книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

т = Ш arccos (л ~ 2

Сужающее устройство с регулируемым пределом измерения. Фирмой «Флоу инструменте энд инжиниринг» (США) разра­ ботано оригинальное регулируемое сужающее устройство с вве­ денным в поток измеряемой среды полусферическим телом (рис. 22).

71

Рис. 22. Сужающее устройство с регулируемым пределом измерения.

Преимуществом такого сужающего устройства являются: возможность регулировать верхний предел измерения расхода в отношении 100:1, большой срок службы в связи с отсутст­ вием острых кромок, устойчивость к отложению влияющих на результаты измерений загрязнений вблизи гидравлического сопротивления. Это устройство не требует специальных камер для ввода гидравлического сопротивления в поток и при необ­ ходимости оно может быть выведено из потока без снятия дав­ ления в трубопроводе.

Сужающее устройство (рис. 22, а) содержит измерительный трубопровод 1 , регулировочный винт 2 с полусферическим тор­ цом 4, а также уплотняющее кольцо 3.

Отбор давления pi производится через отверстие 6 , а давле­

на сужающем устройстве показан на рис. 22, б.

2.7. МЕТОДИКА И ПРИМЕР РАСЧЕТА СУЖАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

Расчет расходомеров переменного перепада давления сво­ дится к определению диаметра отверстия сопла или диафрагмы, коэффициента расхода, динамического диапазона измерения,

72

определяемого числом Рейнольдса, перепада давления и потерь давления на сужающем устройстве, а также погрешности изме­ рения расхода газа.

Для расчета должны быть заданы максимальный (предель­ ный), средний и минимальный расходы, диапазоны изменения давления и температуры газа, внутренний диаметр и материал измерительного трубопровода, состав газа или его плотность при нормальных условиях, допустимые потери давления или предельный перепад давления, соответствующий максималь­ ному расходу, а также среднее барометрическое давление в ме­ сте эксплуатации дифманометра-расходомера. Для выполнения расчетов необходимо иметь микрокалькулятор типа «Электро­ ника БЗ-37» или аналогичный, а также Правила [11].

Методика расчета. Перед началом расчета выбираем типы и классы точности дифманометра-расходомера, манометра и термометра. Расчет проводится следующим образом.

1.Определяем округленный до трех значащих цифр вспомо­

гательный коэффициент С по формуле (26) при подстановке в нее значения максимального (предельного) расхода газа <Эн.пр, температуры и давления, плотности газа при нормаль­ ных условиях рП) коэффициента сжимаемости Z и внутреннего диаметра измерительного трубопровода D:

При найденном значении С возможны два вида расчета: по заданному перепаду давления или по заданным потерям дав­ ления. Если задан определенный перепад ДрПр, то по номограмме, приведенной в приложении 32 Правил [11], определяем предва­ рительное значение относительной площади т (модуля) сужа­ ющего устройства по найденному коэффициенту С и заданному предельному перепаду давления на сужающем устройстве Дрпр.

ние коэффициента расхода а.

2. Вычисляем с точностью до четырех значащих цифр вспо­ могательный коэффициент т а по формуле (25):

та — С I (е V Дрпр),

где е — поправочный множитель на расширение газа, опреде­ ляемый по формуле (91) для верхнего предельного перепада давления дифманометра ДрПр; Дрпр — верхний предельный пе­ репад давления на сужающем устройстве, кгс/м2.

3. Определяем уточненное значение модуля т с точностью до четырех значащих цифр по формуле

т =. та / а.

П

4. По уточненному значению модуля т по формуле (91) находим новое значение поправочного множителя на расшире­ ние е и вычисляем разность между первоначально вычислен­ ным значением е и уточненным. Если эта разность не превы­ шает 0,0005, то вычисленные значения т и е считаются окон­ чательными.

5. Определяем диаметр d отверстия диафрагмы при оконча­ тельно выбранном значении т по формуле (89):

d = D~\f т.

6. Найденные значения коэффициентов расхода а, попра­ вочного множителя на расширение е , диаметра d отверстия диафрагмы, а также АрПр, Р \ , Ти рп и Z подставляем в фор­ мулу (17), (18) или (19) для определения расхода газа и про­ веряем расчет предельного расхода Q H.np. Полученное значение Он.Пр не должно отличаться от заданного более чем на 0,2%.

