книги / Расходомеры и счетчики газа, узлы учета

Возможность дистанционного снятия показаний счетчика. Присоединительные патрубки (L = 200 мм) соответствуют

ГОСТ 12815.

ОАО «Укрспецтехника» выпускает ультразвуковые бытовые счет­ чики газа ЛГП (Е6) Европейского стандарта типоразмеров G2,5; G4 и G6. Объем газа приводится к стандартным условиям. Счетчики изготовлены в пылевлагоискрозащищенном исполнении для вертикального и горизонтального положения. Литиевая бата­ рея (3,6 В) обеспечивает работу в течение 8-10 лет. Счетчик мо­ жет работать на открытом воздухе. Счетчик имеет возможность дистанционной передачи показаний. Имеется сигнал неисправнос­ ти, информация сохраняется около 1 года.

Геометрические размеры различных моделей счетчика ЛГП при­ ведены на рис. 3.3.

Диапазоны объемных расходов газа счетчика ЛГП, приведен­ ных к стандартным условиям, даны в табл. 3.3.

3.2. ВИХРЕВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ-СЧЕТЧИКИ

Счетчики ВРСГ-1. Вихревые расходомеры ВРСГ-1, выпускае­ мые фирмой ИРВИС (Казань), предназначены для измерения объем­ ного расхода природного газа, воздуха и других неагрессивных га­ зов. При измерении массового расхода газов с известным составом или объема, приведенного к стандартным условиям (Р = 760 мм рт. ст., Т = 293,15 К), применяется автоматическая компенсация по давлению и температуре.

Принцип действия вихревого расходомера ВРСГ-1 основан на зависимости частоты срыва вихрей с поверхности плохообтекаемо­ го тела, помещенного в трубопроводе диаметрально оси трубы, от объемного расхода. Сигналы с чувствительного элемента вихрево­ го расходомера, датчиков температуры и давления, расположенных в проточной части, усиливаются, преобразуются и по кабелю пере-

71

даются в блок обработки и индикации сигналов (БОИС). В БОИС микропроцессор автоматически реализует алгоритм приведения объемного расхода газа к стандартным условиям и его интегриро­ вание. Результат расчета отображается на индикаторе текущего расхода и регистрируется электромеханическим счетчиком, кото­ рый отображает нарастающим итогом прошедший объем газа в кубических метрах, приведенным к стандартным условиям [43].

ВРСГ-1 состоит из проточной части (ПЧ) с первичными преоб­ разователями объемного расхода, давления, температуры, блока пред­ варительного усилителя (БПУ) и БОИС. На передней панели БОИС расположен электромеханический счетчик количества газа и счет­ чик времени наработки прибора.

Основные особенности расходомера ВРСГ-1: отсутствие подвижных частей;

автоматическая компенсации по плотности, позволяющая ис­ ключить так называемые сезонные коэффициенты пересчета коли­ чества газа, а также субъективные ошибки при расчетах между поставщиками и потребителями газа;

минимальные гидравлические потери при D 50, 80, 100, 120, 150, 180 и 200 мм;

широкий диапазон измерений: расхода 11-5000 м3/ч, темпера­ туры — -10 -+ 35 °С;

линейность градуировочной характеристики; класс точности ±2,0; частотный выходной сигнал расхода;

стабильность показаний; универсальность градуировоч­

ной характеристики для различ­ ных измеряемых сред;

сохранность показаний при отключении питания;

наличие выхода RS-232 для связи с другими ЭВМ, позволяю­ щее применять его для систем автоматического управления и оптимизации в химических и энергетических производствах.

Преобразователи ВИР-100. В Челябинском ОАО «Теплоприбор» разработан вихревой пре­ образователь расхода ВИР-100 (рис. 3.4) [43].

Он предназначен для коммер­ ческого учета объемного расхода однофазных жидких и газообраз­ ных сред. Чувствительный эле-

72

мент прибора представляет собой дифференциальный датчик дав­ ления, встроенный в тело обтекания.

