимых измерений.

Счетчики для измерения расхода газа могут быть следующих типов – турбинные, ротационные, вихревые, ультразвуковые, мембранные, струйные и другие. Турбинные расходомеры отличаются низким уровнем шума, высокой точностью, высокой надежностью и длительным сроком эксплуатации. Измерение расхода газа с помощью вихревого счетчика может происходить в широком диапазоне изменения температуры, давления и расхода. Простота и удобство эксплуатации вихревых расходомеров, доступность предоставления необходимой информации обеспечивает минимальные затраты не только на пуско-наладочные работы, но и на техническое обслуживание оборудования. Для измерения расхода неагрессивных газов и пара используются пластиковые ротаметры, обладающие достаточно простой конструкцией.

Безошибочное измерение расхода пара необходимо для учета тепловой энергии, которую он переносит, на объектах промышленности и коммунального хозяйства. В состав счетчика пара входят датчики расхода, тепловычислитель, датчики температуры и датчики давления. В комплексе эти элементы обеспечивают измерение расхода пара с высокой точностью. Оборудование компании «Эмис» для измерения расхода пара может эксплуатироваться практически в любой технологической среде, что делает возможным их использование в любой отрасли промышленности.

Высокое качество аппаратуры – ротаметров, расходомеров и счетчиков гарантируется наличием сертификатов соответствия на каждый предлагаемый прибор. Кроме поставки оборудования для измерения расхода газа и пара мы предоставляем услуги по его монтажу и техобслуживанию, ремонту и поверкам.

Регулирование расхода газа значительно сложнее регулирования расхода жидкости. При любом способе измерения газ сначала полностью очищают от примеси аэрозоля, поскольку ни одна система измерения расхода газа не будет надежно работать с загрязненной газовой фазой.

Для определения расхода газа используют следующие приборы: реометры, ротаметры, маностат-реометры и др. Можно применять и простой газометр, если его предварительно прокалибровать, приклеив снаружи сосуда полоску миллиметровой бумаги с указанием объема газа, поступающего в газометр в единицу времени.

Чаще всего применяют реометры со сменным капилляром или диафрагмой и ротаметры.

Реометры. В капиллярных реометрах капилляр 1 (рис. 254,о) всегда прокалиброван для конкретного газа и определенной манометрической жидкости 3. Поэтому каждый капилляр имеет свою шкалу 4, на которой указаны составы газа и манометрической жидкости.

Манометрической жидкостью может быть подкрашенная вода, вазелиновое или парафиновое масло, чистый керосин, ртуть, серная кислота. Чтобы капилляр обеспечивал прямолинейную зависимость скорости газа от разности его давлений Д° и после капилляра, длину последнего делают в сто раз больно диаметра.

Рис. 254. Реометры: капиллярный (а), со сменными капиллярами (б) и диафрагменный (в)

Наиболее удобен в использовании реометр со сменными капиллярами 1. укрепленными в резиновой пробке или при помoщи шлифов (рис. 254,6) и закрытые съемной головкой 5 с пришлифованным отверстием. Такое устройство позволяет легко очищать капилляры в случае их загрязнения. В нижнем изгибе манометрической трубки 3 часто делают сужение 8, сдерживающее движение жидкости и позволяющее брать более точные отсчеты при периодическом колебании расхода газа. Иногда у реометров капилляр закрепляют на манометрической трубке обрезками резинового шланга. Применения таких реометров следует избегать, поскольку замена капилляров в них затруднительна и заканчивается часто поломкой реометра (концы капилляров должны подходить вплотную к трубкам реометра).

Шкала каждого реометра проградуирована в единицах объема газа, проходящего через капилляр в единицу времени (л/ч, л/мин, мл/с, мл/мин и т. д.). Чтобы измерение расхода газа реометром было правильным, поток газа не должен быть пульсирующим, а перепад давления в реометре не должен превышать 4-10 4 Па, или 300 мм вод. ст. В этом случае относительная погрешность измерения составляет около 1%.

Если реометр, откалиброванный для одного газа, нужно использовать для определения расхода другого газа, то полученное значение расхода V, (мл/мин) пересчитывают, используя соотношение

где V2 — расход нового, газа, мл/мин. с плотностью p2. г/см*; р1 — плотность газа по которому проводили градуировку реометра.

При таком пересчете плотности двух газов должны относиться к давлению 1 атм (101325 Па/ и одной и той же температуре (20 или 25 °С).

Рис. 255. Реометры с резиновой трубкой и поплавком (а) и реометр-клапан (6)

Полученные показания реометров пересчитывают также в том случае, когда давление и температура газа резко отличается от значений, при которых происходила калибровка реометра. Для такого пересчета применяют соотношение

где V2 — расход газа, мл/мин, при давлении p2, торр. и температуре Ti, К; V1 -расход газа по показанию реометра, откалибропанного при давлении р< и температуре T1

Давление p2 определяют по показаниям манометра (р) перса реометром и барометра, дающего атмосферное давление Pатм

Реометры с диафрагмой б (рис. 254,а) позволяют пропускать газ с большей скоростью — от нескольких литров до десятков литров газа в минуту, но они менее точны, чем капиллярные реометры. Имеющиеся в манометрической трубке расширения 3 предназначены для выравнивания давления до и после диафрагмы и уменьшения колебаний манометрической жидкости.

Проградуированы такие реометры обычно в л/мин. Вместо диафрагмы иногда- применяют трубки со вставками из пористого стекла или трубки с тампоном из стеклянной или полимерной ваты. Если пористая вставка или тампон засоряются, надо готовить новую вставку или тампон и снова калибровать реометр.

Реометр с резиновой трубкой и поплавком. Прибор представляет собой совмещение реометра с регулятором давления газа Функции капилляра в нем выполняет резиновая трубка 2 (рис.,с-255,я) с толстыми стенками, но узким проходом или с тонкими стенками, но с зажимом Гофмана (см. рис. 37,о), сжимающим трубку до определенного внутреннего зазора.

Рис..256. Реометр-маностат (а) и реометр-распределитель (б). Ротаметр (в)

В сосуде 4, наполненном ртутью или другой жидкостью с высокой плотностью, плавает железный поплавок 5, запирающий выход газа. Поплавок прижимается к трубке 3 ртутью, находящейся в сосуде 4 под давлением газа в трубке 1. Диаметр трубки 3 делают большим, чтобы влияние давления газа на поплавок было значительным. Шкала 6 проградуирована в мл/мин. Определение расхода газа в таком реометре не очень точное, хотя разность давлений до и после резиновой трубки остается приблизительно постоянной.

Реометр-клапан. Такой прибор также совмещает в себе функции реометра и регулятора давления газа. Он имеет помимо капилляра 2 (рис. 255,6) еще и пластинку из пористого стекла б, приваренную к щели в трубке левого колена реометра. Газ по трубке 1 поступает в реометр и распределяется между левым коленом и капилляром 2. Когда давление газа перед реометром возрастает, уровень ртути в левом колене понижается, и обнажается часть щели перед пористой пластинкой, пропускающей избыток газа в атмосферу через трубку 4. Поэтому разность давлений перед капилляром и за ним остается почти постоянной. Наибольшая чувствительность у такого реометра достигается в том случае, когда трубка с пористой пластинкой имеет уклон 1° к горизонту. Однако стабильность показаний при этом падает.

Расход газа, например азота, определяемый таким реометром, Колеблется от 10 до 1000 мл/мин при диаметре сосуда 3, равном 80 мм, и диаметре левого колена 8 мм.

Реометр-маностат. Прибор объединяет капиллярный реометр 4 (рис. 256,л) со шкалой 5 и маностат 3. Поток газа вначале грубо регулируют краном 1, чтобы его расход несколько предал необходимый, а более тонкую регулировку проводят краном 2 по показанию реометра 4. Избыток газа удаляется через маностат 3. Равномерность дозировки таким прибором до-вольно высокая.

Недостаток прибора — потеря газа через маностат. Кроме того, колебания давления в системе, потребляют газ, сильно влияют на его расход. Поэтому прибор подобного типа пригоден лишь для систем с мало изменяющимся давлением газа.

Реометр-распределитель. Для уменьшения влияния колебаний давления в системе на определение расхода газа применяют устройство, состоящее из колбы Бунзена с манометрической жидкостью 7 (см. капиллярные реометры), трубки 5 с отростком 3 (рис. 256,6), капиллярного реометра 2 и распределительной трубки с краном 1.

Расход газа, подводимого к этому устройству, сначала регулируют краном 1. Затем газ распределяется между колбой Бунзена и трубкой 4, в результате чего возникает гидростатическое давление h1.

Увеличение давления перед капилляром реометра вызывает увеличение разности h1 — h2 уровней гидростатического давления, которую должен преодолеть газ. При изменении начальной высоты Ло жидкости в сосуде 7 и трубке 5 до h1 процентное изменение а расхода газа будет равно

где ΔS — отношение диаметров трубки 5 и сосуда 7 на уровне поверхности жидкости.

При значении ΔS = 0,01, чего добиться не трудно, 50%-е колебание давления перед реометром вызовет всего 1%-е изменение расхода газа.

Ротаметры. . Газовые ротаметры имеют такое же устройство. Они представляют собой конические трубки с поплавком. При прохождении газа через трубку снизу вверх поплавок поднимается по трубке силой давления газа на такую высоту, которая соответствует скорости потока, а следовательно, и расходу газа в единицу времени. Газовые ротаметры применяют, как правило, для измерения больших расходов, достигающих сотен литров в минуту.

Для небольших расходов газа пригоден ротаметр, приведенный на рис. 256,е. В стеклянной трубке 1, проградуированном на расход, измеряемый в мл/мин или л/ч, перемешается стеклянный стержень 3 с двумя тонкостенными стеклянными поплавками 2 и 4. Массу поплавков и стержня подбирают так чтобы поплавок 4 при погружении в жидкость б находился плавающем состоянии и в отсутствие расхода газа верхняя кромка поплавка 2 была бы расположена в нижней части шкал против нулевой се отметки.

При воздействии потока газа на поплавок 2 стержень с поплавками поднимается вверх.

Нижний поплавок представляет собой стеклянный шарик с грузом 5 (мелкие дробинки из стекла или металла).

Калибровка реометров и ротаметров. Реометры и ротаметры калибруют несколькими способами. По одному из них поток газа, которым калибруют реометр, например поток азота из баллона, сначала грубо регулируют краном 1 (рис. 257,а) и более точно при помощи маностата 2 . Показания реометра 3 в виде разности уровней жидкости Л, измеренной в деяниях миллиметровой шкалы 4, сопоставляют с расходом газа По Данным газовых часов 5. Преимущество этого способа калиб-Р°вки состоит в том, что газ не насыщается водяным паром.

К вопросу о выборе метода измерения расхода и количества газа

Основная цель Федерального закона № 261 «Об энергосбережении……», принятого 23 ноября 2009 г., состоит в том, чтобы создать правовые, экономические и организационные основы стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

Повсеместное измерение потребления коммунальных ресурсов и установка приборов: повысит прозрачность расходования энергоресурсов; создаст возможности реальной экономии энергоресурсов за счет оценки эффекта от потенциальных мероприятий по энергосбережению; позволит определить потери энергоресурсов по пути от источника до потребителя.

В связи с этим вопрос о правильном выборе оборудования для коммерческих узлов учета природного газа не только не потерял своей актуальности, но приобретает все более важное значение.

Опыт, накопленный за последние годы, в течение которых в эксплуатацию были введены многие тысячи современных расходомеров (счетчиков) газа, электронных корректоров и измерительных комплексов позволил сформулировать основные требования к узлам учета в целом, а также к измерительным комплексам, расходомерам и электронным корректорам, входящим в их состав. Так к основным требованиям, которые предъявляются к приборам коммерческого учета, относятся: высокая точность измерения в широком диапазоне изменения физических величин; надежность работы в характерном для климатических условий России температурном диапазоне; стабильность показаний в течение межповерочного интервала; автономность работы; архивирование и передача информации; простота обслуживания, включая работы, связанные с поверкой приборов.

В случае появления на рынках новых приборов (новых методов измерения) именно на этих показателях и фиксируют внимание потребителей многочисленные организации, производящие и продающие приборы учета. Обещания высокой точности, широких диапазонов измерения, длительных межповерочных интервалов (МПИ), а иногда и возможности поверки без демонтажа, необязательность прямых участков измерительных трубопроводов (ИТ), либо их малые значения, не подтвержденные широким опытом эксплуатации приборов учета, зачастую вводят потребителя в заблуждение и в конечном итоге не оправдывают их ожиданий.

В настоящее время измерения расхода и определение количества природного газа осуществляют одним из следующих методов:

  • переменного перепада давления (сужающие устройства, осредняющие напорные трубки);
  • измерения объемного расхода (объема) газа с помощью СИ объемного расхода (объема) при рабочих условиях с последующим пересчетом к стандартным условиям (турбинные, камерные (ротационные, диафрагменные), вихревые, ультразвуковые);
  • измерения массового расхода (массы) газа с помощью СИ массового расхода с пересчетом к объемному расходу (объему) при стандартных условиях (кориолисовые, термоанемометрические (корпусные и погружные)).

Но все-ли присутствующие сейчас на рынке расходомеры в одинаковой степени подходят к применению в составе коммерческих узлов учета природного газа? Ответ на этот вопрос дает утвержденный и введенный в действие с 23 августа 2010 года стандарт ОАО «Газпром» СТО Газпром 5.32-2009 «Обеспечение единства измерений. Организация измерений природного газа».

В представленной ниже таблице указаны области применения преобразователей расхода (ПР) в соответствии с данным стандартом.

Внутренний диаметр трубопровода, мм

Абсолютное давление газа, МПа Диапазон расходов Класс узла измерений 1 Примечание
Метод переменного перепада давления с СУ от 150 до 1000 свыше 0,20 1:10 (с двумя преобразователями перепада давления) Первый, Второй
Метод переменного перепада давления с осредняющей напорной трубкой от 300
до 1400
свыше 0,6 1:10 (с двумя преобразователями перепада давления) Второй Не применяется для узлов коммерческих измерений
Турбинный от 50 до 300 свыше 0,10 1:5 Первый
1:20 Второй
Ультразвуковой корпусной от 100 до 700 свыше 0,3 1:20 Первый
1:30 Второй
Ультразвуковой корпусной от 100
до 1400>
свыше 0,3> 1:50 Второй Не применяется для узлов коммерческих измерений
>Ультразвуковой с накладными датчиками >свыше 1,0
Ротационный от 50 до 200 от 0,10 до 1,6 1:20 Первый
1:100 Второй
Вихревой от 50 до 300 от 0,15 до 1,6 1:20 Второй
Термоанемометрический корпусной от 25 до 150 от 0,05 до 4,0 1:15 Второй Не применяется для узлов коммерческих измерений
Термоанемометрический погружной от 80 до 1500 1:10 Второй
Кориолисовый от 50 до 150 свыше 0,6 1:10
1 В зависимости от предела допускаемой относительной погрешности измерений расхода и количества газа узлы измерений разделяют на два класса:
I класс – предел относительной погрешности не более 1,0 %
II класс — предел относительной погрешности более 1,0 %

Из приведенной таблицы видно, что в соответствие с СТО Газпром 5.32-2009 «Обеспечение единства измерений. Организация измерений природного газа. Определенные типы расходомеров не могут применяться для коммерческого учета природного газа из-за ряда причин, в том числе из-за несоответствия технических характеристик современным требованиям, негативного опыта эксплуатации или из-за отсутствия опыта эксплуатации вообще. Также, хотя в последнее время появилось много расходомеров, работающих на принципах измерения, ранее не применявшихся для учета природного газа, такие типы расходомеров вообще не вошли в данную таблицу, т.е., по мнению разработчиков СТО Газпром 5.32-2009 «Обеспечение единства измерений. Организация измерений природного газа», не могут применяться не только для коммерческого, но и для технологического учета природного газа.

Технологическое оборудование выбирают с учетом:

  • необходимости обеспечения минимальной и максимальной проектной производительности узла измерений;
  • максимального рабочего давления газа, максимальных и минимальных температур газа и окружающего воздуха;
  • возможности поверки ПР на воздушных расходомерных стендах при давлении близком к атмосферному [4].

Таким образом, одним из главных критериев применимости того или иного ПР (методов измерения) для коммерческого учета газа является стабильность коэффициента преобразования расходомера в максимально широком диапазоне изменения режимов течения газа в трубопроводе [3]. Это позволяет производить градуировку и поверку ПР на воздушных расходомерных стендах с последующим распространением полученных результатов на случаи измерения природного и других газов, в том числе при давлении и температуре, отличающихся от условий градуировки и поверки.

В заключении можно сказать, что диафрагменные (сети низкого давления), а также турбинные и ротационные счетчики газа, с учетом их технических характеристик и большого опыта эксплуатации, наиболее полно отвечают требованиям, предъявляемым к ПР, применяемых в коммерческих узлах учета газа при диаметрах газопровода не выше 300 мм. и при расходах до 6000 м 3/ч .

1 — Термин расходомеры газа на сегодняшний день является более корректным, поскольку наряду с традиционными, классическими методами измерения применяются новые методы измерения, такие как: вихревой, ультразвуковой и кориолисовый.

  1. Организация измерений природного газа. СТО Газпром 5.32-2009
  2. Иванушкин И.Ю. Приборы учета – всеми ли можно пользоваться?
  3. Золотаревский С.А. О применимости вихревого метода измерения для коммерческого учета газа// Энергоанализ и энергоэффективность — 2006, № 1.
  4. МИ 3082 — 2007. Выбор методов и средств измерений расхода и количества потребляемого природного газа в зависимости от условий эксплуатации на узлах учета. Рекомендации по выбору рабочих эталонов для их поверки.

Измерение расхода жидкостей, газов и паров

Наиболее широко применяющиеся приборы для измерения расходов веществ, протекающие по трубопроводам, можно разделить на следующие группы:

1. Расходомеры переменного перепада давления.

2. Расходомеры постоянного перепада давления.

3. Электромагнитные расходомеры.

Расходомеры переменного перепада давления.

Расходомеры переменного перепада давления основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, которое установлено в трубопроводе, или же самим элементом последнего.

В состав расходомера входят: преобразователь расхода, создающий перепад давления; дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад и соединительные (импульсные) трубки между преобразователем и дифманометром. При необходимости передать показания расходомера на значительное расстояние к указанным трём элементам добавляются ещё вторичный преобразователь, преобразующий перемещение подвижного элемента дифманометра в электрический и пневматический сигнал, который по линии связи передаётся к вторичному измерительному прибору. Если первичный дифманометр (или вторичный измерительный прибор) имеет интегратор, то такой прибор измеряет не только расход, но и количество прошедшего вещества.

В зависимости от принципа действия преобразователя расхода данные расходомеры подразделяются на шесть самостоятельных групп:

1. Расходомеры с сужающими устройствами.

2. Расходомеры с гидравлическим сопротивлением.

3. Центробежные расходомеры.


4. Расходомеры с напорным устройством.

5. Расходомеры с напорным усилителем.

6. Расходомеры ударно — струйные.

Рассмотрим поподробнее расходомеры с сужающим устройством, так как они получили наибольшее распространение в качестве основных промышленных приборов для измерения расхода жидкости, газа и пара, в том числе на нашем предприятии. Они основаны на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого сужающим устройством, в результате которого происходит преобразование части потенциальной энергии потока в кинетическую.

Имеется много разновидностей сужающих устройств. Так на рис.1, а и б показаны стандартные диафрагмы, на рис. 1, в – стандартное сопло, на рис. 1, г, д, е – диафрагмы для измерения загрязнённых веществ – сегментная, эксцентричная и кольцевая. На следующих семи позициях рис. 1 показаны сужающие устройства применяемые при малых числах Рейнольдса (для веществ с большой вязкостью); так, на рис. 1, ж, з, и изображены диафрагмы – двойная, с входным конусом, с двойным конусом, а на рис.1, к, л, м, н – сопла-полукруга, четверть круга, комбинированное и цилиндрическое. На рис. 1, о изображена диафрагма с переменной площадью отверстия, автоматически компенсирующая влияние изменения давления и температуры вещества. На рис. 1, н, р, с, т приведены расходомерные трубы – труба Вентури, сопло Вентури, труба Далла и сопло Вентури с двойным сужением. Для них характерна очень маленькая потеря давления.

Разность давлений до и после сужающего устройства измеряется дифманометром. В качестве примера рассмотрим принцип действия приборов 13ДД11 и Сапфир –22ДД.

Принцип действия преобразователей разности давлений 13ДД11 основан на пневматической силовой компенсации. Схема прибора представлена на рис. 2. В плюсовую 2 и минусовую 6 полости преобразователя, образованные фланцами 1, 7 и мембранами 3,5 подводится давление. Измеряемый перепад давления воздействует на мембраны, приваренные к основанию 4. Внутренняя полость между мембранами заполнена кремнийорганической жидкостью. Под воздействием давления мембраны поворачивают рычаг 8 на небольшой угол относительно опоры – упругой мембраны вывода 9. Заслонка 11 перемещается относительно сопла 12, питаемого сжатым воздухом. При этом сигнал в линии сопла управляет давлением в усилителе 13 и в сильфоне отрицательной обратной связи 14. Последний создает момент на рычаге 8, компенсирующий момент, возникающий от перепада давления. Сигнал, поступающий в сильфон 14,пропорциональный измеряемому перепаду давления, одновременно направляется в выходную линию преобразователя. Пружина корректора нуля 10 позволяет устанавливать начальное значение выходного сигнала, равное 0,02 МПа. Настройка преобразователя на заданный предел измерения осуществляется перемещением сильфона 14 вдоль рычага 8. Измерительные пневматические преобразователи других модификаций выполнены аналогично.

Преобразователи разности давлений Сапфир-22ДД (рис. 3) имеет две камеры: плюсовую 7 и минусовую 13, к которым подводится давление. Измеряемая разность давлений воздействует на мембраны 6, приваренные по периметру к основанию 9. Фланцы уплотняются прокладками 8. Внутренняя полость 4, ограниченная мембранами и тензопребразователем 3, заполненная кремнийоранческой жидкостью. Под воздействием разности давлений мембраны перемещают тягу 11, которая через шток 12 передает усилие на рычаг тензопреобразователя 3. Это вызывает прогиб мембраны тензопреобразователя 3 и соответствующий электрический сигнал, передаваемый в электронное устройство 1 через гермовывод 2.

Расходомеры постоянного перепада давления.

Принцип их действия основан на восприятии динамического напора контролируемой среды, зависящего от расхода, чувствительным элементом (например, поплавком), помещенным в поток. В результате воздействия потока чувствительный элемент перемещается, и величина перемещения служит мерой расхода.

Приборы, работающие на этом принципе – ротаметры (рис. 4).

Поток контролируемого вещества поступает в трубку снизу вверх и увлекает за собой поплавок, перемещая его вверх, на высоту Н. При этом увеличивается зазор между ним и стенкой конической трубки, в результате уменьшается скорость жидкости (газа) и возрастает давление над поплавком.

На поплавок действует усилие снизу вверх:

G1=P1·S ⇒ Р1=G1/S

G2=P2·S+q ⇒ P2=G2/S-q/S,

где P1, P2 – давление вещества на поплавок снизу и сверху;

S — площадь поплавка;

q — вес поплавка.

Когда поплавок находится в состоянии равновесия G1=G2, следовательно:

P1 — P2=q/S,

так как q/S=const, значит:

P1 — P2=const,

поэтому такие приборы называют расходомерами постоянного перепада давления.

При этом объемный расход может быть рассчитан по формуле:

где Fс – площадь сечения конической трубки на высоте h, м2; F-площадь верхней торцевой поверхности поплавка, м2; p-плотность измеряемой среды, кг·м3; с – коэффициент, зависящий от размеров и конструкции поплавка.

Ротаметры со стеклянной трубкой применяются только для визуальных отсчётов расхода и лишены устройств, для передачи сигнала на расстояние.

Ротаметр не следует устанавливать в трубопроводах, подверженным сильным вибрациям.

Длина прямого участка трубопровода перед ротаметром должна быть не менее 10 Ду, а после ротаметра не менее 5 Ду.

Ротаметр пневматический фторопластовый типа РПФ

Ротаметры типа РПФ предназначены для измерения объемного расхода плавно меняющихся однородных потоков чистых и слабозагрязненных агрессивных жидкостей с дисперсными немагнитными включениями инородных частиц, нейтральных к фторопласту и преобразование величины расхода в унифицированный пневматический сигнал.

РПФ состоит из ротаметрической и пневматической части (пневмоголовки).

Корпус ротамометрической части 1 (рис.5) представляет собой прямоточную трубу с приваренными на концах кольцами 6.

Внутри корпуса расположены: перемещающийся под действием измеряемого потока поплавок 2, жестко связанный со сдвоенными магнитами 7, конус мерительный 4, направляющие 3, 12.

Корпус ротамометрической части футерован фторопластом-4, а направляющие 3, 12, поплавок 2, конус мерительный 4 выполнены из фторопласта-4.

Пневмоголовка предназначена для обеспечения местных показаний и представляет круглый корпус 20, в котором размещены: сервопривод 16, реле пневматическое 13, манометры 18, стрелка 9, механизм перемещения 10, шкала местных показаний, входной и выходной штуцера.

Сервопривод 16 представляет собой металлический стакан 15, в котором находится узел сильф она 17. Сильфон 17 разделяет внутреннюю полость сервопривода от внешней среды и в комплекте с пружиной 24 служит в качестве упругого элемента.

Нижний конец сильфона припаян к подвижному дну, с которым жестко связан шток 14. На противоположном конце штока 14 закреплено сопло 25 и реле механическое 8.

При работе реле механическое обеспечивает закрытие сопла заслонкой при увеличении расхода и открытие сопла при уменьшении расхода.

Реле механическое (рис.6) состоит из кронштейна 1, закрепленного на колодке 3, заслонки 2, установленной вместе со следящим магнитом 5 на кернах в скобе 4. Скоба 4 крепится винтами к колодке 3. Регулировка положения реле механического относительно сопла производится перемещением реле механического вдоль оси штока сервопривода.

Механизм перемещения 10 шарнирно соединен с реле механическим 8 тягой 11, преобразует перемещение вертикальное штока 14 во вращательное движение стрелки 9.

Все детали пневмоголовки защищены от воздействия окружающей среды (пыли, брызги) и механических повреждений крышкой.

Принцип действия ротаметра основан на восприятии поплавком, перемещающемся в мерительном конусе 4, динамического напора, проходящего снизу вверх измеряемого потока (рис.6).

При подъеме поплавка проходной зазор между мерительной поверхностью конуса и кромкой поплавка увеличивается, при этом уменьшается перепад давления на поплавке.

Когда перепад давления становится равным весу поплавка, приходящемуся на единицу площади его поперечного сечения, наступает равновесие. При этом каждой величине расхода измеряемой жидкости при определенной плотности и кинематической вязкости соответствует строго определенное положение поплавка.

В принципе магнитопневматического преобразователя используется свойство восприятия следящим магнитом 6, механического перемещения сдвоенных магнитом 7, жестко связанным с поплавком, и преобразование этого перемещения в выходной пневматический сигнал (рис.7).

Перемещение поплавка вверх вызывает изменение положения следящего магнита 6 и жестко связанной с ним заслонки 5. При этом зазор между соплом и заслонкой уменьшается, командное давление увеличивается, Увеличивая давление на выходе пневматического реле 4 (рис. 7).

Усиленный по мощности сигнал поступает во внутреннюю полость стакана 15 (рис.5). Под действием этого сигнала происходит сжатие упругого элемента (сильфон 17-пружина 24) сервопривода 16, перемещение вверх штока 14, жестко связанного с нижним концом сильфона 17, сопла 25, реле механического 8, укрепленных на штоке 14.

Движение штока 14 происходит до тех пор, пока следящий магнит 5 с заслонкой не займут первоначальное положение относительно сдвоенных магнитов 7.

При движении поплавка вниз изменяется положение следящего магнита 5 и связанной с ним заслонки, при этом зазор между заслонкой и соплом 25 увеличивается, уменьшая тем самым командное давление и давление на выходе пневматического реле. Избыточный воздух из полости стакана 15 (рис. 4) через клапан пневматического реле стравливается в атмосферу. Так как давление в стакане 15 уменьшилось, шток 14 под действием упругого элемента (сильфон-пружина) месте с механическим реле 8 перемещается вниз (в сторону движения поплавка) до тех пор, пока следящий магнит 5 с заслонкой не займут первоначальное положение относительно сдвоенных магнитов.

Пневматическое реле предназначено для усиления выходного пневмосигнала по мощности.

Ротаметр специальный прямоточный ВИР.

Принцип действия расходомера ВИР основан на ротаметрическом способе измерения, то есть мерой расхода в нём является вертикальное перемещение поплавка под воздействием обтекающего его потока жидкости. Перемещение поплавка преобразуется в электрический сигнал.

Принципиальная электрическая схема ВИР со схемой подключения к преобразователю (КСД) представлена на рис. 8.

