книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

Поскольку в большинстве случаев диаграммы регистрируют изменение указанных параметров во времени p—f(0> то с по­ мощью линейных радиальных планиметров при обработке су­ точных диаграмм можно определять среднесуточное значение давления или температуры:

где *2—*i= 24 ч.

Изменением формы направляющего паза можно получить корнеизвлекающий планиметр (рис. 41, в).

В отличие от пропорционального планиметра, показанного на рис. 41, б, в корнеизвлекающем планиметре для получения требуемой зависимости используется дополнительный поворот оси ролика относительно траектории его перемещения по пло­ скости, функционально связанной с величиной радиуса-вектора и задаваемой профилем паза обводного рычага.

При повороте рычага 2 вокруг штифта 1 на угол da=dt приращение угла поворота dq> ролика определяется выраже­ нием

При обводе полного периметра замкнутого контура угол

Таким образом, рассматриваемый планиметр обеспечивает автоматическое корнеизвлечение, что позволяет использовать его для получения суточного расхода газа при обработке диа­

грамм с записями перепада давления самопишущих дифманометров.

Пропорциональный полярный планиметр ПП-2к. Служит для обработки ленточных диаграмм, записанных в прямоуголь­ ных координатах.

Принципиальная схема планиметра приведена на рис. 41, а. Конструкция планиметра ПП-2к приведена на рис. 42, а. Пла­ ниметр содержит полюс 2 и два рычага — обводной 7 и полюс­ ный 3, На обводном рычаге размещены каретки 1 и 6, несущие счетные механизмы. Планиметр имеет два счетных механизма: основной на каретке / и дополнительный на каретке 6.

Дополнительным механизмом при обработке диаграмм не пользуются, а применяют его только при картографических и

111

Рис. 42. Конструкции полярных планиметров.

■а — полярный планиметр ПП-2к; б — пропорциональный планиметр ПП-Б; в — корнеизвлекающий планиметр ПК-1.

геодезических измерениях. Во время обработки диаграмм он может быть снят. На обводном рычаге 7 укреплены обводная ручка 4 и оправа 5 с визиром. Обводной рычаг опирается на плоскость интегрирующим роликом 9 с визиром. Полюсный рычаг 3 имеет на одном конце полюс 2 с иглой, являющейся осью вращения планиметра в точке 0 , а на другом конце—-

112

стержень, вставляемый в отверстие основной каретки 1 . Счет­ ный механизм содержит горизонтальную ось, на которой укреп­ лен интегрирующий ролик 9 с отсчетным барабаном 10 и но­ ниусом 11. Кроме того, счетный механизм имеет диск 8 с ра­ диальными делениями и указатель. Целые обороты интегриру­ ющего ролика 9 определяют по диску 8 , который имеет десять делений, соответствующих одному обороту интегрирующего ролика 9 и барабана 10. Барабан имеет 100 делений. По но­ ниусу 11 отсчитывают тысячные доли оборота барабана 10. Та­ ким образом, отсчет по планиметру состоит из четырех цифр. Первая цифра отсчитывается по диску 8 , у которого одно' де­ ление соответствует 100 см2 измеряемой площади. Вторая и третья цифры отсчитываются по барабану 1 0 , а четвертая — по нониусу (десятые доли деления).

Планиметрирование диаграммы производят на гладкой го­ ризонтальной поверхности или плотном картоне. Диаграмму разбивают на участки и располагают с правой стороны рабо­ чей поверхности, а планиметр — с левой, за пределами диа­ граммы (рис. 42, а ) . Полюс планиметра закрепляют иглой

втакой точке 0 , чтобы стержень полюсного рычага, входящий

вотверстие каретки 1 , устанавливался в средней части планиметрируемой кривой. Записывают начальные показания счет­ ного механизма или устанавливают его на нуль. При помощи ручки 4 обводят визиром по часовой стрелке контур ВАА\В\В участка диаграммы, площадь которого надо определить. По окончании обвода контура записывают показания счетного ме­ ханизма и определяют разность конечного и начального пока­

заний, которая равна площади обработанной части диаграммы в квадратных сантиметрах,пропорциональной выражению (156).

Для определения объема газа, прошедшего через сужаю­ щее устройство, нужно площадь, полученную с помощью пла­ ниметра, умножить на масштаб измеряемого параметра [м3/(ч-см)] и масштаб времени [ч/см].

Например, начальное показание планиметра равно 326,5 см2, а после обвода контура диаграммы за 8 ч счетный механизм показал 425,6 см2. При шкале расходомера, рассчитанной на диапазон измерения 0—10000 м3/ч, ширине диаграммы 25 см и масштабе времени /и/ = 0,5 ч/см площадь S планиметрируемой части кривой будет S = 425,6—326,5=99,1 см2. Масштаб расхода mq = 10 000/25 = 400 м3/(ч-см). Объем прошедшего газа за 8 ч будет

граммы при наружном расположении полюса составляет 310 мм. При расположении полюса внутри измеряемой площади ее диаметр увеличивается до 700 мм.

