книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

Рис. 89. Схема грузопоршневого манометра «Аметек» (США) с плавающей в потоке шариковой заслонкой.

поршня 15 в составе осветителя 18, линзы 16, прозрачных окон 4, зеркал 5, 6 и смотрового экрана 2 из матового стекла.

Поршень 15 приводится в непрерывное вращение от элект­ родвигателя 7 через шкивы 8 и 12 посредством ременной пе­ редачи 9. Шкив 12 свободно вращается в подшипнике 13 отно­ сительно рабочего цилиндра 17, а посредством поводка 10 шкив 12 передает вращение поршню 15 с грузами 11. Полость 3 ци­ линдра 17 с подводящими трубопроводами и нижняя полость 14 цилиндра 26 заполнены трансформаторным маслом. Воронка

линдре 26 при закрытых вентилях 21, 22 и открытом вентиле 23. Верхняя часть 24 полости цилиндра 26 заполнена воздухом, поступающим от источника питания по трубке 28 при открытых

для индикации выходного давления. Воздушный компенсатор 37 служит для компенсации утечек воздуха из камеры 24 и точной регулировки давления в системе. Вентиль 36 предназна­ чен для включения и отключения воздушного компенсатора, вентиль 29 — для подключения манометра 25, а вентиль 19 — для разобщения камер 3 и 14 и цилиндров 17 и 26.

Манометр работает следующим образом. Включением элект­ родвигателя 7 обеспечивается вращение поршня 15 с грузами 11 для снижения трения в уплотнениях рабочего цилиндра 17. Сжатый воздух от источника питания с плавно нарастающим

давлением р через открытые вентили 34, 35 и 30 подается в ка­ меру 24 цилиндра 26. Давление воздуха в камере 24 воздей­ ствует на поверхность масла в цилиндре 26, что приводит к соз­ данию такого же давления масла в полости 3 цилиндра 17. Это давление воздействует на торец поршня 15 с грузами и стре­ мится его приподнять. В момент начала движения поршня кран 34 закрывают и с помощью компенсатора 38 добиваются пол­ ного уравновешивания поршня 15, при котором тень от торца поршня на экране 2 неподвижна. При достижении торцом 1 поршня неподвижного положения производится отсчет выход­ ного давления рвых в плюсовой камере поверяемого дифманометра 33 по значениям, указанным на грузах 11.

Грузопоршневой манометр МП-2,5 обеспечивает формирова­ ние выходного заданного давления воздуха в пределах от 0 до 2,5 кгс/см2 с погрешностью, не превышающей 0,02%.

Поверка дифманометров подачей одностороннего давления в его плюсовую камеру существенно упрощает проведение ис­ пытаний. Однако в ряде случаев такая поверка оказывается не­ достаточной, так как требуется еще и выяснение влияния ста­ тического давления в обеих камерах поверяемого дифманометра на погрешность измерения.

Фирмой «Буденберг» (ФРГ) разработан и выпускается об­ разцовый дифференциальный грузопоршневой манометр, обес­ печивающий одновременное создание разности давлений воз­ духа с высокой точностью в пределах от 0 до 2 кгс/см2 на уров­ не статических давлений воздуха в обеих камерах поверяемого дифманометра до 200 кгс/см2.

212

Рис. 91. Принципиальная схема дифференциального грузопоршневого образцового ма­ нометра для поверки днфманометров с подачей статического давления.

Принципиальная схема дифференциального грузопоршне­ вого манометра фирмы «Буденберг» приведена на рис. 91. Ма­ нометр содержит два рабочих цилиндра 7 и 32, в которых раз­ мещены вращающиеся грузопоршневые системы с одинако­ выми грузами 9 и 26, обеспечивающими создание равных ста­ тических давлений воздуха в обеих камерах поверяемого дифманометра 19. Груз 27 служит для создания заданной разно­ сти давлений воздуха, подаваемой в плюсовую камеру поверяе­ мого дифманометра 19. Цилиндры 7 в 32 оснащены резервуа­ рами 12 и 23 с трансформаторным маслом, подающими его по трубопроводам 10 я 25 в зазоры подшипников скольжения ци­ линдров 7 и 32 с целью уменьшения трения при движении поршней 8 и 31 и создания масляного уплотнения в системе «сжатый воздух—масло». Поршни 8 в 31 с грузами вращаются с постоянной скоростью от электродвигателя (на схеме не по­ казан).

Капли масла стекают в камеры 6 в 33 в далее по трубопро­ водам 5 и 34 в сборные емкости 1 в 37. Давление масла в за-

213.

pi и p2- Для тонкой регулировки давлений в камерах 2 и 38 установлены два поршневых воздушных компенсатора 39, свя­ занных с этими камерами каналами 3 и 41. Сброс воздуха из камер 2 и 38 производится с помощью групп вентилей 42, 47 и 46 по трубопроводам 4, 40 и 45, а сброс масла из емкостей 1 и 37 — с помощью вентилей 35 по каналам 36.

Рассмотренный грузопоршневой манометр обеспечивает соз­ дание заданных статических давлений и разности этих давле­ ний с точностью 0,02%.