ВИР представляет из себя ротаметрическую пару (мерительный конус, поплавок-сердечник), реагирующую на изменение потока измеряемой жидкости, посредством дифференциального трансформатора Т1, преобразующего перемещение поплавка-сердечника в напряжение переменного тока. Преобразователь (КСД) предназначен для питания первичной обмотки трансформатора Т1 датчика и преобразования напряжения переменного тока, индуктирующегося во вторичной обмотке дифференциального трансформатора Т1 датчика, в показания на шкале прибора, соответствующее протекаемому расходу жидкости.

Изменение напряжения на вторичной обмотке дифференциального трансформатора Т2, вызванное перемещением сердечника-поплавка в датчике, усиливается и передаётся на реверсивный двигатель.

Подвижный сердечник дифференциального трансформатора Т2 является элементом отрицательной обратной связи, компенсирующей изменение напряжения на входе трансформатора Т2. Перемещение сердечника осуществляется через кулачок при вращении реверсивного двигателя РД. Одновременно вращение реверсивного двигателя передаётся на стрелку прибора.

Датчик ротаметра (рис. 9) состоит из корпуса 1, ротаметрической трубки 2, катушки дифференциального трансформатора 3, поплавка-сердечника 4 и клеммной коробки 5.

Корпус представляет собой цилиндр с крышками 9, внутри которого проходит ротаметрическая труба, а к его боковой поверхности приварена клеммная коробка с крышкой 6, которая крепится шестью болтами. В корпусе находится катушка дифференциального трансформатора, залитая компаундом 10 (ВИКСИНТ К-18).

Ротаметрическая труба представляет собой трубу из нержавеющей стали, на концах которой приварены фланцы 7, служащие для крепления датчика на технологическую линию. Внутри ротаметрической трубы находится фторопластовая труба 8 с внутренним мерительным конусом.

Катушка дифференциального трансформатора намотана непосредственно на ротаметрическую трубу, концы обмоток катушки присоединены к проходным зажимам клеммной коробки.

Поплавок-сердечник состоит из поплавка специальной конструкции, выполненного из фторопласта-4 и сердечника из электротехнической стали, расположенного внутри поплавка.

Катушка дифференциального трансформатора с поплавком сердечником составляет дифференциальный трансформатор датчика, первичная обмотка которого питается от преобразователя, а напряжение, индуктируемое во вторичной обмотке, поступает на преобразователь.

Электромагнитные расходомеры.

В основе электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнитной индукции.

Основное применение получили такие электромагнитные расходомеры, у которых измеряется ЭДС, индуктируемая в жидкости, при пересечении ею магнитного поля. Для этого (рис. 10) в участок 2 трубопровода, изготовленного из немагнитного материала, покрытого изнутри неэлектропроводной изоляцией и помещённого между полюсами 1 и 4 магнита или электромагнита, вводятся два электрода 3 и 5 в направлении, перпендикулярном как к направлению движения жидкости, так и к направлению силовых линий магнитного поля. Разность потенциалов Е на электродах 3 и 5 определяется уравнением:

где – В – магнитная индукция; D – расстояние между концами электродов, равное внутреннему диаметру трубопровода; v и Q0 – средняя скорость и объёмный расход жидкости.

Таким образом, измеряемая разность потенциалов Е прямо пропорциональна объёмному расходу Q0. Для учёта краевых эффектов, вызываемых неоднородностью магнитного поля и шунтирующим действием трубы, уравнение умножается на поправочные коэффициенты kм и kи, обычно весьма близкие к единице.

Достоинства электромагнитных расходомеров: независимость показаний от вязкости и плотности измеряемого вещества, возможность применения в трубах любого диаметра, отсутствие потери давления, линейность шкалы, необходимость в меньших длинах прямых участков труб, высокое быстродействие, возможность измерения агрессивных, абразивных и вязких жидкостей. Но электромагнитные расходомеры неприменимы для измерения расхода газа и пара, а также жидкостей диэлектриков, таких, как спирты и нефтепродукты. Они пригодны для измерения расхода жидкости, у которых удельная электрическая проводимость не менее 10-3 См/м.

Счётчики.

По принципу действия все счетчики жидкостей и газов делятся на скоростные и объемные.

Скоростные счетчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку или крыльчатку, угловая скорость которых пропорциональна скорости потока, а, следовательно, и расходу.

Объемные счетчики. Поступающая в прибор жидкость (или газ) измеряется отдельными, равными по объему дозами, которые затем суммируются.

Скоростной счетчик с винтовой вертушкой.

Скоростной счетчик с винтовой вертушкой служит для измерения больших объёмов воды.

Поток жидкости 4 рис. 11 поступая в прибор, выравнивается струевыпрямителем 3 и попадает на лопасти вертушки 2, которая выполнена в виде многозаходного винта с большим шагом лопасти. Вращение вертушки через червячную пару и передаточный механизм 4 передается счетному устройству. Для регулировки прибора одна из радиальных лопастей струевыпрямителя делается поворотной, благодаря чему, изменяя скорость потока, можно укорить или замедлить скорость вертушки.

Скоростной счетчик с вертикальной крыльчаткой.

Этот счетчик применяется для измерения сравнительно небольших расходов воды и выпускается на номинальные расходы от 1 до 6,3 м3/ч при калибрах от 15 до 40 мм.

В зависимости от распределения потока воды, поступающей на крыльчатку, различают две модификации счетчиков — одноструйные и многоструйные.

На рис.12 показано устройство одноструйного счетчика. Жидкость подводится к крыльчатке тангенциально к окружности, описываемой средним радиусом лопастей.

Преимуществом многоструйных счетчиков является сравнительно небольшая нагрузка на опору и ось крыльчатки, а недостатком — более сложная по сравнению с одноструйными конструкция, возможность засорения струеподводящих отверстий. Вертушки и крыльчатки счетчиков изготавливают из целлулоида, пластических масс и эбонита.

Счетчик устанавливается на линейном участке трубопровода, при чем на расстоянии 8-10 D перед ним (D-диаметр трубопровода) не должно быть устройств, искажающих поток (колена, тройники, задвижки и др.). В тех случаях, когда все же ожидается некоторое искажение потока, перед счетчиками устанавливают дополнительные струевыпрямители.

Счетчики с горизонтальной вертушкой можно устанавливать на горизонтальных, наклонных и вертикальных трубопроводах, тогда как счетчики с вертикальной крыльчаткой — только на горизонтальных трубопроводах.

Жидкостной объёмный счётчик с овальными шестернями.

Действие этого счетчика основано на вытеснении определенных объемов жидкости из измерительной камеры прибора овальными шестернями, находящимися в зубчатом зацеплении и вращающимися под действием разности давлений на входном и выходном патрубках прибора.

Схема такого счетчика приведена на рис 13. В первом исходном положении (рис. 13, а) поверхность га шестеренки 2 находится под давлением поступающей жидкости, а равная ей поверхность вг — под давлением выходящей жидкости. Меньшим входного. Эта разность давлений создает крутящий момент, вращающий шестерню 2 по часовой стрелке. При чем жидкость из полости 1 и полости, расположенной под шестерней 3, вытесняется в выходной патрубок. Крутящий момент шестерни 3 равен нулю, так как поверхности а1г1 и г1в1 равны и находятся под одинаковым входным давлением. Следовательно, шестерня 2-ведущая, шестерня 3-ведомая.

В промежуточном положении (рис. 13, б) шестерня 2 вращается в прежнем направлении, но ее крутящий момент будет меньше, чем в положении а, из-за противодействующего момента, созданного давлением на поверхность дг (д-точка контакта шестерней). Поверхность а1в1 шестерни 3 находится под давлением входящей, а поверхность в1 б1 -под давлением выходящей. Шестерня испытывает крутящий момент, направленный против часовой стрелки. В этом положении обе шестерни ведущие.

Во втором исходном положении (рис. 13, в) шестерня 3 находится под действием наибольшего крутящего момента и является ведущей, в то время как крутящий момент шестерни 2 равен нулю, она ведомая.

Однако суммарный крутящий момент обеих шестерен для любого из положений остается постоянным.

За время полного оборот шестерен (один цикл работы счётчика) полости 1 и 4 два раза заполняются и два раза опорожняются. Объем четырех доз жидкости, вытесненных из этих полостей, и составляет измерительный объем счетчика.

Чем больше расход жидкости через счетчик, тем с большей скоростью вращаются шестерни. Вытесняя отмеренные объемы. Передача от овальных шестерен счетному механизму осуществляется через магнитную муфту, которая работает следующим образом. Ведущий магнит укреплен в торце овальной шестерни 3, а ведомый на оси, связывающий муфту редуктором 5. Камера, где расположены овальные шестерни, отделена от редуктора 5 и счетного механизма 6 немагнитной перегородкой. Вращаясь, ведущий вал укрепляет за собой ведомый.

Счетчик газа бытовой — виды и принцип работы, единицы учета, как выбрать в частный дом или квартиру

Самым простым в использовании минеральным сырьем является газ. Это голубое топливо используется в наших домах для приготовления пищи, нагрева воды, отопления. Контроль расходования в квартире осуществляет бытовой счетчик газа, который по своей конструкции может быть электронным или механическим. Различают несколько основных способов контроля, на основе которых создаются эти измерительные приборы. Они используются в быту, коммунальными, промышленными предприятиями. Их модели рассчитаны на разные скорости потока, диаметр труб.

Что такое счетчик газа

Прибор контроля расходования голубого топлива называется счетчиком газа. Он включается в питающую дом или квартиру газовую магистраль (трубу) снаружи помещения, либо внутри его. Используя разные методы определения скорости проходящего через него газообразного вещества, он определяет объем потребляемого газа. Эту величину, пересчитанную в кубические метры, мы и видим на табло прибора. В электронных расходомерах применяются жидкокристаллические табло, в механических – механический счетчик, который имеет красные деления, показывающие дробные части кубометра.

Как устроен

Газовый расходомер состоит из трех основных частей: герметичного корпуса, измерительного преобразователя, счетного устройства. Измерительный механизм является основным элементом, а принцип преобразования потока в механическое или электрическое воздействие на счетное устройство определяет вид прибора. Механические преобразователи используют разные свойства газов для перемещения рычага, воздействующего на счетный прибор. Электронные датчики преобразуют свойства потока в электрический импульс, который увеличивает показания на табло.

Принцип работы

Измерительный преобразователь использует физические свойства потока газообразного вещества. По принципу его работы различают несколько видов счетчиков:

  1. Мембранный или диафрагменный – поочередно заполняет две измерительные камеры, разделенные мембраной. Каждая камера имеет фиксированный объем. Клапаны на входе и выходе асимметрично синхронизированы и поочередно впускают и выпускают газ. Движения мембраны преобразуются рычагом в поворот привода счетного устройства, которое показывает объем прошедшего через прибор топлива.
  2. Ротационный счетчик газа – использует давление газа в специальных резервуарах на привод двух восьмеркообразных валов (роторов), к одному из которых подсоединяется привод счетного механизма. Счетчик переводит количество оборотов в объем топлива. Достоинством является работа при низком давлении.
  3. Турбинный принцип основан на измерении скорости течения путем подсчета количества оборотов турбин, которые вращаются под давлением потока. Такие приборы учета используются только на коммунальных и промышленных предприятиях для учета больших объемов.
  4. Вихревой расходомер использует зависимость частоты колебаний давления, которые возникают после придания струе газообразного вещества вихреобразной формы. Механизм учета этих колебаний сложен, требует использования сложной микропроцессорной техники, поэтому такие устройства стоят дорого и применяются только на крупных газораспределительных предприятиях.

Виды расходомеров газа

Расходомер представляет собой прибор, который определяет расход газа, проходящего через определенное сечение потока, за единицу времени. Если устройство снабжено интегратором, который измеряет количество вещества, то его называют счетчиком. Он суммирует показания прибора и выдает результат за требуемый промежуток времени.

Расходомеры газа бывают следующих типов:

  1. Турбинные. Они представляют собой трубу, в которой находится винтовая турбинка. Обычно она отличается частичным перекрытием лопатками друг друга. В проточной части корпуса размещены обтекатели, которые перекрывают большую часть сечения трубы. Это позволяет достичь дополнительного выравнивания эпюры скоростей потока и повысить скорость течения газа. Помимо этого, происходит формирование турбулентного режима среды, благодаря чему обеспечивается линейность характеристик прибора в широком диапазоне. Высота турбинки чаще всего не превышает 30 % от величины радиуса. На входе в счетчик может быть предусмотрен дополнительный выпрямитель потока. Он выполнен в виде или прямых лопаток, или перфорированного диска. Для получения результатов измерения расхода газа может использоваться несколько методов. Одним из них является преобразование вращения турбинного колеса в количество пройденной среды с помощью магнитной муфты, передающей вращение на счетный механизм. Также возможно применение магнитоиндукционного преобразователя.
  2. Ротационные. Принцип их действия заключается во вращении двух роторов особой формы под воздействием потока среды. Синхронность обкатывания достигается за счет специальных шестеренок, соединенных и между собой, и с роторами. Минимизация погрешности измерений обеспечивается тем, что вращающиеся детали, а также внутренняя поверхность корпуса устройства выполнены с высокой точностью. Это требует применения специальных технологий обработки.
  3. Вихревые. Их работа основана на эффекте возникновения вихрей при обтекании потоком среды различных тел. Частота срыва вихрей зависит от скорости движения газа и, соответственно, его объемного расхода. Индикация вихрей может производиться с помощью термоанемометра или ультразвука. Диапазон измерений данных расходомеров может доходить до 1:50. Особенностью приборов является отсутствие подвижных элементов, в связи с чем нет необходимости в смазке, необходимой для ротационных и турбинных устройств.
  4. Мембранные. Принцип работы таких расходомеров основан на движении мембран в камере при поступлении среды в прибор. Мембранные счетчики характеризуются большим диапазоном измерения (1:100), но предназначены для газа, идущего под низким давлением. Поэтому их в основном используют для домов и коттеджей.
  5. Ультразвуковые. Это — один из наиболее современных типов расходомеров. Их действие основано на посылании ультразвукового сигнала в направлении потока среды и против него. После этого определяется разница во времени прохождения данных двух лучей, которая пропорциональна скорости течения газа. Ультразвуковые расходомеры получили широкое распространение для установки в газораспределяющих сетях, на газоперерабатывающих предприятиях, у крупных потребителей и на различных объектах химической и энергетической индустрии. Данные устройства отличаются простым управлением, независимостью от изменений давления, минимальным временем реагирования, нечувствительностью к загрязнениям, высокой точностью. Кроме того, они обладают двунаправленным принципом работы, что дает возможность их применения в хранилищах, где заполнение и откачка производятся по одной и той же линии.

Дополнительная информация по теме

В рамках сотрудничества с Великолукским заводом «Транснефтемаш» — филиалом АО «Транснефть «Верхняя — Волга» наша компания успешно поставила очередную партию регуляторов давления газа HON 330, предохранительных газовых клапанов HON 835, а также другого, технологического оборудования, которое завод использует для создания своей продукции.

В сентябре текущего года наша компания провела полное сервисное обслуживание оборудования автоматической газораспределительной станции (АГРС) «Уральск», произведенной и поставленной нами ранее в 2014 году на ГТЭС 200 «Уральск», г.Уральск, Казахстан.

В рамках реализации строительства дожимной компрессорной станции «TIR-02 Акыртобе» летом этого года нашей компанией была осуществлена поставка блока фильтров-сепараторов газа, предназначенных для тонкой очистки (фильтрации) природного газа.

Метрологическое оборудование и учет газа


Методы и средства измерений.

Международная практика проектирования узлов измерений основана на концепции экономической целесообразности, которая достигается путем рационального выбора номенклатуры измеряемых параметров и установления оптимальных требований к точности измерений.

Обеспечение высокой точности измерений требует применения высокоточных средств измерений и учета всех необходимых параметров потока и среды: давления ( Р > 0,005 МПа), температуры (Т), коэффициента сжимаемости, состава и плотности газа.

ГОСТ Р 8.741 устанавливает нормы погрешности, приведенные в таблице:

Нормы погрешности

Пределы допускаемой относительной погрешности или расширенной неопределенности измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям, в зависимости от производительности УУГ, %

свыше 105 м 3 /ч, вкл.

от 20 тыс. до 105 м 3 /ч, вкл.

от 1 тыс. до 20 тыс. м 3 /ч, вкл.

до 1 тыс. м 3 /ч, вкл.

ГОСТ Р 8.741-2011

В связи с этим состав узла измерений газа определяется, в первую очередь, производительностью узла измерений и, соответственно, требуемой точностью измерений.

Кроме того, необходимо учитывать, что состав узла измерений зависит от выбранного способа пересчета определяемого объемного расхода газа при рабочих условиях к стандартным условиям, а также от возможности использования результатов анализов химико-аналитических лабораторий, полученных в результате отбора проб на узле измерений.

Количество природного газа при взаимных расчетах с потребителями выражают в единицах объема, приведенного к стандартным условиям по ГОСТ 2939:

метод T- пересчета

метод P, T-пересчета

метод P, T, Zпересчета

k подст (k), P подст — подстановочные (рабочие) значения коэффициента сжимаемости и давления газа соответственно.

Выбор метода измерения , подходящего для индивидуальных условий измерений и предполагаемых объемов газа, является самой ответственной задачей в организации учета. Применение того или иного метода измерения обусловлено необходимостью наличия полной информации как об измеряемой среде, так и о предполагаемой точности измерения расхода газа.

При выборе метода измерений и средств измерения со вспомогательным техническим оборудованием учитывают факторы, влияющие на метрологическую надежность узла учета в процессе его эксплуатации.

Для единой системы газоснабжения и учета наиболее подходящим для применения является метод измерения с помощью СИ объемного расхода (объема) газа при рабочих условиях с последующим пересчетом к стандартным условиям (турбинные, камерные (ротационные, диафрагменные), ультразвуковые).

Анализ метрологических и эксплуатационных характеристик данных типов РСГ показывает, что наиболее приемлемыми для коммерческих измерений объема газа (уровни 0, 1, и 2) являются турбинные, ультразвуковые и ротационные расходомеры-счетчики газа (РСГ), а на 3-м уровне — диафрагменные счетчики.

Таблица 1. Области применения РСГ

Условный проход, мм

Абсолютное давление газа, МПа

Динамические изменения расхода

Уровень установки УУГ (рис. 1)

0-й, 1-й, 2-й уровни

Прерывистые, переменные, пульсирующие

Прерывистые, переменные, пульсирующие

0-й, 1-й, 2-й уровни

Прерывистые, переменные, пульсирующие

Рекомендуемые области применения РСГ в зависимости от уровня эксплуатации УУГ приведены в таблице 1.

Приведем некоторые рекомендации по применению СИ в многоуровневой системе учета, в зависимости от рабочих условий их эксплуатации по давлению, температуре и точности измерений.

При измерении расхода газа менее 10 м 3 /ч предпочтение отдают счетчикам с механической температурной компенсацией. На узлах измерения с максимальным объемным расходом газа более 100 м 3 /ч при любом избыточном давлении и в диапазоне изменения объемного расхода от 10 м 3 /ч до 100 м 3 /ч, при избыточным давлении более 0,005 МПа измерение объема газа проводят только с использованием вычислителей или корректоров объема газа. При этом применяют условно постоянные значения давления и коэффициента сжимаемости газа.

Диафрагменные счетчики газа, простые и надежные в эксплуатации, целесообразно устанавливать в газовых сетях 3-го уровня с максимальным избыточным давлением, не превышающим 0,005 МПа.

Если объемы транспортировки газа превышают 200 млн. м 3 в год (приведенные к стандартным условиям), для повышения надежности и достоверности измерений объема газа рекомендуется применять дублирующие СИ, которые, как правило, характеризуются разными принципами измерения.

Преобразователи расхода с автоматической коррекцией объема газа только по его температуре применяют при избыточном давлении не более 0,005 МПа и объемном расходе не более 100 м 3 /ч.

2. Выбор метода измерения расхода газа

Метод переменного перепада давления

На базе стандартных СУ:

— ГОСТ 8.586.(1-5)-2005 «Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств»

На базе осредняющих трубок:

МИ 2667-2011 «Расход и количество жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью осредняющих трубок «Annubar diamond II+», «Annubar 285», «Annubar 485» и «Annubar 585». Основные положения»

МИ 3173-2008 «Расход и количество жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью осредняющих трубок «Torbar»

Методы объемного измерения газа:

ГОСТ 8.740-2011 «Расход и количество газа. Методика измерений при помощи турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счетчиков»

ГОСТ 8.611-2013 «Методика измерений расхода и количества газа с помощью ультразвуковых преобразователей расхода»

Построение процесса методики измерения природного газа :

Основополагающими документами являются:

1. Федеральный закон № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений».

* с января 2015 вступили изменения к ФЗ — №254

2. Правила учета газа, приказ Минэнерго № 961 от 30.12.2013 г.

Зарегистрировано в Минюсте РФ 30.04.2014 № 32168

Закон 102-ФЗ РФ от 26.06.2008

Статья 1. Цели и сфера действия ФЗ:

— Защита прав и законных интересов граждан от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений;

— Регулирует отношения, возникающие при выполнении измерений, установлении и соблюдении требований к измерениям, применении СИ и применении методик (методов) измерений

— Сфера государственного регулирования обеспечения единства измерений распространяется на измерения газа, к которым установлены обязательные требования и которые выполняются при:

осуществлении торговли

— учете количества энергетических ресурсов

выполнении работ по оценке соответствия продукции и иных объектов обязательным требованиям в соответствии с законодательством РФ о техническом регулировании

Порядок осуществления метрологического контроля за узлом учета:

1. Каждый узел учета должен соответствовать требованиям методики измерения регламентирующей применяемый на узле учета газа метод измерения. (для рабочих условий эксплуатации с учетом положений общих действующих нормативных документов устанавливающих общую МИ (ГОСТ, Правила).

2. Метрологический контроль осуществляется в форме подтверждения соответствия составных частей узлов учета газа требованиям МИ на данный узел.

3. Оформляется акт соответствия требованиям МИ (с учетом положений общих действующих нормативных документов ГОСТ, Правил)

Правила учета газа

Правила устанавливают порядок учета количества (объема) добытого, транспортируемого и потребляемого природного газа

При проведении учета газа осуществляется упорядоченный сбор, регистрация и обобщение информации о количественных или о количественных и качественных их показателях в натуральном выражении, о наличии и движении путем документального оформления всех операций, связанных с его потреблением.

Измерения объема газа выполняются по аттестованным в установленном порядке МИ.

Измерения объемов газа, в том числе показатели точности измерений объемов газа, определяются в соответствии с законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерений.

В ряде МИ присутствуют внутренние нормы точности:

ГОСТ 8.740-2011 «Расход и количество газа. Методика измерений при помощи турбинных, ротационных и вихревых расходомеров и счетчиков»

ГОСТ 8.611-2013 «Методика измерений расхода и количества газа с помощью ультразвуковых преобразователей расхода»

ГОСТ Р 8.740-2011 устанавливает:

методику измерений объемного расхода и объема, приведенных к стандартным условиям, природного, нефтяных товарных и других однокомпонентных и многокомпонентных газов с помощью турбинных, роторных (ротационных) или вихревых расходомеров и счетчиков газа.

обеспечивает измерения объемного расхода и объема газа с различными значениями показателей точности измерений, которые выбирают в зависимости от норм точности измерений, установленных для конкретных типов газов.

Методы приведения расхода и объема газа к стандартным условиям

Наименование

метода

Условия применения метода

Уровень точности измерений

Максимальный допускаемый расход при рабочих условиях, м3/ч

Максимальное допускаемое

избыточное
давление, МПа

Тип
среды

Т — пересчет

Д

100

0,005

Газы низкого давления

р T — пересчет

В; Г; Д

1000

0,3

Однокомпонентные или многокомпонентные газы со стабильным компонентным составом

р TZ — пересчет

А; Б; В; Г; Д

свыше 1000

свыше 0,3

Газы, для которых имеются данные о коэффициенте сжимаемости (см. 6.4)

r — пересчет

А; Б; В; Г; Д

свыше 1000

свыше 0,3

Газы, для которых отсутствуют данные о Ксж (см. 6.4) или точность методов не удовлетворяет требованиям стандарта

Измерение расхода газа и жидкости в трубопроводе

Читайте также:

  1. A) Учет расхода основных материалов.
  2. I. Измерение силы тока.
  3. Амортизаторные жидкости
  4. Анализ затрат по статьям расхода.
  5. Анализ риска. Определение и измерение риска. Кривая Фармера. Законодательные акты регламентирующие риск.
  6. Безработица: понятие и измерение
  7. БЛАГОДАРЯ ОТКРОВЕНИЮ ТАЙНЫ ПРЕСВ. ТРОИЦЫ ОТКРЫЛОСЬ НОВОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ОБРАЗА
  8. Буферные жидкости
  9. Вакуум. Получение и измерение вакуума.
  10. Введение. Измерение информации
  11. ВВП и его измерение.
  12. Величины. Сравнение. Измерение

Лекция № 7

Цели:

· Сформировать представление об измерении расхода газа и жидкости в трубопроводе;

· Познакомить с техникой измерения расхода газа и жидкости в трубопроводе.

На промыслах часто возникает необходимость измерять расходы газов и жидкостей непосредственно в трубопроводах при помощи различных приборов.

Существуют расходомеры переменного перепада давления.

Принцип действия расходомеров данного типа, объединенных единым методом измерений, основан на измерении перепада давления, образующегося в результате местного изменения скорости потока жидкости, газа или пара.


Для измерения расхода жидкостей, газов или пара по перепаду давления необходимы три элемента, объединенные общим понятием расходомер переменного перепада:

1. устройство, создающее перепад давления в потоке измеряемой среды за счет местного изменения скорости потока или по величине (сужающие устройства), или по направлению (изогнутые участки трубы);

2. измерительный прибор – дифманометр, измеряющий перепад давления;

3. соединительное устройство, передающее перепад давления от потока к дифманометру.

Иногда к этим элементам добавляются еще вторичный преобразователь, преобразующий показания дифманометра в электрический или пневматический сигнал, и вторичный прибор для регистрации этого сигнала.

В настоящее время распространены стандартные сужающие устройства трех типов:

Диафрагма представляет собой тонкий диск, имеющий отверстие, концентричное оси трубы с острой прямоугольной кромкой со стороны входа в поток Давления у камерных диафрагм отбирают из камер, соединенных с трубой кольцевыми щелями. Преимуществом камерных диафрагм является отбор действительных средних давлений и в связи с этим несколько менее жесткие требования к длине прямолинейных участков трубопровода до и после диафрагмы; недостатком – необходимость специальных уплотнительных устройств для герметизации камер.

Нормальное сопло выполняют в виде насадки, имеющей входную сходящуюся часть. Выходная кромка сопла, как и у диафрагмы, должна быть острой, без закруглений и заусенцев. Давления также можно отбирать или через отдельные отверстия, или при помощи камер и кольцевых щелей. Торцевая поверхность сопла должна быть полированной.

Трубчатый расходомер Вентури может устанавливаться на трубопроводе как вертикально, так и горизонтально. Входная часть трубы до места отбора меньшего давления имеет тот же профиль, что и нормальное сопло.

Контрольные вопросы ко 2 разделу

1. Для каких целей измеряют продукцию скважин?

2. Какой метод измерения продукции скважин применяется на старых площадях месторождений?

3. Описать объемный способ измерения продукции скважины.

4. Рассказать принцип действия измерения продукции скважин «Спутником».

5. Описать расходомер турбинного типа ТОР-1.

6. Описать влагомер УВН-2.

7. С помощью какого прибора измеряется количество газа в «Спутнике»? Описать его.

8. От каких параметров зависит точность показаний замерных приборов?

9. Из каких элементов состоят расходомеры переменного перепада давления?

10. Описать камерную диафрагму, нормальное сопло и трубу Вентури.

РАЗДЕЛ 3

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 1220 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Измерение и учет расхода газа

Расход — это количество вещества, протекающего через данное сечение в единицу времени. Прибор, измеряющий расход вещества, называется расходомером, а прибор, измеряющий массу и объем вещества, — счетчиком. Прибор, позволяющий одновременно измерять расход и количество вещества, называется расходомером со счетчиком. Устройство, воспринимающее измеряемый расход (например, диафрагма, труба Вентури и др.) и преобразующее его в другую величину (перепад давлений), удобную для измерения, называют преобразователем расхода.

Количество вещества измеряют или в единицах массы (т, кг, г), или в единицах объема (м 3 , см 3 , л). Расход измеряют в единицах массы или объема, отнесенных к единицам времени (кг/ч, м 3 /ч).

Так как объем измеряется счетчиком при текущих значениях рабочей температуры, давления и плотности газа, необходимо измеренную величину привести к единому постоянному физическому параметру (стандартным или нормальным физическим условиям).

Нормальные физические условия: давление 101325 Па, температура 273,15 K (0°С).

Стандартные условия: давление 101325 Па, температура 293,1 K (20 °С). Существуют различные методы и средства измерения расхода газа.