Радиальные пропорциональные планиметры типа П П -Б и ПП-1. Отечественная промышленность выпускает планиметры

типа ПП-Б и ПП-1 для обработки дисковых диаграмм с запи­ сями давления и температуры. При помощи таких планимет­ ров определяют среднесуточное значение радиуса записи в про­ центах от верхнего предела измерения. В зависимости от на­ чального радиуса диаграммы Ro, максимального радиуса R m и дуг времени RB применяют следующие планиметры: ПП-Б — для диаграмм с i?o=28,75 мм, /?юо=135 мм и /?„=133 мм, а ПП-1 —для диаграмм с R0—22,5 мм, /?юо =115 мм, /?в=170 мм. Принципиальная схема планиметров ПП-Б и ПП-1 приведена на рис. 41, б, а конструкция — на рис. 42, б.

Пропорциональный радиальный планиметр (рис. 42, б) со­ держит обводной штифт 9, интегрирующий ролик 4 со счетным барабаном 2, счетный винт 7, счетный диск 5, счетный меха­ низм 3, укрепленный на плате 6 с направляющим профильным пазом 1, и центровочный неподвижный штифт 8.

Планиметр при работе опирается на два полированных вы­ ступа и интегрирующий ролик 4 и скользит пазом по установ­ ленному в центре диаграммы неподвижному центровочному штифту 8. Интегрирующий ролик 4 через вал со счетным вин­ том 7 приводит в движение барабан 2. За один оборот интегри­ рующего ролика счетный диск поворачивается на одно деле­ ние. Отсчет по планиметру, а также установку счетного меха­ низма в исходное нулевое положение производят по указателю счетного диска и начальной риске.

Нониус в радиальных планиметрах отсутствует. Плани­ метры ПП-Б и ПП-1 относятся к числу подвижных, у которых при планиметрировании диаграмма неподвижна, а планиметр обводится против часовой стрелки вокруг центровочного штиф­ та, совмещенного с центром диаграммы таким образом, что об­ водной штифт двигается по линии записи, не отклоняясь от нее. Обводку производят до тех пор, пока обводной штифт не вер­ нется в точку начала обвода. При обводке записей, составля­ ющих часть суток (рис. 39, б), необходимо после окончания обводки провести обводным штифтом еще по дугам времени и начальному радиусу до начальной точки обводки.

Отсчет по планиметру считывают в виде трехзначного чис­ ла, в котором отделяют запятой первые две значащие цифры. При этом получается среднесуточный радиус записи параметра в процентах от верхнего предела измерения за записанное время.

Так, при записи давления, если отсчет по планиметру равен 585, средне­ суточный радиус равен 58,5%. Если шкала давления имеет предел измерения 0—100 кгс/см2, то среднесуточное давление равно 58,5 ■100/100 = 58,5 кгс/см2.

Объем газа V с помощью радиальных пропорциональных планиметров определяют по формуле

114

с= Опр/100 — постоянная диаграммы; фпр— верхний предел измерения дифманометра; N — показания планиметра, %.

Корнеизвлекающие планиметры типа ПК-1, ПК-2, ПК-8.

Служат для определения среднесуточного значения корня квадратного из радиуса записи в процентах от верхнего пре­ дела измерения или количества прошедшего по трубопроводу газа. В зависимости от значений начального и максимального радиусов, а также радиусов дуг времени диаграмм применяют следующие планиметры. Планиметр ПК-1 применяют для диа­ грамм с #о = 22,5, #1оо=П5 и #в= П 0 мм, планиметр ПК-2 — для диаграмм с # 0 = 22,5, # 100=115 и # в= 170 мм, а планиметр ПК-8 —для диаграмм с # 0 = 28,75, #юо= 115 и # в=110 мм.

Принцип действия и конструкция ПК-1, ПК-2 и ПК-8 в ос­ новном такие же, как и у пропорциональных планиметров типа ПП-Б и ПП-1. Они отличаются только профилем паза /, сколь­ зящего по центровочному штифту 2 (рис. 42, в). Погрешность планиметрирования диаграмм радиальными корнеизвлекаю­ щими планиметрами не превышает 0,5%.

Обводку записи корнеизвлекающим планиметром произво­ дят так же, как и пропорциональным планиметром. Отсчет по­ лучают в виде трехзначного числа (цена деления на счетном диске принимается за 1, а на счетном барабане — за 0,01). При записи параметра продолжительностью менее 24 ч отсчет по планиметру необходимо умножить на //24 (где / — время, ч).

По имеющимся результатам обработки диаграмм подсчет объема газа за сутки, приведенного к нормальным условиям,

4.3. МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДИАГРАММ САМОПИШУЩИХ ПРИБОРОВ

Самопишущие дифманометры, манометры и термометры измеряют и регистрируют мгновенные значения измеряемых

параметров. Для получения данных об объеме газа, прошед­ шего через пункт учета за сутки, необходимо проинтегрировать мгновенные значения объемных расходов Qw приведенных к нормальным условиям, по времени за 24 ч:

Объем газа, прошедший через пункт учета за сутки, опре­ деляется планиметрированием диаграмм записи перепада дав­ ления с помощью корнеизвлекающего планиметра с введением поправок на среднесуточные давления, температуру и плот­ ность газа при нормальных условиях, полученные после пла­ ниметрирования линейным планиметром их суточных диаграмм. Значения плотности газа при нормальных условиях определя­ ются по результатам периодического ее измерения с помощью лабораторных приборов (лабораторных пикнометров или га­ зовых хроматографов).