Основная техническая характеристика:

исполнение фланцевое или бесфланцевое типа «сэндвич»; Dy равны 50, 80,100,150, 200, 250 мм;

выходной сигнал импульсный с гальванической развязкой, то­ ковый (4-20 мА);

напряжение питания 15-36 В; потребляемая мощность не бо­ лее 1 Вт;

для жидкости: температура от 4 до 150 °С; давление до 1,6 МПа; динамический диапазон скоростей потока от 0,2 до 7,6 м /с; вяз­ кость не более 2 сСТ, относительная погрешность измерения ±1 % ; для газа: температура от -30 до +50 °С; максимальное рабочее давление до 4 МПа; динамический диапазон скоростей потока от 5

до 76 м/с, относительная погрешность измерения ±1,5 % ; для перегретого пара: температура от 110 до 300 °С; макси­

мальное рабочее давление до 4 МПа; динамический диапазон ско­ ростей потока от 5 до 76 м/с, относительная погрешность измере­ ния ±1,5 % ;

диапазон температур окружающей среды по УХЛ2 (от -3 0 до +70 °С), влажность 98 % при +35 °С);

исполнение по защите от воздействия окружающей среды — IP65; исполнение по взрывобезопасности — Ех.

Расходомеры V-bar-700. Погружной вихревой расходомер мо­ дели V-bar-700, выпускаемый фирмой ЕМКО (рис. 3.5), предназна­ чен для измерения скорости потока/расхода сжатого воздуха, тех­ нологических газов, пара, маловязких жидких сред. Ориентирован, в первую очередь, на измерение расхода в больших трубопроводах.

Основная техническая характеристика расходомера V-bar-700 следующая [42]:

Выходы расходомера: аналоговый (4-20 мА); импульсный; ин­ дикатор ЖК. Питание: 8-40 В или 220 В, 50 Гц. Материал, кон­ тактирующий с измеряемой средой — коррозионно-стойкая сталь. Конструкция расходомера компактная или разнесенная (5 -20 м). Соединение с трубой резьбовое и фланцевое. Исполнение взрывобез­ опасное — lExdibllCT6X. Внесен в Госреестр Росстандарта.

74

Рис. 3.5. Монтале на объекте V-bar-700

Кроме описанных, в реестр Госстандарта включен ряд российс­ ких и иностранных приборов, в том числе:

счетчик газа СВГ, выпускаемый ОАО «Сибнефтеавтоматика» («СибНА», Тюмень) на диаметры 50, 80, 100 и 150 мм и расходы от 4 до 5000 м3/ч с погрешностью ± 2,5 % для температур -2 0 - + 250 °С и давлений до 2,5 МПа, а также датчик расхода пара ДРГМ (производитель тот же) на диаметры 50 и 80 мм и расходы 0,0312 т/ч с погрешностью до ± 3 % для температур до 200 °С и давлений до 1,6 МПа;

Yewflo, выпускаемый фирмой «Иокогава» (Япония) для газа и пара на диаметры от 15 до 300 мм для скоростей потока ниже 35 м/с с погрешностью ± 1 %, а для 35-80 м/с — с погрешностью ±1,5 % при температурах от -40 до 450 °С.

3.3. КАРИОЛИСОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫ MACK

Массовые счетчики-расходомеры MACK (ТУ 25 6754.0042-92), выпускаемые АО MACK (Москва), относятся к типу кариолисовых и предназначены для измерения и коммерческого учета потоков жид­ костей и газов (нефтепродукты, природный и сжиженный газ, пище­ вые продукты и т. д.), протекающих в закрытых трубопроводах.

Основные особенности:

измерения производятся непосредственно в единицах массы (кг, т); точность измерений не зависит от давления, плотности и вязко­

сти рабочей среды; возможна установка (задание) дозы измеряемого продукта и

коммутация сигнала.

Основные технические характеристики расходомера MACK:

75

3.4.ЛАЗЕРНЫЕ И ТЕПЛОВЫЕ ПРИБОРЫ

Внастоящее время для измерения объемного расхода природно­ го газа в трубопроводах большого диаметра обычно используют расходомеры переменного перепада давления на основе СУ. Такие расходомеры обладают рядом недостатков:

затупление и загрязнение кромки диафрагмы в процессе экс­ плуатации, что приводит к значительному увеличению погреш­ ности;

потеря давления в трубопроводе; сложность и высокая трудоемкость регламентных работ;

высокая стоимость оборудования, строительства и монтажа «ги­ тары».

