книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

лительной жидкости обычно используется вода, однако могут быть использованы и незамерзающие кремнийорганические

жидкости.

Счетчик работает следующим образом. В исходном состоя­ нии измерительная камера А с заполненной газом полостью 7 через отверстие в обечайке 6 сообщается с выходным штуце­ ром 2, камера Б полностью заполнена водой и ее входное от­ верстие 9 закрыто, камера Г почти полностью заполнена изме­ ряемым газом через открытое входное отверстие внутреннего цилиндра 12, а камера В начинает заполняться газом через открытое отверстие 5. При дальнейшей подаче газа происходит вытеснение жидкости из камер В и Г и вытеснение газа из ка­ мер А и Б, что приводит к непрерывному вращению барабана 14 под действием враш.ающего момента, создаваемого разни­ цей давлений газа между камерами, заполненными газом, и камерой, сообщающейся с выходным штуцером. При этом из­ мерительные камеры поочередно сообщаются с входным шту­ цером 13, а из камер, сообщающихся с выходным штуцером, газ вытесняется на выход. Вращение измерительного барабана 14 через понижающий редуктор 3 передается многоразрядному барабанному счетчику 4, показывающему суммарный объем прошедшего газа в литрах или кубических метрах.

Отечественной промышленностью выпускается барабанный счетчик газа с жидкостным затвором типа ГСБ-400, рассчитан­ ный на измерение объема газа при практически нормальных

шает 1%. Для контроля за уровнем жидкости счетчик снабжа­ ется водомерным стеклом, а для контроля температуры изме­ ряемого газа и рабочей жидкости — двумя термометрами. Га­ баритные размеры счетчика 275X306X370 мм.

151

Рис. 56. Принципиальная схема кладандого счетчика ,гааа £ ^эластичными .раздели- телями.

152

Принципиальная схема клапанного счетчика для комму­ нально-бытовых потребителей с эластичными подвижными раз­ делителями измерительных камер приведена на рис. 56.

Счетчик содержит герметичный корпус 7, внутри которого1 расположены один или два (на рис. 56 показаны два) камер­ ных блока 18 и 24 с измерительными камерами 3, 16, 20 и 23, разделенными эластичными подвижными перегородками (мем­ бранами) 1 и 17 с жесткими центрами, кривошипно-шатунный механизм 9, газораспределительные механизмы (клапаны) 5 и 12, понижающий редуктор 8 и счетчик оборотов 6.

Жесткие центры эластичных перегородок 1 и 17 через ры­ чаги 21 и 22 связаны с клапанами 5 и 12, межклапанный ка­ нал 14 и через кривошипно-шатунный механизм 9, 10 — с ре­ дуктором 8 счетчика 6. Эластичный разделитель обычно изго­ товляется из тонкой лайковой кожи, ее заменителя или проре­ зиненной ткани. Газораспределительный механизм содержит два переключающих клапана 5 и 12, управляемых эластичными перегородками 1 и 17 через жесткие центры, шток 19, рычаг 21 и тягу 22. Клапаны обеспечивают последовательный впуск и выпуск измеряемого газа из измерительных камер.

Счетчик работает следующим образом. Измеряемый газ че­ рез входной патрубок 11 (рис. 56, а) поступает в герметичную полость корпуса 7 и далее через открытый клапан 5 в камеру 23. Увеличение объема газа в камере 23 вызывает перемеще­ ние подвижной перегородки 1 и 'вытеснение газа из камеры 3 на выход через отверстие 4 седла клапана. После приближе­ ния к стенке камеры 3 эластичная перегородка 1 останавли­ вается в результате переключения клапанных групп, подвиж­ ная часть клапана 5 полностью перекрывает седла клапанов 2 и 4 (рис. 56, б), отключая камерный блок 24, а клапан 12 открывает вход газа в камеру 16 и соединяет камеру 20 с вы­ ходным патрубком 13 через отверстие 15 в седле клапана. Газ, поступая в камеру 16, перемещает эластичную перегородку 17. При этом газ из камеры 20 вытесняется на выход через отвер­ стие 15. После приближения к стенке камеры эластичная пе­ регородка 17 останавливается в результате полного отключе­ ния камерного блока 18 клапаном 12, а клапан 5 открывает вход газа в камеру 3 (рис. 56, в). При подаче газа в камеру 3 эластичная перегородка 1 перемещается, вытесняя газ из ка­ меры 23 на выход через седло клапана 2. После приближения

ностью отключает камерный блок 24, а клапан 12 открывает доступ газа в камеру 20 (рис. 56, г). При дальнейшем движе­ нии эластичная перегородка вытесняет газ из камеры 16 на выход счетчика.