Для обработки диаграмм перепада давления используются корнеизвлекающие планиметры типа ПК-1 или ПК-2, предна­ значенные для обработки диаграмм с начальным радиусом #о = 22,5 мм и максимальным радиусом #юо=115 мм.

Обработка круговых линейных диаграмм с записью давле­ ния и температуры (#0=22,5 мм и #юо=115 мм) производится пропорциональным планиметром ПП-1. Принцип действия, схе­ мы и конструкции планиметров ПК и ПП, а также методика обработки диаграмм описаны выше в настоящей главе.

По результатам обработки диаграмм подсчет объема газа Кн, приведенного к нормальным условиям и прошедшего через

измерения дифманометра, м3/ч; Кр, Кт, К?п, Kz и Ке— попра­ вочные коэффициенты на отклонение давления, температуры, плотности газа при нормальных условиях, коэффициента сжи­ маемости и поправочного множителя на расширение от расчет­ ных значений.

Поправочный коэффициент КР на отклонение давления от расчетного определяется формулой

где рд—действительное среднесуточное давление газа в трубо­ проводе перед диафрагмой (результат планиметрирования су­ точной диаграммы давления), кгс/см2; рр— расчетное давление газа, кгс/см2.

116

Глава 5

РАСХОДОМЕРЫ КРИТИЧЕСКОГО ИСТЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРИТИЧЕСКИХ СОПЕЛ

5.1. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА С ПОМОЩЬЮ КРИТИЧЕСКИХ СОПЕЛ

К расходомерам критического истечения относятся расходо­ меры с сужающим устройством (соплом, диафрагмой), расход газа через которое не зависит от давления газа за сужающим устройством и в основном определяется давлением газа перед ним. Это связано с тем, что при достижении или превышении газом в сужающем устройстве скорости звука давление газа за сужающим устройством перестает влиять на скорость по­ тока газа в критическом сечении сопла или диафрагмы (рис. 43).

Конструкция и размеры сопла критического истечения пока­ заны на рис. 43, а, а характер изменения давлений в сечении этого сопла — на рис. 43, б.

Как видно из рис. 43, б, характер изменения давлений вдоль оси сопла изменяется следующим образом. Давление газа р\ в форкамере 1 измерительного трубопровода перед соплом 2 (рис. 43, а) равно делению газа на входе в сопло. На входном участке сопла ab происходит сужение потока с дозвуковыми скоростями. При этом давление Р\ плавно снижается до значе­ ния р\ (кривая 1). Сечение А—А сопла является критическим, скорость потока в нем возрастает и становится равной или больше скорости звука. Участок Ьс сопла является зоной сверх­ звуковых скоростей.

В сечении Б—Б происходит скачок уплотнения газа, дав­ ление газа рКр в этом сечении скачкообразно возрастает от зна­ чения р1ф до р2' (вертикальная прямая 2). На участке ей про­ исходит расширение сечения сопла, скорость газа падает до дозвуковых значений, а давление газа плавно возрастает до давления р2, которое меньше входного давления pi на вели­ чину потерь давления ри (кривая 3).

Критическим отношением давлений, при котором скорость газа в критическом сечении сопла равна скорости звука, опре­ деляется соотношением

где pi и р2 — абсолютные давления газа перед соплом и в его выходном сечении соответственно.

Устройство расходомера критического истечения с соплом показано на рис. 44. Такой расходомер содержит измеритель­ ный трубопровод (форкамеру) 2 с критическим соплом 6 , ма­ нометр 3 для измерения давления газа в трубопроводе перед соплом pi изб, термометры 1 и 4 для измерения температур газа

118

Т, и Т2, а также манометр 5 для измерения выходного давле­ ния газа pi, служащего для контроля режима критического истечения газа через сопло.

При этом абсолютное давление газа перед соплом опреде­ ляется по формуле Р1=Ртзб+Рбар, где Рбар— барометрическое давление.

Формула для определения расхода газа QH, приведенного к нормальным условиям при критическом его истечении, в об­ щем виде имеет вид

- ф ? . (Ш )

где с — постоянный множитель, определяемый принятой раз­ мерностью входящих в формулу величин; а — коэффициент расхода сужающего устройства; k — показатель изоэнтропы (адиабаты) газа; р\ —- абсолютное давление газа перед сужа­

|19

20D

б (*) VLc=(1?12)d

Y-2,5^

tI — 4*

\-rc*fi8 *2 2 )d

A

диаметр d критического сечения сопла в миллиметрах, р\ в ки­ лограмм-силах на квадратный сантиметр, Т в кельвинах, р и рв в килограммах на кубический метр, то формула расхода (173) примет следующий вид: