книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

йод 3. При снижений расхода газа Q в магистральном газо­ проводе имеется возможность поддерживать номинальные или предельные расходы газа в измерительных трубопроводах 6 путем отключения отдельных трубопроводов с помощью кра­ нов 2 и 11. Измерительные диафрагмы устанавливаются в спе­ циальных камерах, обеспечивающих установку и извлечение диафрагм без демонтажа трубопровода.

Для районов Крайнего Севера все краны и диафрагмы блока трубопроводов закрываются специальными укрытиями, снабженными подвижными талевыми подъемниками для мон­ тажа и демонтажа оборудования и извлечения диафрагм. Укры­ тия имеют возможность обогрева на время проведения ремонт­ ных и поверочных работ. Блок-бокс 12 с первичными преобра­ зователями и блок-бокс 7 с электронной аппаратурой снабжены системами отопления, вентиляции и пожаротушения. Электрон­ ная аппаратура блок-бокса 7 обеспечивает автоматическое вы­

Блок-бокс с электронной аппаратурой оснащен цифропеча­ тающим устройством, а также аппаратурой телемеханики и связи для телеизмерения всех необходимых параметров. Блокбокс с взрывобезопасными первичными преобразователями оснащен также механическими самопишущими приборами пе­ репада давления, давления и температуры, подключаемыми параллельно к соответствующим электрическим датчикам, для возможности учета газа при выходе из строя электронной аппа­ ратуры, а также на стадии пусконаладочных и ремонтных ра­ бот. Блок-бокс 7 оснащен также источником автономного энер­ госнабжения с аккумуляторной батареей, обеспечивающей на­ дежное измерение расхода газа при исчезновении электропи­ тания. Отопление блок-боксов электрическое с потребляемой мощностью до 30 кВ-А.

При использовании первичных преобразователей с погреш­ ностью 0,1—0,2% и правильном выборе размеров измеритель­ ных трубопроводов погрешность измерения суммарного объема газа, прошедшего через многониточный пункт учета, не превы­ шает 0,5%.

При создании многониточных пунктов учета газа важной задачей является наиболее рациональный выбор диаметра и числа измерительных трубопроводов з зависимости от расхода газа, давления и диаметра магистрального газопровода. Раз­ ветвление потока по нескольким трубопроводам повышает точ­ ность измерения, однако при этом несколько снижается на­ дежность работы из-за увеличения числа приборов, арматуры

иоборудования.

Взависимости от внутреннего диаметра магистрального га­ зопровода, расхода газа через него и рабочего давления могут

141

Та блица 14

Сравнительные характеристики однониточных и многониточных пунктов учета газа

Сравнительные данные капитальных затрат на сооружение однониточных и эквивалентных многониточных пунктов учета газа (краны, прямые участки труб, измерительные приборы)

142

Рис. 51. Зависимость Стоимости оборудования и арматуры однони­ точного пункта учета газа от диаметра измерительного трубопро­ вода.

быть рекомендованы многониточные пункты учета газа, при­ веденные в табл. 14.

При правильном выборе диаметра и числа отдельных изме­ рительных трубопроводов многониточного пункта может быть достигнут значительный экономический эффект. Этот эффект объясняется тем, что капитальные затраты и массы арматуры эквивалентного однониточного пункта учета газа резко возра­ стают с увеличением диаметра трубопровода. Зависимость стоимости оборудования и арматуры однониточного пункта учета газа от диаметра трубопровода приведена на рис. 51, а сравнительные стоимости однониточных и эквивалентных мно­ гониточных пунктов учета газа даны в табл. 15.

Приведенные данные учитывают необходимость сооружения резервных трубопроводов при использовании как однониточ­ ного, таки многониточного пункта учета. Как видно из табл. 14, многониточные пункты учета газа для магистральных трубо­ проводов диаметром 1100 мм н давлением 7,5 МПа, произво­ дительностью до 100 млн. м3/сут могут быть сооружены из труб диаметром 400 и 700 мм. При диаметре труб 400 мм пункт учета состоит из 13 трубопроводов, а при диаметре 700 мм — из 5, включая один резервный. Естественно, что более рацио­ нальным является сооружение пункта учета газа из трубопро­ водов диаметром 700 мм.