Внешний вид образцового дифференциального грузопоршне­ вого манометра фирмы «Буденберг» показан на рис. 92. Габа­ ритные размеры дифманометра 440X470X600 мм, а его масса не превышает 60 кг.

9.3. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ МАНОМЕТРОВ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ

Поверка манометров и преобразователей давления доста­ точно просто и с высокой точностью осуществляется с помощью грузопоршневых манометров типа МП-6, МП-60 или МП-600, обеспечивающих создание на выходе этих манометров задан­ ного давления масла или кремнийорганической жидкости и по­

с поршнем 3, а также масляный резервуар 4 с вентилем 5. Поверяемый манометр 13 подключается к грузопоршневому ма­ нометру с помощью трубопровода 15 и вентиля 14.

Манометр работает следующим образом. При закрытом вен­ тиле 5 и открытых вентилях 6 , 12 и 14 вращением маховика 1 перемещают поршень 3, вследствие чего в полости цилиндра 9 (под поршнем 8 ) и на входе поверяемого манометра 13 созда­ ется давление масла ръых, которое определяется массой гру­ зов 7. Значение этого давления обозначается на грузах. Образ­ цовый стрелочный манометр 1 0 служит для индикации выход­ ного давления рвых с точностью 0,4%. Указатель 11 служит для контроля положения поршня относительно цилиндра 9.

Рис. 93. Схема образцового грузопоршневого манометра.

215

В зависимости от выбранного типа выходные давления грузо­ поршневого манометра лежат в пределах 0—6; 0—60 и 0— 600 кгс/см2. Погрешность описываемых грузопоршневых мано­ метров составляет 0,02 или 0,05%.

9.4. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ПЛОТНОСТИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Измерители плотности природного газа (не считая лабора­ торных методов определения плотности) только начинают ис­ пользоваться в газовой промышленности, поэтому возникает много вопросов, связанных с особенностями их эксплуатации, в частности о методах их поверки.

Главной особенностью современных автоматических изме­ рителей плотности газа как в нормальных, так и в рабочих ус­ ловиях, существенно затрудняющей их поверку, является очень низкая погрешность измерения рабочих плотномеров, до 0,2— 0,1%. Из-за нее к образцовым средствам поверки плотномеров предъявляются чрезвычайно высокие требования по точности, стабильности, повторяемости результатов измерений.

Рассмотрим основные методы и средства поверки плотно­ меров.

1. Метод стандартных образцов газов и газовых смесей. Применяется для поверки измерителей плотности газов в нор­ мальных условиях. В случае применения чистых газов погреш­ ность этого метода может быть низкой — 0,1—0,2%. Метод мо­ жет быть использован для поверки плотномеров класса точно­ сти 0,3—1%. Основные трудности метода — получение газов высокой степени чистоты и неравномерность контрольных то­ чек внутри диапазона измеряемых плотностей.

В случае использования газовых смесей для более равно­ мерного распределения контрольных точек точность задания плотностей значительно снижается и зависит от точности объем­ ных мерников газа и от приближенного характера уравнения (32), по которому вычисляется плотность смеси газов. Основ­ ная причина неточности этого уравнения заключается в том, что при смешивании различных газов общий объем смеси не равен сумме объемов ее компонентов. В результате достигается погрешность поверки 0,5—0,6%, что во многих случаях недо­ статочно.

2. Метод задания плотности газа в рабочих условиях по уравнению газового состояния. Основан на создании серии контрольных точек плотности газа в рабочих условиях за счет изменения давления и температуры газа, учета плотности ис­ пользуемого в образцовой установке газа в нормальных усло­ виях и вычисления по ним коэффициента сжимаемости и ре­ зультирующей плотности в рабочих условиях по формуле (13). Погрешность, получаемая этим методом, равна 0,2—0,3%, что

21S

Рис. 94. Схема образцовой установки для поверки измерителей плотности газа в ра­ бочих условиях по уравнению газового состояния.

недостаточно для поверки высокоточных рабочих плотномеров. Схема образцовой установки для поверки измерителей плот­ ности газа в рабочих условиях по уравнению газового состоя­ ния представлена на рис. 94. Схема содержит термоизолиро­ ванный сосуд 1, заполненный теплопроводной жидкостью, на­ пример, водой, поверяемый преобразователь (датчик) плотно­ сти 2, термометр 3, электронно-счетный частотомер 4, редуктор 5, баллон 6 с испытательным газом, грузопоршневой манометр 7, разделительный сосуд 8, стрелочный манометр 9. Установка работает следующим образом. С помощью редуктора 5 по стре­ лочному манометру 9 устанавливают ряд значений рабочего давления газа, подаваемого на датчик плотности 2, а точные давления определяют по грузопоршневому манометру 7. По ча­ стотомеру 4 определяют выходной частотный сигнал датчика плотности, а по термометру 3 - температуру в термостате 1, равную температуре газа в датчике плотности. Газ подается из баллона 6. Разделительный сосуд 8 предназначен для урав­ нивания давления газа в датчике плотности и трубках с дав­ лением жидкости в грузопоршневом манометре. Затем по изме­ ренным значениям давления, температуры, известной плотности

значение плотности р в рабочих условиях для данной контроль­ ной точки. Те же операции повторяются для других контроль­ ных точек.