Метод сужения потока. Теоретической основой метода является уравнение Бернулли и теорема Эйлера, подробно изучаемые в учебных программах «Механика жидкостей и газов». Используемые приборы (диафрагма, сопло, трубка Вентури), называемые первичными элементами, устанавливаются в потоке среды, текущей по трубопроводу. Они создают разность статических давлений между входом и выходом из прибора, значение которой позволяет определить расход, если известны термодинамические условия течения, описаны формы и способы использования приборов, для которых многочисленные тарировки позволили получить согласованные системы использования. Основные формулы:

где d — диаметр отверстия используемого первичного прибора: c — коэффициент расхода; ε — коэффициент расширения (ε

где k — показатель адиабаты.

Стандарт устанавливает порядок расчета погрешностей. В руководстве по практическому использованию РД50-213-80 приводятся физические константы, численные значения коэффициентов, порядок расчетов и способы применения используемых вторичных приборов. Первичные элементы определения: диафрагма 3 — тонкая пластинка с круговым отверстием, соосным трубе (рис. 8.6); трубка Вентури — сходящееся устройство, заканчивающееся цилиндрической частью, называемой горлом (рис. 8.7); различают сопло ISA

1932 и удлиненное сопло. При равной разности измеренных давлений потери на этих приборах меньше, чем на диафрагмах или соплах. Область применения трубки Вентури. Это сопло применяется для измерения расхода в трубопроводе с D от 65 до 500 мм и при отношении диаметров β от 0,32 до 0,77. Нижняя граница для D является функцией отношения диаметров р = d/D. Диаметр горла d лежит в пределах от 50 до 390 мм.

Измерение объемными счетчиками. Объемные газовые счетчики по принципу действия подразделяются на мембранные (лопастные, диафрагменные), ротационные, тахометрические (турбинные), акустические и вихревые. Принципы коррекции плотности. Объем газа V при давлении и температуре измерения (р, Т) приводится к нормальным условиям (р0 =101325 Па, Т0 = 0 °С) с помощью уравнения состояния:

где z — коэффициент сжимаемости рассматриваемого газа.

Автоматическая коррекция плотности в приборах учета расхода газа может осуществляться механическими средствами или вычислительными машинами. В этом случае ЭВМ оборудуются интерфейсами с различными датчиками. Существуют корректоры только по температуре. При этом измерения z обычно не проводятся.

Регламентирующие положения. Контроль измерительных приборов в общем виде должен определяться правовыми актами, которые регламентируют: 1) исследование и испытание моделей измерительных приборов, имея в виду их апробацию; 2) первичную поверку каждого нового или отремонтированного прибора, позволяющую констатировать, что эти приборы одинаковы с одобренными моделями и отвечают регла-ментирующим предписаниям; 3) периодическую поверку приборов, нахо-дящихся в эксплуатации, в ходе которой может быть предписан ремонт; 4) установку монтажником, имеющим допуск; 5) декларацию об установке; 6) разрешение на эксплуатацию; 7) ремонт имеющим допуск ремонтником; 8) поверку после ремонта.

Погрешности. Приводимые в регламентирующих положениях погрешности, если указаны в %, всегда относятся к измеряемым прибором значениям, а не к максимальному расходу. Они для всех типов счетчиков при первичной и периодической поверках не должны выходить за пределы максимально допустимых (±1 . ±4 %).

Основные типы счетчиков. Мембранные счетчики (диафрагменные, камерные, лопастные) — счетчики газа, принцип действия которых основан на том, что при помощи различных подвижных преобразовательных элементов газ разделяют на доли объема, а затем производят их циклическое суммирование (рис 8.8.). Корпус и крышка счетчика могут быть: 1) стальными, штампованными с покрытием против коррозии и искрообразования. Соединение стального штампованного корпуса и крышки осуществляется посредством герметизирующего материала и стяжной полосы, которые обеспечивают плотное прилегание двух частей друг к другу; 2) алюминиевыми, литыми. Детали и узлы измерительного механизма для мембранных счетчиков изготовляют из пластмасс.

Ротационные счетчики. Имеют достоинства: нет потребности в электроэнергии, долговечность, возможность контроля исправности работы по перепаду давления на счетчике во время работы, нечувствительность к кратковременным перегрузкам. Ротационные счетчики широко применяют в коммунальном хозяйстве, особенно в отопительных котельных, а также на небольших и средних предприятиях. Ротационный счетчик типа РГ (рис. 8.9) — камерный счетчик газа, в котором в качестве преобразовательного элемента применяются восьмиобразные роторы, состоит из корпуса 1, внутри которого вращаются два одинаковых восьмиобразных ротора 2 передаточного и счетного механизмов. Они приводятся во вращение под действием разности давлений газа, поступающего через верхний входной патрубок и выходящего через нижний выходной патрубок.

Турбинные счетчики. В них под воздействием потока газа приводится во вращение колесо турбины, число оборотов которого прямо пропорционально протекающему объему газа (рис. 8.10). Обороты турбины через понижающий редуктор и газонепроницаемую магнитную муфту передаются на находящийся вне газовой полости счетный механизм, показывающий (по нарастающей) суммарный объем газа, прошедший через прибор при рабочих условиях. На последнем зубчатом колесе редуктора закреплен постоянный магнит, а вблизи колеса — два геркона, частота замыкания контактов первого геркона пропорциональна Скорости вращения ротора турбины, т. е. скорости потока газа.

Акустические (ультразвуковые) расходомеры. Принцип их действия основан на измерении акустического эффекта, возникающего при проходе колебаний через поток жидкости или газа, и зависит от расхода (рис. 8.11). Почти все применяемые на практике акустические расходомеры работают в ультразвуковом диапазоне частот и поэтому называются ультразвуковыми.

Вихревые расходомеры. Принцип их действия основан на зависимости расхода от колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования, или колебаний струи, после препятствия определенной формы, обычно в виде усеченной трапециидальной призмы (рис. 8.12). Позади тела обтекания располагается чувствительный элемент, воспринимающий вихревые колебания.

Приложения к лекции 15.

Лекция 16

Основные понятия и критерии надежности. Надежность и технико-экономический расчет распределительных систем газоснабжения

Рост строительства газоснабжающих систем требует дальнейшего повышения их надежности, т.е. способности транспортировать потребителям газ с соблюдением заданных параметров при н.у. эксплуатации. С увеличением времени эксплуатации системы увеличивается вероятность отказа ее элементов. Надежность отражает этот процесс и поэтому представляет собой характеристику качества, отнесенную ко времени.

Основной характеристикой надежности системы является вероятность безотказной ее работы в течение заданного периода времени. Существуют два основных пути повышения надежности: повышение качества элементов, из которых состоит система, и разработка методов проектирования системы из элементов, надежность которых ниже требуемой надежности системы.

Первый путь реализуют при конструировании, изготовлении и приемке элементов и узлов, второй — при проектировании, включая планирование эксплуатации и обслуживания системы.

Для малых городов и поселков надежность обычных тупиковых сетей может оказаться достаточной. Для больших городов проектируют кольцевые сети, а отдельные наиболее ответственные участки могут быть в двухниточном исполнении. Учитывая малую частоту и кратковременность аварийных ситуаций, при аварийном режиме должно быть предусмотрено снижение подачи газа потребителям.

Пропускная способность распределительной сети при отказе ее элемента составит , где К0 – критерий обеспеченности потребителя, QP – расчетная мощность потока.

Надежность системы дополнительно характеризуют следующими понятиями: долговечностью и ремонтопригодностью. Под долговечностью элемента системы понимают его способность к длительной эксплуатации при обеспечении должного технического обслуживания. Приспособленность элементов сети к предупреждению, обнаружению и устранению отказов называют ремонтопригодностью.

В теории надежности время жизни элемента t рассматривают как случайную величину, которая имеет функцию распределения F(t): , где p – вероятность того, что t t>, эту функцию называют функцией надежности. Она может быть получена экспериментально при теоретически бесконечном количестве испытываемых элементов до их отказа. Предположим, что мы имеем возможность наблюдать за состоянием N одинаковых элементов газопроводов в течение t лет. За это время на каждом элементе обнаружено по mi(t) отказов, которые были тут же устранены. В таком случае среднее число отказов до наработки t будет:

В пределе при очень большом числе наблюдаемых объектов получаем характеристику потока отказов . Для газопроводов и их оборудования период приработки отсутствует, так как возможные дефекты обнаруживают во время испытаний при приемке в эксплуатацию и функцию H(t) можно считать линейной: H(t) = wt, где w = const — параметр потока отказов, который определяют экспериментально или из статистических данных повреждений, фиксируемых эксплуатирующими службами. Если за время наблюдения Dt (обычно Dt принимают равное 1 году) каждый элемент из N наблюдаемых отказал mi раз, тогда .

Величину, обратную параметру потока отказов Т = 1/w, измеряемую в годах (часах), называют наработанной на отказ, т.е. Т — среднее время работы элемента между отказами.

Параметр потока отказов газопроводов относят к 1 км длины. В этом случае w = w Г l, год -1 ,

где w Г — параметр потока отказов, отнесенный к 1 км и измеряемый в 1/(год×км); l — длина газопровода в км.

Современный уровень строительства, контроля качества строительно-монтажных работ, а также эксплуатации газовых сетей обеспечивает весьма малую величину параметра потока отказов. Малая вероятность отказов элементов газовых сетей является также следствием простоты их конструкций и статического режима работы. Поэтому отказ является случайным и редким событием.

Случайные отказы элементов системы газоснабжения относятся к простейшему потоку случайных событий или однородному процессу Пуассона.

Вероятность того, что в интервале времени t не будет ни одного отказа, равна: F 0 (t) = e — w t = p(t).

Эта вероятность есть функция надежности. Таким образом, функция надежности элементов систем газоснабжения подчиняется экспоненциальному закону. Для участка газопровода параметр потока отказов примерно равен: w = 0,0011/год. Т.е. любой участок сети откажет в течение года с вероятностью в 0,001 или в сеть из 1000 участков, в течение года откажет один (любой) из них. Однако с ростом отрезка времени вероятность отказа возрастает.

Механические повреждения подземных газопроводов возникают при неправильном или небрежном производстве строительно-монтажных работ вблизи мест их прокладки, поэтому определенная часть механических повреждений носит случайный характер, что следует учитывать при расчетах надежности распределительных газовых сетей.

Значительное количество повреждений газопроводов возникает из-за коррозионного воздействия грунта или блуждающих токов. Активные коррозионные процессы протекают в местах нарушения изоляции газопроводов. Нарушения изоляции являются следствием случайных дефектов, которые имели место при ее нанесении, транспортировании труб или их укладке в траншею. Дефекты изоляции имеют местный и случайный характер распределения по длине трубы. Возможность нескольких повреждений по длине окружности трубы является событием весьма маловероятным. Таким образом, дефекты изоляции можно рассматривать как случайные и редкие события, количество которых мало зависит от диаметра газопровода, и их можно считать лишь пропорциональными длине.

Другам видом повреждений подземных газопроводов являются разрывы сварных швов, которые происходят при случайном совпадении пониженных сопротивлений швов из-за дефектов сварки и увеличенных нагрузок на трубопровод, обычно связанных с дефектами строительства. Для обнаружения дефектов качество сварки городских газопроводов контролируют физическими методами, однако контролю подвергают не все стыки. Но и при контроле могут оказаться случаи, когда дефектные швы будут незамеченными и в дальнейшем при перегрузках произойдет их разрушение.

Сварные соединения разрушаются под действием напряжений, возникающих в трубопроводах в продольном направлении. Эти напряжения или не зависят от диаметра трубы, или указанная зависимость незначительна. Это положение подтверждают статистические данные, из которых следует, что параметр потока отказов газопроводов, вызванных разрывами стыковых соединений, не зависит от диаметра. Учитывая изложенное, все повреждения элементов газовых сетей следует разделить на две группы: 1) повреждения, приводящие к отказу элемента и требующие его отключения для производства ремонта; 2) мелкие повреждения, которые могут быть ликвидированы без снижения давления газа и отключения участка (т. е. не приводящие к отказу).

К первой группе относятся: трещины в сварных швах газопроводов и их разрывы; сквозные коррозионные повреждения труб размером примерно более 5 мм; трещины в корпусах задвижек и пробковых кранах; отрывы фланцев; утечки в фланцевых соединениях, требующие замены прокладок; разрывы сварных швов и коррозионные повреждения линзовых компенсаторов и корпусов конденсатосборников. К этой группе следует отнести также разрывы газопроводов и оборудования, вызванные механическими повреждениями. Ко второй группе относятся: несквозные коррозионные повреждения в виде каверн; мелкие сквозные повреждения размерами примерно менее 5 мм; коррозионные свищи в сварных) швах; утечки в сальниковых уплотнениях задвижек и кранов; утечки из кранов трубок конденсатосборников и коррозионные повреждения этих трубок.

Дата добавления: 2020-06-13 ; просмотров: 8787 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Газовые расходомеры – виды и характеристики

Газовый расходомер – это прибор для определения расхода газообразных продуктов, транспортируемых по трубопроводу в единицу времени. В зависимости от модификации, целей измерения, расход вещества может измеряться в м.куб/с (объемный расход) или единицах массы (массовый) в кг/с. Газомеры для измерения не только расхода, но и количества, комплектуются счетчиком. Приборы со счетчиками наиболее функциональны, поэтому получили широкое распространение в промышленности.

На рынке расходомеры газа представлены широким ассортиментом. Они необходимы, в первую очередь, для защиты оборудования, предупреждения рисков возникновения аварийных ситуаций, спровоцированных опасным скоплением газов, превышением давления в газопроводах. Кроме того, счетчики устанавливают с целью:

  • коммерческого учета потребления природного газа, сжатого воздуха, общего и на единицу оборудования (горелки);
  • технологического контроля объемного и массового расхода азота, этилена, бутана, газовых смесей;
  • визуального контроля наличия газообразных потоков в таких установках, как компрессоры;
  • в качестве счетчиков в газорегуляторных установках, шкафных узлах учета и в другом контрольно-измерительном оборудовании.

Виды и характеристики

По типу конструкции принято различать газомеры для обслуживания бытового оборудования и приборы для контроля расхода, дозирования, отпуска газа в системах промышленного типа.

По принципу работы газомеры делятся на: механические, ультразвуковые, турбинные, вихревые, термомассовые, диафрагменные.

Механические газомеры

Самые простые и недорогие – механические модели. С их помощью определяется объемный расход веществ. В приборах такого типа нет электронных компонентов, измерение потока происходит за счет определения скорости вращения механической турбины, которая приводится в движение потоком вещества, пропускаемого через трубу. Механические расходомеры используются для учета расхода газа в жилых домах, квартирах, ЖКХ.

Ультразвуковые газомеры

Ультразвуковые приборы комплектуются накладными датчиками, благодаря которым измерения выполняются без необходимости непосредственного контакта элементов прибора с рабочей средой. Высокочувствительные ультразвуковые расходомеры реагируют на смещения звуковых колебаний подвижного потока. В зависимости от модификации в приборах используется фазовый, частотный или времяимпульсный метод.

Турбинные газомеры

Конструктивно турбинные расходомеры представляют собой отрезок трубы с фланцами. Внутри прибора предусмотрен входной струйный выпрямитель, вал с опорами вращения. Объем проходящего газа определяется за счет колеса турбины, побуждаемой к движению рабочим потоком. Число оборотов колеса прямо пропорционально объему газа, протекающему по трубе. Понижающий редуктор и магнитная муфта передают число оборотов на счетный механизм, которые смонтирован снаружи. На корпусе турбины есть места для установки термо-, датчиков давления и импульсов.

Вихревые газомеры

Название «вихревые» расходомеры получили от эффекта срыва вихрей (колебания струи), которое возникает в момент обтекания потоком газа препятствия, возникающего на его пути. Функцию препятствия в приборах выполняет специальный элемент. Явление может быть сформировано принудительно за счет закручивания потока. Подсчет объема производится на основе определения частоты колебаний давления потока.

Термомассовые газомеры

Принцип работы термально-массовых приборов достаточно прост. На зонде счетчика имеются чувствительные точки (от 1 до 4-х). Сенсоры располагают на разной удаленности от окончания зонда. Минидатчики имеют постоянную температуру, при движении потока они охлаждаются. Чем выше скорость и объем прохождения потока, тем больше понижается температура. Погружные вихревые и термомассовые расходомерыимеют высокий диапазон настройки, отличаются компактностью, устойчивостью к колебаниям давления. В современные модели внедряется система самодиагностики, благодаря которой минимизируются риски некорректной работы приборов.

Диафрагменные газомеры

Принцип действия мембранных (диафрагменных, камерных) счетчиков основан на том, что газ посредством подвижных компонентов (диафрагм) разделяется на доли, затем циклически суммируется. Камерный счетчик состоит из герметичного корпуса, встроенного в него измерительного модуля и отсечного модуля.

Сфера применения

Газомеры находят широкое применение во многих отраслях:

  • пищевая промышленность: пивоварение, упаковка продуктов с применением пищевых газовых смесей;
  • предприятия нефтегазового, газового комплекса: контроль подачи, расхода попутных нефтяных и природного газа в сушильных печах, тепловых котлах;
  • химическая отрасль: ведение технологических процессов;
  • целлюлозно-бумажные предприятия: контроль давления, расхода газообразного хлора;
  • энергетика, металлургическая отрасль: сжатый воздух, технические газы;
  • газораспределительные пункты, газозаправочные станции;
  • экологический контроль: определение содержания летучих веществ в газообразных средах, которые являются отходами промышленных предприятий.

Выбор типа прибора зависит от предполагаемых условий эксплуатации, характеристик рабочей среды, которая подлежит контролю, требований к результатам работы счетчиков по объему сбора данных, к наличию у приборов дополнительных функций.

Приборы для измерения расхода природного газа. Тема: Особенности измерения расхода газа. Качество и высокая точность

В данном разделе представлен обзор основных методов и способов измерения расхода газа и пара (в том числе для коммерческого учета), а также приведено краткое описание и сравнение достоинств и недостатков расходомеров с рекомендациями по их выбору:

1. Метод переменного перепада давлений на базе стандартных сужающих устройств (СУ: диафрагмы, сопла)

Достоинства метода:
К достоинствам расходомеров следует отнести простоту конструкции преобразователя расхода и возможность поверки бес проливным методом , т. е. при отсутствии расходомерных стендов. Данная возможность обусловлена наличием наиболее полной научно-технической, в том числе стандартизованной информации по данному методу измерения.

Существует несколько методов измерения потока газа. Расходомеры механические Расходомеры для измерения теплоотвода Измерения дифференциального давленияИсходные расходомеры воздуха Кориолисовые расходомерыМагнитно-индуктивные расходомерыТермальные расходомеры. Методы измерения без контакта между газом и датчиком являются дорогостоящими. Классический метод дифференциального давления часто имеет гистерезисные эффекты. В методе дифференциального давления изменение давления диафрагмы измеряется через диафрагму.

Однако усталость мембраны может привести к проблемам с дрейфом и отсутствию нулевой точности. Широко используются методы измерения, основанные на методах теплового измерения. Более продвинутые процессы основаны на нагревателе и по меньшей мере двух датчиках температуры, которые измеряют передачу тепла через газ. Один из них говорит о так называемых микротермических датчиках потока, когда сенсорные элементы встроены в микрочипы размером в несколько квадратных миллиметров. Микротермические датчики имеют небольшие датчики и обеспечивают использование стандартизированных производственных процессов в полупроводниковой промышленности.

Недостатки метода:
Недостатками являются, во-первых, малый диапазон измерения (ранее не превышающий значения 1:3, а в настоящее время, с появлением многопредельных интеллектуальных датчиков давления, увеличившийся до 1:10).
Во-вторых, высокая чувствительность к неравномерности эпюры скоростей потока на входе в СУ (диафрагму) , обусловленной наличием в подводящем и/или отводящем трубопроводах гидравлических сопротивлений (запорной арматуры, регуляторов, фильтров, колен и т. д.). Данное обстоятельство определяет необходимость наличия перед указанными СУ прямых участков длиной не менее 10 диаметров условного прохода (Ду) трубопровода. В ряде случаев, например при установке СУ после гидравлических сопротивлений, таких как неполностью открытый вентиль, прямой участок перед СУ достигает длины 50 Ду и более).

Основные технические характеристики

В результате достигается неизменно высокое качество продукции и в то же время возможны умеренные затраты. Современные сенсорные элементы также измеряются более точно, чем традиционные анемометры с горячей проволокой, а стеклянные покрытия над сенсорным элементом предотвращают коррозию. Прямой контакт между газовым и тепловым датчиками имеет решающее значение. Поскольку скорость потока определяется только в определенных точках, экстраполяция на общий поток зависит от распределения скорости в трубе.

2. Объемный метод измерения на базе мембранных и ротационных преобразователей расхода

Недостатками расходомеров являются ограниченная работоспособность на загрязненном газе , возможность поломки при резких пневмоударах и частичное перекрытие газопровода при поломке , связанной, например, с заклиниванием роторов ротационного счетчика газа, относительно большие габариты, а также стоимость (для ротационных счетчиков газа больших типоразмеров) по сравнению с приборами других типов.

Это, в свою очередь, зависит от условий на входе: изгиб трубы непосредственно перед датчиком, различные текстуры внутренних стенок трубы или углов или краев в канале потока могут привести к ошибочному результату измерения. Сильно загрязненный воздух также загрязняет измерительную ячейку. Чтобы избежать упомянутых проблем, чип датчика помещается в байпас. Диафрагма, трубка Вентури или ребра создают перепад давления, который направляет небольшую часть потока газа через боковой канал. Подходящий элемент перепада давления в байпасе гарантирует, что разность перепада давления менее чувствительна к изменениям входных условий.

Главным достоинством , многократно перекрывающим недостатки и сделавшим данный метод измерения самым распространенным по количеству установленных приборов, является то, что это единственный метод, обеспечивающий прямое, а не косвенное измерение объема проходящего газа . Кроме этого, нужно отметить полную нечувствительность к любым искажениям эпюр скоростей потока на входе и выходе, что позволяет отказаться от прямых участков и резко сократить габариты узла учета газа УУГ), а также дает возможность обеспечения самых широких диапазонов измерения — до 1:100 и более. Счетчики газа данного типа прекрасно подходят для случаев учета газа при его циклическом потреблении, например, котлами с импульсным режимом горения.

Инерция, конструкция кранов и низкий расход в байпасе также обеспечивают чистый газ на датчике. Обходное решение помогает упростить производственный процесс. Газовая направляющая сконструирована независимо от датчика. Датчик может использоваться в конце производственного процесса. Если рамка спроектирована правильно, в большинстве случаев можно отказаться от калибровки всей системы.

Определите приборы измерения текучей среды. Краткое описание того, как обрабатываются приборы измерения расхода. Важность измерения расхода. Поток жидкостей — это исследование, которое большинство из них представляет собой практику техники. Жидкости классифицируются как жидкости и газы. Межмолекулярные силы выше в первом, так что, изменяя давление или температуру, газы легко меняют свой объем. Труба представляет собой трубопровод круглого сечения, который выполняет функцию транспортировки воды или других жидкостей. Обычно он изготавливается из очень разнообразных материалов, таких как полиэстер, армированный стекловолокном, чугуном, сталью, латунью, медью, свинцом, бетоном, полипропиленом, пвх, термопластиком и полиэтиленом высокой плотности. Пластина с отверстиями представляет собой ограничение с отверстием, меньшим диаметра трубы, в которую он вставлен. Типичная диафрагма имеет концентрическое отверстие с острыми краями. Из-за меньшего сечения скорость жидкости увеличивается, что вызывает соответствующее снижение давления. Изменение поперечного сечения приводит к изменению давления между сходящимся участком и горлом, что позволяет узнать скорость потока при этом перепаде давления. Сопло состоит из конической и ограниченной записи, в то время как выход является резким расширением. В этом случае вход высокого давления расположен в трубе с 1 диаметром входного входа, а выход низкого давления расположен в трубе на конце горла. Он преобразует тепловую и энергию давления жидкости в кинетическую энергию. Таким образом, он используется, в частности, в турбомашине и других машинах, таких как форсунки, форсунки, реактивные двигатели. Жидкость претерпевает увеличение скорости по мере уменьшения сечения сопла, поэтому оно также страдает снижением давления и температуры, когда энергия сохраняется. Существуют конструкции и типы сопел, широко используемые в различных областях техники. Поскольку движущаяся жидкость имеет жизненно важное значение и для того, чтобы знать свойства, которые ее управляют, фундаментальнее в первую очередь быть ясно о понятии жидкости. Когда мы наблюдаем то, что имеет способность двигаться в окружающей среде, не сохраняя его первоначальной формы, мы говорим о жидкости. Точнее, это состояние материи с неопределенным объемом, из-за минимальной когезии, которая существует между ее молекулами. Жидкости, как и все материалы, обладают физическими свойствами, которые позволяют характеризовать и количественно определять их поведение, а также отличать их от других. Некоторые из этих свойств уникальны для жидкостей, а другие характерны для всех веществ. Свойства, такие как вязкость, поверхностное натяжение и давление пара, могут определяться только в жидкостях и газах. Однако удельная масса, удельный вес и плотность являются атрибутами любого материала. Ньютоновская жидкость. Ньютоновская жидкость представляет собой жидкость, вязкость которой можно считать постоянной с течением времени. Кривая, которая показывает связь между напряжением или сдвигом по сравнению с его скоростью деформации, является линейной и проходит через начало координат. Лучшим примером этого типа жидкости является вода, а не клея, меда или гелей, которые являются примерами неньютоновской жидкости. Большое количество обычных жидкостей ведет себя как ньютоновские жидкости при нормальных условиях давления и температуры: воздух, вода, бензин, вино и некоторые минеральные масла. Нентоновская жидкость: она является той, вязкость которой зависит от температуры и давления, но не от изменения скорости. Эти жидкости могут быть лучше охарактеризованы другими свойствами, которые связаны с зависимостью между напряжением и тензорами напряжения в разных условиях потока, такими как условия колебательного напряжения сдвига. Сверхтекучесть: это состояние вещества, характеризующееся полным отсутствием вязкости, так что в замкнутом контуре он будет течь бесконечно без трения. Идеальные жидкости: Идеальные жидкости классифицируются как: сжимаемые и несжимаемые. В последнем предполагается постоянная плотность или с небольшими вариациями. Это предположение ограничивает нас жидкостями жидкостей и газов с небольшими изменениями давления и температуры. В газах поток с высокой скоростью связан с большими изменениями давления, температуры и плотности, но эти изменения малы в потоках с малой скоростью, которые могут быть изучены как идеальные несжимаемые жидкости с хорошим приближением. Одномерный поток: одномерный поток относится к перемещению вдоль отдельной линии потока потока, который имеет только одно измерение. В них изменение давления и скорости происходит вдоль текущей линии. Двух — и трехмерный поток: двух — и трехмерные потоки являются полями скоростей потока. Во-первых, поток определяется линиями тока в одной плоскости, а второй — в пространстве. Определите единицы измерения текучей среды. — Диафрагма. — Расходное сопло. — Вентури. — Труба Далла. — Пилотная трубка. Поток жидкостей может быть выражен тремя способами: объемным потоком, массовым расходом и скоростью потока. Объемный расход указывает объем движущейся жидкости, которая проходит через точку за единицу времени. Массовый расход выражается в единицах массы за единицу времени. Скорость материала называется скоростью потока. Наиболее распространенными приборами, используемыми для измерения этого объемного расхода, являются: — измеритель разности давлений. — Переменный измеритель площади. — Положительный измеритель смещения. — Турбинный расходомер. — Электромагнитный расходомер. — Измеритель вихревых выбросов. — Ультразвуковой измеритель. Краткое описание того, как обрабатываются приборы измерения расхода. — Измеритель перепада давления. Измерители разности давлений включают в себя введение некоторого устройства в линию жидкости, которая вызывает препятствие, и создает разность давлений между обеими сторонами устройства. Когда такое препятствие помещается в трубу, скорость жидкости через препятствие возрастает и давление уменьшается. Коэффициент объемного расхода пропорционален квадратному корню от разности давлений по препятствию. Все применения этого метода измерения расхода предполагают, что условия потока перед устройством препятствия находятся в стабильном состоянии, и для обеспечения этого требуется определенная минимальная длина прямой секции трубы впереди точки измерения. — Переменный измеритель площади. Инструмент состоит из стеклянной трубки с поплавком, которая занимает устойчивое положение, где его погруженный вес уравновешен повышением из-за разницы давлений в нем. Положение поплавка является мерой эффективной площади канала для текучей среды, а вместе с ним и расхода. Точность самого дешевого инструмента составляет всего -3%, самая дорогая версия может достигать до -2% точности. Нормальный диапазон измерений составляет от 10 до 100% от общей шкалы. — Положительный измеритель смещения. Это использует цилиндрический поршень, который смещается в камеру, также цилиндрическую по текучей среде. Вращение поршня передается на выходной вал. Это может использоваться с шкалой индикации для визуального вывода или может быть преобразовано в электрический выходной сигнал. Положительные счетчики расхода составляют около 10% от общего количества расходомеров, используемых в промышленности. Такие устройства используются в больших количествах для измерения внутреннего потребления газа или воды. Самый дешевый инструмент такого типа имеет точность -5%. — Турбинный расходомер. Он состоит из набора лопастей пропеллера, установленных вдоль оси, параллельной направлению жидкости в трубе. Поток жидкости заставляет эти лопасти вращаться с определенной скоростью, которая пропорциональна объему циркулирующего потока. Эта скорость вращения измеряется конструкцией счетчика, который ведет себя как тахогенератор переменного сопротивления. Это достигается за счет изготовления лопастей турбины с ферромагнитным материалом и с использованием постоянного магнита и катушки внутри измерительного устройства. — Электромагнитный расходомер. Он состоит из цилиндрической трубки из нержавеющей стали, на которую наносится изоляционный слой, который транспортирует текучую среду, подлежащую измерению. Типичными изоляционными материалами являются неопрен, политетрафтортилен и полиуретан. Магнитный слой создается в трубке с помощью поляризации двух электродов, вставленных с обеих сторон трубки. Концы этих электродов обычно находятся на том же уровне, что и внутренняя поверхность цилиндра. Электроды изготовлены из материала, на который не воздействуют большинство жидкостей, таких как нержавеющая сталь, платина и иридиевый сплав, хастеллой, титан и тантал. В случае необычных металлов, таких как в списке, электроды несут большую часть стоимости инструмента. — Измеритель вихревых выбросов. Принцип действия прибора основан на естественном явлении эмиссии вихрей, создаваемых неаэродинамическими объектами, расположенными в трубопроводе, который проводит жидкость. Когда жидкость циркулирует, она проходит через это препятствие и производит медленные движения жидкости на внешних поверхностях. Поскольку объект не является аэродинамическим, поток не может следовать за контуром тела вниз по течению, а отделенные слои становятся изолированными и заставляют их вращаться в области низкого давления за препятствием. Частота излучения этих вихрей пропорциональна скорости, с которой жидкость проходит через объект. — Ультразвуковой измеритель. Фундаментальным требованием этих приборов является наличие рассеивающего элемента в жидкости, который отводит выходную энергию ультразвука от передатчика таким образом, что он входит в приемник. Они могут быть снабжены твердыми частицами, пузырьками газа или водоворотами в потоке жидкости. Элементы рассеяния вызывают изменение частоты между переданной и принятой, и мера этого изменения позволяет нам определить скорость. Прибор состоит в основном из излучателя и приемника, прикрепленного к внешней стороне стенки трубы. Измерение расхода очень важно во всех промышленных процессах. Способ количественного определения расхода зависит от того, является ли количество жидкости твердым, жидким или газообразным. В случае твердых веществ целесообразно измерять расход массы, в то время как в случае жидкостей и газов поток обычно измеряется по объему. Объемный расход является подходящим способом количественного определения потока газообразных, жидких или полужидких материалов; т.е. когда твердые частицы суспендируют в жидкой среде. Материалы в этих формах проходят через трубы. Измерение расхода является обычным явлением в повседневной жизни. Изучение его механизма в основном обусловлено пониманием вовлеченной физики, а также ее контролем в различных инженерных приложениях. Это самая важная ось с точки зрения измерения промышленных переменных, так как без измерения потока невозможно было бы балансировать материалы, контроль качества и даже работу непрерывных процессов. Существует множество методов измерения потоков, в большинстве из которых важно знать некоторые основные характеристики жидкостей для хорошего выборанаилучшего метода для использования. Эти характеристики включают вязкость, плотность, удельный вес, сжимаемость, температуру и давление, которые мы не будем здесь описывать. В принципе, существует два способа измерения потока: поток и общий поток. Поток представляет собой количество жидкости, которая проходит через заданную точку в любой момент времени. Общий поток количества жидкости через заданную точку в течение определенного периода времени.

  • Боливарианская Республика Венесуэла.
  • Министерство народной власти по высшему образованию.
  • Классифицирует типы жидкостей.
  • Определите единицы измерения текучей среды.

Встроенный многоступенчатый выпрямитель турбулентности изменяет профиль входящего потока, чтобы полностью исключить влияние входной трубы.

3. Скоростной метод измерения на базе турбинных преобразователей расхода

Достоинствами расходомеров являются малые габариты и вес , относительно низкие стоимость и нечувствительность к пневмоударам , а также значительный диапазон измерения расхода (до 1:30), который существенно превосходит аналогичный показатель для СУ.

К недостаткам следует отнести некоторую чувствительность к искажениям потока на входе и выходе расходомера (хотя в современных приборах требования к длинам прямых участков до и после прибора минимальные и составляют, соответственно, всего 2 и 1 Ду), неработоспособность на малых расходах — менее 8 — 10 м3/ч, а также повышенную погрешность при измерении пульсирующих потоков газа.

Однако самым главным достоинством расходомеров объемного и скоростного типа является стабильность коэффициента преобразования в самом широком диапазоне числа Рейнольдса Re потока газа. Обусловлено это тем, что все выпускаемые как у нас в стране, так и в мире счетчики газа калибруются на воздухе при нулевом избыточном давлении, в то время как работают на газе при совершенно других значениях давления.
Обеспечить достоверную сходимость показаний для этих двух случаев возможно только, если расходомер изначально имеет стабильный коэффициент преобразования, т. е. постоянное отношение его естественного выходного сигнала к проходящему через прибор расходу воздуха или газа. Например, для турбинного или ротационного счетчика газа (после необходимых сокращений) данный коэффициент преобразования определяется как количество оборотов турбинки или роторов, соответствующее прохождению единицы объема газа.
Оппоненты могут возразить, что поскольку в узле учета газа кроме объемного расхода все равно необходимо измерять температуру и давление газа, то даже при отсутствии необходимой стабильности коэффициента преобразования у прибора всегда имеется возможность при проведении его калибровки линеаризовать его статическую характеристику. А при переходе к реальным условиям эксплуатации также внести соответствующие корректировки, рассчитав число Re для каждого случая измерения. Тем более что современная микроэлектроника позволяет решать и более сложные задачи при относительно небольших затратах.

Действительно, описанную выше задачу решить принципиально можно, но необходимо полностью сформулировать ее условия, а этого пока не удается. Дело в том, что при течении газа по трубопроводу, а особенно при его расширении или сжатии (что имеет место, например, при повороте трубопровода или обтекании потоком каких-либо препятствий), имеют место сложные аэро- и термодинамические процессы. Соответственно, зависят они не только от величины числа Re, но и от значений других аэро- и термодинамических критериев, в частности, чисел Струхаля St, Нусельта Nu, Фруда Fr. А для проведения коррекции с учетом этих значений, во-первых, отсутствует необходимый экспериментальный материал, а во-вторых, для их определения как минимум нужна непрерывная информация о составе газа, которая в случаях установки приборов учета газа у потребителей отсутствует.

4. Вихревые расходомеры


Несомненными достоинствами вихревых расходомеров являются их нечувствительность к пневмоударам и возможность работы на загрязненных газах .

К недостаткам относятся повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (примерно такая же, как и у стандартных сужающих устройств (СУ)) и относительно большие невозвратимые потери напора , связанные с интенсивным вихреобразованием при обтекании потоком плохо обтекаемого тела (так называемого тела обтекания). Кроме того, если узел съема сигнала расходомера термоанемометрический, прибор становится энергозависимым, а если он выполнен с использованием пьезоэлементов, возникают весьма серьезные проблемы с обеспечением помехозащищенности при наличии внешних механических вибраций газопровода.

Самым серьезным недостатком вихревых расходомеров является недостаточная стабильность коэффициента преобразования в необходимом диапазоне изменения расхода газа, что практически не позволяет рекомендовать приборы данного типа для коммерческого учета газа без предварительной калибровки изделия непосредственно в условиях эксплуатации или крайне близких к ним.

5. Ультразвуковой метод (Ультразвуковые (акустические) расходомеры, в т.ч. на пар)

Достоинством ультразвуковых расходомеров является их наибольшая перспективность в коммерческом учете газа . Ранее их применение сдерживалось высокой стоимостью изготовления и недостаточной надежностью электронного блока. Однако в настоящее время с развитием микроэлектроники данный недостаток постоянно уменьшается. Приборы этого типа не имеют ни подвижных частей, ни частей, выступающих в поток. Соответственно, они практически не создают дополнительных потерь напора и могут потенциально иметь весьма высокую надежность. Также они могут обеспечивать измерения в широком диапазоне изменения расхода газа и быть энергонезависимыми , т. е. в течение длительного времени работать от встроенного автономного источника питания.

Недостатком является необходимость применения многолучевых ультразвуковых расходомеров (2-лучевых и более) с последующей обработкой информации по весьма сложной программе для того, чтобы практически исключить влияние искажений потока газа на точность измерения. К сожалению, выпускаемые в России ультразвуковые счетчики газа по совокупности своих характеристик пока не отвечают всем необходимым требованиям к приборам коммерческого учета газа и, соответственно, могут найти весьма ограниченное применение.

6. Струйные автогенераторные расходомеры

Струйный автогенераторный метод есть смысл рассмотреть более подробно, т. к. в настоящее время счетчики газа, созданные на базе расходомеров данного типа, без необходимой метрологической экспертизы начали активно применяться для коммерческого учета газа. Расходомер представляет собой бистабильный струйный элемент, охваченный отрицательными обратными связями, выполненными в виде пневматических каналов, соединяющих выходные каналы струйного элемента с одноименными каналами управления (левый — с левым, правый — с правым). При наличии расхода газа через сопло питания струйного элемента его струя попадает в один из выходных каналов и создает в нем повышенное давление, которое через соответствующий канал обратной связи подается в одноименный канал управления и переключает струю, выходящую из канала питания, в другое устойчивое положение. Затем процесс переключения струи повторяется. Частота переключений пропорциональна расходу газа через сопло питания струйного элемента. Таким образом, в данном методе измерения имеет место создание аэродинамического генератора колебаний с частотой, пропорциональной расходу газа.

Струйному автогенераторному расходомеру присущи те же недостатки , которыми обладает вихревой расходомер, а именно: большие невозвратимые потери напора и повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (в варианте его применения в комплекте с СУ). Однако, к сожалению, есть и дополнительные минусы.
Во-первых, струйный элемент (основа данного прибора) имеет крайне большие размеры по отношению к величине измеряемого расхода. Поэтому он, с одной стороны, может применяться только в качестве парциального расходомера, через который идет незначительная часть проходящего через измерительное сечение расхода газа (а это неминуемо снижает достоверность измерений), а с другой, существенно больше, чем вихревой расходомер, подвержен засорению (т. е. не обладает одним из основных преимуществ вихревого расходомера).
Во-вторых, нестабильность коэффициента преобразования у данного прибора еще больше, чем у вихревого расходомера. Так, например, при испытаниях одного из видов струйного расходомера было установлено, что изменение коэффициента преобразования у различных модификаций прибора находится в диапазоне 14,5-18,5 % при изменении расхода через прибор в диапазоне не более 1-5.

Достоинства у струйного автогенераторного расходомера те же, что и у вихревого, за исключением работоспособности на загрязненных газах. Они могут применяться вместо датчиков перепада давлений на расходомерах переменного перепада. Принципиально это позволяет расширить диапазон измерения последнего. Однако отмеченные недостатки вряд ли позволяют рассчитывать на серьезное внедрение данного метода для коммерческого учета газа.

7. Кориолисовые расходомеры

Кориолисовые расходомеры являются одними из самых точных .
Кориолисовые Р. широко применяются для коммерческого учета жидкостей и сжатых газов. Наиболее типовое место применения в газовой промышленности — учет количества природного газа, отпускаемого на автомобильные газонакопительные компрессорные станции. В этом случае газ сжат до давления примерно в 20 МПа (200 бар) и имеет плотность, достаточную для применения данного метода.

Недостатками кориолисовых массовых расходомеров являются большая масса и габариты конструкции, относительно высокая цена, а также влияние внешней механической вибрации на показания прибора.

Кориолисовые расходомеры выпускаются многими ведущими производителями расходомерной техники (правда в основном иностранными), но показательных случаев применения для учета газа в сетях низкого и среднего давления неизвестно.

8. Термоанемометрические (тепловые) расходомеры

Достоинством является отсутствие подвижных частей и, соответственно, потенциально высокая надежность работы в условиях пневмоударов, перегрузок и т. д.

Основной недостаток термоанемометрических расходомеров, относящихся к классу тепловых, является следствием их принципа действия. Они фактически измеряют теплосъем с нагревательного элемента , который (при известной теплоемкости среды) однозначно связан с массовым расходом. Таким образом, приборы данного типа являются счетчиками массового расхода газа . Это могло стать достоинством, если бы расчет за газ производился с оплатой за единицу массы. Однако в нашей стране потребитель платит за объем газа, приведенный к нормальным условиям. Соответственно, для перехода от массового расхода к расходу природного газа при нормальных условиях требуется указанный массовый расход разделить на плотность газа при нормальных условиях. Однако плотность зависит от состава газа, а ее изменения в течение короткого времени могут достигать 10 % и более . В то же время состав газа самим прибором не измеряется и может вноситься вручную не чаще нескольких раз в сутки. Поэтому данные приборы вообще трудно отнести к приборам, пригодным для коммерческого учета газа.

9. Сравнительный анализ методов из измерения расхода газа и видов расходомеров. Выводы и рекомендации.

Проанализировав ситуацию на рынке приборов коммерческого учета газа, можно сформулировать следующие выводы:

1. Основным критерием применимости методов измерения для коммерческого учета газа является стабильность «естественного» (т. е. получаемого при градуировке без дополнительной коррекции по температуре и давлению газа) коэффициента преобразования в максимально широком диапазоне изменения режимов течения газа в трубопроводе. Только это позволяет с полным основанием производить градуировку и поверку приборов учета газа на воздушных расходомерных стендах с последующим распространением полученных результатов на случаи измерения природного и других газов, в том числе при давлении и температуре, отличающихся от условий градуировки или поверки.

2. Из появившихся в последние годы новых методов измерения расхода для коммерческого учета газа низкого и среднего давления потенциально применим только ультразвуковой метод измерения с преобразователями расхода в многолучевом исполнении.

3. Коммерческий учет газа в трубопроводах малого и среднего диаметров (Ду до 300 мм) при расходах газа до 6 000 м3/ч наиболее целесообразно производить с использованием диафрагменных (мембранных), ротационных и турбинных счетчиков соответственно увеличению диаметров трубопроводов и расхода газа.

4. Расходомеры переменного перепада наиболее целесообразно применять для коммерческого учета газа в газопроводах больших диаметров (Ду свыше 400 мм), ограничивая по возможности диапазоны измерения расхода, например, создавая «гребенки» параллельно установленных расходомеров и подключая / отключая соответствующие каналы измерения при увеличении или уменьшении расхода газа через данный расходомерный узел.

Оптические расходомеры факельного газа Focus Probe с погружным зондом измеряют расход в трубопроводах диаметром от 100 до 860 мм с погрешностью от ± 2,5 %, причем они обеспечивают измерение в диапазоне скоростей от 0,15 м/с до 150м/с (1:1500), что позволяет обеспечить замеры практически на любых линиях. Максимальное давление в трубопроводе может составлять 7 Бар. На точность измерений прибора не влияет состав газа. Расходомер Focus Probe не реагирует на вибрации трубы и акустический шум. Измерения являются искробезопасными, и прибор не содержит источников ионизирующего излучения.

Портативный оптический расходомер Focus Probe для измерения расхода газа

Портативный газовый расходомер Focus Probe: характеристики, цена, фото и описание

Оптико-электронный расходомер Focus® Probe специально разработан для измерения расхода газа с сильно изменяющейся скоростью потока в трубах различных диаметров. На погрешность измерения Focus® Probe не влияет ни состав газа, ни загрязнение измерительных элементов. Focus® Probe измеряет расхода газа при помощи лазерных лучей, определяющих скорость микроскопических частиц, обычно присутствующих в газе.

Стационарный оптико-электронный расходомер Focus Probe для измерения расхода газа

Стационарный газовый расходомер Focus Probe: характеристики, цена, фото и описание

Серия 240 врезных и серия 241 зондовых вихревых расходомеров Innova-Mass™ компании Sierra Instruments является надежным решением в процессе измерения расхода газов, жидкостей или пара. Находясь в одной точке трубопровода, расходомер Innova-Mass предлагает точное измерение сразу пяти параметров, включающих массовый расход, объемный расход, температуру, давление и плотность текучей среды. Уникальная конструкция Innova-Mass снижает риск утечек, количество проводных соединений, сокращает время запуска и снижает требования к трудовым ресурсам.

Вихревой расходомер для измерения расхода газов, жидкостей или пара

Вихревой расходомер Innova-Mass серии 240 для измерения расхода газов, жидкостей или пара: характеристики, цена, фото и описание

Цифровая электроника Innova-Mass позволяет реконфигурирацию для большинства газов, жидкостей и пара в значительном динамическом диапазоне. Расходомер имеет импульсный выход для удаленного суммирования и до трех аналоговых сигналов 4-20 мА для контроля любой из пяти переменных по вашему выбору. Локальная кнопочная панель/дисплей передает мгновенный расход, суммарный расход, температуру, давление и плотность в технические устройства. Простая установка серий 240 и 241 расходомеров Innova-Mass от Sierra дополнена удобным в работе интерфейсом.

Вихревой расходомер для газов, жидкостей или пара

Вихревой расходомер Innova-Mass серии 241 для измерения расхода газов, жидкостей или пара: характеристики, цена, фото и описание

Тепловой массовый расходомер Fast-Flo™ модель 620s компании Sierra Instruments представляет собой экономичное решение по измерению массового расхода газа. Датчик расходомера обеспечивает долгосрочную надежность и в течение 200 мс реагирует на изменения в показателях расхода.Универсальный преобразователь, датчик которого заключен в корпус NEMA 4X/IP65, на базе микропроцессора интегрирует функции настройки диапазона расхода, вали- дации и диагностики расходомера. Массовый расход и суммарный расход, а также другие параметры конфигурации, отображаются на опциональном ЖК-дисплее расходомера размером 2х12 с задней подсветкой.

Тепловой расходомер Fast-Flo 620s для газов

Тепловой расходомер Fast-Flo 620s для измерения расхода газа: характеристики, цена, фото и описание

Обтекаемое тело расходомера Flat-TrakTM модели 780s исключает нарушения профиля скорости, образование воронок и стратификацию температуры в потоке газа, а также позволяет снижать количество входящего потока,требуемого для правильных измерений.Универсальный преобразователь на базе микропроцессора интегрирует функции измерения расхода, настройки диапазона расхода, валидации и диагностики расходомера с датчиком в зонде или в блоке управления. Массовый расход и суммарный расход, а также другие параметры конфигурации отображаются на опциональном ЖК дисплее расходомера размером 2х12.

Газовый расходомер Flat-Trak 780s

Расходомер Flat-Trak 780s для измерения расхода газа: характеристики, цена, фото и описание

Steel-Mass TM модели 640s компании Sierra Instruments — погружной тепловой массовый расходомер, разработанный для самых сложных промышленных применений устройства по измерению расхода газа. Универсальный преобразователь на базе микропроцессора интегрирует функции измерения расхода, настройки диапазона расхода, валидации и диагностики расходомера с датчиком, заключенным в корпус, или удаленным датчиком. Массовый расход и суммарный расход, а также другие параметры конфигурации отображаются на опциональном ЖК-дисплее расходомера размером 2х12.

Погружной тепловой расходомер Steel-Mass 640s

Термомассовый счетчик Steel-Mass 640s погружного типа для измерения расхода газа: характеристики, цена, фото и описание

Multi-Trak™ модель 670s компании Sierra — это передовой современный инструмент для измерения массового расхода в больших воздухоотводах или комплектах труб с нестандартным профилем скоростей, высокими требованиями к диапазону изменений, потоками неочищенного газа, широкими температурными диапазонами, быстрой скоростью и температурными изменениями. Multi-Trak TM динамически компенсирует все изменения в профиле потока

Массовый расходомер Multi-Trak 670s

Термомассовый счетчик Multi-Trak 670s для измерения расхода газа: характеристики, цена, фото и описание

Расходомер Chlorine-Trak 760S был разработан специально как предельно точное и экономичное решение для измерения массового расхода хлора в процессе обработки сточных вод.

Перед промышленностью стояла непростая задача — найти расходомер для такого коррозийного газа как хлор (особенно в присутствии влаги). Компания Sierra ответила на этот вызов разработкой массового расходомера с корпусом из специальной резины (PVDF) из фторида поливинилидена производства Kynar. Этот материал обладает превосходными антикоррозионными свойствами и химической стойкостью как при нормальной так и при повышенной температуре. PVDF также обладает стабильностью, механической прочностью, износоустойчивостью и огнестойкостью

Газовый расходомер Chlorine-Trak 760S

Газовый расходомер Chlorine-Trak 760S для измерения расхода хлора: характеристики, цена, фото и описание

Технология QuadraTherm с четырьмя датчиками обеспечивает основные входные данные для алгоритмического набора iTherm и библиотеки газов для точного управления изменениями газа и на участке трубы, температуры и давлении газа, а также температуры окружающей среды.Технология iTherm решает первый закон термодинамики за долю секунды для каждого значения массового потока. Она вычисляет проводимость основы и другие нежелательные факторы тепловых потерь, вычитает их, а затем вычисляет массовый расход на основе оставшегося компонента искусственной конвекции.

Газовый расходомер QuadraTherm 780i

Газовый расходомер QuadraTherm 780i для измерения расхода инертных, горючих и коррозионно-активных газов: характеристики, цена, фото и описание

В чем измеряется газ по счетчику

Газовые счетчики: классификация и назначение приборов учета

Для организации учета подачи газа в промышленной или коммунальной системе отличным решением станет установка счетчиков. К отдельному виду приборов относятся газовые счетчики, действие которых направлено на определение точного объема передаваемого по магистрали потока. Объемное количество принято измерять в м³, а массовое — в килограммах или тоннах.

Расходомеры — приборы, с помощью которых учитывают количество переданного газа в единицу времени. В основном в таких счетчиках газа показатели замеров фиксируются в стандартных единицах (м³/ч).

Можно классифицировать виды счетчиков по принципу их действия:

Диафрагменные, или мембранные счетчики. Действие прибора основано на разделении потока с помощью подвижных преобразовательных элементов на отдельные объемные части. Метод подсчета предполагает суммирование дискретных порций. Мембранный счетчик является точным контролируемым прибором с длительным межпроверочным периодом (около 10 лет) по приемлемой стоимости. Стоит все же учесть, что оборудование остро реагирует на механические загрязнения и не выдерживает постоянных или периодических перегрузок.

Ротационные счетчики. Действие данного прибора основано на восьмиобразном роторе, который разделяет газовый поток. Данный тип счетчика характеризуется долгосрочным периодом работы и высокой точностью показаний даже при резких изменениях объема. Он отлично справляется с перегрузками, отличается большой пропускной способностью. Отрицательным моментом данного оборудования является высокая стоимость, поскольку устройство изготавливают из дорогостоящих материалов.

Турбинные счетчики. Газовый поток приводит турбину к вращению, соблюдая соотношение полных оборотов за единицу времени с количеством проводимого по магистрали газового потока.

По принципу пропускной способности газовые счетчики классифицируют на:

Бытовые газовые счетчики для домашнего использования относятся к диафрагменному оборудованию. Они способны с точностью фиксировать небольшой объем газового потока (примерно до 12 м³ в час).

Коммунальные счетчики — это оборудование мембранного, ротационного или турбинного принципа действия. Приборы могут контролировать газовый поток объемом 10–40 м³ в час.

Для промышленных счетчиков используют ротационные или турбинные приборы учета, способность которых позволяет фиксировать более 40 м³ в час.

При маркировке счетчиков производители указывают номинальный объем газового потока, который способно учесть оборудование. Чтобы правильно подобрать прибор учета, следует суммировать величины, указанные в документации, и увеличить сумму на 30 %. Этого будет достаточно для бесперебойной и долговечной работы оборудования.

Счётчик газа

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Счётчик газа (газовый счётчик) — прибор учёта, предназначенный для измерения количества (объёма), реже — массы прошедшего по газопроводу газа. Соответственно, количество газа, как правило, измеряют в кубических метрах (м³), редко — в единицах массы, килограммах или тоннах (в основном — технологических газов).
Приборы, позволяющие измерять или вычислять проходящее количество газа за единицу времени (расход газа), называются расходомерами или расходомерами-счетчиками. Чаще всего расход газа измеряют в кубических метрах в час (м³/ч).
Счетчики газа с несколько худшими точностными характеристиками, предназначенные для технологического или внутрихозяйственного учёта и не применяемые для коммерческого учёта, часто называют квантометрами (калька с англ. Quantometers ).

Технические характеристики бытовых счетчиков газа

Характеристики диафрагменных счётчиков газа типоразмеров G 1,6; G 2,5; G 4

  • Диапазон рабочих расходов:
  • Рабочее давление газа до 50 кПа
  • Диапазон температур окружающей среды:
  • Потеря давления 3 /ч.
  • Габаритные размеры прибора — 212 мм х 195 мм х 155 мм.
  • Масса счётчика — 1.9 кг.
  • Срок службы не менее 24 лет

Методы измерения объема и расхода газа

Прямой метод измерения объема

В этом случае одна или чаще несколько измерительных камер известного объема попеременно заполняются проходящим потоком газа со стороны входа и опорожняются на выход. Прошедший через устройство объем газа пропорционален количеству циклов наполнения-опорожнения. Данный метод используется в барабанных, мембранных (камерных), ротационных счетчиках газа.
Расход газа вычисляется дифференцированием объема по времени.

Косвенный метод измерения объема

В этом случае измеряется расход газа через прибор, путём измерения, например, скорости потока газа через известную площадь сечения. Для измерения скорости потока применяются как механические устройства (различные крыльчатки, турбинки и т. п.), так и иные способы. Например, измерение скорости потока с помощью ультразвука, термоанемометра, детектирования вихрей на теле обтекания, измерения перепада давления на сужающем устройстве, измерения скоростного напора потока газа и т. д. [1] [3] Для корректного применения данного метода необходимо в зоне измерения выравнять скорость потока газа по его сечению и направлению, для чего применяются различные устройства подготовки потока (струевыпрямители, конденсаторы потока, турбулизаторы), как в виде отдельных устройств, так и как составная часть самих приборов.
Для снижения погрешности различие скоростей потока газа по сечению (эпюра скоростей), например, из-за торможения слоев газа у стенок, может учитываться прибором при вычислении расхода газа по скорости его потока.
Объем прошедшего через сечение прибора газа вычисляется интегрированием расхода по времени.

Классификация счётчиков газа по принципу действия

Используется в основном в лабораторных целях в качестве образцовых средств измерения. При вращении барабана под воздействием давления секции барабана поочередно заполняются газом и, дойдя до выхода, опорожняются (по принципу вроде револьверного). Объем газа, прошедшего через счетчик, пропорционален числу оборотов барабана. Вращение барабана через механическую передачу передается на счётное устройство (циферблат). Диапазоны измерения, в зависимости от типоразмеров, от единиц л/ч до 10…20 м³/ч. Характеризуются высокой точностью измерения, основная погрешность до 0,15…0,2 %.

Используется подсчёт периодичности возникновения вихрей вокруг обтекаемого потоком газа тела (см. Вихревой расходомер), частота которых пропорциональна скорости потока. Для детектирования вихрей используются пьезоэлектрические или термоанемометрические датчики-детекторы.
Применяются приборы с диаметрами проточной части от 15…27 до 300 мм, максимальным расходом Qмакс от 50…70 до 12 000 м3/ч и диапазоном измерения от 1:10 до 1:60 (при давлении среды, близком к атмосферному) [3] . С увеличением давления среды максимальный расход и диапазон измерения увеличиваются практически прямо пропорционально давлению.
Объем газа вычисляется интегрированием объемного расхода по времени.

  • высокие (относительно диаметра) максимальные расходы;
  • широкий диапазон измерения, особенно на больших давлениях;
  • отсутствие механических подвижных частей и, как следствие, пониженная чувствительность к загрязнению измеряемой среды
  • недостаточно низкие минимальные измеряемые расходы Qмин;
  • потребность во внешнем электрическом питании и, как следствие, сложность автономного применения;
  • необходимость подготовки потока — требования к участкам трубопровода до и после счётчика (измерительным участкам ИУ)

Используется принцип тахометра на газовых подшипниках.

Мембранный (камерный, диафрагменный)

Самый распространённый тип счетчика газа. Первый патент на прибор такого типа был получен в Англии в 1844 году. Счетчик механического типа. Принцип действия основан на перемещении подвижных мембран камер при поступлении газа в прибор. Впуск и выпуск газа вызывает попеременное перемещение мембран и через комплекс рычагов и редуктор приводит в действие счётный механизм.
Счётчики этого типа применяются для максимальных расходов Qмакс от 2,5 до 100 м3/ч. Эти счётчики отличаются широким диапазоном измерения до 1:100.

