Разходомери за газ

Бабаранни, кориолисови, и вихрови разходомери

Едва ли някой метролог би се заел да оспорва твърдението, че за измерване дебита на природен газ се използват основно турбинкови и диафрагмени разходомери. Принципът на работата им, както и метрологичните им характеристики, са широко обсъждани сред специалистите теми, включително и на страниците на сп. Инженеринг ревю. Затова в настоящия брой на списанието ще ви запознаем с някои не толкова широко застъпени в практиката принципи за измерване разхода на природен газ. Напомняме ви, че в зависимост от вида на измервания разход, приборите се разделят в две основни групи - обемни и масови разходомери. Тема на настоящата статия са няколко различни вида разходомери - и обемни, и масови, които също са приложими за определяне на количеството газ, преминало през газопровода за единица време. Описаните в статията принципи далеч не изчерпват всички възможни методи за измерване разхода на природен газ.

Барабанни разходомери

Представляват разходомери със специална конструкция, използвани основно за лабораторно измерване на газови потоци с малък дебит. Характеризират се с изключително висока точност - над ±1% за целия измервателен обхват. Друго предимство на барабанните разходомери е високата стабилност в показанията им, която се запазва и при продължително използване на уреда. Сред недостатъците им е изискването да работят в климатизирано помещение с определени характеристики на микроклимата, на което се дължи и основно лабораторното им приложение. Също така, барабанните разходомери не могат да се отнесат към уредите за измерване на дебита с лесна поддръжка, тъй като постигането на оптималните им метрологични характеристики е свързано с необходимостта нивото на запълване на барабана с уплътнителен флуид да се мониторира всекидневно.

Барабанните разходомери се отнасят към т.нар. уреди за измерване на дебита с изместване. Като конструкция са изградени от барабан, в който са оформени измервателни камери. Част от барабана е запълнена със специална уплътнителна течност. Газовият поток се подава през отвор към една от измервателните камери. Мястото на входния отвор е избрано така, че постъпващия газ предизвиква завъртането на барабана. Запълването на измервателната камера с газ продължава до момента, в който входният отвор се потопи в уплътнителната течност. Въртенето на барабана продължава и, тъй като изходният отвор, изработен в барабана, е отворен, през него течността измества газа в камерата.

Количеството на газа, преминал през разходомера за единица време, се пресмята чрез преобразуване на оборотите на въртене на барабана спрямо обема на измервателните камери.

Обемни
ротационни разходомери

Точността на ротационните разходомери с принудително изтласкване е сходна с тази на турбинковите уреди. Недостатък на уредите са сравнително големите им габарити, шумът, с който е съпроводена работата им, и напречните вибрации, които генерират. Също така, при използването им следва да се има предвид фактът, че при повреждане на прибора снабдяването на консуматорите с газ се прекратява.

Конструктивна особеност на този вид разходомери е, че в корпуса на уреда са монтирани два въртящи се елемента със специфична форма. Когато между входа и изхода на разходомера има пад на налягането, двата елемента се въртят в срещуположна посока. Формата и размерите на въртящите се елементи са избрани така, че в определени точки от траекторията им те се доближават максимално един до друг, но в нито един момент не се докосват. При въртенето си елементите изтласкват газ към изхода на уреда. За всеки пълен оборот на завъртане, елементите изтласкват четири строго определени порции газ. За дебита на газа се съди по броя на оборотите, които правят въртящите се елементи за единица време.

Кориолисови
разходомери

При този вид разходомери, за количеството на преминалия за единица време през определено сечение на тръбопровода газ се съди по масата му. Кориолисовите уреди принадлежат към категорията на т.нар. масови разходомери, тъй като измерват директно теглото на работния флуид. Дават възможност за надеждно и точно измерване на разхода, тъй като теглото е по-обективен критерий от обема, който зависи от параметрите на околната среда. При преобразуване на масовия разход в обемен е необходимо да се направи корекция, отчитаща плътността на газа.

Същността на кориолисовата сила би могла да се обясни чрез следния елементарен пример. Нека си представим, че човек се намира в центъра на въртящ се диск. Ако той започне да се премества радиално в посока към края на диска, би изпитал действието на кориолисовата сила, която ще се стреми да го отклони от най-краткия път. От гледна точка на метрологията, кориолисовата сила се използва за определяне на разхода на определена среда, която протича през вибрираща измервателна тръба. Под действието на тази сила тръбата се деформира в допълнение към вибрирането й. Между степента на деформация и масата на протичащия газ съществува правопропорционална зависимост.

Както вече бе споменато, сред основните предимства на кориолисовите разходомери е, че точността на прибора не зависи от температурата, плътността и налягането на измервания флуид. При използването на уредите за измерване на газове, определянето на масовия дебит е свързано с изискването за поддържане на високо налягане. Измервателната точност на кориолисовите разходомери при налягане на газа от порядъка на 200 бара е ±1%.

Вихрови
разходомери

Вихровият е широко използван метод за измерване обемния разход на газове. Предимства на вихровите разодомери са опростената конструкция на измервателната тръба и лесната поддръжка на уредите. Точността на измерването не зависи от температурата и налягането на работния флуид, но се влияе в неголяма степен от плътността му.

Работата им се основава на появата на вихри при поставяне на препятствие със заоблена форма напречно на посоката на движение на определен флуид. Вихрите се разпространяват по течението на потока. За първи път явлението е анализирано от холандеца Теодор ван Карман през 1911 г. Той открива закономерност в порядъка на възникналите поради обтичането на препятствието вихри в зависимост от размера на преградата и скоростта на флуида. Между честотата на образуването на вихри и скоростта на флуида съществува правопропорционална зависимост.

Като конструкция вихровите разходомери са изградени от два основни възела - измервателна тръба и трансмитер. От своя страна, измервателната тръба съдържа три функционални части - корпус, преграда и сензор. Хидравличните компоненти и присъединителната част на вихровия разходомер са разположени в корпуса. Намират приложение различни като форма прегради, наричани още шедъри, които се монтират в измервателната тръба, възпрепятствайки насоченото движение на газа и предизвиквайки образуването на вихри. Препятствията са с постоянно напречно сечение по дължината на тръбопровода. Честотата на генерираните вихри се преобразува в напреженов или токов сигнал.

За да се постигнат номиналните метрологични характеристики на вихровите разходомери, е необходимо монтажът и експлоатацията на измервателните прибори да съответстват на заводските изисквания. Диаметърът на газопровода, в мястото в което ще се измерва разходът на газа, не е фактор от първостепенно значение за оразмеряване на измервателната тръба. В определени приложения, ако диаметрите на тръбопровода и измервателната тръба са равни, приборът не би могъл да покрие целия диапазон на изменение на дебита. В такива приложения обикновено се избира разходомер с по-малък диаметър на измервателната тръба от диаметъра на тръбопровода. Сред важните фактори, които се вземат под внимание при избора на разходомер, е типът на изходния сигнал. Предлагат се вихрови измервателни уреди с аналогови, импулсни и цифрови изходи.