Как следует из табл. 15, экономический эффект от соору­ жения многониточного пункта учета газа для магистрального газопровода диаметром 1400 мм из труб диаметром 700 мм со­ ставляет 115 тыс. руб. (или 48% от общей стоимости эквива­ лентного однониточного пункта учета газа диаметром 1400мм).

6.5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ГИДРАТООБРАЗОВАНИЯ В ТРУБОПРОВОДАХ И ИМПУЛЬСНЫХ ЛИНИЯХ ПУНКТОВ УЧЕТА ГАЗА

Как видно из табл. 1, в состав природного газа помимо основной составляющей (метана) входят также более тяжелые газообразные углеводороды —этан, пропан, бутан, пентан и др.,

143

к также пары воды и механические примеси в виде силикат­ ной и гематитной пыли с некоторым содержанием твердых па­ рафинов. Несмотря на проводимую на головных сооружениях осушку и очистку, транспортируемый газ содержит в неболь­ ших количествах все указанные компоненты. Поэтому при про­ ектировании расходоизмерительных комплексов необходимо учитывать влияние этих компонентов и принимать меры для

идр.), которые при наличии в газе паров воды и определенных температурах и давлениях образуют на стенках трубопроводов в местах установки сужающих устройств скопление твердых кристаллогидратов и твердые гидратные пробки в импульсных линиях.

Кристаллогидраты природных газов внешне похожи на мок­ рый спрессованный снег, переходящий в лед. Их возникновение обусловлено сочетанием определенного давления, температуры

инасыщенности природных газов парами воды. Гидраты рас­ падаются после того, как упругость паров воды в газе будет ниже парциальной упругости паров воды в кристаллогидрате.

Одним из главных факторов, обусловливающих образование гидратов природных газов, является насыщенность последних парами воды. При этом объемная скорость накопления гидра­ тов зависит от скорости изменения влагосодержания газа с из­ менением давления и температуры [15].

Отложение твердых кристаллогидратов на стенках измери­ тельного трубопровода в месте установки сужающего устрой­ ства приводит к появлению существенной погрешности изме­ рения расхода газа и снижению пропускной способности тру­ бопровода, а также закупорки импульсных линий, что вызы­ вает искажение показаний дифманометров и преобразователей давления. Примерная картина обрастания измерительного тру­

бопровода гидратами приведена на рис. 52, а.

В застойных зонах до и после диафрагмы скапливаются ранее образовавшиеся гидраты, перенесенные потоком газа, а также вновь образовавшиеся. При этом образуется гидратное кольцо равномерной толщины с незначительными углами скосов. Одновременно гидратное кольцо закупоривает места от­ бора давлений от диафрагмы. В зависимости от скорости по­ тока гидраты могут отлагаться в виде сегмента высотой при­ мерно «/з диаметра или спирального кольца длиной до 5 м (рис. 52, б).

Изменение внутреннего диаметра измерительного трубопро­ вода перед диафрагмой приводит к существенной погрешности измерения расхода газа. Так, при обрастании трубопровода диа­ метром 400 мм слоем гидрата толщиной до 10 мм погрешность

144

5

Рис. 52. Картина отложения гидратов на измерительных трубопроводах.

а — у диафрагмы; 6 — в трубопроводе.

измерения расхода газа от изменения внутреннего диаметра трубопровода перед диафрагмой составляет до 10%.

Сегментные пробки и скопление жидкости перед диафрагмой также приводят к уменьшению площади сечения трубопровода и соответственно к завышению показаний дифманометров-рас- ходомеров.

Условия образования гидратов природных газов при насы­ щении их парами воды в зависимости от температуры и дав­ ления приведены на рис. 53. При температурах и давлениях

Увеличение содержания тяжелых углеводородных компонен­ тов в природном газе (пропан, бутан) приводит к резкому сни­ жению кривой гидратообразования, т. е. к образованию гидра­ тов при более низких давлениях и более высоких температу­ рах.

Давление начала разложения гидратов значительно ниже давления начала их образования при одной и той же темпе­ ратуре.

В связи с изложенным при проектировании пунктов учета газа, работающих в режиме возможного гидратообразования, необходимо принимать меры для его исключения. Предупреж­ дение образования гидратов может быть осуществлено подо­ гревом газа, снижением давления, вводом ингибиторов гидра­ тообразования или электролитов [3, 15].

Подогрев газа можно применять для борьбы с гидратами в условиях, когда они образуются в результате местного реду­ цирования газа, а рабочая температура в газопроводе превьц шает равновесную температуру образования гидратов. Подо­ грев газа также может быть применен на газораспределитель­ ных станциях для обеспечения нормальной работы приборов и оборудования.

Снижение давления применяют для ликвидации уже образо­ вавшихся гидратов. Метод снижения давления дает положи­ тельный эффект для ликвидации гидратной пробки, образовав-

ного парами воды природ­ ного газа.

шейся при плюсовой температуре. Хорошие результаты дает метод снижения давления с периодическим вводом ингибито­ ров, которые переводят воду из гидрата в раствор с низкой температурой замерзания и тем самым позволяют ликвидиро­ вать гидратные пробки.

В тех случаях, когда изложенные выше способы не могут быть использованы для борьбы с гидратами, применяют метод непрерывного ввода в поток газа антигидратных ингибиторов, в качестве которых могут применяться метиловый спирт (мета­ нол), растворы этиленгликоля (ЭГ), диэтиленгликоля (ДЭГ), триэтиленгликоля (ТЭГ), этилкарболита (ЭК) или электроли­ тов в виде растворов хлористого кальция, поваренной соли, хлористого лития, аммиака и др. (3, 15].

Ингибиторы и электролиты, введенные в насыщенный водя­ ными парами поток природного газа, частично иоглощают их и переводят вместе со свободной водой в раствор, который или совсем не образует гидратов, или образует при температурах, более низких, чем температура гидрагообразования при на­ личии чистой воды.

Наиболее распространен способ ввода метанола в струю газа. При этом метанол образует с жидкой влагой спиртовод­ ные смеси, температура замерзания которых значительно ниже нуля. Пары воды поглощаются из газа, что значительно сни­ жает температуру точки росы, и, следовательно, создаются условия для разложения гидратов или для предупреждения их образования.

Гликоли (ЭГ, ДЭГ, ТЭГ и др.) по своим качествам явля­ ются более сильными, но дорогими антигидратными ингибито­ рами по сравнению с метанолом. Однако гликоли обладают

146

свойством регенераций йоСлё иейбльзованйя, зйайительйо сни­ жающим стоимость их применения.

Хороший эффект дает обогрев мест отбора давлений и им­ пульсных линий специальным взрывобезопасным термоэлектро­ кабелем, которым обматывается пучок импульсных линий и ме­ ста отбора давлений.

10*

Глава 1

ОБЪЕМНЫЕ СЧЕТЧИКИ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

7.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ГАЗА И КОНДЕНСАТА

Суммарный объем газа или конденсата, прошедшего через пункт учета за определенное время, может быть определен либо непосредственным измерением с помощью объемных счетчиков или мерников известного объема, либо интегрированием за это время показаний расходомеров 14, 7].

Определение суммарного объема газа непосредственным измерением с помощью объемных счетчиков или мерников сопря­ жено, как правило, с большими трудностями вследствие боль­ шого расхода и высокого рабочего давления газа в трубопро­ воде. Объемные счетчики применяются в основном в распреде­ лительных газовых сетях при небольших давлениях и расхо­ дах.

Для определения больших количеств газа или конденсата, прошедших через пункт учета за интервал времени, применя­ ются, как правило, непрерывные или дискретные автоматиче­ ские интегрирующие (суммирующие) устройства, обрабатыва­

расхода газа или конденсата, измеренное расходоизмеритель­ ным комплексом; t\, t2— отсчеты времени начала и окончания интегрирования.

При непрерывном интегрировании уравнения (209) интеграл

графиком функции Q(t), осью абсцисс и значениями Q при t\ и t2. При дискретном интегрировании функции Q(t) интеграл этой функции может быть приближенно определен как сумма прямоугольников OdibiOi, 0ха2Ь202л ..., Oia^bi^Oi^ (рис. 54, б).

При достаточно большом числе циклов интегрирования At за время t объем прошедшего по трубе газа или конденсата V

где t — номер цикла интегрирования; Qi — фиксированное зна-

148

Рис. 54. Графики интегрирования функций расхода газа или конденсата.

а — при непрерывном интегрировании; б — при дискретном интегрировании.

Таким образом, интеграл функции Q(t) за время / прибли­ женно равен сумме площадей прямоугольников ОафуОиО^аффг, О^афгОз, .... 0 iaM bi+l0 i+{, а сумма площадей криволинейных тре­ угольников aQaibu Ь^афч, ..., au\tnbi+\ представляет собой мето­ дическую погрешность дискретного интегрирования (рис. 54, б).

Из рисунка видно, что для уменьшения погрешности диск­ ретного интегрирования следует уменьшать интервал времени At. В зависимости от характера процесса интегрирования ин­ теграторы расходомеров бывают как непрерывные, так и дис­ кретные, а при использовании обоих видов — непрерывно-дис­ кретные. Отсчет результатов интегрирования показаний расхо­ домеров обычно производится по многоразрядным цифровым счетчикам оборотов, электромеханическим или электронным счетчикам импульсов, отградуированным в единицах объема газа или конденсата.

Ниже рассмотрены расходомеры и счетчики различных ти­ пов, применяемые для определения объема газа или конден­ сата.

149

7.2. ОБЪЕМНЫЕ СЧЕТЧИКИ ГАЗА

Камерные объемные счетчики. Для учета газа, потребляе­ мого бытовыми, индивидуальными и групповыми газовыми установками, небольшими котельными, при лабораторных ис­ следованиях и т. п., используются камерные объемные счетчики низкого давления. Камерные счетчики имеют одну или несколь­ ко камер с подвижной перегородкой, которые при движении потока отмеривают определенные объемы газа с последующим подсчетом числа опорожнившихся объемов. Суммарный объем газа, прошедший через счетчик, определяется по числу объе­ мов газа, вытесненных из измерительных камер счетчика, под­ считываемых цифровым шестиили восьмиразрядным счетным механизмом.

Количество газа, прошедшее через счетчик, определяется по разности показаний счетного механизма в конце и начале из­ мерения. В подавляющем большинстве случаев подвижные эле­ менты камерных счетчиков движутся непрерывно со скоростью, пропорциональной объемному расходу проходящего потока.

Объем газа, прошедшего через счетчик, определяется фор­ мулой

рительных камер; п — число ходов или оборотов разделитель­ ного элемента; Ук— объем газа, оставшийся в камерах счет­ чика в момент взятия отсчета.

Камерные счетчики низкого давления (до 0,6 кгс/см2) при­ меняются в основном двух типов — барабанные с жидкостным затвором и клапанные с эластичными подвижными разделите­ лями измерительных камер.' Диапазон измерения таких счет­ чиков от 0 до 2,5 м3/ч. Принципиальная схема барабанного счетчика газа с жидкостным затвором приведена на рис. 55.

Счетчик содержит корпус 1 , в котором расположен бара­ бан 14, вращающийся на оси 11. Ось барабана 11 через пони­ жающий редуктор 3 связана со счетчиком оборотов 4. Изме­ ряемый газ подводится в полость барабана через входной шту­ цер 13, а выводится через выходной штуцер 2. Барабан 14 имеет

10. Внутренняя полость барабана разделена четырьмя радиаль­ ными перегородками 8 на четыре измерительные камеры А, Б, В, Г равного объема. Полость корпуса заполнена жид­ костью, выполняющей роль жидкостного затвора и служащей для герметизации измерительных камер. Уровень жидкости располагается Выше верхней кромки оси барабана .1 1 и ниже входной кромки подводящего штуцера 13■ В качестве разде-

150