  • широкий диапазон измерения;
  • большой межповерочный интервал (МПИ) — до 10 лет;
  • возможность автономной работы
  • крупные габариты, особенно для счётчиков на большие расходы;
  • невысокое максимальное давление измеряемого газа — до 0,5 бар;
  • чувствительность к механическому загрязнению измеряемой среды

Основанный на методе перепада давления на сужающем устройстве

Типы сужающих устройств: диафрагмы, трубы и сопла Вентури, осредняющие трубки Аннубар и Торбар и т. д. При протекании потока через сужающее устройства образуется перепад давления между участками трубопровода до и после сужающего устройства. Перепад давления пропорционален квадрату расхода. Измеряется одним (или несколькими, для расширения диапазона измерения) дифференциальными манометрами. Объем прошедшего через прибор газа вычисляется интегрированием расхода газа по времени.

Принцип измерения основан на зависимости теплоотдачи нагретого элемента, помещённого в поток, от скорости течения потока.

Счетчик механического типа. Два ротора располагаются в измерительной камере поперек потока газа. При поступлении газа на вход счетчика оба ротора под его напором приходят во вращение. Форма роторов (в сечении напоминающая цифру 8) и сечение измерительной камеры рассчитывается таким образом, чтобы при вращении ротор одним концом описывал профиль поверхности стенки измерительной камеры, а другим концом описывал профиль поверхности второго, вращающегося навстречу ротора. В начальном положении ротора располагаются под углом 90° друг к другу, это взаимное положение фиксируется двумя колесами-синхронизаторами, установленными на осях роторов. Эти же колеса обеспечивают строго синхронное вращение роторов. При вращении оба ротора попеременно отсекают определенный объем газа (порцию), заключенный между ротором и стенкой измерительной камеры и перепускают его на выход счетчика. Объем прошедшего через счетчик газа пропорционален количеству порций и, соответственно, пропорционален числу оборотов роторов. Вращение ротора с его оси через механическую передачу (редуктор, магнитная муфта, система шестерен) передается на счетный механизм, в котором происходит накопление количества прошедшего газа.
Применяются для максимальных расходов Qмакс от 10…16 до 650…1000 м3/ч (реже — в бытовом секторе для Qмакс 4…10 м3/ч), с шириной диапазона расходов от 1:20 до 1:250.

  • широкий диапазон расходов;
  • более высокая точность при резко изменяющихся расходах;
  • высокая точность;
  • компактность монтажа

  • более высокая цена, по сравнению с турбинным;
  • меньшие возможные диаметры и меньшие возможные типоразмеры;
  • шумность;
  • чувствительность к механическим загрязнениям среды;
  • чувствительность к пневмоударам

В электронном преобразователе вычисляется количество прошедшего газа через струйный генератор.

Счетчик механического типа. Конструктивно представляет собой отрезок трубы, в проточной части которого последовательно по потоку расположена турбина с валом и подшипниковыми опорами вращения. Газ, проходящий через измерительную камеру счетчика, вращает турбину, скорость вращения которой пропорциональна скорости потока и, соответственно, расходу газа. Вращение турбины через механическую передачу (червяк, редуктор, магнитная муфта, система шестерен) передается на счетный механизм, на котором механически интегрируется по времени и накапливается объём прошедшего газа [2] . Применяются для максимальных расходов Qмакс от 100 до 10000 м3/ч, с шириной диапазона расходов от 1:10 до 1:50. Достоинства: [2]

Ультразвук, пускаемый по ходу движения газа, и ультразвук, пускаемый против хода потока газа, имеют разницу скорости движения, которая пропорциональна скорости движения газа. Сравнивая их, получают скорость потока и, соответственно, расход и объём прошедшего газа.
Самые простые и недорогие приборы такого типа небольших диаметров имеют одну пару ультразвуковых излучателей, расположенных друг напротив друга по оси прибора или на противоположных стенках под углом к потоку. Или, как вариант, на одной стенке. В этом случае ультразвуковая волна от одного излучателя отражается от противоположной стенки и попадает на второй, парный. И наоборот, от второго к первому. Также в прибор встраивается температурный датчик для приведения измеряемой среды к стандартным условиям по ГОСТ 2939-63. Некоторые приборы могут содержать энергонезависимую память и позволяют хранить данные о расходе за несколько месяцев.
Более сложные и дорогие приборы больших диаметров имеют несколько пар излучателей, расположенных радиально на стенках прибора под углом к потоку, что позволяет более точно определять среднюю скорость потока по сечению [2] .

  • компактные размеры
  • точность
  • простота монтажа
  • надежность
  • широкий диапазон измерения
  • высокое максимальное давление измеряемого газа до 100 кПа
  • относительно высокая стоимость для типоразмеров G1,6 и G2,5

Применяются значительно реже вышеперечисленных и используются чаще всего в научных изысканиях.

Классификация счётчиков газа по их пропускной способности

Пропускная способность — диапазон расходов, в котором обеспечивается заявленная производителем погрешность измерения счетчика.
Максимальный расход (Qмакс) большинством производителей выбирается из ряда 1; 1,6; 2,5; 4; 6(6,5) с множителем 10 n , м 3 /ч.
Значением минимального расхода(Qмин) характеризуется ширина диапазона измерений счетчика. Принято определять ширину диапазона измерений как соотношение Qмин/Qмакс. У выпускаемых в настоящее время счетчиков ширина диапазона составляет от 1:10 до 1:250 и шире.
От Qмин следует отличать чувствительность (характеристика, как правило, механических приборов) — такой самый минимальный расход, при котором счетный механизм еще находится в движении и происходит изменение его показаний, но погрешность такого измерения не соответствует нормативной.
По максимальной пропускной способности счетчики газа условно разделяются на бытовые, коммунально-бытовые и промышленные.

С максимальной пропускной способностью от 1 до 6 м³/ч. Чаще всего используют в квартирах, домах, офисах, небольших топочных для локального учёта потребления газа.
Это, как правило, небольшие мембранные (камерные, диафрагменные), реже ультразвуковые, струйные, небольшие ротационные счетчики газа (см. раздел Классификация счётчиков газа по принципу действия)

С максимальной пропускной способностью от 10 до 40 м³/ч. Применяются для учёта потребления газа небольшими котельными, технологическими установками и т. п.
Это, как правило, более крупные мембранные (камерные, диафрагменные), ротационные, ультразвуковые, струйные счетчики газа.

С максимальной пропускной способностью свыше 40 м³/ч.
В основном используются на узлах учёта крупных потребителей — газовых котельных, промышленных и сельхозпредприятий, узлах учёта газораспределительных сетей (ротационные, турбинные, вихревые, ультразвуковые, струйные счетчики газа), на магистральных сетях (сужающие устройства, турбинные, вихревые, ультразвуковые счетчики газа)

О применимости различных методов измерения расхода для коммерческого учёта газа

Традиционно коммерческий учет газа основан на объемном и скоростном методах измерения объема газа, реализованных на базе диафрагменных (мембранных), ротационных и турбинных счетчиков газа и измерительных комплексов на их основе. В трубопроводах больших диаметров (как правило, от Ду =300 мм и более) применяют метод переменного перепада давлений с использованием стандартных сужающих устройств (прежде всего — диафрагм) в комплексе с современными интеллектуальными преобразователями давления и разности давлений.

Расходомер на базе сужающего устройства «ИРГА»

Одновременно предпринимаются попытки реализации новых методов измерения: вихревой, ультразвуковой, струйно-генераторный, кориолисовый и других. Как правило, новые разработки опираются на результаты современных исследований в области аэро-, термодинамики и электроники и ставят своей целью повышение точности и расширение диапазона измерения расхода газа, обеспечение работоспособности в широком температурном диапазоне, на загрязненном газе, а также в условиях пневмоударов и пульсаций газа. Анализу различных вариантов построения узлов коммерческого учета газа посвящены, в частности, работы [4, 5]. Следует учитывать, что каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки и выбор должен основываться на результатах тщательной метрологической экспертизы как самих методов измерения и реализующих их устройств, так и условий их градуировки и последующей эксплуатации.

Метод переменного перепада давлений на базе стандартных сужающих устройств (СУ)

К достоинствам расходомеров следует отнести простоту конструкции преобразователя расхода и возможность поверки беспроливным методом, т. е. при отсутствии расходомерных стендов. Данная возможность обусловлена наличием наиболее полной научно-технической, в том числе стандартизованной информации по данному методу измерения.

Недостатками являются, во-первых, малый диапазон измерения (ранее не превышающий значения 1:3, а в настоящее время, с появлением многопредельных интеллектуальных датчиков давления, увеличившийся до 1:10). Во-вторых, высокая чувствительность к неравномерности эпюры скоростей потока на входе в СУ, обусловленной наличием в подводящем и/или отводящем трубопроводах гидравлических сопротивлений (запорной арматуры, колен и т. д.). Данное обстоятельство определяет необходимость наличия перед указанными СУ прямых участков длиной не менее 10 диаметров условного прохода (Ду) трубопровода. В ряде случаев, например при установке СУ после гидравлических сопротивлений, таких как неполностью открытый вентиль, прямой участок перед СУ достигает длины 50 Ду и более).

Объемный метод измерения на базе мембранных и ротационных преобразователей расхода

Недостатками расходомеров являются ограниченная работоспособность на загрязненном газе, возможность поломки при резких пневмоударах и частичное перекрытие газопровода при поломке, связанной, например, с заклиниванием роторов ротационного счетчика газа, относительно большие габариты, а также стоимость (для ротационных счетчиков газа больших типоразмеров) по сравнению с приборами других типов.

Главным достоинством, многократно перекрывающим недостатки и сделавшим данный метод измерения самым распространенным по количеству установленных приборов, является то, что это единственный метод, обеспечивающий прямое, а не косвенное измерение объема проходящего газа. Кроме этого, нужно отметить полную нечувствительность к любым искажениям эпюр скоростей потока на входе и выходе, что позволяет отказаться от прямых участков и резко сократить габариты

Диафрагменный счетчик газа типа ВК (слева) и ротационный счетчик газа типа RVG (справа) узла учета газа, а также дает возможность обеспечения самых широких диапазонов измерения — до 1:100 и более. Счетчики газа данного типа прекрасно подходят для случаев учета газа при его циклическом потреблении, например, котлами с импульсным режимом горения.

Скоростной метод измерения на базе турбинных преобразователей расхода

Достоинствами расходомеров являются малые габариты и вес, относительно низкие стоимость и чувствительность к пневмоударам, а также значительный диапазон измерения расхода (до 1:30), который существенно превосходит аналогичный показатель для СУ. К недостаткам следует отнести некоторую чувствительность к искажениям потока на входе и выходе расходомера (хотя в современных приборах требования к длинам прямых участков до и после прибора минимальные и составляют, соответственно, всего 2 и 1 Ду), неработоспособность на малых расходах — менее 8 — 10 м3/ч, а также повышенную погрешность при измерении пульсирующих потоков газа.

Турбинный счетчик газа типа TRZ

Однако самым главным достоинством расходомеров объемного и скоростного типа является стабильность коэффициента преобразования в самом широком диапазоне числа Рейнольдса Re потока газа. Обусловлено это тем, что все выпускаемые как у нас в стране, так и в мире счетчики газа калибруются на воздухе при нулевом избыточном давлении, в то время как работают на газе при совершенно других значениях давления.

Обеспечить достоверную сходимость показаний для этих двух случаев возможно только, если расходомер изначально имеет стабильный коэффициент преобразования, т. е. постоянное отношение его естественного выходного сигнала к проходящему через прибор расходу воздуха или газа. Например, для турбинного или ротационного счетчика газа (после необходимых сокращений) данный коэффициент преобразования определяется как количество оборотов турбинки или роторов, соответствующее прохождению единицы объема газа.

Оппоненты могут возразить, что поскольку в узле учета газа кроме объемного расхода все равно необходимо измерять температуру и давление газа, то даже при отсутствии необходимой стабильности коэффициента преобразования у прибора всегда имеется возможность при проведении его калибровки линеаризовать его статическую характеристику. А при переходе к реальным условиям эксплуатации также внести соответствующие корректировки, рассчитав число Re для каждого случая измерения. Тем более что современная микроэлектроника позволяет решать и более сложные задачи при относительно небольших затратах. Действительно, описанную выше задачу решить принципиально можно, но необходимо полностью сформулировать ее условия, а этого пока не удается. Дело в том, что при течении газа по трубопроводу, а особенно при его расширении или сжатии (что имеет место, например, при повороте трубопровода или обтекании потоком каких-либо препятствий), имеют место сложные аэро- и термодинамические процессы. Соответственно, зависят они не только от величины числа Re, но и от значений других аэро- и термодинамических критериев, в частности, чисел Струхаля St, Нусельта Nu, Фруда Fr. А для проведения коррекции с учетом этих значений, во-первых, отсутствует необходимый экспериментальный материал, а во-вторых, для их определения как минимум нужна непрерывная информация о составе газа, которая в случаях установки приборов учета газа у потребителей отсутствует.

Несомненными достоинствами вихревых расходомеров являются их нечувствительность к пневмоударам и возможность работы на загрязненных газах. К недостаткам относятся повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (примерно такая же, как и у стандартных сужающих устройств (СУ)) и относительно большие невозвратимые потери напора, связанные с интенсивным вихреобразованием при обтекании потоком плохо обтекаемого тела (так называемого тела обтекания). Кроме того, если узел съема сигнала расходомера термоанемометрический, прибор становится энергозависимым, а если он выполнен с использованием пьезоэлементов, возникают весьма серьезные проблемы с обеспечением помехозащищенности при наличии внешних механических вибраций газопровода.

Однако самым серьезным недостатком вихревых расходомеров является недостаточная стабильность коэффициента преобразования в необходимом диапазоне изменения расхода газа, что практически не позволяет рекомендовать приборы данного типа для коммерческого учета газа без предварительной калибровки изделия непосредственно в условиях эксплуатации или крайне близких к ним. Анализ данных проблем дан в [1]. Не случайно всемирно известная фирма Endress + Hauser, являясь производителем вихревых расходомеров серии Prowirl, не рекомендует их применение в случаях, когда требуется высокая точность измерения [2].

Достоинством ультразвуковых расходомеров является их наибольшая перспективность в коммерческом учете газа. Ранее их применение сдерживалось высокой стоимостью изготовления и недостаточной надежностью электронного блока. Однако в настоящее время с развитием микроэлектроники данный недостаток постоянно уменьшается. Приборы этого типа не имеют ни подвижных частей, ни частей, выступающих в поток. Соответственно, они практически не создают дополнительных потерь напора и могут потенциально иметь весьма высокую надежность. Также они могут обеспечивать измерения в широком диапазоне изменения расхода газа и быть энергонезависимыми, т. е. в течение длительного времени работать от встроенного автономного источника питания.

Ультразвуковой счётчик газа

Недостатком является необходимость применения многолучевых ультразвуковых расходомеров (2-лучевых и более) с последующей обработкой информации по весьма сложной программе для того, чтобы практически исключить влияние искажений потока газа на точность измерения. К сожалению, выпускаемые в России ультразвуковые счетчики газа по совокупности своих характеристик пока не отвечают всем необходимым требованиям к приборам коммерческого учета газа и, соответственно, могут найти весьма ограниченное применение.

Струйные автогенераторные расходомеры

На указанном методе измерения остановимся подробнее, т. к. в настоящее время счетчики газа, созданные на базе расходомеров данного типа, без необходимой метрологической экспертизы начали активно применяться для коммерческого учета газа. Расходомер представляет собой бистабильный струйный элемент, охваченный отрицательными обратными связями, выполненными в виде пневматических каналов, соединяющих выходные каналы струйного элемента с одноименными каналами управления (левый — с левым, правый — с правым). При наличии расхода газа через сопло питания струйного элемента его струя попадает в один из выходных каналов и создает в нем повышенное давление, которое через соответствующий канал обратной связи подается в одноименный канал управления и переключает струю, выходящую из канала питания, в другое устойчивое положение. Затем процесс переключения струи повторяется. Частота переключений пропорциональна расходу газа через сопло питания струйного элемента. Таким образом, в данном методе измерения имеет место создание аэродинамического генератора колебаний с частотой, пропорциональной расходу газа.

Струйному автогенераторному расходомеру присущи те же недостатки, которыми обладает вихревой расходомер, а именно: большие невозвратимые потери напора и повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (в варианте его применения в комплекте с СУ). Однако, к сожалению, есть и дополнительные минусы. Во-первых, струйный элемент (основа данного прибора) имеет крайне большие размеры по отношению к величине измеряемого расхода. Поэтому он, с одной стороны, может применяться только в качестве парциального расходомера, через который идет незначительная часть проходящего через измерительное сечение расхода газа (а это неминуемо снижает достоверность измерений), а с другой, существенно больше, чем вихревой расходомер, подвержен засорению (т. е. не обладает одним из основных преимуществ вихревого расходомера). Во-вторых, нестабильность коэффициента преобразования у данного прибора еще больше, чем у вихревого расходомера. Так, например, при испытаниях одного из видов струйного расходомера [3] было установлено, что изменение коэффициента преобразования у различных модификаций прибора находится в диапазоне 14,5-18,5 % при изменении расхода через прибор в диапазоне не более 1-5.

Достоинства у расходомера те же, что и у вихревого, за исключением работоспособности на загрязненных газах. Они могут применяться вместо датчиков перепада давлений на расходомерах переменного перепада. Принципиально это позволяет расширить диапазон измерения последнего. Однако отмеченные недостатки вряд ли позволяют рассчитывать на серьезное внедрение данного метода для коммерческого учета газа.

Данные расходомеры являются одними из самых точных. Широко применяются для коммерческого учета жидкостей и сжатых газов. Наиболее типовое место применения в газовой промышленности — учет количества природного газа, отпускаемого на автомобильные газонакопительные компрессорные станции. В этом случае газ сжат до давления примерно в 20 МПа (200 бар) и имеет плотность, достаточную для применения данного метода. Недостатками являются большая масса, габариты и цена, а также влияние внешней механической вибрации на показания изделий. Расходомеры выпускаются многими ведущими производителями расходомерной техники. Случаев применения для учета газа в сетях низкого и среднего давления неизвестно.

Термоанемометрические (тепловые) расходомеры

Достоинством является отсутствие подвижных частей и, соответственно, потенциально высокая надежность работы в условиях пневмоударов, перегрузок и т. д.

Основной недостаток термоанемометрических расходомеров, относящихся к классу тепловых, является следствием их принципа действия. Они фактически измеряют теплосъем с нагревательного элемента, который (при известной теплоемкости среды) однозначно связан с массовым расходом. Таким образом, приборы данного типа являются счетчиками массового расхода газа. Это могло стать достоинством, если бы расчет за газ производился с оплатой за единицу массы. Однако в нашей стране потребитель платит за объем газа, приведенный к нормальным условиям. Соответственно, для перехода от массового расхода к расходу природного газа при нормальных условиях требуется указанный массовый расход разделить на плотность газа при нормальных условиях. Однако плотность зависит от состава газа, а ее изменения в течение короткого времени могут достигать 10 % и более. В то же время состав газа самим прибором не измеряется и может вноситься вручную не чаще нескольких раз в сутки. Поэтому данные приборы вообще трудно отнести к приборам, пригодным для коммерческого учета газа, что обоснованно в [4, 5].

Проанализировав ситуацию на рынке приборов коммерческого учета газа, можно сформулировать следующие выводы:

1. Основным критерием применимости методов измерения для коммерческого учета газа является стабильность «естественного» (т. е. получаемого при градуировке без дополнительной коррекции по температуре и давлению газа) коэффициента преобразования в максимально широком диапазоне изменения режимов течения газа в трубопроводе. Только это позволяет с полным основанием производить градуировку и поверку приборов учета газа на воздушных расходомерных стендах с последующим распространением полученных результатов на случаи измерения природного и других газов, в том числе при давлении и температуре, отличающихся от условий градуировки или поверки.

2. Из появившихся в последние годы новых методов измерения расхода для коммерческого учета газа низкого и среднего давления потенциально применим только ультразвуковой метод измерения с преобразователями расхода в многолучевом исполнении.

3. Коммерческий учет газа в трубопроводах малого и среднего диаметров (до 300 мм) при расходах газа до 6 000 м3/ч наиболее целесообразно производить с использованием диафрагменных (мембранных), ротационных и турбинных счетчиков соответственно увеличению диаметров трубопроводов и расхода газа.

4. Расходомеры переменного перепада наиболее целесообразно применять для коммерческого учета газа в газопроводах больших диаметров (свыше 400 мм), ограничивая по возможности диапазоны измерения расхода, например, создавая «гребенки» параллельно установленных расходомеров и подключая / отключая соответствующие каналы измерения при увеличении или уменьшении расхода газа через данный расходомерный узел.

Измерение расхода газа и жидкости в трубопроводе

Читайте также:

  1. A) Учет расхода основных материалов.
  2. I. Измерение силы тока.
  3. Амортизаторные жидкости
  4. Анализ затрат по статьям расхода.
  5. Анализ риска. Определение и измерение риска. Кривая Фармера. Законодательные акты регламентирующие риск.
  6. Безработица: понятие и измерение
  7. БЛАГОДАРЯ ОТКРОВЕНИЮ ТАЙНЫ ПРЕСВ. ТРОИЦЫ ОТКРЫЛОСЬ НОВОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ОБРАЗА
  8. Буферные жидкости
  9. Вакуум. Получение и измерение вакуума.
  10. Введение. Измерение информации
  11. ВВП и его измерение.
  12. Величины. Сравнение. Измерение

Лекция № 7

Цели:

· Сформировать представление об измерении расхода газа и жидкости в трубопроводе;

· Познакомить с техникой измерения расхода газа и жидкости в трубопроводе.

На промыслах часто возникает необходимость измерять расходы газов и жидкостей непосредственно в трубопроводах при помощи различных приборов.

Существуют расходомеры переменного перепада давления.

Принцип действия расходомеров данного типа, объединенных единым методом измерений, основан на измерении перепада давления, образующегося в результате местного изменения скорости потока жидкости, газа или пара.

Для измерения расхода жидкостей, газов или пара по перепаду давления необходимы три элемента, объединенные общим понятием расходомер переменного перепада:

1. устройство, создающее перепад давления в потоке измеряемой среды за счет местного изменения скорости потока или по величине (сужающие устройства), или по направлению (изогнутые участки трубы);

2. измерительный прибор – дифманометр, измеряющий перепад давления;

3. соединительное устройство, передающее перепад давления от потока к дифманометру.

Иногда к этим элементам добавляются еще вторичный преобразователь, преобразующий показания дифманометра в электрический или пневматический сигнал, и вторичный прибор для регистрации этого сигнала.

В настоящее время распространены стандартные сужающие устройства трех типов:

Диафрагма представляет собой тонкий диск, имеющий отверстие, концентричное оси трубы с острой прямоугольной кромкой со стороны входа в поток Давления у камерных диафрагм отбирают из камер, соединенных с трубой кольцевыми щелями. Преимуществом камерных диафрагм является отбор действительных средних давлений и в связи с этим несколько менее жесткие требования к длине прямолинейных участков трубопровода до и после диафрагмы; недостатком – необходимость специальных уплотнительных устройств для герметизации камер.

Нормальное сопло выполняют в виде насадки, имеющей входную сходящуюся часть. Выходная кромка сопла, как и у диафрагмы, должна быть острой, без закруглений и заусенцев. Давления также можно отбирать или через отдельные отверстия, или при помощи камер и кольцевых щелей. Торцевая поверхность сопла должна быть полированной.

Трубчатый расходомер Вентури может устанавливаться на трубопроводе как вертикально, так и горизонтально. Входная часть трубы до места отбора меньшего давления имеет тот же профиль, что и нормальное сопло.

Контрольные вопросы ко 2 разделу

1. Для каких целей измеряют продукцию скважин?

2. Какой метод измерения продукции скважин применяется на старых площадях месторождений?

3. Описать объемный способ измерения продукции скважины.

4. Рассказать принцип действия измерения продукции скважин «Спутником».

5. Описать расходомер турбинного типа ТОР-1.

6. Описать влагомер УВН-2.

7. С помощью какого прибора измеряется количество газа в «Спутнике»? Описать его.

8. От каких параметров зависит точность показаний замерных приборов?

9. Из каких элементов состоят расходомеры переменного перепада давления?

10. Описать камерную диафрагму, нормальное сопло и трубу Вентури.

РАЗДЕЛ 3

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 1221 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

ПРАМЕНЬ — Производство и поставка расходомеров, счетчиков топлива. — ООО ПРАМЕНЬ. Производство расходомеров, дозаторов, искробезопастных барьеров

Звоните:+74993488793, +74957776675доб 29797, 810 375293333813
факс: +7 (495) 777-66-75 доб. 37645

WhatsApp;Viber: +375293333813
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Струйные расходомеры

Расходомеры данного вида служат для измерения расхода или скорости. Главным элементом преобразователей таких приборов является вытекающая струя жидкости или газа. Именно поэтому эти расходомеры называют струйными. Струйные расходомеры нашли применение в теплоэнергетике, топливной и химической промышленности, медицине и т.д. для коммерческого, метрологического и технологического контроля потоков жидкости, газа и пара.

Расходомеры данного вида обладают низким порогом чувствительности, что позволяет измерять малые расходы газа и жидкости.

Струйные расходомеры делят на три группы, в каждой из которых функция вытекающей струи, а следовательно, и принципы их действия совершенно различны.

Приборы первой группы — расходомеры с осциллирующей струей, которые являются одной из разновидностей вихревых расходомеров. Частота колебаний данных приборов пропорциональна объемному расходу.

Этот метод измерения недостаточно распространён. Данный расходомер представляет собой бистабильный струйный элемент, охваченный отрицательными обратными связями, которые выполнены в виде пневматических каналов, соединяющих выходные каналы струйного элемента с одноименными каналами управления (левый – с левым, правый – с правым).

При наличии расхода газа через сопло питания струйного элемента выходящая из него струя попадает в один из выходных каналов и создает в нем повышенное давление, которое через соответствующий канал обратной связи подается в одноименный канал управления и переключает струю, выходящую из канала питания, в другое устойчивое положение. Затем процесс переключения струи повторяется. Частота переключений пропорциональна расходу газа через сопло питания струйного элемента.

Таким образом, в данном методе измерения, также как и в вихревом, используется принцип создания аэродинамического генератора колебаний с частотой, пропорциональной расходу газа.

Расходомеры данной группы обладают всеми недостатками, которые присущи вихревым расходомерам. Но основным недостатком является крайне большие размеры струйного элемента, который является основой данного прибора, по отношению к величине измеряемого расхода. Поэтому он, с одной стороны, может использоваться только в качестве парциального расходомера (через него идет только незначительная часть расхода газа, проходящего через измерительное сечение), а это снижает достоверность измерений. С другой же стороны, расходомер с осциллирующей струей существенно больше подвержен засорению, чем вихревой (т.е. не обладает одним из основных преимуществ вихревого расходомера). Также существенным недостатком расходомера данного типа можно считать нестабильность коэффициента преобразования (еще больше, чем у вихревого расходомера). Изменение коэффициента преобразования у различных модификаций данного расходомера находится в диапазоне от 14,5% до 18,5% при изменении расхода через прибор в диапазоне изменения расхода не более 1:5.

Расходомер с осциллирующей струей обладает теми же достоинствами, что и вихревой, не считая работоспособности на загрязненных газах.

Данные расходомеры применяют взамен датчиков перепада давлений, на расходомерах переменного перепада, что позволяет расширить диапазон измерения последнего. Однако вышеуказанные недостатки не позволяют рассчитывать на серьезное внедрение данного метода для коммерческого учета газа.

Приборы второй группы — расходомеры ударно-струйные, которые измеряют зависящий от расхода перепад давления, возникающий при ударе струи жидкости или газа. Но область применения счетчиков данного типа ограничена: их применяют лишь для измерения малых расходов.

В основу работы струйного расходомера данного типа положен принцип измерения расхода и количества сред методом переменного перепада давления. Определение величины перепада давления и преобразование его для целей измерения расхода потока производится струйным автогенератором (САГ). Он используется вместе с сужающим устройством, что фактически заменяет дифманометр в узлах учета на основе сужающих устройств (СУ).

САГ представляет собой бистабильный струйный элемент, охваченный обратными связями, которые обеспечивают режим автоколебаний. Колебания струи в САГ генерируют пульсации давления, которые при помощи пьезодатчиков преобразуются в электрический сигнал. Частота этого сигнала пропорциональна объемному расходу (корню квадратному из перепада давлений между входом и выходом САГ, т.е. между плюсовой и минусовой камерами сужающего устройства, входящего в состав струйного расходомера).

Рисунок 1 – Схема преобразователя расходомера с отклонением вытекающей струи.