до получения требуемой погрешности расчета предельного расхода газа и параметров диафрагмы.

7.Определяем новые уточненные значения модуля пг, диа­ метра d отверстия диафрагмы, а также коэффициента расхода

аи повторно подставляем в формулу расхода газа при ранее найденных и заданных значениях остальных величин. Если уточненное расчетное значение предельного расхода газа не отличается от заданного более чем на 0,2%, то уточненные значения m, d и а фиксируются в расчетном листе сужающего устройства.

8.Рассчитываем минимальные и максимальные числа Рей­ нольдса по формулам (81), (82) и сравниваем минимальное число Рейнольдса с граничными значениями по формуле (88).

9.Определяем толщину диафрагмы Е по формуле (120), ширину цилиндрической части диафрагмы еп по формуле (121), ширину кольцевой щели с по формуле (122), а также размеры

кольцевых камер а и b по формуле (123).

10.Выбираем длины прямых участков измерительных тру­ бопроводов до и после диафрагмы, а также определяем погреш­ ность от влияния местных сопротивлений по табл. 5—10.

11.Рассчитываем погрешность измерения расхода газа по формулам (95)—(115).

Полученные данные фиксируются в расчетном листе сужа­ ющего устройства и являются основой для его изготовления, монтажа и эксплуатации.

Пример расчета сужающего устройства (диафрагмы). Рассмотрим рас­ чет диафрагмы при следующих исходных данных. Измеряемая среда — при­ родный углеводородный газ с плотностью при нормальных условиях ри = = 0,727 кг/м3. Наибольший измеряемый (предельный) расход газа, приве­

74

Внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством (диафраг­ мой) D — 400 мм. Вязкость газа в рабочих условиях р = 1,13-10_6 кгс-с/м2.

Перед диафрагмой находятся местные сопротивления в виде входного коллектора с двумя коленами, расположенными в разных плоскостях, и вход­ ной отсекающий кран (рис. 19, и). За диафрагмой установлена гильза термо­ метра и выходной кран. Допустимая погрешность от неучета длин прямых

планиметров одинаковы и не превышают 0,5%. Абсолютные погрешности хо­ да диаграмм дифманометра, манометра и термометра Атдр , Дтр и Дтг не пре­ вышают 2 мин.

П о р я д о к р а с ч е т а . 1. В качестве сужающего устройства выбираем диафрагму (рис. 12,6) из нержавеющей стали марки Х17. В качестве вто­ ричного измерительного прибора выбран сильфонный самопишущий дифманометр типа ДСС-712 класса точности 1,5 с предельным перепадом давления

туры газа выбран самопишущий манометрический термометр типа ТЖС-712

к Правилам [11], определяем численное значение модуля диафрагмы m и необратимые потери давления на диафрагме р„. Фрагмент номограммы из

точку А , соответствует значению искомого модуля диаграммы m = 0,356. Проведя из точки А горизонтальную прямую до пересечения с осью орди­ нат, получаем значение необратимых потерь давления ра на диафрагме, рав­ ное 0,16 кгс/см2.

Такое значение минимального числа Рейнольдса удовлетворяет условию

75

(88), что позволяет использовать формулу (85) для определения коэффи­ циента расхода ау при угловом способе отбора давлений.

7. Подставив найденные значения модуля т = 0,356 и минимального числа Рейнольдса R emin = 1,74-10е в формулу (85) для определения коэф­ фициента расхода газа при угловом способе отбора давлений, получаем

76

•fe i , 29 + 6,704• 10-е[2575 + (346,23 — 278)2j • 13 =

=1,29 + 0,088 — 1,378.

9.По формуле (91) рассчитаем предварительное значение поправочного Множителя на расширение в при известном предварительном значении моду­

= 0,2109 • 0,6468 ■0,99 • 2402 У 2500 -13/ (278 • 0,974 • 0,727) =

=7778,64-12,85 = 99955,6 м3/ч.