Всвязи с этим назрела проблема развития и внедрения новых методов измерения объемного расхода, независимых от параметров контролируемой и окружающей сред, обеспечивающих высокую точность и удобство в эксплуатации, меньшие начальные и эксплу­ атационные затраты, чем расходомеры с СУ.

Расходомеры ЛДА. Одним из перспективных направлений раз­ вития современной расходомерной техники является использова­ ние методов и средств оптоэлектроники, наибольший интерес среди которых представляют методы лазерной доплеровской интерферо­ метрии. Эти методы оказались наиболее эффективными при иссле­ довании статистически рассеивающих физических сред (жидкостей, газов). Высокая точность и широкий диапазон измерений скорос­

ти (до 0,05 % в диапазоне от 10“ 3 до 103 м /с), помехоустойчи­ вость, отсутствие контакта с контролируемой средой и другие пре­ имущества обуславливают большую перспективность применения лазерных доплеровских анемометров (ЛДА), в частности в качестве

76

средств метрологического обеспечения поверки других расходо­ меров.

Несмотря на то что первые результаты по измерению скорости ЛДА были получены в 1964 г., развитие этих методов сдержива­ лось малой надежностью и стабильностью факторов, влияющих на точность. В настоящее время в связи с развитием твердотельной техники и технологии и достаточной статистики по исследованию потоков существуют условия для разработки и внедрения промыш­ ленных образцов систем коммерческого учета объемного расхода природного газа и жидких сред при их транспортировке.

Научной и методической базой разработки ЛДА и расходомеров на их основе являются работы, ведущиеся в Physikalisch-Technische Bundesanstalt (Германия) (РТВ).

Производство систем на базе ЛДА осуществляют фирмы DANTES (Дания) и TSI (США). Их продукция составляет свыше 80 % мирового парка аналогичных приборов, однако она сориенти­ рована на научно-исследовательские приложения в гидро- и аэро­ динамике.

Внастоящее время НПФ «Вымпел» в содружестве с РТВ ведет работы в области лазерной доплеровской анемометрии в целях создания расходомера (ЛДР) для измерения объемного расхода при­ родного газа в трубопроводе большого диаметра.

Внастоящее время разработан и изготовлен ЛДР со следующи­ ми параметрами:

диаметр измерительного трубопровода — до 1600 мм; избыточное давление — до 100 кгс/см2; диапазон измерения расходов — 1:100;

относительные погрешности: измерения скорости среды 0,1 %, измерения расхода — не более 1 % (ГОСТ 8.361-79 [10]).

Расходомеры РГА. Тепловые расходомеры газа (термоанемо-

метрические) РГА-ЮО(ЗОО), выпускамые ООО НПП «Строб» (г. Ростов-на-Дону), предназначены для работы в узлах коммерче­ ского учета природного газа известного состава. Погрешность 1 %, МПИ — 3 года.

Включен в реестр Росстандарта.

Для сравнения ниже описан иностранный прибор. Расходомеры T-MASS. Погружной термический расходомер моде­

ли T-MASS применяют для измерения массового расхода сжатого воздуха и различных технологических газов в разных отраслях про­ мышленности. Прибор отличается широким динамическим диапа­ зоном (1:100) и легкостью установки в трубопроводы большого ди­

77

чивалось до недавнего времени из-за тяжелых условий эксплуата­ ции. Установленный в воздушной магистрали автомобиля преоб­ разователь испытывает значительные температурные и механичес­ кие воздействия от работы двигателя. Вместе с измеряемым возду­ хом через преобразователь проходят пары и капельные включе­ ния различных веществ, в том числе воды, бензина, масла, охлаждающей и моющей жидкостей. Попадание этих веществ на измерительный терморезистор приводит к недопустимому повыше­ нию погрешности измерения, вплоть до потери работоспособности.

Тем не менее ряд зарубежных фирм, такие как Bosch (Герма­ ния), Hitachi Ltd. (Япония), General Motors Согр. (США), Lukas Ltd. (Великобритания), выпускают на продажу в составе систем электронного впрыска термоанемометрические ПРВ [46].

К числу особенностей автомобильных ПРВ следует отнести вы­ сокие требования к его динамическим характеристикам. Реакция на скачок расхода в 100 кг/ч лучших зарубежных аналогов со­ ставляет, как правило, 10-15 мс. В то же время в системах элект­ ронного впрыска к ПРВ не предъявляются требования линейности номинальной статической характеристики преобразования. Эти особенности определили концепции схемных и конструктивных решений, использованных в отечественной разработке.