Процесс повторяется периодически, и счетный механизм подсчитывает число ходов эластичных перегородок. За каждые

153

два хода эластичной перегородки вытесняется объем газа, рав­ ный удвоенной сумме объемов камерных блоков 18 и 24. Счет­ ный механизм выполнен в виде шестиили восьмиразрядного счетчика оборотов, показания которого отградуированы в ку­ бических метрах. Мерный объем газа полости счетчика на рис. 57, а заштрихован.

Отечественной промышленностью ранее выпускались кла­

шала 2%.

За рубежом клапанные счетчики газа с эластичной перего­ родкой выпускаются рядом фирм, в том числе фирмой «Шлюмберже» (Франция), «Ромбах» (ФРГ) и др. с номинальными расходами 2,5; 4,0; 6,0; 10,0; 16,0 и 25,0 м3/ч и рассчитаны на давление до 0,4 кгс/см2. Погрешность указанных счетчиков не превышает 1%. Вместимость счетного механизма составляет 99 999 м3.

Ротационные счетчики. Для учета газа на небольших га­ зораспределительных станциях с расходами, приведенными к нормальным условиям, до 3000 м3/ч могут быть использованы ротационные счетчики, в показания которых дополнительно вводятся поправки на изменение температуры и давления газа Ротационные счетчики с чугунным корпусом рассчитаны на ра­

на рис. 57, а. Счетчик имеет корпус 1 и два ротора 3 и 7, вра­ щаемые потоком газа. Валы роторов соединены между собой зубчатой передачей 2. Вращение ротора 3 через жестко свя­ занный с ним вал, установленный в шариковых подшипниках или подшипниках скольжения, через магнитную муфту 6 и ре­ дуктор 5 передается счетному механизму 4, в качестве кото­ рого используется шестиили восьмиразрядный десятичный ба­ рабанный счетчик оборотов.

При вращении роторы скользят по поверхности друг друга боковыми поверхностями, одновременно соприкасаясь с внут­ ренней поверхностью корпуса боковой поверхностью своих вер­ шин. В показанном на рис. 57, а положении давление pi в по­ лости А больше давления р2 в полости Б. При этом на верхнюю половину ротора 7 будет действовать сила Гь равная произве­ дению разности давлений pi—р2- на площадь 5б боковой поверх­ ности верхней части ротора, расположенной в зоне действия давления р{. Сила Fi на плече радиуса ротора R создает вра­ щающий момент Mnp = FiR, вызывая поворот ротора 7 относи­ тельно своей оси. При этом на ротор 3, находящийся в гори­ зонтальном положении, вращающий момент не действует, так как давление pi в камере А действует на обе прловины ро-

154

а — принципиальная схема; б — внешний вид.

тора 3, расположенные симметрично относительно его оси, оди­ наково и силы F2 =F3.

^Вследствие того что валы обоих роторов соединены между собой зубчатой передачей, вращение одного ротора вызывает вращение другого, поэтому оба ротора вращаются синхронно, вытесняя на выход счетчика поочередно объемы газа Vo, отсе­ каемые боковыми поверхностями роторов и внутренней поверх­ ностью корпуса при вертикальном расположении ротора. Таким образом, за один полный оборот вытесняется четыре таких объема. Для уменьшения утечек газа зазоры между вращаю­ щимися роторами и корпусом, а также поверхностями сколь­ жения роторов делаются минимальными (от 0,04 до 0,1 мм), а сами поверхности тщательно доводятся. Газ в таких счетчи­ ках в измерительные камеры подается сверху, благодаря чему взвешенные частицы не засоряют счетчик, а падают вниз. Острые кромки на вершинах роторов способствуют самоочистке счетчика. При хорошо подогнанных роторах и правильно уста­

новленных подшипниках потеря давления в ротационных счет­ чиках не превышает 0,04 кгс/см2,

155

В зависимости от конструкции счетчика частота вращения роторов при номинальном расходе может находиться в преде­ лах от 150 до 1000 об/ч. Объем измерительных камер в зави­ симости от типоразмера может составлять от 1,7 до 1100 л. Ивано-Франковским приборостроительным заводом выпуска­ ются ротационные счетчики газа типа РГ-40, РГ-100, РГ-250, РГ-400, РГ-500 и РГ-1000, рассчитанные на номинальные рас­ ходы 40, 100, 250, 400, 600 и 1000 м3/ч соответственно.