Приборы третьей группы — расходомеры с отклонением вытекающей струи. Принцип работы данного счетчика жидкости основан на зави-симости перепада давления от измеряемой скорости жидкости или газа, возникающего при отклонении струи вспомогательного газа или жидкости. Схема преобразователя такого прибора показана на рисунке 1.

Струя вспомогательного газа или жидкости, подаваемых под давлением 0,2 МПа, непрерывно с большой скоростью вытекает из соплового отвер-стия трубки 1. При измерении скорости газа вспомогательное вещество — воздух или другой газ, а при измерении жидкости — вода или другая жидкость. На расстоянии 21 мм напротив соплового отверстия трубки 1 симметрично расположены отверстия двух приемных трубок 2 и 3, расстояние между осями которых равно 2,2 мм. Вытекающая струя создает в приемных трубках давления р1 и р2. Если измеряемая скорость v равна нулю, то струя вспомогательного газа или жидкости не отклоняется от своего направления, а следовательно р1 = р2. С появлением скорости v струя, вытекающая из трубки 1, будет отклоняться вправо, вследствие чего давление р1 в трубке 2 будет расти, а давление р2 в трубке 3 — падать. Разность давлений р1 — р2 увеличивается с увеличением скорости v струи. Зависимость р1 — р2 от скорости v близка к линейной. Прибор предназначен для измерения сравнительно небольших скоростей от 3 см/с до 3 — 6 м/с газа и от 0,3 до 30 см/с жидкости предпочтительно у потоков, имеющих равномерный профиль скоростей[1].

Ультразвуковые расходомеры по доступной цене. Определится с выбором поможет наш сайт.

  1. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник: Кн. 2 / Под общ. ред. Е. А. Шорникова. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2004. — 412 с

Обзор Обзор новых нормативных документов, распространяющихся на измерения расхода и количества природного газа.

ОБЗОР НОВЫХ НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ, РАСПРОСТРАНЯЮЩИХСЯ НА ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА И КОЛИЧЕСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА

А.К. Карпович, нач. отдела теплотехнических измерений ФГУ «Тест-С.-Петербург»

О.Н. Устьянцева, зам. нач. отдела теплотехнических измерений ФГУ «Тест-С.-Петербург»

В 2006-2007 г.г. введены в действие новые документы, регламентирующие требования к измерению и учету природного газа. Разработка и введение в действие новых документов вызваны необходимостью гармонизации отечественных нормативных документов с международными стандартами, повышения точности измерений расхода и количества газа и энергоносителей, совершенствования парка приборов учета и программ обработки результатов измерений. Ниже указаны эти документы.


1. ГОСТ Р 8.618-2006

С 01.06.2006 г. введен в действие национальный стандарт Российской Федерации — ГОСТ Р 8.618-2006 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расхода газа». В качестве Государственного первичного эталона единиц объемного и массового расходов газа введен комплекс расходоизмерительных установок с диапазоном измерения от 3×10 -3 до 1×10 4 м 3 /ч. Эталон обеспечивает воспроизведение единиц объемного и массового расходов газа со средним квадратическим отклонением результата измерений, не превышающим 3,5×10 -4 при 11 независимых измерениях. Неисключенная систематическая погрешность не превышает 4×10 -4 . Передача размеров единиц массового и объемного расходов газа рабочим эталонам и рабочим средствам измерений осуществляется непосредственным сличением с помощью компаратора. Пределы допускаемой относительной погрешности рабочих эталонов 1 разряда составляют от 0,2% до 0,5%, а рабочих средств измерений от 0,3% до 4%, в отличие от отмененных ГОСТов, где пределы допускаемой относительной погрешности рабочих средств измерений составляли от 0,5% до 5%.

2. ГОСТ 8.586.1-2005 — ГОСТ 8.586.5-2005

С 01.01.2007 г. Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии № 237-ст от 31.10.2006 г. введен межгосударственный стандарт ГОСТ 8.586.1. 5-2005 «ГСИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств» в качестве национального стандарта в Российской Федерации. ГОСТ состоит из пяти частей и распространяется на измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления при применении следующих типов сужающих устройств: диафрагмы, сопла ИСА 1932, эллипсных сопел, сопла Вентури и трубы Вентури. Части 1-4 комплекса стандартов являются модифицированными по отношению к международным стандартам ИСО 5167:2003. В первой части изложены общие требования к условиям измерений при применении всех типов сужающих устройств. Вторая, третья и четвертая части устанавливают технические требования к конкретным типам сужающих устройств, а в пятой части приведена методика выполнения измерений с помощью указанных типов сужающих устройств.

Новый комплекс стандартов ГОСТ 8.586.1. 5-2005 не является точной копией международного стандарта ИСО 5167 и имеет следующие отличия:

а) ИСО устанавливает достаточно жесткие ограничения на шероховатость внутренней стенки измерительных трубопроводов и радиус входной кромки диафрагм. В ГОСТте используются поправочные коэффициенты, учитывающие шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода и притупление входной кромки диафрагмы, что позволяет в отличие от международного стандарта, существенно расширить возможность применения ГОСТа путем введения дополнительных составляющих неопределенности расхода, обусловленных неточностью этих коэффициентов;

б) изменены требования к определению необходимой длины прямолинейных участков измерительных трубопроводов для ряда местных сопротивлений, не включенных в международный стандарт;

в) ГОСТ допускает применение труб Вентури в более широком диапазоне чисел Рейнольдса, чем устанавливает международный стандарт;

г) изменена формула для расчета коэффициента истечения. До последнего времени в России коэффициент истечения диафрагм определялся по уравнению Штольца. Исследования экспериментальных данных показали, что у равнение Штольца обладает методической погрешностью, поэтому было принято уравнение Ридера-Харриса-Галахера, которое позволяет повысить точность измерения расхода с помощью диафрагм.

Необходимость введения всех вышеперечисленных дополнений обусловлена спецификой эксплуатации измерительных комплексов с сужающими устройствами в РФ и в странах СНГ.

Среди целого ряда отличий нового ГОСТа от отмененного ГОСТа 8.563-1997 наиболее существенными являются:

— новый, более четкий, алгоритм расчета расхода;

— более жесткие требования к конструкции измерительного трубопровода;

— характеристика точности результата измерений выражена в терминах «неопределенность».

Введение ГОСТ позволит расширить область применения сужающих устройств и повысить точность результата измерений примерно на 0,2-0,3 процента.

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии разъясняет, что требования нового ГОСТа распространяются только на вновь создаваемые и реконструируемые узлы учета газа и жидкости, однако все расчеты, связанные с процессом измерения расхода газа и жидкостей, должны быть выполнены в соответствии с требованиями ГОСТ 8.586.1. 5-2005, независимо от времени ввода в эксплуатацию узлов учета. 2007год установлен как переходный период, с целью разработки предприятиями различной формы собственности мероприятий по внедрению положений нового стандарта.

Введение нового ГОСТа влечет за собой необходимость изменения программ для вычислителей расхода и количества вещества. Для выполнения расчетов ВНИИ Расходометрии разработал программный комплекс «Расходомер ИСО», который рекомендован к применению в качестве базовой программы при использовании ГОСТа 8.586.1 — 5-2005. Вновь изготавливаемые вычислители должны иметь программу по алгоритму нового ГОСТа. Для вычислителей, находящихся в эксплуатации, предлагается два пути перехода на новый ГОСТ. Первый — изменение программы и замена ПЗУ. Второй путь внесение дополнительных погрешностей в результат измерений.

Для новых измерительных комплексов, конструкций измерительных трубопроводов, которые не соответствуют требованиям ГОСТа, должна быть экспериментально определена дополнительная погрешность. Для такого комплекса должна быть разработана и аттестована в установленном порядке индивидуальная МВИ с учетом дополнительной погрешности по причине несоответствия конструкции новым требованиям.

Экспериментальные исследования измерительных комплексов по выявлению дополнительной погрешности отражены в МИ 3018-2006 «ГСИ. Определение метрологических характеристик измерительных комплексов на базе сужающих устройств современными методами вычислительной гидродинамики», разработанных ВНИИ расходометрии.

3. ПР 50.2.022-99

Взамен правил по метрологии ПР 50.2.022-99 «ГСИ. Порядок осуществления государственного метрологического контроля и надзора за применением и состоянием измерительных комплексов с сужающими устройствами» разрабатываются новые правила. До принятия новых правил метрологический контроль и надзор за применением и состоянием измерительных комплексов осуществляется в соответствии с действующими правилами ПР 50.2.022-99.

4. ПР 50.2.019-2006

С 01.06.2007 г. Приказом № 325-ст от 21.12.2006 г. Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии введены в действие Правила по метрологии ПР 50.2.019-2006 «ГСИ. Методика выполнения измерений при помощи турбинных ротационных и вихревых счетчиков» взамен ПР 50.2.019-96. В новых правилах учтены требования международного стандарта ИСО 9951-93 «Измерение расхода газа в замкнутых трубопроводах. Турбинные счетчики» в части измерения расхода текучих сред. В правилах расширена область их применения не только на турбинные и ротационные счетчики, но и на вихревые расходомеры-счетчики газа.

Изменились требования к монтажу средств измерений. Контроль круглости измерительного трубопровода — ИТ проводится не только перед счетчиком, но и после счетчика. Результаты измерений не должны отличаться от среднего диаметра более чем на 2%. Внутренний диаметр ИТ допускается определять непосредственным измерением или методом измерения наружного диаметра ИТ и толщины его стенки с последующим вычислением. В случае отсутствия требований к длинам прямых участков до и после счетчика, установленных в технической документации на конкретный счетчик, длина прямого участка перед турбинными и вихревыми счетчиками должна быть не менее 40Д. Более жесткими стали требования к конусным переходам. Даны рекомендации по монтажу струевыпрямителей, фильтров, устройств подготовки потока. Приведены формулы расчета погрешности. В качестве предельного значения погрешности измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям, и энергосодержания по каждой реализации данной МВИ подразумевается наибольшее значение относительная погрешность измерений в реальных условиях эксплуатации узла учета газа. Введен раздел «Проверка реализации МВИ». Проверку реализации МВИ проводят органы ГМС или метрологической службы юридических лиц, аккредитованные на право аттестации МВИ. Проверка проводится перед вводом в эксплуатацию или после внесения изменений в узел учета.

В настоящее время для учета газа применяются как отдельные средства измерения, так и измерительные комплексы, внесенные в Госреестр СИ. Основной задачей МВИ является получение результатов измерений объема газа, приведенного к стандартным условиям, и энергосодержания в реальных условиях эксплуатации. Организациям, эксплуатирующим узлы учета газа, необходимо разработать МВИ. ФГУ «Тест-С.-Петербург» планирует проводить работы для организаций по разработке МВИ и расчету погрешности измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям и его энергосодержания.

В настоящее время парк приборов учета газа развивается и в количественном, и в качественном направлениях, и для обеспечения их точности необходимо совершенствовать не только эталонную базу, но и нормативные документы. Введение в действие новых документов способствует дальнейшему совершенствованию метрологического обеспечения учета природного газа.

Журнал «Энергонадзор-информ» № 3 2007 г.

Расходомеры газа

Для измерения расхода газа применяются расходомеры газа. В качестве расходомеров газа используются тепловые расходомеры (термоанемометрические расходомеры, калориметрические расходомеры).

Модели приборов и аналоги

Исходя из требуемых параметров среды и условий установки, можно подобрать подходящую модель расходомера. Основные модели представлены в таблице:

Модель Измеряемая среда Типоразмер трубопровода
(диаметр условного прохода)
Диапазон измерения Температура Особенности
H-series 1500 PSI Воздух, едкие и коррозионные газы 6…76 мм 1…350 л/с -29…+116ºС
(опционально до +260ºС)
Ротаметр.
Возможно исполнение для
применения в опасных средах
SD-series Газ, сжатый воздух 15…200 мм 0,2. 17500 м 3 /ч 0…60°С Термоанемометрический.
Возможна работа с малыми
скоростями потока (при дозировании газов).
SL5201 Газ, воздух 23 мм 2…200 м/с -10…50°С Калориметрический.
Для применения в системах
вентиляции в автоматизации зданий
Cox CPG-Gas Газ 12,7…50,8 мм 28…7000 л/мин -267…230°С Турбинный.
Может быть измерен практически любой чистый газ –
аргон, воздух, гелий кислород, аммиак, метан, азот и др.
Повторяемость составляет ±0,25% от показаний
Blancett® QuickSert® Gas B142 Газ до 50 мм 190…9832 л/мин -40…165°С Турбинный.
Бесфланцевое исполнение

Преимущества расходомеров газа

Принцип работы расходомера определяет его достоинства:

  • Вихревые:
    • прочная и простая конструкция;
    • простота в эксплуатации;
    • высокая надежность;
    • возможность работы в разных средах и на загрязненных газах;
    • малые потери давления;
    • хорошее соотношение цены и качества измерений;
    • широкий диапазон температур.
  • Калориметрические:
    • высокая точность;
    • большой диапазон измерения;
    • малая инертность;
    • измерение пульсирующих потоков.
  • Термоанемометрические:
    • отсутствуют подвижные части;
    • высокая надежность в условиях пневмоударов и перегрузок;
    • малые потери давления.
  • Ротаметры:
    • простая конструкция;
    • невысокая цена;
    • прямой способ измерения;
    • измерения не чувствительны к искажениям скоростей потока;
    • стабильный коэффициент преобразования.
  • Турбинные:
    • надежная и простая конструкция;
    • стабильный коэффициент преобразования;
    • отсутствие пульсаций;
    • низкая чувствительность к воздействию давления;
    • простота обслуживания;
    • стойкость к загрязнениям.
  • Переменного перепада давления:
    • высокая точность измерения;
    • удобство и универсальность;
    • возможность измерения любых расходов;
    • широкий диапазон давлений и температур;
    • простая конструкция.

Недостатки

Недостатки, как и преимущества, определяются рабочим методом приборов:

  • Вихревые:
    • потери давления;
    • недостаточная стабильность коэффициента преобразования;
    • большая чувствительность к вибрациям;
  • Калориметрические и Термоанемометрические (термально-массовые расходомеры):
    • нестабильность характеристик;
    • сложность измерительной системы.
  • Ротамеры:
    • имеются подвижные части в конструкции;
    • в большинстве случаев возможен только визуальный контроль;
    • не работают на загрязненном газе.
  • Турбинные:
    • требовательны к равномерности потока;
    • наличие динамической погрешности.
    • ограничения по типоразмерам;
  • Переменного перепада давления:
    • потеря энергии потока;
    • чувствительность к пульсациям и инородным примесям

Принцип работы расходомеров газа

В вихревых расходомерах используется измерение частоты колебаний, возникающих в потоке в процессе вихреобразования. На пути потока газа устанавливается тело обтекания, за которым образуется система вихрей. Частота вихрей пропорциональна скорости потока.

Принцип работы калориметрических расходомеров основан на нагреве потока газа внешним источником тепла. Расход определяется по значению мощности при постоянной температуре, либо по разности температур при постоянной мощности.

Работа термомассовых расходомеров основана на использовании конвекционного переноса тепла от нагретой поверхности. По конвекционному переносу тепла определяется скорость движения газа.

Ротаметр состоит из конической трубки и поплавка. Каждому положению поплавка соответствует определенный расход.

Турбинные расходомеры преобразуют скорость потока газа, проходящего через сечение трубопровода в частоту вращения турбины, установленной в трубопроводе. Частота вращения преобразуется в частоту электрических импульсов.

Расходомеры дифференциального давления используют зависимость перепада давления и расхода вещества:

  • В расходомерах Типа Coin® труба имеет v-образный клин. Благодаря сужению создается перепад давления, по которому определяется расход;
  • В расходомерах типа Venturi используется трубка Вентури. В трубке создается перепад давления, который показывает расход;
  • В расходомерах типа Ellipse используется трубка Пито – Г-образная трубка. Избыточное давление в трубке определяется расход.

Области применения расходомеров газа

Области применения расходомеров газа обширна, также как и количество их типов.

  • Химическая промышленность
    • измерение параметров природного газа;
    • контроль выбросов газов;
  • Нефтяная и газовая промышленность
    • измерение параметров топливного газа;
    • обнаружение утечек;
    • контроль природного газа в котлах, печах;
    • обнаружение утечек в трубах;
    • газовый каротаж;
    • измерение расхода газообразного кислорода;
  • Энергетика
    • контроль дожига;
    • измерение параметров топливного газа;
  • Производство энергии: контроль в паровых установках;
  • Промышленное применение: контроль при производстве газовых смесей;
  • Коммерческое применение:
    • измерение потребления газа для внутреннего учета;
    • измерение потребления сжатого воздуха;
    • измерение потребления горелки;
  • Измерение в системах отбора воздуха;
  • Технологический учет расхода газов;
  • Контроль расхода для анализа критических ситуаций;
  • Контроль сжатого воздуха.

Как купить расходомер газа

При выборе расходомера газа требуется уделить внимание различным параметрам среды, условиям эксплуатации и методу подключения. Наши специалисты помогут вам с выбором и проконсультируют по ценам. Если вы хотите купить расходомер газа, свяжитесь с нами по телефону или закажите консультацию специалиста.

Обзор рынка расходомеров для нефтяной и газовой промышленности Текст научной статьи по специальности « Экономика и экономические науки»

Аннотация научной статьи по экономике и экономическим наукам, автор научной работы — Андреева М.М., Староверова Н.А., Нурахметов М.Б.

Рассмотрены расходомеры применяемые в нефтегазовой промышленности, недостатки и их решение предлагаемые компаниями таких как: Emerson Process, Endress+Houser, Siemens Industry, Yokogawa, Krohne. Новые, более автоматизированные типы расходомеров. Прогнозы применение их видов в будущем.

Похожие темы научных работ по экономике и экономическим наукам , автор научной работы — Андреева М.М., Староверова Н.А., Нурахметов М.Б.,

Текст научной работы на тему «Обзор рынка расходомеров для нефтяной и газовой промышленности»

М. М. Андреева, Н. А. Староверова, М. Б. Нурахметов

ОБЗОР РЫНКА РАСХОДОМЕРОВ ДЛЯ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ключевые слова: Энергопотребления, электромагнитные, кориолисовые, ультразвуковые расходомеры, диафрагма, КИПиА, потоковые измерения, износостойкостью измерительной аппаратуры, датчики расхода, многопараметрическое измерение, средства измерения, автоматизация, нефтепереработка, добыча, рынок расходомеров.

Рассмотрены расходомеры применяемые в нефтегазовой промышленности, недостатки и их решение предлагаемые компаниями таких как: Emerson Process, Endress+Houser, Siemens Industry, Yokogawa, Krohne. Новые, более автоматизированные типы расходомеров. Прогнозы применение их видов в будущем.

Keywords: Energy consumption, electromagnetic, Coriolis, ultrasonic flowmeters, aperture, Instrumentation, stream measurement, resistance measurement apparatus, flow sensors, multi-parameter measurement, measurement tools, automation, oil refining, mining,

Considered the flowmeters used in the oil and gas industry, disadvantages and solutions offered by companies such as Emerson Process, Endress+Houser, Siemens Industry, Yokogawa, Krohne. New, more automated types of flowmeters. Forecasts the use of their species in the future.

Благодаря глобальному росту

энергопотребления, в настоящее время активно разрабатываются нефтяные и газовые ресурсы. В связи с тем, что за последние несколько лет технический прогресс сделал возможным добывать нефть и газ в местах со слабо развитой инфраструктурой (электричество, связь и т.д.), используемые при этом средства КИПиА должны иметь возможность функционировать в условиях ограниченного энергообеспечения от солнечных батарей или автономных элементов питания. Другой, тенденцией в автоматизации нефтяной и газовой отрасли является внедрение «безлюдных» технологий, которые позволяют с большей эффективностью использовать рабочее время персонала, не допускать простоев мощностей и значительно снижать риск всевозможных аварий, возникающих из-за человеческого фактора. Это касается и добычи, и переработки, где человек также все больше отдаляется от непосредственного участия в технологическом процессе. Об этом говорит в своем интервью «Будущее за полной автоматизацией» вице-президент по бизнесу в нефтегазовой отрасли группы Plant Web Solutions в составе Emerson Process Management Ларри Ирвинг [1]. Также он отмечает решающую роль автоматике в скорости и эффективности управления процессом. В частности,

Одним из основных параметров, определяющих ход любого технологического процесса, является расход. Определение расхода непосредственно представляет собой потоковые измерения, которые должны обладать необходимой точностью, износостойкостью измерительной аппаратуры, возможностью быстрого перехода между разными состояниями измерения, оперативностью математических вычислений даже при непрямых измерениях. Для этого используются специальные устройства — расходомеры. Точность их работы очень важна, ведь при измерении в потоковом режиме в реальном времени постоянно могут меняться условия оценки — в связи с изменениями температуры жидкости или газа, их вязкости, проводимости, наличия взвешенных частиц, образования вихревых

потоков и т.д. В настоящее время проблеме поиска оптимальных характеристик и конструкций расходомеров посвящено большое количество работ [2].

В последние несколько лет произошел значительный рост спроса на рынке расходомеров. Лидирующую роль среди предложений занимают электромагнитные расходомеры. В стоимостном выражении объем продаж этих устройств по всему миру за 2013 год составил 1,18 млрд. долларов. На втором месте располагаются кориолисовые расходомеры 0 1,02 млрд. долларов. Ожидается, что к 2020 году спрос на этот класс устройств превзойдет электромагнитные расходомеры. Во многом это связано с отраслями промышленности, в которых они применяются. Так, если электромагнитные расходомеры нашли наиболее широкое распространение в измерении воды и, в частности, сточных вод, то кориолисовы расходомеры применяются в нефтегазовой, нефтеперерабатывающей, нефтехимической,

химической и других отраслях промышленности. Прогнозируется, что в ближайшие 5 лет произойдет замещение расходомеров переменного перепада давления на ультразвуковые и кориолисовы.

Крупнейшим рынком для расходомеров остается Азиатско-Тихоокеанский регион, далее следуют Северная Америка и Европа. Азиатско-Тихоокеанский рынок продолжает быть ключевым направлением роста за счет новых инвестиций, обеспеченных увеличением спроса на инновационные технологии в расходометрии для разных отраслей потребления. Средние темпы роста ожидаются и в странах Ближнего Востока, вследствие развития нефтяной промышленности на их территориях.

Расходомеры используются на всех технологических стадиях добычи, транспортировки и переработки нефтяного и газового сырья. Так, на этапе подготовки и подъема нефти необходимо контролировать количество подтоварной нефти. Для решения этой задачи используются кориолисовые и вихреакустические расходомеры. При транспортировке нефти и газа самым

распространенным первичным преобразователем расхода является стандартное сужающее устройство — диафрагма, а в процессах переработки нефти и газа наиболее широкое распространение нашли массовые расходомеры [3].

Каждый класс устройств для измерения расхода имеет свои достоинства и недостатки и целью любой компании-производителя является поиск конкурентного преимущества по тому или иному виду выпускаемого продукта. Электронный журнал по автоматике CONTROLDESIGN опубликовал данные опроса, в котором читателям предлагалась составить рейтинг фирм-производителей расходомеров. Места

распределились следующим образом: 1 — Emerson Process, 2 — Endress+Houser, 3 — Siemens Industry. В связи с этим, рассмотрим основные решения, предлагаемые данными компаниями по измерению расхода, а также ряда других производителей, чьи расходомеры нашили широкое применение в нефтяной и газовой отраслях [4].


Несмотря на то, что объем продаж электромагнитных расходомеров за 2013 год занимает лидирующие позиции, в нефтегазовой отрасли эти устройства не распространены. Это связано с тем, что они нашли широкое применение для измерения кислых, щелочных, ионизированных жидкостей, а также грязных, агрессивных, эрозивных и вязких жидкостей и шламов, но они не подходят для измерения углеводородов и газа.

Одним из основных ограничений измерительных комплексов, построенных на базе расходомеров переменного перепада давлений, является малый динамический диапазон измерения расхода. Это обусловлено возможностями датчика разности давлений. Все производители датчиков разности давлений способны обеспечить погрешность относительно верхнего диапазона измерений, что влечет достаточно грубые измерения нижней части шкалы. Влияние температуры и статического давления приводит к тому, что суммарная погрешность может достигать нескольких процентов. Решением, в данном случае, становится использование таких типов датчиков, у которых нормируется основная относительная погрешность (погрешность относительно измеряемой величины). Достичь основной относительной погрешности ±0,4% удается за счет применения специальной технологии характеризации датчиков разности давления. Благодаря широкому диапазону перенастройки датчика — 200:1 динамический диапазон измерения расхода у таких датчиков составляет 14:1. Лидирующую позицию в этом сегменте занимает разработка компании Yokogawa -новая версия датчиков давления/ перепада давления DPharp. Выпуск нового продукта запланирован на 15 декабря 2014 во всех регионах, кроме Японии и Европы. Европейская премьера намечена на 2015 год. Новый прибор предаёт выходной сигнал в диапазоне от 1 до 5 В постоянного тока, а также по протоколу HART, в соответствии с требованиями, предъявляемыми при разработке и эксплуатации газовых и нефтяных месторождений. Одной из

отличительных особенностей этих датчиков является энергоэффективность (27мВт), которая достигается измененной схемой электропитания. Кроме того датчики DPharp обеспечивают точные и стабильные измерения. Базовая погрешность составляет ±0,055% и в течение семи лет остаётся в пределах ±0,1% от верхнего предела измерений[5].

Другая проблема измерения расхода комплектом переменного перепада давления заключается в требовании к прямолинейным участкам трубопровода. Обычно для этих целей используется стандартная диафрагма и суммарная длина прямолинейных участков исчисляется десятками условных диаметров трубопровода (Dy). Для решения подобной задачи используются расходомеры на базе стабилизирующей диафрагмы, например, такие как Rosemount 405 C фирмы Emerson.

Рис. 1 — Расходомер на базе стабилизирующей диафрагмы, Rosemount 405 C фирмы Emerson

Оптимальность решения заключается в том, что измерительная диафрагма имеет 4 отверстия вместо одного, что позволяет совместить в устройстве функции струевыпрямителя и измерительной диафрагмы. При установке стабилизирущей диафрагмы необходимые длины прямолинейных участков трубопровода 2 Dy до и 2 Dy после места установки, что сокращает временные материальные и трудовые затраты [6].

Современные тенденции все чаще и чаще заставляют использовать ультразвуковые расходомеры на узлах учета нефти и газа, так как они обеспечивают высокую точность измерения 0,3%, а отсутствие сужений не создает потери давлений, что вытекает в результате в существенную экономию энергии. Благодаря тому, что ультразвуковые расходомеры выпускаются в огромном диапазоне типоразмеров (ND от 25 до 3000 мм), их можно применять на трубопроводах большого диаметра для оперативного контроля и контроля утечек. Мировым лидером в области производства ультразвуковых расходомеров является немецкая компания KROHNE. Здесь можно выделить несколько видов расходомеров, которые отличаются по типу монтажа, стоимости, типу измеряемой среды и т. д. Бюджетный вариант 3-хлучевого ультразвукового расходомера для определения расхода нефти представлена моделью UFM 3030. Там, где имеются особые условия производственных процессов, такие как высокое

давление или агрессивная среда, при которых измерительные приборы, ввиду сложности своей конструкции, приобретают достаточно высокую стоимость, подойдут ультразвуковые накладные расходомеры OPTISONIC 6300. Они обладают специальными устройствами для крепления, что существенно сокращает и упрощает процесс монтажа до 20-30 минут. Эти расходомеры нашли применение на процессах нефтепереработки, которые отличаются большим количеством стадий и разнообразием получаемых продуктов, имеющих и высокую температуру, и высокую вязкость, и способность застывать при нормальных условиях. Традиционные методы измерения расходов таких продуктов с применением диафрагм требуют значительных затрат при обслуживании (обогрев, прокачка импульсных линий и др.) и не всегда обеспечивают стабильные измерения. Применение ультразвуковых расходомеров в процессах нефтепереработки позволяет решить проблемы «трудных» измерений и обеспечить надежный технологический контроль.

Для измерения расхода газов компания KROHNE выпустила ультразвуковые расходомеры OPTISONIC 7300 и ALTOSONIC V12. Измеряемой средой может быть природный газ, углеводородные газы (например, этилен), а также азот, воздух и т. д. Специалисты компании KROHNE отмечают, что в последнее время OPTISONIC 7300 стали довольно часто применять в системах регулирования процессов горения на нефте-газоперерабатывающих и химических заводах. Дело в том, что указанные расходомеры, помимо измерения расхода газов, позволяют измерить и скорость ультразвука в газе. По скорости прохождения ультразвука в измеряемом газе можно косвенно судить об энергетической ценности газа и обеспечить оптимальное регулирование процессов горения [7].

Компания Siemens также предлагает свои решения ультразвуковых датчиков, ориентированные на измерение расхода сырой нефти (SITRANS FUH1010) и газа (SITRANS FUG1010). Достоинствами этой линейки устройств является, во-первых, то, что они осуществляют поддержание точного измерения с помощью автоматической компенсации «числа Рейнольдса» при изменениях температуры и вязкости, во-вторых, их возможно применять с несколькими жидкостями, имеющими широкий диапазон вязкости, и, наконец, в этих приборах предусмотрена автоматическая компенсация общего объема вследствие изменения вязкости.