3. Ареометрический метод. Основан на измерении выталки­ вающей силы, действующей по закону Архимеда на погружен­ ное в анализируемый газ тело,

2J7

а

|ДИД1*|Д| 4 — 7

Рис. 9S. Схема ареометрической поверочной установки плотномеров газа.

о. — для поверки плотномеров газа в нормальных условиях; d — для поверки плотно­ меров газа в рабочих условиях.

ский измеритель 8 , весы 11 с разновесом 9 и ареометрическим

чают в камере 4 газовые смеси с разной плотностью, которые подаются на плотномер 6 через дроссель 15 и в измерительную камеру 1 2 , где воздействуют на ареометрическоетело ./<? и сбра-

218

сываются в атмосферу. При этом достигается давление в из­ мерительной камере, равное атмосферному. Весы выходят из равновесия. Выталкивающая сила определяется равновесом, помещенным на чашку весов. Давление и температура в ареометрическом измерителе определяются по барометру 1 0 и тер­ мометру 14. Частотный сигнал измерителя плотности газа в нор­ мальных условиях определяется с помощью частотомера 7.

Основным источником погрешности установки являются ве­

метрическое тело изготовляют с массой, равной грузоподъем­ ности весов. При этом стараются его объем сделать максималь­ ным. При массе 200 г удается изготовить ареометрическое тело объемом 2000 см3.

При определении плотности метана выталкивающая сила на таком ареометрическом теле составляет примерно 1,4 г. По­ грешность взвешивания на весах около 1 мг. Таким образом, относительная погрешность взвешивания газа 6= 1-100/1400 =

=0,07%. Так как объем ареометрического тела также известен

снекоторой погрешностью, результирующая погрешность по­ верочной установки составляет примерно 0,1%.

Схема ареометрической поверочной установки для плотно­ меров газа в рабочих условиях значительно сложнее вышеопи­ санной. Она представлена на рис. 95, б. Установка содержит частотомер 1, сосуд высокого давления 4 с подогревателем 5 и теплоизоляцией 6 , внутри которого размещены поверяемый пре­

образователь 2 плотности газа в рабочих условиях, весы 8 с ареометрическим телом 7 и электромагнитным компенсато­ ром И. Устройство содержит также терморегулятор 3, датчик температуры 10, измеритель температуры 9, баллон с испыта­ тельным газом 14, впускной 13 и выпускной 15 регулируемые вентили, манометр 1 2 и регулятор-измеритель тока электромаг­ нитного компенсатора 16.

Установка работает следующим образом. Испытуемый пре­ образователь плотности 2 размещается в сосуде 4, после чего сосуд тщательно герметизируется, продувается испытательным газом и нагревается до температуры, соответствующей задан­ ному режиму поверки. В случае необходимости работы при по­ ниженных температурах камера 4 стенда помещается в камеру холода. В сосуд 4 подается испытательный газ и с помощью вентилей 13 и 15 и манометра 12 устанавливается в камере не­ обходимое давление. Затем делается выдержка времени для выравнивания температуры стенок сосуда, испытательного га­ за, ареометрического тела и преобразователя плотности, после чего регулируют и измеряют ток электромагнитного компенса­ тора, уравновешивающий весы, и по частотомеру частоту вы­ ходного сигнала преобразователя плотности. После этого ток компенсатора переводится в соответствующую ему величину

219

Рис. 96. Схема пикнометрической установки для измерения плотности газа при нор­ мальных условиях.

выталкивающего усилия, действующего на ареометрическое тело.

При обработке результатов измерения необходимо вводить поправки на изменение объема ареометрического тела от тем­ пературы в сосуде и на изменение от температуры в сосуде усилия, развиваемого электромагнитным компенсатором. Дан­ ные, необходимые для введения поправок, определяются пред­ варительно в процессе изучения и аттестации установки.

Погрешность поверочной установки для измерителей плот­ ности газа при рабочих условиях составляет 0,1%.

4. Пикнометрический метод. Применяется для поверки из­ мерителей плотности газа как в нормальных, так и в рабочих условиях. Метод основан на измерении массы исследуемого газа, находящегося соответственно при нормальных или рабо­ чих условиях внутри сосуда (пикнометра) с точно известной вместимостью. Погрешность метода, так же как и ареометриче­ ского для нормальных условий, определяется погрешностью взвешивания пикнометра, а также погрешностью определения вместимости пикнометра.

Схема пикнометрической установки для измерения плотно­ сти газа при нормальных условиях представлена на рис. 96. Установка содержит аналитические весы 1, пикнометр 2 с про­ бой газа, термометр 3, барометр-анероид 4, разновес 5.

Пикнометр, являющийся основной частью установки, пока­ зан на рис. 35, а. Он состоит из тонкостенной стеклянной колбы шаровой формы вместимостью 130—150 см3, в которой впаяны вводная и выводная трубки 2 и 5 с хорошо пришлифованными

т