Погрешность счетчиков типа РГ лежит в пределах от 1 до 2,5%. Ротационные счетчики типа РГ выпускаются на рабочее давление до 1 кгс/см2 и могут применяться лишь на газорегу­ ляторных пунктах городских газовых хозяйств и небольших котельных. Ротационные счетчики на высокое давление (до 64 кгс/см2) выпускаются рядом зарубежных фирм, таких как «Газелан» (ГДР), «Зингер» (США), «Ромбах» (ФРГ) и др. Внешний вид ротационного счетчика газа типа CVM фирмы «Зингер» приведен на рис. 57, б.

Коррекция показаний объемных счетчиков при изменении температуры и давления газа. Камерные, ротационные и дру­ гие объемные счетчики обеспечивают измерение объема про­ шедшего через них газа при рабочих температурах и давлениях. В связи с этим при измерении расхода и количества газа не­ обходимо показания объемных счетчиков приводить к нормаль­ ным условиям по формуле

давлении, м3; Vs — приведенный к нормальным условиям объем

тура газа может колебаться в диапазоне от —30 до +50 °С, то при использовании объемных счетчиков необходимо вести регистрацию температуры и давления с последующим вводом поправок на указанные параметры по результатам планимет­ рирования диаграмм с записью температуры и давления. В этом случае в формулу (212) подставляются среднесуточные темпе­ ратура и давление. Следует иметь в виду, что давление на вы­ ходе ГРС и АГРС невелико (3—12 кгс/см2), в связи с чем при практических расчетах коэффициент сжимаемости Z можно принять равным единице.

Приведение газа к нормальным условиям может осуществ­ ляться и автоматически, если обеспечить в счетчике стабили­ зацию плотности газа ИЛИ автоматический ввод коррекции по

156

ёго температуре и давлению. В камерных счетйиках газа низ­ кого давления (до 0,6 кгс/см2) достаточно обеспечить ввод коррекции только по температуре газа.

7.3. ТУРБИННЫЕ РАСХОДОМЕРЫ И СЧЕТЧИКИ

ГАЗА И ЖИДКОСТИ

Турбинные расходомеры и счетчики по сравнению с рота­ ционными счетчиками имеют существенно меньшие габаритные размеры и массу, в связи с чем они могут найти применение в газовой промышленности для тех же целей, что и ротацион­ ные счетчики, а также при более высоких давлениях газа.

ч Принцип действия турбинных расходомеров и счетчиков заключается в преобразовании скорости потока газа (или жид­ кости), проходящего через известное сечение трубопровода, в частоту вращения турбины, установленной в трубопроводе, которая в свою очередь преобразует ее в частоту электриче­ ских импульсов. При этом частота электрических импульсов пропорциональна мгновенному объемному расходу газа или жидкости, а суммарное число подсчитанных импульсов — сум­ марному объему прошедшего через прибор вещества за задан­ ный период времени.

В связи с тем 'что показания турбинных расходомеров и счетчиков не зависят от плотности, давления и температуры газа и обеспечивают измерение в рабочих условиях, для при­ ведения результатов измерения к нормальным условиям необ­ ходимо введение поправок на указанные параметры потока.

Турбинный расходомер (рис. 58, а) содержит корпус 1 , турбинку 2 , свободно вращающуюся в подшипниках корпуса под действием проходящего потока, два обтекателя-струевыпрями- теля 1 0 , индукционный преобразователь 3 частоты вращения в пропорциональную частоту переменного напряжения и вто­ ричный прибор 9, содержащий усилитель 4, формирователь им­ пульсов 5, делитель частоты 6 , выпрямитель 7 и электромеха­ нический счетчик импульсов 8 с указателем мгновенного рас­ хода. Вместо электромеханического счетчика импульсов могут быть использованы и электронные многоразрядные цифровые счетчики, информация на которых сохраняется при исчезнове­ нии электропитания.