Кроме измерения массового и объемного расхода эти датчики позволяют определять границу раздела сред. Работая в таком качестве, детекторы выдают плотность жидкости, производят точную идентификацию границы раздела в трубопроводах с несколькими жидкостями. Кроме того, точность результата не зависит от наличия прямых участков [8].

Массовые расходомеры, работающие по принципу Кориолиса, подходят для измерения жидкостей и газов. Измерение не зависит от

изменений условий процесса/параметров, таких как температура, плотность, давление, вязкость, проводимость и поток.

Из-за такой универсальности

измерительный прибор прост в установке. Массовый расходомер, работающий по принципу Кориолиса, ценится за высокую точность в широком динамическом диапазоне, что является решающим аргументом для использования во многих приложениях.

Согласно приведенному выше прогнозу, кориолисовы расходомеры в ближайшее время займут лидирующие позиции на рынке этих устройств. Ведущие компании в области расходометрии предлагают свои решения. Высокая конкуренция требует, чтобы устройства не только не уступали аналогам других производителей, но и обладали уникальным преимуществом. Стоит отметить, что большинство предлагаемых продуктов имеют схожие характеристики и это делает их особенно привлекательными по сравнению с другими типами расходомеров. К таким преимуществам можно отнести следующие:

— многопараметрическое измерение (объединение функций нескольких приборов в едином корпусе);

— корректная работа вне зависимости от направления потока;

— не требуются прямолинейные участки трубопровода до и после расходомера;

— отсутствие затрат на установку вычислителей расхода;

— надёжная работа при наличии вибрации трубопровода, при изменении температуры и давления рабочей среды;

— длительный срок службы и простота обслуживания благодаря отсутствию движущихся и изнашивающихся частей;

— не требуется регулярная перекалибровка и техническое обслуживание;

— возможность работы от разных источников питания благодаря самопереключающемуся встроенному блоку питания;

— измерение расхода сред с высокой вязкостью.

— автоматическое восстановление данных для обслуживания.

В таблице 1 представлены последние модели лидеров в этой области, обладающие данными свойствами.

Производитель Серия моделей

Endress+Houser Proline Promass

Emerson Process MicroMotion

Siemens Sitrans FC

Стоит заметить, что кориолисовы расходомеры обладают и рядом недостатков. Первым, и немало значимым, является относительно высокая стоимость устройств этого класса. Однако даже среди продуктов одной компании цены могут отличаться в 2-3 раза, в зависимости от характеристик конкретного расходомера. Вторым минусом кориолисовых расходомеров являются их большие размеры. Однако, в настоящее время многие производители держат курс на создание компактных устройств. И, наконец, третий недостаток связан с недостаточной чувствительностью при измерениях с двухфазными текучими жидкостями. Это означает, что показания массового расхода (плотности) оказываются неверными. Компания Yokogawa провела исследование и дала объяснение этому явлению с акцентом на случай газа в жидкостях, так называемой «аэрацией». Вследствие наблюдений было выявлено, что последствия аэрации в кориолисовых расходомерах не контролируемы в диапазоне расходов, используемых на производстве, поэтому постоянной аэрации следует избегать. В случае краткосрочных аэраций, компанией Yokogawa в серию расходомеров PROMASS внедрена функция «обнаружения пробок» для поддержания массового выхода в присутствии газовых пузырьков [5].

В заключении, в качестве примера внедрения массовых расхдомеров, приведем данные компании Эммерсон о замене существующих на производстве смазочных масел расходомер на кориолисовы расходомеры MicroMotion.

Применение кориолисовых расходомеров на примере внедрения устройств Micro Motion на производстве смазочных масел

Крупный нефтеперерабатывающий завод в северной части побережья Мексиканского залива в США имеют крупное подразделение по смешиванию смазочного масла, где производится разнообразная продукция, включая синтетические и природные моторные масла, трансмиссионные масла, смазочно-охлаждающие жидкости и смазки.

Нефтеперерабатывающий завод использовал в своем производстве камерные расходомеры и последовательное дозирование. Погрешность камерных расходомеров при измерении различных смазочных масел и присадок регулярно приводила к ошибкам в составе смеси, и в результате требовалась значительная последующая переработка для приведения продукта в соответствие с техническими условиями.

Кроме того, проблемы технического обслуживания камерных расходомеров приводили к длительным простоям. Владелец

нефтеперерабатывающего завода был также недоволен длительностью процесса

последовательного дозирования, при котором сырье поступало в производственный резервуар последовательно, а не одновременно.

Два дивизиона компании Emerson Process Management — компании Micro Motion и Fisher _ совместно выполнили модернизацию смесительной установки для обеспечения непрерывного смешивания. Три линии подачи компонентов были

соединены с программой-планировщиком, которая может управлять режимом смешивания, запасами нефтепродукта, закупом присадок, погрузкой продукта в грузовики и автоцистерны и упаковкой.

Управление линиями непрерывной подачи компонентов осуществляется Системой Распределенного Управления PROVOX. Непрерывная одновременная подача компонентов значительно увеличила производительность предприятия. Производственные циклы, ранее занимавшие несколько дней, теперь выполняются за считанные часы.

Вследствие проведенной замены были достигнуты следующие результаты:

• Кориолисовые расходомеры Micro Motion обеспечивают высокую точность измерения. Продукт строго соответствует рецептуре, поэтому нет необходимости в последующей доработке для приведения в соответствие с техническими требованиями.

• Нефтеперерабатывающий завод теперь посылает свою продукцию с производства в вагон / цистерну.

• Промежуточное размещение нефтепродуктов в резервуаре для контрольного анализа качества было исключено как ненужное.

• Расходомеры компании Micro Motion работают без перебоев, сокращая потребность в присутствии оператора в зоне смешивания.

В результате повышения

производительности благодаря установке новых производственных линий, владелец

нефтеперерабатывающего завода смог объединить в одном месте процессы смешивания, которые раньше производились в разных подразделениях по всей стране. Объединение производства на одной территории, обеспечило значительную

Современный рынок расходомеров предлагает потенциальным заказчикам в нефтяной и газовой отрасли широкий выбор средств измерения. Существующие потребности определяют тенденцию развития этой области расходометрии в сторону кориолисовых расходомеров. Они обладают высокой точностью, что нивелирует некоторые их недостатки. Расходомеры дифференциального давления, а также ультразвуковые расходомеры достаточно прочно будут удерживать свои позиции в силу относительно невысокой стоимости и внедрения новых технологий, продиктованных развитием современной промышленности.

1. Сибирская нефть / Все выпуски / 2013 / №106 (ноябрь 2013) / «Будущее — за полной автоматизацией»

2. Исследование метрологических характеристик ультразвукового счетчика газа на эталонных расходоизмерительных установках / Исаев И. А., Хакимов Д.Р., Горчев А.И., Ганиев Р.И. // Вестник

Казанского технологического университета. 2012. Т. 15 № 18. С. 239-245.

3. Анализ течения в измерительном трубопроводе со стандартной диафрагмой методами вычислительной гидродинамики / Горчев А.И., Ермолаев С.А., Гареев Р.С. // Вестник Казанского технологического университета. 2011. № 23. С. 142-145.

4. Исследование динамических характеристик систем измерения расхода природного газа на базе стандартной диафрагмы в условиях эксплуатации / Валиев Э.Р., Николаев Н.А./ Вестник КНИТУ. 2012 с.246-249 № 9

5. Официальный сайт Производственной компании Emerson Process Management [Электронный ресурс] -Режим доступа: . http: // www.emerson.com. html// свободный.

6. Обзор зарубежной печати Журнал- Control Engeneering 2013, свободный.

Особенности измерения расхода газа

Особенности приведения газов к стандартным условиям. Сущность измерения объема газов. Применимость, достоинства и недостатки различных методов оценки их расхода для коммерческого учёта. Устройство расходомеров различных конструкций и их сравнение.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 06.04.2015
Размер файла 237,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Учет и контроль использования энергоресурсов является мощнейшим стимулом к их сбережению, и важнейшая задача в данной области — обеспечение точности результатов измерений. Проанализируем существующие методы измерения объемов газа и сформулируем критерии, помогающие выбору оптимального прибора для конкретной ситуации. Рассмотрим возможности применения расходомеров, разработанных на основе этих методов, для коммерческого учета газа.

1. Газы, приведенные к стандартным условиям

Природный газ в настоящее время является основным видом топлива. Он потребляется миллиардами кубометров. И крупнейшая ТЭЦ, потребляющая тысячи кубометров в час, и хозяин частного дома, сжигающий меньше кубометра за сутки должны за этот газ рассчитываться. Цена на газ установлена за тысячу стандартных кубометров. Что же собой представляют стандартные кубометры? Твердые тела и жидкости очень незначительно меняют свой объем при увеличении давления. Изменение температуры в пределах своего агрегатного состояния тоже не вызывает значительного изменения объема ни у жидкостей, ни у твердых тел. Иначе обстоит дело с газами. При неизменной температуре повышение давления на одну атмосферу приводит к уменьшению объема газа в два раза, на две — в три, на три — в четыре и так далее. Повышение температуры при неизменном давлении приводит к увеличению объема газа, а ее снижение к уменьшению. Исторически сложилось, что природный газ отпускается, и расчет за него ведется в кубометрах. Это связано с тем, что счетчики объемного типа появились раньше. Как известно, первыми были счетчики, использующие принцип переменного перепада давления (сужающие устройства). Последующие счетчики турбинного типа тоже являются объемными. Точнее сказать они измеряют скорость потока, но так как измерение производится в определенном, поддающемся вычислению сечении, то эти методы можно считать объемными. Таким образом, подавляющее большинство счетчиков (можно еще назвать камерные, ротационные, вихревые, струйные, ультразвуковые и т.д.) измеряют объем газа протекающего по трубе. Кориолисовы счетчики, которые измеряют непосредственно массу газа, появились сравнительно недавно и из-за своей стоимости не нашли широкого применения. По-видимому, до тех пор пока природный газ не закончится, его расходы будут измеряться счетчиками объемного типа. Зимой по газопроводу идет меньший объем газа, чем летом. Давление в газопроводах поддерживается компрессорными станциями. Если на компрессорной станции работает два компрессора, то объем газа в трубе будет меньше, чем при работающем одном компрессоре. Хотя по массе это могут быть одни и те же количества, что зимой, что летом, что при более высоком давлении в газопроводе, что при более низком. Очевидно, что объемы газа необходимо пересчитывать для каких-то единых для всех условий по давлению и по температуре. Такие единые для всех условия были установлены и, для исполнения этих условий всеми без исключения, они были закреплены в ГОСТ 2939. В этом ГОСТе сказано, что «объем газов должен приводиться к следующим условиям: а) температура 20°С (293,15°К); б) давление 760 мм рт. ст. (101325 Н/мІ)…». В настоящее время устоялась следующая терминология: объем газа измеренный в газопроводе называют «объемом в рабочих условиях» или «рабочим объемом», а объем газа пересчитанный в соответствии с ГОСТом — «объемом, приведенным к стандартным условиям» или «стандартным объемом». Иногда применяют термин «объем, приведенный к нормальным условиям», но этот термин ошибочный, так как нормальные условия отличаются от стандартных температурой равной 0°С (273,15°К), а не 20°С (293,15°К). Поведение газа при меняющихся параметрах описывается объединенным газовым законом

P1V1 / T1 = P2V2 / T2 (1)

где P — абсолютное давление газа, атм., T — температура газа по абсолютной шкале, V — объем газа, м3. Если левую часть формулы (1) будем считать состоянием газа в стандартных условиях, а правую состоянием того же газа в рабочих условиях, то формула для вычисления объема в стандартных условиях будет выглядеть следующим образом:

Vст = ТстPрVр / TрРст (2)

Подставив известные для стандартных условий значения температуры 293,15°К и давления равного 1 атм. получим формулу для приведения объема газа к стандартным условиям (3)

Vст = 293,15·PрVр / Tр (3)

Для приведения к стандартным условиям измеренных расходов формула (2) примет вид

Qст = 293,15·PрQр / Tр (4)

Для наглядности приведем пример расчета. Предположим, что показания объемного расходомера составляют 1000 м3 за 2 часа. Температура газа +60°С и избыточное давление 8 атм. Определим чему равен измеренный объем газа в стандартных условиях. Для этого подставим значения в формулу (3) учитывая, что температура должна быть в °К, а к избыточному давлению нужно прибавить 1 атм.

Vст = 293,15·9·1000 / 333,15 = 7919,4 ст.м3 (4)

Проделаем то же самое для расхода учитывая, что расход в нашем случае составит в рабочих условиях 500 м3/час

Qст = 293,15·9·500 / 333,15 = 3959,7 ст.мі/час (5).

Таким образом, объем и расход газа, замеренный в газопроводе, называется рабочим объемом и рабочим расходом. Использовать эти данные для взаиморасчетов нельзя. Их необходимо привести в соответствие с ГОСТ 2939. Объем и расход газа, пересчитанные в соответствие с ГОСТ 2939 называются объем (расход), приведенный к стандартным условиям. Или кратко стандартный объем и стандартный расход.

2. Сущность измерения объема газов

При обыкновенных определениях количества газов измеряют объем, занимаемый газом в стеклянном сосуде, обыкновенно разделенном на куб. сантиметры при 15°С, температуру газа и его давление; затем, имея по таблицам вес одного кубич. сантиметра данного газа при наблюдаемых температуре и давлении, находят вес газа по формуле: вес тела в пустоте равен (в метрической мере) произведению из его объема на плотность (или вес единицы объема). Но под плотностью газа обыкновенно разумеют отношение веса газа к весу равного объема воздуха, взятых при нормальных условиях, т. е. при температуре 0°С и давлении 760 мм. Заметим, что для идеального газа, следующего закону Бойля-Мариотта, каковым и считается при обыкновенных определениях всякий газ, достаточно удаленный от сжижения; это отношение не изменится и при иной температуре и ином давлении. Очевидно далее, что для получения веса одного куб. см данного газа, нужно его плотность (по отношению к воздуху) помножить на вес одного куб. см воздуха. Точное определение плотности газа и веса одного куб. см воздуха, равно как и непосредственное взвешивание газа, выходят из ряда обычных определений, так как для таких определений необходимо иметь большие количества газа и весы, допускающие наивысшую степень точности взвешивания.

О точности измерения газов подробные данные имеются в отчетах проф. Менделеева: «Об упругости газов» (1875 г.) и «О весе литра воздуха». Определения Реньо плотности газов и веса куб. см воздуха до сих пор считаются образцовыми; так, например, новейшим определениям веса куб. см воздуха Жолли, Ледюка и лорда Рэлея приходится придать одинаковый вес с Реньовскими. По расчетам Д. Менделеева («Вр. Гл. П. М. и В.»), средняя наивероятнейшая величина для веса куб. см сухого воздуха, лишенного углекислоты:

l0 = 0,131844g г ± 0,00010 г, где g — ускорение силы тяжести; для широты СПб. l0 = 1,29455 ± 0,000010 г.

Способ Реньо для определения плотности газов состоит в следующем: из нескольких стеклянных шаров емкостью около 10 литров, приготовленных на одном и том же заводе при одинаковых условиях, были выбраны два наиболее близкие по емкости; к ним на мастике были приделаны одинаковые арматуры с кранами. Прежде всего уравнивался наружный объем шаров таким образом: оба шара наполнялись водой, затем подвешивались на двух плечах точных весов и, по приведении весов в равновесие, погружались в общую ванну с водой. Вследствие неполного равенства наружных объемов, равновесие весов, конечно, нарушалось, для восстановления которого на одну сторону весов приходилось добавить некоторый груз р. Далее подбирался такой стеклянный грузик, который терял в воде как раз p г. Этот добавочный грузик Реньо подвешивал к меньшему шару, вновь уравновешивал шары в воздухе и потом снова погружал оба шара в воду, и так как равновесие не нарушалось, то этим и констатировалось полное равенство наружных объемов обоих шаров. Таким способом Реньо исключил большую поправку на потерю веса шаров в воздухе, которая зависела бы от изменения температуры, давления и влажности воздуха того помещения, где производились взвешивания; и действительно, равновесие весов с пустыми (без воздуха) запертыми шарами не нарушалось в течение многих дней. Потом один из шаров помещался в ванну с тающим льдом, на арматуру шара навинчивалась трубка с трехходовым краном и двумя трубками, из которых одна вела к дифференциальному барометру, другая шла к другому трехходовому крану, который сообщал внутренность стеклянного шара или с разрежающим насосом, или с резервуаром, содержащим сухой газ. Разрежая газ внутри шара и вновь наполняя шар газом из резервуара при помощи второго трехходового крана, до тех пор, пока не было уверенности, что остатки воздуха были удалены, Реньо производил в последний раз сильное разрежение, разобщал стеклянный шар при помощи второго тройного крана с насосом, отсчитывал разность уровней в дифференциальном барометре; потом запирал кран, находящийся в горле стеклянного шара. Таким образом, шар в момент запирания крана содержал объем V0 разреженного газа при 0° и давлении h. Затем добавочные части отвинчивались, и шар с разреженным газом подвешивался по-прежнему на весах. По прошествии некоторого времени температуры обоих шаров сравнивалась, объемы их также, некоторый добавочный груз на стороне шара с разреженным газом восстанавливал равновесие весов.

Потом Реньо брал тот же шар, помещал его опять в ванну с тающим льдом и, при помощи добавочных частей, наполнял шар газом уже при давлении H, равном давлению атмосферы; когда температуру можно было считать установившейся, кран в горле шара закрывался и добавочные части отнимались. Очевидно, что в этот раз в шар был введен объем газа V 0 при 0° и давлении H — h.

При новом взвешивании на весах пришлось снять P г; очевидно, это и есть вес газа, введенного при втором опыте. По Мариоттову закону следует, что вес газа при том же объеме, но при 760 мм давления, будет P[760/(H — h)]. Ввиду того, что Н близко к 760 и h очень мало, конечно, нельзя ждать заметных отступлений в сжатии газа от Мариоттова закона.

Подобным же образом Реньо получил вес воздуха, заключенного в объеме V0 при 0° и давлении 760 мм равным P'[760/(H’ — h’)]; искомая плотность газа, таким образом, равна

Приводим плотности, полученные Реньо для некоторых газов:

Определение веса куб. сантиметра воздуха, при 0° и 760 мм давления, Реньо произвел таким образом. По только что изложенному способу — Реньо определил вес воздуха, заключенного в стеклянном шаре при 0° в 760 мм

Обычный способ определения емкости сосуда взвешиванием

Емкость сосуда поверяется или измеряется обыкновенно таким образом: берут какой-нибудь сосуд с водою или ртутью, взвешивают его и выливают воду или ртуть в измеряемый сосуд до черты; по разности определяют вес вылитой жидкости. Если жидкость имеет на воздухе вес м и плотность ее т, то объем ее равен

v = м / т (1 + л / т — л / д) куб. см

где л — вес кубич. см воздуха и приблизительно равен = 0,0012 г, д — плотность разновесок (для латуни д = 8,4). Для воды и латунных разновесок, при t = 15°, л / т — л / д = 0,00106. Вес куб. см воздуха при любой температуре t и давлении H выражается формулой

3. О применимости различных методов измерения расхода для коммерческого учёта газа

Традиционно коммерческий учет газа основан на объемном и скоростном методах измерения объема газа, реализованных на базе диафрагменных (мембранных), ротационных и турбинных счетчиков газа и измерительных комплексов на их основе. В трубопроводах больших диаметров (как правило, от Ду =300 мм и более) применяют метод переменного перепада давлений с использованием стандартных сужающих устройств (прежде всего — диафрагм) в комплексе с современными интеллектуальными преобразователями давления и разности давлений.

Расходомер на базе сужающего устройства «ИРГА»

Одновременно предпринимаются попытки реализации новых методов измерения: вихревой, ультразвуковой, струйно-генераторный, кориолисовый и других. Как правило, новые разработки опираются на результаты современных исследований в области аэро-, термодинамики и электроники и ставят своей целью повышение точности и расширение диапазона измерения расхода газа, обеспечение работоспособности в широком температурном диапазоне, на загрязненном газе, а также в условиях пневмоударов и пульсаций газа. Анализу различных вариантов построения узлов коммерческого учета газа посвящены, в частности, работы [4, 5]. Следует учитывать, что каждый из перечисленных методов имеет свои достоинства и недостатки и выбор должен основываться на результатах тщательной метрологической экспертизы как самих методов измерения и реализующих их устройств, так и условий их градуировки и последующей эксплуатации.

Метод переменного перепада давлений на базе стандартных сужающих устройств (СУ)

К достоинствам расходомеров следует отнести простоту конструкции преобразователя расхода и возможность поверки беспроливным методом, т. е. при отсутствии расходомерных стендов. Данная возможность обусловлена наличием наиболее полной научно-технической, в том числе стандартизованной информации по данному методу измерения.

Недостатками являются, во-первых, малый диапазон измерения (ранее не превышающий значения 1:3, а в настоящее время, с появлением многопредельных интеллектуальных датчиков давления, увеличившийся до 1:10). Во-вторых, высокая чувствительность к неравномерности эпюры скоростей потока на входе в СУ, обусловленной наличием в подводящем и/или отводящем трубопроводах гидравлических сопротивлений (запорной арматуры, колен и т. д.). Данное обстоятельство определяет необходимость наличия перед указанными СУ прямых участков длиной не менее 10 диаметров условного прохода (Ду) трубопровода. В ряде случаев, например при установке СУ после гидравлических сопротивлений, таких как неполностью открытый вентиль, прямой участок перед СУ достигает длины 50 Ду и более).

Объемный метод измерения на базе мембранных и ротационных преобразователей расхода

Недостатками расходомеров являются ограниченная работоспособность на загрязненном газе, возможность поломки при резких пневмоударах и частичное перекрытие газопровода при поломке, связанной, например, с заклиниванием роторов ротационного счетчика газа, относительно большие габариты, а также стоимость (для ротационных счетчиков газа больших типоразмеров) по сравнению с приборами других типов.

Главным достоинством, многократно перекрывающим недостатки и сделавшим данный метод измерения самым распространенным по количеству установленных приборов, является то, что это единственный метод, обеспечивающий прямое, а не косвенное измерение объема проходящего газа. Кроме этого, нужно отметить полную нечувствительность к любым искажениям эпюр скоростей потока на входе и выходе, что позволяет отказаться от прямых участков и резко сократить габариты

Диафрагменный счетчик газа типа ВК (слева) и ротационный счетчик газа типа RVG (справа) узла учета газа, а также дает возможность обеспечения самых широких диапазонов измерения — до 1:100 и более. Счетчики газа данного типа прекрасно подходят для случаев учета газа при его циклическом потреблении, например, котлами с импульсным режимом горения.

Скоростной метод измерения на базе турбинных преобразователей расхода

Достоинствами расходомеров являются малые габариты и вес, относительно низкие стоимость и чувствительность к пневмоударам, а также значительный диапазон измерения расхода (до 1:30), который существенно превосходит аналогичный показатель для СУ. К недостаткам следует отнести некоторую чувствительность к искажениям потока на входе и выходе расходомера (хотя в современных приборах требования к длинам прямых участков до и после прибора минимальные и составляют, соответственно, всего 2 и 1 Ду), неработоспособность на малых расходах — менее 8 — 10 м3/ч, а также повышенную погрешность при измерении пульсирующих потоков газа.

Турбинный счетчик газа типа TRZ

Однако самым главным достоинством расходомеров объемного и скоростного типа является стабильность коэффициента преобразования в самом широком диапазоне числа Рейнольдса Re потока газа. Обусловлено это тем, что все выпускаемые как у нас в стране, так и в мире счетчики газа калибруются на воздухе при нулевом избыточном давлении, в то время как работают на газе при совершенно других значениях давления.

Обеспечить достоверную сходимость показаний для этих двух случаев возможно только, если расходомер изначально имеет стабильный коэффициент преобразования, т. е. постоянное отношение его естественного выходного сигнала к проходящему через прибор расходу воздуха или газа. Например, для турбинного или ротационного счетчика газа (после необходимых сокращений) данный коэффициент преобразования определяется как количество оборотов турбинки или роторов, соответствующее прохождению единицы объема газа.

Оппоненты могут возразить, что поскольку в узле учета газа кроме объемного расхода все равно необходимо измерять температуру и давление газа, то даже при отсутствии необходимой стабильности коэффициента преобразования у прибора всегда имеется возможность при проведении его калибровки линеаризовать его статическую характеристику. А при переходе к реальным условиям эксплуатации также внести соответствующие корректировки, рассчитав число Re для каждого случая измерения. Тем более что современная микроэлектроника позволяет решать и более сложные задачи при относительно небольших затратах. Действительно, описанную выше задачу решить принципиально можно, но необходимо полностью сформулировать ее условия, а этого пока не удается. Дело в том, что при течении газа по трубопроводу, а особенно при его расширении или сжатии (что имеет место, например, при повороте трубопровода или обтекании потоком каких-либо препятствий), имеют место сложные аэро- и термодинамические процессы. Соответственно, зависят они не только от величины числа Re, но и от значений других аэро- и термодинамических критериев, в частности, чисел Струхаля St, Нусельта Nu, Фруда Fr. А для проведения коррекции с учетом этих значений, во-первых, отсутствует необходимый экспериментальный материал, а во-вторых, для их определения как минимум нужна непрерывная информация о составе газа, которая в случаях установки приборов учета газа у потребителей отсутствует.

Несомненными достоинствами вихревых расходомеров являются их нечувствительность к пневмоударам и возможность работы на загрязненных газах. К недостаткам относятся повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (примерно такая же, как и у стандартных сужающих устройств (СУ)) и относительно большие невозвратимые потери напора, связанные с интенсивным вихреобразованием при обтекании потоком плохо обтекаемого тела (так называемого тела обтекания). Кроме того, если узел съема сигнала расходомера термоанемометрический, прибор становится энергозависимым, а если он выполнен с использованием пьезоэлементов, возникают весьма серьезные проблемы с обеспечением помехозащищенности при наличии внешних механических вибраций газопровода.

Однако самым серьезным недостатком вихревых расходомеров является недостаточная стабильность коэффициента преобразования в необходимом диапазоне изменения расхода газа, что практически не позволяет рекомендовать приборы данного типа для коммерческого учета газа без предварительной калибровки изделия непосредственно в условиях эксплуатации или крайне близких к ним. Анализ данных проблем дан в [1]. Не случайно всемирно известная фирма Endress + Hauser, являясь производителем вихревых расходомеров серии Prowirl, не рекомендует их применение в случаях, когда требуется высокая точность измерения [2].

Достоинством ультразвуковых расходомеров является их наибольшая перспективность в коммерческом учете газа. Ранее их применение сдерживалось высокой стоимостью изготовления и недостаточной надежностью электронного блока. Однако в настоящее время с развитием микроэлектроники данный недостаток постоянно уменьшается. Приборы этого типа не имеют ни подвижных частей, ни частей, выступающих в поток. Соответственно, они практически не создают дополнительных потерь напора и могут потенциально иметь весьма высокую надежность. Также они могут обеспечивать измерения в широком диапазоне изменения расхода газа и быть энергонезависимыми, т. е. в течение длительного времени работать от встроенного автономного источника питания.

Ультразвуковой счётчик газа


Недостатком является необходимость применения многолучевых ультразвуковых расходомеров (2-лучевых и более) с последующей обработкой информации по весьма сложной программе для того, чтобы практически исключить влияние искажений потока газа на точность измерения. К сожалению, выпускаемые в России ультразвуковые счетчики газа по совокупности своих характеристик пока не отвечают всем необходимым требованиям к приборам коммерческого учета газа и, соответственно, могут найти весьма ограниченное применение.

Струйные автогенераторные расходомеры

На указанном методе измерения остановимся подробнее, т. к. в настоящее время счетчики газа, созданные на базе расходомеров данного типа, без необходимой метрологической экспертизы начали активно применяться для коммерческого учета газа. Расходомер представляет собой бистабильный струйный элемент, охваченный отрицательными обратными связями, выполненными в виде пневматических каналов, соединяющих выходные каналы струйного элемента с одноименными каналами управления (левый — с левым, правый — с правым). При наличии расхода газа через сопло питания струйного элемента его струя попадает в один из выходных каналов и создает в нем повышенное давление, которое через соответствующий канал обратной связи подается в одноименный канал управления и переключает струю, выходящую из канала питания, в другое устойчивое положение. Затем процесс переключения струи повторяется. Частота переключений пропорциональна расходу газа через сопло питания струйного элемента. Таким образом, в данном методе измерения имеет место создание аэродинамического генератора колебаний с частотой, пропорциональной расходу газа.

