Измерване разхода на газ

Измервателна техникаСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 2, 2014

Измерване разхода на газИзмерване разхода на газИзмерване разхода на газИзмерване разхода на газИзмерване разхода на газИзмерване разхода на газ

Tочното измерване на количеството газ, преминал през дадено напречно сечение на газопровода за определено време, е от изключителна важност за газовата индустрия. До голяма степен ръстът на пазара на разходомери се дължи именно на ръста в енергетиката и производството на нефт и газ.

Традиционно използвани конструкции в тези области са диференциалните и турбинните разходомери, които обаче все повече се конкурират с ултразвуковите и кориолисовите разходомери. Сред характеристиките на съвременните разходомери са тяхната по-висока точност и по-лесното им интегриране с комуникационни протоколи като HART, Foundation Fieldbus and Profibus.

От своя страна, традиционно използваните решения изостават по отношение на развитието на технологиите, постигана точност на измерване и интегриране на новостите при комуникационните протоколи. Често използването им е свързано и с по-високи изисквания по отношение на поддръжката.

При избора на конкретен метод на измерване е необходимо да се анализират редица фактори, сред които: необходима точност на измерване; очаквана продължителност на живот на измервателното устройство; диапазон на измерване; температура; експлоатационни изисквания; наличност на захранваща енергия, ако е необходима; какво преминава през газопровода - газ или течност; първоначални разходи; наличие на резервни части; възприемане от потребителите на газ; предпазване от кражба и вандализъм.

Съвременни решения за измерване на газ
Сред съвременните конструкции разходомери са кориолисовите и ултразвуковите.
Към момента кориолисовите разходомери са сред най-бързо развиващите се и завземат по-големи пазарни позиции. Принципно кориолисовите разходомери са масови разходомери, тъй като измерват директно теглото на работния флуид. Все по-широкото им използване се дължи на изключително високата им точност, надеждност и ниски изисквания по отношение на поддръжката.

Измерването на разхода при ултразвуковите разходомери се основава на съществуващата функционална зависимост между скоростта на разпространение на ултразвуковите вълни в подвижни среди и скоростта на движение на флуида. Те са широко използвани при измерване разхода на течности, но в последните години се използват все повече и при измерване разхода на газ.

Сред предимствата им са високата точност на измерване, голямото бързодействие, отсъствието на подвижни части в конструкцията, което повишава здравината на прибора и опростява поддръжката му. Като едно от най-големите им предимства се посочва и възможността за монтаж без да е необходимо нарушаване на целостта на тръбопровода. Използването на външно монтирани сензори осигурява висока гъвкавост при инсталиране, независимо от точното местоположение на разходомера в инсталацията.

За измерване на обемния разход на газове се използват и вихрови разходомери. Те се характеризират с опростена конструкция на измервателната тръба и лесна поддръжка. Работата им се основава на появата на вихри при поставяне на препятствие със заоблена форма напречно на посоката на движение на флуида. Вихровите разходомери са сравнително точни и надеждни уреди за измерване.

Традиционно използвани решения
Към момента, от традиционно използваните методи за измерване, широко използвани в практиката са обемният метод и методът, основан на принципа на изместване. При обемния метод се определя еквивалентния обем на газ в измерителен съд при базово налягане и температура.

Методът, основан на принципа на изместване (бутало), е усъвършенстван обемен начин на измерване с устройства, които имат една или няколко подвижни камери или диафрагми, които последователно се напълват и изпразват, когато през тях преминава газ.

Диафрагмени разходомери
Принципът на работа на диафрагмен разходомер може да се илюстрира с цилиндър и бутало (фиг. 1).
При движение на буталото от положение А до В през входящия клапан влиза газ, който заема пространството, освободено от буталото. При обратното движение на буталото газът се изпуска през изходящия клапан. Обемът на газа е равен на обема, които освобождава буталото при движение от положение А до В. Когато той е известен, обемът на газа лесно може да се определи чрез броя на движенията на буталото. Необходимо е да се отчитат още температурата и налягането в цилиндъра.

Диафрагмените разходомери обикновено се състоят от четири измервателни камери, разделени от синтетични диафрагми. Камерите се пълнят и изпразват периодично, като движението на диафрагмите се предава на зъбно колело с колянов вал. Валът задвижва клапите, контролиращи газовия дебит. Въртенето на зъбното колело се предава на магнитен куплунг или салник към измервателното устройство.

Корекцията по температура се предава чрез биметален елемент, монтиран на коляновия вал, така че както промяната на движението на диафрагмата, така и измереният дебит се коригират от температурата.