Турбинка 2 вращается проходящим потоком газа или жид­ кости с частотой вращения, пропорциональной скорости потока и объемному расходу. Выходное напряжение, снимаемое с ин­

литель 4, формирователь 5 прямоугольных импульсов и дели­ тель частоты 6 .

Как правило, сигнал, снимаемый с индукционного преобра­ зователя 3, весьма мал, особенно при работе на нижнем пре-

157

тель импульсов 5 размещать в непосредственной близости от индукционного преобразователя 3 в корпусе датчика /. При этом соединение датчика со вторичным прибором осуществля­ ется трехпроводным кабелем, по которому одновременно осу­ ществляется питание электронных блоков датчика и подвод выходного частотного сигнала на вход вторичного прибора. Благодаря размещению усилителя и формирователя импуль­ сов в корпусе датчика на вход электронного прибора посту­ пают сформированные прямоугольные импульсы заданного напряжения и полярности, амплитуда которых не зависит от скорости потока среды.

Число импульсов N = N i—N0, просуммированное счетчиком 8 за период времени t = t2—tu пропорционально интегралу по времени входной частоты следования импульсов, т. е. суммар­ ному объему прошедшего вещества:

иt,

где f=dN/dt — частота следования выходных импульсов.

158

Так как }= kQv =kdV/dt, имеем

где k — коэффициент преобразования турбинного расходомера;

Частота вращения, об/мин, турбинки связана со скоростью

где г>п —скорость потока в трубопроводе, м/с; г — радиус тур­ бинки, м; ф— угол наклона лопасти турбинки к направлению потока, градусы.

Так как объемный расход потока Qv = vnS (где S — про­ ходное сечение преобразователя, мм2), получаем

Частота выходного напряжения /, снимаемого с индукцион­ ного преобразователя, пропорциональна частоте вращения п турбинки и числу z ее лопастей:

Приведенные формулы, связывающие частоту вращения тур­ бинки и частоту выходных импульсов со скоростью и расходом потока, не позволяют достаточно точно определить указанные параметры, в связи с чем в конструкцию устройства вводятся дополнительные элементы, обеспечивающие возможность ре­ гулировки и настройки выходных параметров турбинного пре­ образователя на измерение фактических расходов и объемов жидкости или газа.

С этой целью могут использоваться поворотное крыло, байпасирование турбинки обводным регулируемым трубопроводом небольшого сечения, а также изменение коэффициента деления делителя частоты электронного преобразователя в целое или дробное число раз.

Электрический съем сигнала в турбинных преобразователях осуществляется через герметичную немагнитную стенку кор­ пуса 3 (рис. 58, б). В катушке 2 индуцируется напряжение Ui=kBvsinz<at переменной амплитуды и частоты при вращении лопастей 4 турбинки из магнитомягкого материала в магнит­ ном поле с индукцией В постоянного магнита 1. В зависимости от частоты вращения турбинки и конструкции преобразователя, а также от числа лопастей и диаметра турбинки выходное на­

159

в отдельном взрывозащищенном корпусе 4. В корпусе 4 также размещается клеммник и кабельный ввод для соединения со вторичным прибором.

Для удобства монтажа и демонтажа турбинного преобра­ зователя турбинный блок с подшипниками и обтекателями раз­ мещается в отдельном цилиндре 3, позволяющем извлекать турбинный блок из корпуса 1 в направлении, перпендикулярном

коси турбинки, без демонтажа трубопровода.

Взависимости от частоты вращения турбинки и загрязнен­ ности потока могут применяться подшипники скольжения или качения, а также магнитные и газодинамические опоры.

Мгновенный расход и количество прошедшего через при­ бор вещества определяются по вторичному прибору 5, соеди­ ненному кабелем с турбинным преобразователем.

Вряде случаев могут использоваться не полнопроходные турбинные преобразователи, а погружные турбинные измери­ тели местной скорости потока в одной выбранной точке. Та­ кие приборы очень удобны при проведении исследования рас­ пределения скоростей потока по сечению трубопровода, а также при измерении расходов и количеств жидкости и газа, прохо­ дящих по трубопроводам большого диаметра (рис. 60, а).

Турбинный погружной преобразователь 1 местной скорости потока с индукционным преобразователем частотного сигнала установлен в трубопроводе 2 . Скорость потока объемного рас­ хода и количество газа, прошедшего по трубопроводу, опреде­ ляют по счетчику 4 с указателем мгновенного расхода. Схема

160