15.Находим погрешность расчета максимального расхода газа по фор­

муле

да газа, м3/ч. Так как погрешность расчета 0,04% вполне допустима, окон­ чательно принимаем следующие параметры измерительной диафрагмы: диа­

=0,0361-100 000-0,727/(400-1,13-ю-®) = 2,64-106.

17.Из условия (120) принимаем толщину диска диафрагмы Е = 0.05D. Тогда £ = 0,05-400 = 20 мм. Ширину цилиндрической части отверстия диа-

77

ходной части диафрагмы ф должен быть не менее 30 и не более 45°. Прини­

за термометра и выходной кран. По табл. 10 определяем минимальное рас­ стояние L 2I D между входным патрубком с группой колен, расположенных в разных плоскостях, и входным краном. При указанном расположении ме­

Расчет погрешности измерения расхода газа. Для расчета погрешности измерения расхода сухого газа выпишем исход­ ные данные, полученные при расчете сужающего устройства (диафрагмы), а также определим ряд дополнительных данных.

При внутреннем диаметре трубопровода D = 400 мм, т —0,36 и минимальном числе Рейнольдса Remin= 1,74-106, исходя из условий, указанных в настоящей главе, можно принять, что 8«ш—$ ад= 6 ad= 0,05% , биВ = 0,15°/о и 6Re= 0 .

При измерении фактических размеров измерительного тру­ бопровода и диафрагмы было получено, что высота уступа

78

бяутрй Прямого уйастка трубопровода Перед Диафрагмой при стыковке труб h —1 мм на расстоянии 1 = 2 мм от диафрагмы, а эксцентриситет оси отверстия диафрагмы и измерительного трубопровода <?=2 мм. При выбранных длинах прямых участ­

# = (A /D )-100= 1-100/400 = 0,25% < 0,3%.

При (h/D) - 100 меньше 0,3% по условию (102) можно при­ нять, что б«я=0.

При эксцентриситете е=2 мм проверяем выполнение усло­ вий (101):

ет1п = 0,0005 • 400 / (0,1 + 2,3 • 0,362) = 0,51; етах= 0,005-400/ (0,1 + 2,3-0,362) = 5,1.

Из указанных условий видно, что фактическое значение эксцентриситета е--2 мм удовлетворяет условию (101), в связи с чем погрешность от влияния эксцентриситета 6<«.=0,3%- Под­ ставив полученные данные в формулу (97) с учетом того, что погрешность! 6<ш=0,3%, а погрешности б„ш, бап и б«н равны нулю, получаем значение предельной погрешности определения коэффициента расхода а:

бр, бти 6z-

Погрешность определения поправочного множителя на рас­

Погрешность определения показателя адиабаты к рассчитаем по формуле

6* = 50Дк/х,

где Лк — абсолютная погрешность определения показа^^ля адиабаты. При определении показателя адиабаты природного газа из таблиц с тремя значащими цифрами после запятой аб­ солютная погрешность Дк может быть принята равной поло­ вине единицы младшего разряда последней значащей цифры в табличных значениях к. В этом случае абсолютная погреш­ ность Дк определения показателя адиабаты будет равна 0,0005. Погрешность определения показателя адиабаты при Дк = 0,0005 и к = 1,378

б х = 50Дк / к = 50• 0,0005 / 1,378 = 0,02%.

79

Предельная погрешность определения перепада давления Ар показывающим дифманометром определяется по формуле (106) при значениях Др= (2/з) ДрП и S 4p = l,5%:

КР = 0,5 ( ^ - ) Stp = 0,5 (-§-) -1 .5 = 1,125%.

Предельная погрешность определения давления показыва­ ющим манометром рассчитывается по формуле (ПО) при р —(2/з)Рпр и <Sp= 1 %:

бР = 0,5- (3/2) • 1 = 0,75%..

Погрешность отбора 60 при т =0,36^0,56, Лрпр=0,25 кгс/см2

Предельная погрешность определения давления с помощью регистрирующего манометра и обработки диаграмм пропорцио­ нальным планиметром определяется по формуле (111) при р = (2/з)РпР, SP = 1%, 6п.п = 0,5% и ДтР = 2 мин:

с помощью регистрирующего термометра и обработки диаграмм

80