Разходомерите могат да бъдат както еднощуцерни (коаксиални), така и двущуцерни версии. Корпусът им може да бъде стоманен (заварен модел) или алуминиев (резбови модел). В измервателното устройство диафрагмите се движат без напрежения и механични спирания. Това осигурява едновременно ниско натоварване и безшумна работа. Устойчивите синтетични диафрагми притежават изпитана постоянна форма.

За изработката на разходомерите се използват висококачествени материали и компоненти, както и системи за контрол на клапите като например К-система. К-системата синхронизира действието на клапите с протичането на потока газ през измервателните камери, постига минимални сечения на клапите и изключително висока точност на измерване.

Ротационни разходомери
Методът, основан на принципа на изместване, се използва и при ротационните разходомери, които са конструирани на съвсем различен механичен принцип. Той включва два еднакви по размер метални ротора (импелера), които се въртят тангенциално един спрямо друг върху отделни оси. Газът, преминаващ през ротационния разходомер, завърта роторите, които затварят фиксиран обем газ с корпуса. Обемът на преминалия през разходомера газ се измерва чрез индикатор, поставен на оста на ротора.

Ротационните разходомери са обемни измервателни уреди за газова среда. Те отчитат протичащия обем газ в работни условия и допускат използването на електронни коректори на обем. Чрез отвеждащ канал падът на налягането между входа и изхода на разходомера се увеличава.

Това създава въртящ момент върху работните колела, свързани прецизно и синхронизирано помежду си. Завъртането им става диаметрално и противоположно, без контакт на метал с метал между колелата и корпуса. По време на този процес между колелата и корпуса се оформят периодично пълнещи се и изпразващи се измервателни камери.

Въртенето на колелата, т. е. броят на пълненето на камерите, се редуцират от многостепенен редуктор и се предават на 8-цифров брояч чрез магнитен куплунг.
На фиг. 2 е показано действието на този тип разходомер, а на фиг. 3 - кривата на точността.

Мокри разходомери
Мокрите разходомери са подходящи за измерване на много малки количества газ, като се постига сравнително голяма точност. Използват се предимно за лабораторни измервания. Измерителната камера представлява барабан с четири прегради, които не достигат до центъра.

Барабанът е поставен в корпус, който е пълен с вода до нивото на вътрешните ръбове на преградите. Когато газът преминава през разходомера, малки количества от него се затварят между камерите, образувани над водната повърхност и преградите. Точността на измерване на този тип разходомери е 2,8.10-6 m3.

Турбинни разходомери
Турбинният разходомер използва енергията на газовия поток за задвижване на турбинен ротор. Обемът на преминалия през турбината газ се регистрира от броячен механизъм. Обикновено кривата на точността се снема за всеки турбинен разходомер. Същите подлежат на периодическа проверка и калибриране. Почти винаги е необходимо да се монтират филтри с оглед осигуряване на продължителна безаварийна работа и повишена точност.

Газовият поток върти турбинното колело със скорост, пропорционална на обема на преминаващия газ. Турбинното колело е монтирано на ос със сачмени лагери, като оборотите му се намаляват чрез многостепенен предавателен механизъм и се подават на 8-цифров брояч. Стандартно разходомерите са оборудвани и с нискочестотни датчици за мониторинг.
На фиг. 4 могат да се проследят кривите на точността.

При монтажа пред разходомера обикновено се предвиждат филтър за газ и прав участък і2dN. При монтаж след регулатор на налягане: прав участък і10dN і10DN. За по-къси разстояния се монтира успокоител на потока.

Основно предимство на тези разходомери е сравнително ниската им цена. Като основен недостатък често се посочва наличието на движещи части, поради което и една от основните насоки в развитието им е свързана с подобряване на надеждността на движещите се части и оттам на разходомера като цяло.

Разходомери с променлив пад на налягането
Методите, основани на измерване на диференциалната разлика в наляганията, определят разхода на газ въз основа на добре известни физични принципи. Диференциалното налягане се създава от дроселно устройство, монтирано на тръбата. То може да бъде също разликата между кинетичното (скоростно) и статичното налягане, както при тръбата на Пито.

Съществува директна връзка между количеството на газа и загубите на налягане от дроселното устройство. Вследствие на създаденото местно съпротивление се създава разлика в наляганията, преди и след дроселното устройство, която се регистрира непрекъснато.

Най-често като дроселно устройство се използва концентрична бленда, изработена от тънка пластина от неръждаема стомана с калибриран кръгъл отвор, който се центрира посредством фланци или други устройства към прав тръбен участък. На фиг. 5 са илюстрирани изменението на статичното налягане и начинът за измерване на диференциалната разлика при разходомер с бленда.