Принцип работы преобразователя ПРВ основан на поддержа­ нии постоянной разности температур между предварительно на­ гретым электрическим током и охлаждаемым потоком измеряе­ мого воздуха измерительным терморезистором и имеющим темпе­ ратуру окружающей среды компенсирующим терморезистором.

Структурная схема преобразователя приведена на рис. 3.7. Пре­ образователь содержит чувствительный элемент (ЧЭ) 1 и элект-

78

г

ронный преобразователь 6 параметрического сигнала сопротивле­ ния в выходной сигнал постоянного тока. Чувствительный эле­ мент, содержащий измерительный/^ и компенсирующий/^ термо­ резисторы с одинаковыми положительными температурными ко­ эффициентами сопротивления, помещается в канал измерения рас­ хода. Резистор Rt используется для компенсации сопротивления резистора Rw при изменении температуры воздуха в канале изме­ рения расхода.

В электронный преобразователь входят балластные резисторы 2,3, измерительный усилитель 3, усилитель мощности 4, масшта­ бирующий выходной усилитель 8, стабилизированный источник питания 5 и устройство защиты 7 [46].

Балластные резисторы образуют вместе с терморезисторами ЧЭ измерительную мостовую схему. При отсутствии расхода воздуха подстроечным балластным резистором 2 проводится балансиров­ ка мостовой схемы, определяющая температуру разогревания изме­ рительного резистора Rwи уровень начального выходного сигнала преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом. В исходном со­ стоянии при отсутствии потока воздуха в канале измерения расхо­ да начальный ток, протекающий через резистор Rw, нагревает его до определенной температуры. Подстроечным резистором 2 через резистор Rw устанавливается ток, при котором напряжения на терморезисторах будут практически равны. Сопротивление резис­ тора Rt существенно больше сопротивления резистора Rw. Поэто­ му ток, протекающий через резистор Rv его не разогревает и его температура будет как у окружающей среды.

Счетчики СГ-1, СГ-2. Малогабаритные бытовые счетчики газа СГ-1, СГ-2, выпускаемые АО «Релеро-Трейд» (Омск), предназначе­ ны для измерения израсходованного объема различных видов газа (природного, сжиженного углеводородного), применяемого для ком­ мунально-бытовых нужд. Счетчики основаны на струйно-акусти­ ческом принципе измерения расхода и из-за отсутствия подвиж­ ных деталей в измерительной части имеют длительный срок служ­ бы и стабильность параметров.

79

Т а б л и ц а 3. 4

Технические характеристики струйпо-акустическнх счетчиков СГ

Счетчики газа СГ-1 и СГ-2 имеют импульсный выход для под­ ключения к системе учета энергоносителей. Питание от встроенной батареи обеспечивает работу счетчика в течение 10 лет. По спецза­ казу поставляется счетчик газа СГ-2 для двухтарифного учета газа.

Счетчики газа устанавливаются на специальную платформу (тройник), что значительно расширяет эксплуатационные свойства, обеспечивая:

опрессовку газовых сетей без постановки счетчика (вместо счет­ чика устанавливается тройник);

подачу газа потребителю без счетчика; оперативную замену для поверки или ремонта.

Технические характеристики счетчиков СГ приведены в табл. 3.4. Внесен в реестр Госстандарта.

Струйные расходомеры-счетчики СГПС. В ГНЦ РФ НИИтеплоприбор был разработан ряд промышленных счетчиков природ­ ного газа на базе струйного автогенератора, удовлетворяющих пе­ речисленным требованиям [45].

Струйный автогенератор (САГ) представляет собой бистабиль­ ный струйный элемент, охваченный каналами обратной связи.

При протекании через САГ измеряемой среды в нем возникают автоколебания струи с частотой, пропорциональной объемному рас­ ходу через сопло струйного элемента [45].

Для увеличения измеряемых расходов без существенного уве­ личения габаритных размеров прибора может быть использован метод косвенного измерения с применением СУ.

При таком способе измерения, когда САГ включен параллельно СУ, частота автоколебаний САГ определяется следующим выраже­ нием:

/ = S h - i^ ^ s

И-САГ S I

80