Струйному автогенераторному расходомеру присущи те же недостатки, которыми обладает вихревой расходомер, а именно: большие невозвратимые потери напора и повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (в варианте его применения в комплекте с СУ). Однако, к сожалению, есть и дополнительные минусы. Во-первых, струйный элемент (основа данного прибора) имеет крайне большие размеры по отношению к величине измеряемого расхода. Поэтому он, с одной стороны, может применяться только в качестве парциального расходомера, через который идет незначительная часть проходящего через измерительное сечение расхода газа (а это неминуемо снижает достоверность измерений), а с другой, существенно больше, чем вихревой расходомер, подвержен засорению (т. е. не обладает одним из основных преимуществ вихревого расходомера). Во-вторых, нестабильность коэффициента преобразования у данного прибора еще больше, чем у вихревого расходомера. Так, например, при испытаниях одного из видов струйного расходомера [3] было установлено, что изменение коэффициента преобразования у различных модификаций прибора находится в диапазоне 14,5-18,5 % при изменении расхода через прибор в диапазоне не более 1-5.

Достоинства у расходомера те же, что и у вихревого, за исключением работоспособности на загрязненных газах. Они могут применяться вместо датчиков перепада давлений на расходомерах переменного перепада. Принципиально это позволяет расширить диапазон измерения последнего. Однако отмеченные недостатки вряд ли позволяют рассчитывать на серьезное внедрение данного метода для коммерческого учета газа.

Данные расходомеры являются одними из самых точных. Широко применяются для коммерческого учета жидкостей и сжатых газов. Наиболее типовое место применения в газовой промышленности — учет количества природного газа, отпускаемого на автомобильные газонакопительные компрессорные станции. В этом случае газ сжат до давления примерно в 20 МПа (200 бар) и имеет плотность, достаточную для применения данного метода. Недостатками являются большая масса, габариты и цена, а также влияние внешней механической вибрации на показания изделий. Расходомеры выпускаются многими ведущими производителями расходомерной техники. Случаев применения для учета газа в сетях низкого и среднего давления неизвестно.

Термоанемометрические (тепловые) расходомеры

Достоинством является отсутствие подвижных частей и, соответственно, потенциально высокая надежность работы в условиях пневмоударов, перегрузок и т. д.

Основной недостаток термоанемометрических расходомеров, относящихся к классу тепловых, является следствием их принципа действия. Они фактически измеряют теплосъем с нагревательного элемента, который (при известной теплоемкости среды) однозначно связан с массовым расходом. Таким образом, приборы данного типа являются счетчиками массового расхода газа. Это могло стать достоинством, если бы расчет за газ производился с оплатой за единицу массы. Однако в нашей стране потребитель платит за объем газа, приведенный к нормальным условиям. Соответственно, для перехода от массового расхода к расходу природного газа при нормальных условиях требуется указанный массовый расход разделить на плотность газа при нормальных условиях. Однако плотность зависит от состава газа, а ее изменения в течение короткого времени могут достигать 10 % и более. В то же время состав газа самим прибором не измеряется и может вноситься вручную не чаще нескольких раз в сутки. Поэтому данные приборы вообще трудно отнести к приборам, пригодным для коммерческого учета газа, что обоснованно в [4, 5].

Проанализировав ситуацию на рынке приборов коммерческого учета газа, можно сформулировать следующие выводы:

1. Основным критерием применимости методов измерения для коммерческого учета газа является стабильность «естественного» (т. е. получаемого при градуировке без дополнительной коррекции по температуре и давлению газа) коэффициента преобразования в максимально широком диапазоне изменения режимов течения газа в трубопроводе. Только это позволяет с полным основанием производить градуировку и поверку приборов учета газа на воздушных расходомерных стендах с последующим распространением полученных результатов на случаи измерения природного и других газов, в том числе при давлении и температуре, отличающихся от условий градуировки или поверки.

2. Из появившихся в последние годы новых методов измерения расхода для коммерческого учета газа низкого и среднего давления потенциально применим только ультразвуковой метод измерения с преобразователями расхода в многолучевом исполнении.

3. Коммерческий учет газа в трубопроводах малого и среднего диаметров (до 300 мм) при расходах газа до 6 000 м3/ч наиболее целесообразно производить с использованием диафрагменных (мембранных), ротационных и турбинных счетчиков соответственно увеличению диаметров трубопроводов и расхода газа.

4. Расходомеры переменного перепада наиболее целесообразно применять для коммерческого учета газа в газопроводах больших диаметров (свыше 400 мм), ограничивая по возможности диапазоны измерения расхода, например, создавая «гребенки» параллельно установленных расходомеров и подключая / отключая соответствующие каналы измерения при увеличении или уменьшении расхода газа через данный расходомерный узел.

4.Анализ факторов влияющих на дисбаланс учета газа. Выводы и рекомендации по оптимизации учета

4.1 Погрешность узла учета газа

Рассмотрим влияние факторов погрешности измерения узлом учета и приведения к стандартным условиям объема газа.

Объем газа, измеренный счетчиком газа, приводится к стандартным условиям по формуле:

где V — объем газа, измеренный счетчиком;Р — абсолютное давление газа в трубопроводе;Zc — фактор сжимаемости при стандартных условиях (Рс, Тс);Тс — температура газа при стандартных условиях (293,5 К);Рс — абсолютное давление газа при стандартных условиях (1,01325 бар).

Из формулы видно, что учет температуры и давления являются необходимыми условиями измерения объема газа и приведения его к стандартным условиям.

Выбор класса точности прибора учета газа

Уменьшение влияния на дисбаланс погрешности измерения, определяемой относительной погрешностью счетчика достигается путем выбора прибора повышенного класса точности.

Турбинные и ротационные счетчики ведущих фирм-изготовителей, таких как Schlumberger, Elster, Dresser имеют очень малую систематическую составляющую погрешности, поэтому при калибровке этих счетчиков, кривая погрешности вполне укладывается в диапазон 0,5%, а при снижении кратности измеряемых расходов Qmin/Qmax до 1:10 возможно откалибровать эти счетчики в пределах 0,3%. Такие счетчики используются как мастер-счетчики в калибровочных стендах.

Выводы и рекомендации по выбору класса точности прибора учета

Требования к классу точности приборов учета должны определяться, в первую очередь, расходом газа. Чем больше расход газа, проходящего через прибор учета, тем должен быть выше класс точности.

Наиболее подходящими типами приборов учета для верхних уровней ГРО являются турбинные и ротационные счетчики.

Погрешность измерения объема газа достаточно сильно зависит от температуры — газ изменяет свой объем примерно на 1% при изменении Температуры на 3 градуса:

где дVc — относительная погрешность расчета объема газа в стандартных условиях;дT — абсолютная погрешность измерения температуры газа в рабочих условиях (°К).

Учитывая, что температура газа в трубопроводе в различное время года может в зависимости от положения трубопровода меняться в широких пределах (от -20°С до +40°С), отсутствие измерения температуры газа и соответственно учета поправки объема газа от температуры может приводить к большим погрешностям в расчетах объема газа в стандартных условиях:

Выводы и рекомендации по учету влияния температуры на погрешность измерения

Для уменьшения погрешности расчета объема газа в стандартных условиях в зависимости от температуры газа необходимо измерять температуру газа в зоне счетчика газа с погрешностью не более (0,5-1 )°С и желательно в реальном масштабе времени (или в течение времени, пока температура газа не изменилась более, чем на 0,5°С) вводить поправку на температуру газа. Для расходов газа свыше 10 м 3 /час и колебании температуры газа, проходящего через прибор учета, свыше 5°С рекомендуется вводить поправку по температуре.

Наиболее точным способом учета влияния температуры является применение электронных корректоров по температуре — Т или давлению, температуре и коэффициенту сжимаемости — PTZ.

Для бытовых счетчиков, устанавливаемых внутри помещения, требование по температурной коррекции не предъявляется.

На практике, уменьшение дисбаланса в учете потребления газа населением можно решить следующим образом.

Для многоквартирного дома:

· домовой счетчик имеет коррекцию по температуре, и по нему определяется объем газа, потребляемого жильцами дома;

· квартирные счетчики, устанавливаются в одинаковых условиях (либо все в квартирах, либо на лестничных площадках и не имеют коррекции по температуре).

По квартирным счетчикам определяется относительная погрешность потребления газа каждой квартирой от объема, определенного по домовому счетчику. В обобщенном случае, при наличии достоверной статистики, это должно закладываться в тариф оплаты за год по показаниям квартирного счетчика

Влияние давления газа на погрешность измерения

Давление газа прямо пропорционально меняет плотность или объем газа и поэтому относительная погрешность расчета газа в стандартных условиях прямо пропорционально зависит от относительной погрешности в измерении давления газа:

где д Vc — относительная погрешность расчета объема газа в стандартных условиях; д p — относительная погрешность измерения давления газа в рабочих условиях; kp — коэффициент пропорциональности.

В сети ГРО газ, по мере его распределения проходит несколько ступеней редуцирования. Чем выше давление измеряемого газа, тем существеннее влияние погрешности измерения давления на величину дисбаланса.

Измерение и регистрация давления являются обязательными для измерения объема газа при его подаче из магистрального газопровода в сеть ГРО, а также на всех узлах учета на участках высокого и среднего давления сети ГРО (от 12 бар до 0,05 бар). При этом рекомендуемый диапазон погрешности измерения должен быть в пределах 0,2 — 0,5%.

На все узлы учета, работающие в сетях высокого и среднего давления, рекомендуется устанавливать корректоры PTZ.

Датчик давления, как любой прибор с упругим элементом, со временем теряет свои свойства, и погрешность измерения давления возрастет. Поэтому нужно очень тщательно подойти к выбору надежного датчика давления, сохраняющего свои параметры в течение длительного промежутка времени.

Как показывает мировая практика на сетях низкого (менее 0,05 бар) коррекцию по давлению производить неэффективно по следующим причинам:

· колебания давления газа в сетях низкого давления находятся в пределах 15 мбар, что вызывает погрешность измерения объема в пределах 1,5%;

· в формуле приведения газа к стандартным условиям используется абсолютное давление.

Учитывая, что атмосферное давление колеблется в пределах, соизмеримых с колебаниями давления, приводить газ к стандартным условиям только по колебанию газа в сети, без учета соизмеримого колебания атмосферного давления будет некорректно.

Потребителями газа из сети низкого давления являются, в основном, население и коммерческо-бытовые предприятия, что порой составляет тысячи и десятки тысяч узлов учета (включая квартирные счетчики). Оснащение этой разветвленной периферии сложными приборами резко снижает надежность системы и требует значительных средств на ее поддержание, что экономически не окупает увеличения учитываемого объема газа на 1,5%. Это подтверждает печальный опыт Бритиш Газ (British Gas), который был вынужден демонтировать сотни тысяч ультразвуковых счетчиков и заменять их мембранными из-за низкой надежности системы и дорогостоящего обслуживания.

Проблема решается просто — введением единого коэффициента к показаниям счетчиков низкого давления (скажем 1,03-1,05), который учитывает приведение регистрируемого счетчиком объема к стандартным условиям, заведомо перекрывая возможные колебания давления газа в сети.

Выводы и рекомендации по уменьшению влияния давления на погрешность измерения

Узлы учета сетей высокого и среднего давления рекомендуется в обязательном порядке оснащать корректорами по PTZ.

Узлы учета сетей низкого давления с расходами более 10 мЗ/час рекомендуется оснащать корректорами по Т.

Квартирные счетчики рекомендуется устанавливать внутри помещений, уменьшая тем самым влияние температурной составляющей погрешности и их показания использовать как коэффициент при распределении газа, учтенного домовым счетчиком.

Абсолютная погрешность обработки результатов измерений при использовании самописцев может колебаться от 1 до 5%, что очень существенно при больших расходах.

Для уменьшения погрешности обработки данных необходимо полностью перейти на использование электронных средств регистрации и обработки данных.

газ измерение расход

1. Золотаревский С.А. О применимости вихревого метода измерения для коммерческого учета газа/ С.А. Золотаревский // Энергоанализ и энергоэффективность. — 2006. — №1.

2. Измерение расхода: руководство по выбору расходомера // Endress + Hauser. CP 001D/06/ru/04.04, 2004.

3. Расходомер-счетчик РС-СПА. ТУ 4213-009-17858566-01. Протокол испытаний / ГАЗТУРБавтоматика. — М., 2002.

4. Золотаревский С.А. Современные промышленные узлы коммерческого учета газа. Краткая история и ближайшие перспективы / С.А. Золотаревский, А.С. Осипов // Энергоанализ и энергоэффективность. — 2005. — № 4-5.

5. Золотаревский С.А. К вопросу о выборе узлов коммерческого учета газа / С.А. Золотаревский, А.С. Осипов // Газ России. — 2006. — № 1.

6. Иванушкин И.Ю. Приборы учета — всеми ли можно пользоваться? / И.Ю. Иванушкин // Реформа ЖКХ. — 2009. — № 11-12.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Измерение расхода жидких и газообразных энергоносителей. Критерии классификации расходомеров и счетчиков. Погрешность измерения расхода у меточных расходомеров. Принцип работы приборов с электромагнитными метками. Метод переменного перепада давления.

курсовая работа [735,1 K], добавлен 13.03.2013

Канал регулирования соотношения компонентов топлива и суммарного расхода. Метод измерения комплексного сопротивления мостовой измерительной схемы датчика расхода топлива. Разработка схемы электрической принципиальной, ее описание. Расчет усилителей.

дипломная работа [1,5 M], добавлен 13.11.2015

Решение задач контроля и регулирования нефтяных месторождений с помощью глубинных манометров. Требования к глубинным манометрам. Необходимость и особенности измерения температуры. Недостатки скважинных термометров. Необходимость измерения расхода.

контрольная работа [327,0 K], добавлен 15.01.2014

Методика выполнения измерений. Особенности оценки объема и расхода газа с помощью сужающих устройств. Турбинные и ротационные счетчики газа. Узлы коммерческого учета. Принцип действия квантометра. Основы статистической обработки результатов измерений.

курсовая работа [341,5 K], добавлен 06.04.2015

Характеристика продукции, полуфабрикатов. Технология производства вареной колбасы. Устройство и принцип действия линии. Проектирование устройства для измерения расхода газов стандартными сужающими устройствами на предприятиях пищевой промышленности.

курсовая работа [282,3 K], добавлен 22.11.2013

Современные требования к приборам для измерения расхода жидкости. Камерные преобразователи расхода без движущихся разделительных элементов. Схема зубчатого счетчика с овальными шестернями. Камерный преобразователь расхода с эластичными стенками.

реферат [1,4 M], добавлен 19.12.2013

Основные технические характеристики деаэратора ДП 2000, его конструкция и принцип действия. Разработка средств измерения теплотехнического контроля расхода основного конденсата на входе деаэратора Т/а К-220-44. Выбор места установки данного прибора.

курсовая работа [3,4 M], добавлен 28.01.2015

Классификация углеводородных газов. Процесс очистки газов от механических примесей. Осушка газа от воды гликолями. Технология удаление сероводорода и углекислого газа. Физико-химические свойства абсорбентов. Процесс извлечения тяжелых углеводородов.

презентация [3,6 M], добавлен 26.06.2014

Преобразователи температуры с унифицированным выходным сигналом. Устройство приборов для измерения расхода по перепаду давления в сужающем устройстве. Государственные промышленные приборы и средств автоматизации. Механизм действия специальных приборов.

курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.02.2015

Описание рабочего процесса объёмных насосов, их виды и характеристики, устройство и принцип действия, достоинства и недостатки. Конструктивные особенности и область применения насосов различных конструкций. Техника безопасности при их эксплуатации.

реферат [909,2 K], добавлен 11.05.2011

Как и в чем измеряется расход газа: методы измерения, обзор всех видов газовых расходомеров

Бытовые диафрагменные счётчики газа классифицируются на счетчики с верхним подводом и счетчики с боковым подводом. В России единственным производителем бытовых счетчиков газа с боковым (горизонтальным) подводом является ООО ЭПО «Сигнал» [1] .

Характеристики диафрагменных счётчиков газа на примере счетчиков типа ВК-G 1,6; ВК-G 2,5; ВК-G 4 [2] , [3] .

Методы измерения объема и расхода газа [1] [2] [3]

Прямой метод измерения объема

В этом случае одна или чаще несколько измерительных камер известного объема попеременно заполняются проходящим потоком газа со стороны входа и опорожняются на выход. Прошедший через устройство объем газа пропорционален количеству циклов наполнения-опорожнения. Данный метод используется в барабанных, мембранных (камерных), ротационных счетчиках газа.
Расход газа вычисляется дифференцированием объема по времени.

Косвенный метод измерения объема

В этом случае измеряется расход газа через прибор, путем измерения, например, скорости потока газа через известную площадь сечении. Для измерения скорости потока применяются как механические устройства (различные крыльчатки, турбинки и т. п.), так и иные способы. Например, измерение скорости потока с помощью ультразвука, термоанемометра, детектирования вихрей на теле обтекания, измерения перепада давления на сужающем устройстве, измерения скоростного напора потока газа и т. д. [1] [3]
Для корректного применения данного метода необходимо в зоне измерения выравнять скорость потока газа по его сечению и направлению, для чего применяются различные устройства подготовки потока (струевыпрямители, конденсаторы потока, турбулизаторы), как в виде отдельных устройств, так и как составная часть самих приборов.
Для снижения погрешности различие скоростей потока газа по сечению (эпюра скоростей), например, из-за торможения слоев газа у стенок, может учитываться прибором при вычислении расхода газа по скорости его потока.
Объем прошедшего через сечение прибора газа вычисляется интегрированием расхода по времени.

Классификация счётчиков газа по принципу действия

Барабанный

Используется в основном в лабораторных целях в качестве образцовых средств измерения. Барабан (вроде револьверного принципа), секция которого заполняется газом, вращается под его давлением и опорожняется дойдя до выхода. Число оборотов барабана пропорционально объему газа, прошедшего через счетчик. Вращение барабана через механическую передачу передается на счетное устройство (циферблат. Диапазоны измерения, в зависимости от типоразмеров, от единиц л/ч до 10…20 м³/ч. Характеризуются высокой точностью измерения, основная погрешность до 0,15…0,2 %.

Вихревой [2] [3]

Используется подсчёт периодичности возникновения вихрей вокруг обтекаемого потоком газа тела (см. Вихревой расходомер), частота которых пропорциональна скорости потока. Для детектирования вихрей используются пьезоэлектрические или термоанемометрические датчики-детекторы.
Применяются приборы с диаметрами проточной части от 15…27 до 300 мм, максимальным расходом Qмакс от 50…70 до 12 000 м3/ч и диапазоном измерения от 1:10 до 1:60 (при давлении среды, близком к атмосферному) [3] . С увеличением давления среды максимальный расход и диапазон измерения увеличиваются практически прямо пропорционально давлению.
Объем газа вычисляется интегрированием объемного расхода по времени.

  • высокие (относительно диаметра) максимальные расходы;
  • широкий диапазон измерения, особенно на больших давлениях;
  • отсутствие механических подвижных частей и, как следствие, пониженная чувствительность к загрязнению измеряемой среды
  • недостаточно низкие минимальные измеряемые расходы Qмин;
  • потребность во внешнем электрическом питании и, как следствие, сложность автономного применения;
  • необходимость подготовки потока — требования к участкам трубопровода до и после счётчика (измерительным участкам ИУ)

Левитационный

Используется принцип тахометра на газовых подшипниках.

Мембранный (камерный, диафрагменный)

Самый распространённый тип счетчика газа. Первый патент на прибор такого типа был получен в Англии в 1844 году. Счетчик механического типа. Принцип действия основан на перемещении подвижных мембран камер при поступлении газа в прибор. Впуск и выпуск газа вызывает попеременное перемещение мембран и через комплекс рычагов и редуктор приводит в действие счётный механизм.
Счётчики этого типа применяются для максимальных расходов Qмакс от 2,5 до 100 м3/ч. Эти счётчики отличаются широким диапазоном измерения до 1:100.

  • широкий диапазон измерения;
  • большой межповерочный интервал (МПИ) — до 10 лет;
  • возможность автономной работы
  • крупные габариты, особенно для счётчиков на большие расходы;
  • невысокое максимальное давление измеряемого газа — до 0,5 бар;
  • чувствительность к механическому загрязнению измеряемой среды

Основанный на методе перепада давления на сужающем устройстве [2]

Типы сужающих устройств: диафрагмы, трубы и сопла Вентури, осредняющие трубки Аннубар и Торбар и т. д. При протекании потока через сужающее устройства образуется перепад давления между участками трубопровода до и после сужающего устройства. Перепад давления пропорционален квадрату расхода. Измеряется одним (или несколькими, для расширения диапазона измерения) дифференциальными манометрами.

Термоанемометрический расходомер

Принцип измерения основан на зависимости теплоотдачи нагретого элемента, помещённого в поток, от скорости течения потока.

Ротационный [2]

Счетчик механического типа. Два ротора располагаются в измерительной камере поперек потока газа. При поступлении газа на вход счетчика оба ротора под его напором приходят во вращение. Форма роторов (в сечении напоминающая цифру 8) и сечение измерительной камеры рассчитывается таким образом, чтобы при вращении ротор одним концом описывал профиль поверхности стенки измерительной камеры, а другим концом описывал профиль поверхности второго, вращающегося навстречу ротора. В начальном положении ротора располагаются под углом 90° друг к другу, это взаимное положение фиксируется двумя колесами-синхронизаторами, установленными на осях роторов. Эти же колеса обеспечивают строго синхронное вращение роторов. При вращении оба ротора попеременно отсекают определенный объем газа (порцию), заключенный между ротором и стенкой измерительной камеры и перепускают его на выход счетчика. Объем прошедшего через счетчик газа пропорционален количеству порций и, соответственно, пропорционален числу оборотов роторов. Вращение ротора с его оси через механическую передачу (редуктор, магнитная муфта, система шестерен) передается на счетный механизм, в котором происходит накопление количества прошедшего газа.
Применяются для максимальных расходов Qмакс от 10…16 до 650…1000 м3/ч (реже — в бытовом секторе для Qмакс 4…10 м3/ч), с шириной диапазона расходов от 1:20 до 1:250.

  • широкий диапазон расходов;
  • более высокая точность при резко изменяющихся расходах;
  • высокая точность;
  • компактность монтажа
  • более высокая цена, по сравнению с турбинным;
  • меньшие возможные диаметры и меньшие возможные типоразмеры;
  • шумность;
  • чувствительность к механическим загрязнениям среды;
  • чувствительность к пневмоударам

Струйный

В электронном преобразователе вычисляется количество прошедшего газа через струйный генератор.

Турбинный [2]

Счетчик механического типа. Конструктивно представляет собой отрезок трубы, в проточной части которого последовательно по потоку расположена турбина с валом и подшипниковыми опорами вращения. Газ, проходящий через измерительную камеру счетчика, вращает турбину, скорость вращения которой пропорциональна скорости потока и, соответственно, расходу газа. Вращение турбины через механическую передачу (червяк, редуктор, магнитная муфта, система шестерен) передается на счетный механизм, на котором механически интегрируется по времени и накапливается объём прошедшего газа [2] .

Ультразвуковой [2]

Ультразвук, пускаемый по ходу движения газа, и ультразвук, пускаемый против хода потока газа, имеют разницу скорости движения, которая пропорциональна скорости движения газа. Сравнивая их, получают скорость потока и, соответственно, расход и объём прошедшего газа.
Самые простые и недорогие приборы такого типа небольших диаметров имеют одну пару ультразвуковых излучателей, расположенных друг напротив друга по оси прибора или на противоположных стенках под углом к потоку. Или, как вариант, на одной стенке. В этом случае ультразвуковая волна от одного излучателя отражается от противоположной стенки и попадает на второй, парный. И наоборот, от второго к первому.
Более сложные и дорогие приборы больших диаметров имеют несколько пар излучателей, расположенных радиально на стенках прибора под углом к потоку, что позволяет более точно определять среднюю скорость потока по сечению [2] .

Прочие

Применяются значительно реже вышеперечисленных и используются чаще всего в научных изысканиях.

Классификация счётчиков газа по их пропускной способности

Пропускная способность — диапазон расходов, в котором обеспечивается заявленная производителем погрешность измерения счетчика.
Максимальный расход (Qмакс) большинством производителей выбирается из ряда 1; 1,6; 2,5; 4; 6(6,5) с множителем 10 n , м 3 /ч.
Значением минимального расхода(Qмин) характеризуется ширина диапазона измерений счетчика. Принято определять ширину диапазона измерений как соотношение Qмин/Qмакс. У выпускаемых в настоящее время счетчиков ширина диапазона составляет от 1:10 до 1:250 и шире.
От Qмин следует отличать чувствительность (характеристика, как правило, механических приборов) — такой самый минимальный расход, при котором счетный механизм еще находится в движении и происходит изменение его показаний, но погрешность такого измерения не соответствует нормативной.
По максимальной пропускной способности счетчики газа условно разделяются на бытовые, коммунально-бытовые и промышленные.

Бытовые

С максимальной пропускной способностью от 1 до 6 м³/ч. Чаще всего используют в квартирах, домах, офисах, небольших топочных для локального учёта потребления газа.
Это, как правило, небольшие мембранные (камерные, диафрагменные), реже ультразвуковые, струйные, небольшие ротационные счетчики газа (см. раздел Классификация счётчиков газа по принципу действия)

Коммунально-бытовые

С максимальной пропускной способностью от 10 до 40 м³/ч. Применяются для учёта потребления газа небольшими котельными, технологическими установками и т. п.
Это, как правило, более крупные мембранные (камерные, диафрагменные), ротационные, ультразвуковые, струйные счетчики газа.

Промышленные

С максимальной пропускной способностью свыше 40 м³/ч.
В основном используются на узлах учёта крупных потребителей — газовых котельных, промышленных и сельхозпредприятий, узлах учёта газораспределительных сетей (ротационные, турбинные, вихревые, ультразвуковые, струйные счетчики газа), на магистральных сетях (сужающие устройства, турбинные, вихревые, ультразвуковые счетчики газа)

См. также

В этой статье не хватает ссылок на источники информации.

Примечания

  1. 12Даев Ж.А.СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА. Нефтегазовое дело (2009). Архивировано из первоисточника 5 декабря 2012.
  2. 12345678910111213141516Willi WedenМетоды измерения объёма газа (рус.) . RMG by Honeywell (05.10.11). Архивировано из первоисточника 5 декабря 2012.
  3. 123456Богуш М.В.УСПЕХИ ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕТРИИ. Архивировано из первоисточника 5 декабря 2012.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Счётчик газа» в других словарях:

счётчик газа — dujų skaitiklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gas flowmeter; gas meter; gasometer vok. Gasmengenmesser, m; Gasmesser, m; Gaszähler, m rus. газовый расходомер, m; газомер, m; счётчик газа, m pranc. compteur de gaz, m ryšiai: dar… … Fizikos terminų žodynas

Сбор нефти и газа — на промыслах (a. gathering of oil and gas; н. Erdol und Erdgassammlung; ф. collecte de petrole et de gaz; и. captacion de peiroleo y gas, acumulacion de peiroleo y gas) подготовка нефти, газа и воды до такого качества, к poe позволяет… … Геологическая энциклопедия

Счётчик — Счётчик устройство для счёта чего либо. Счётчик (электроника) устройство для подсчета количества событий, следующих друг за другом (напр. импульсов) с помощью непрерывного суммирования, или для определения степени накопления какой… … Википедия

ИСКРОВОЙ СЧЁТЧИК — прибор для регистрации заряж. ч ц, принцип действия к рого основан на возникновении искрового разряда в газе при попадании в него заряж. ч цы. Даёт информацию о прошедшей ч це в виде электрич. импульса (с амплитудой неск. кВ) и яркой искры вблизи … Физическая энциклопедия

Счётчик Гейгера — СИ 8Б (СССР) со слюдяным окошком для измерения мягкого β излучения. Окно прозрачно, под ним можно разглядеть спиральный проволочный электрод, другим электродом является корпус прибора … Википедия

ЧЕРЕНКОВСКИЙ СЧЁТЧИК — детектор для регистрации заряж. ч ц, в к ром используется Черенкова Вавилова излучение. При движении заряж. ч цы в среде со скоростью v, превышающей фазовую скорость света c/n в данной среде (n показатель преломления среды), ч ца излучает в… … Физическая энциклопедия

Интеллектуальный счётчик — Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Интеллектуальные счетчики это разновидность усовершенствованных счётчиков, определяющих показатели… … Википедия

ГЕЙГЕРА СЧЁТЧИК — (Гейгера Мюллера счётчик), газоразрядный детектор, срабатывающий при прохождении через его объём заряж. ч ц. Величина сигнала (импульса тока) не зависит от энергии ч ц (прибор работает в режиме самостоят. разряда). Г. с. изобретён в 1908 нем.… … Физическая энциклопедия

Искровой счётчик — прибор для регистрации заряженных частиц, основанный на возникновении искрового разряда (См. Искровой разряд) в газе при попадании в него заряженной частицы. Даёт информацию о прошедшей частице в виде электрического импульса и яркой искры … Большая советская энциклопедия

Добавить комментарий