Предимствата на този тип разходомери са тяхната точност, лесен монтаж и поддръжка, голям диапазон на измерване и сравнително ниска стойност.
Обикновено се използват два начина за измерване на диференциалната разлика:
• непосредствено на фланците, с които се монтира блендата;
• на определено разстояние върху тръбата преди и след нея (фиг. 6).

Един разходомер с бленда се състои от две устройства: първично и вторично.
Първичното устройство обикновено се състои от: измерителна тръба - част от специална тръба с определена дължина, през която преминава газът; фланци, които позиционират диафрагмата перпендикулярно и концентрично на газовия поток; бленда - изпълнява се от неръждаема стомана с дебелина около 5 mm и определени размери, която ограничава протичането на газа и е източник на диференциалното налягане; импулсни накрайници - прецизно разположени отвори в тръбата или фланците, през които се измерва налягането; стабилизиращ елемент - монтира се преди диафрагмата и има за цел да намали завихрянето на потока.

Вторичното устройство е диференциален манометър, който е свързан посредством импулсни тръби с първичното устройство.
Диференциалните разходомери могат да се използват за измерване на масовия разход на газ.

Грешки при измерването
Често измерването на разхода на газ служи само като база за контрол. Общо правило е, че по-точното измерване обезпечава по-точен контрол. В много случаи обаче контролът може да бъде задоволителен, ако грешките остават постоянни.

Съществуват постоянни и променливи грешки. Към постоянните грешки се включват: неточна информация за диаметъра на блендата; повърхност на блендата (вдлъбната или изпъкнала); острота на ръбовете на блендата; дебелина на ръбовете на блендата; ексцентричност на отвора на блендата по отношение на тръбата; неточна информация за диаметъра на тръбата; по-голям жлеб между тръбата и блендата; по-голяма грапавина на тръбата.

Като променливи се определят грешки като: неравномерен поток на газа, предизвикан от недостатъчна дължина на измерителната тръба или променлив диаметър; неправилно разположение на импулсните тръби; прогресивно наслояване на твърди частици (седименти) в участъка преди блендата; пулсиращ поток; неправилна работа със спирателните устройства; натрупване на течност в дъното на хоризонталната част; течност в импулсните тръби или тялото на разходомера; промяна на условията от тези, използвани при изчисляване на константата на блендата; неточно нулиране на разходомера; неравномерна характеристика на калибриране на разходомера; корозия или отлагания в разходомера; емулгиране на живак с течности; замърсяване на живака; изтичане на газ около блендата; ненивелиран разходомер (живачен тип) и др.

Изисквания към монтажа на разходомерите
Основно изискване към разходомерите е те да отговарят на изискванията на БДС 10806, 10807 и 10809.
В зависимост от възприетата схема, разходомери се предвиждат на сградното газопроводно отклонение и на отклоненията за отделните жилища. Допуска се разходомерите да се разполагат в сухи подземни помещения на сградите, измазани с негорима мазилка с обем не по-малък от 3 m3 и осигурена естествена вентилация.

Най- близкият газов уред се монтира на разстояние най-малко 1 m от разходомера. Допуска се това разстояние да се намали до 0,5 m, когато разходомерът е защитен с негорима преграда с граница на пожароустойчивост 1 h.

Когато разходомерите се предвиждат на външна стена, стълбище или помещение за общо ползване, същите се монтират в негорима ниша (с размери дълбочина 300 mm и ширина 700 mm), кабина или шкаф със заключващи се врати и естествена вентилация, като не се допуска преминаване през тях на други газопроводи или други тръби.

Вентилацията може да се осигyри чрез процеп с ширина 5 mm под вратичката или вентилационна тръба с минимално сечение 100 cm2, насочена към добре вентилирано помещение или навън. Когато газът е по-тежък от въздуха, вентилационната тръба не бива се насочва към подземно помещение, дори когато то се вентилира добре.

Не се допуска разполагане на разходомери в жилищни помещения, санитарни възли, гаражи и помещения, в които се предвиждат електрически съоръжения с номинално напрежение над 400 V, както и в помещения с категория пожарна опасност А и Б.

Групов монтаж на разходомери с общ номинален дебит до 60 m3/h се допуска, когато помещението е с общо предназначение, а разходомерите са разположени в заключващи се шкафове. Пред разходомера задължително се предвижда спирателна арматура.

Допуска се при обществени консуматори с газомери за дебит над 6 m3/h с разрешение на експлоатационното предприятие да се предвиди обходна (байпасна) връзка със спирателна арматура.

При избора на конкретна конструкция разходомер е необходимо предварително да са известни: максималният часов разход на газ; продължителност на върховото потребление; минималният часов разход; необходимото и налично налягане в точката на измерване; допустимо изменение на налягането. По този начин би са гарантирало избирането на подходящия за целта разходомер.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top