Расход – это продукт или сырье проходящий через поперечное сечение трубопровода в единицу времени.
Существуют два вида расхода – объемный (Qv) и массовый (Qm). Они рассчитываются по формулам:
- где α – расчетный коэффициент расхода;
- К²t – температурный коэффициент (коэффициент расширения), эта величина выбирается из справочника;
- ρ — плотность продукта или сырья;
- d20 – диаметр сужающего устройства при температуре t = 20˚С;
- ∆Р – перепад давления на сужающем устройстве.
Из этих формул видно, что разница между объемным и массовым расходом заключается в подкоренном выражении, т.е. в одном случае под корнем перепад давления ∆Р делится на плотность ρ, а в другом случае эти две величины перемножаются.
Единицы измерения объемного расхода: м3/ч; м3/с.
Единицы измерения массового расхода: кг/ч; кг/с; т/ч; т/с.
При измерении расхода существует такое понятие, как »Количество вещества». Количество вещества – это продукт или сырье, проходящее через поперечное сечение трубопровода за промежуток времени (смену, вахту, час, месяц и т.д.).
Количество вещества измеряется счетчиками, которые устанавливаются:
1. По месту (в трубопроводе);
2. В операторной (вторичный прибор).
Количество вещества – выражают в единицах объема (м3) или массы (кг).
Существует несколько методов измерения расхода:
1. Расходомеры постоянного перепада давления.
2. Расходомеры переменного перепада давления.
3. Электромагнитные расходомеры.
4. Турбинные расходомеры.
5. Акустические расходомеры.
6. Приборы измеряющие расход по эффекту »Кориолисовых сил».
7. Тепловые расходомеры.
8. Вихревые расходомеры.
Метод постоянного перепада давления
Ротаметр – расходомеры обтекания. Ротаметры устанавливают в вертикальный участок трубопровода. Он представляет собой стеклянную трубку в форме конуса, обращенную широким концом вверх, внутри которой находится поплавок. Наибольшее давление будет в кольцевом зазоре между поплавком и стенками сосуда, а наименьшее сверху.
В зависимости от пределов измерения поплавок изготовляют из: эбонита, дюралюминия или нержавеющей стали. Шкала нанесена непосредственно на стеклянной трубке.
- 1. Простота конструкции
- 2. Возможность измерения малых расходов
- 3. Значительный диапазон измерения
- 4. Возможность измерения агрессивных сред
5. Равномерная шкала.
Существуют ротаметры с электрической дистанционной передачей показаний. Они являются бесшкальными датчиками. Ротаметры типа РЭ (ротаметр электрический) – могут использоваться при t˚С от -40˚С до +70˚С.
Используются для измерения расхода неагрессивных жидкостей.
Метод переменного перепада давления
Для того, чтобы создать перепад давлений в трубопроводе, устанавливают сужающее устройство. На нашем предприятии в качестве сужающего устройства применяют диафрагмы. Конструктивно диафрагма представляет из себя диск с отверстием, который вставляется в трубопровод.
Перед диафрагмой давление измеряемой среды возрастает, а скорость ее перемещения по трубопроводу снижается. После диафрагмы давление измеряемой среды снижается, а скорость ее перемещения возрастает.
Отбор давления производится рядом с сужающим устройством.
Перепад давления ∆Р на сужающем устройстве является мерой расхода. Из формулы определения расхода видно, что они связаны между собой зависимостью через корень квадратный, поэтому на выходе из дифманометра сигнал имеет форму параболы.
Таким образом, если не предусмотреть дополнительного устройства на выходе из дифманометра, то шкала вторичного прибора по всей длине будет неравномерной, но особенно это просматривается в нижней части шкалы.
Для того, чтобы преобразовать нелинейную зависимость в линейную и чтобы шкала была равномерной устанавливают приборы извлечения квадратного корня. Во многих электронных вторичных приборах эти преобразователи устанавливаются программно, т.е. устанавливаются при программировании контроллера.
Существует несколько видов сужающих устройств:
1. Диафрагмы – они подразделяются на стандартные и нестандартные.
- Стандартные диафрагмы устанавливаются в трубопроводах таким образом, чтобы скосы были на выходе.
- К нестандартным диафрагмам относятся:
- а) Конические;
- б) Секторные.
Конические диафрагмы применяют для измерения расхода запыленных, загрязненных и очень вязких сред. Их устанавливают в трубопроводе таким образом, чтобы скоси были на входе.
Секторные диафрагмы применяют для измерения сыпучих материалов.
2. Сопло Вентури.
3. Труба Вентури.
4. Дроссель (переменный, постоянный).
Электромагнитные расходомеры.
Электромагнитные расходомеры применяют для измерения расхода электропроводящих жидкостей.
Расходомер представляет собой отрезок трубы из нержавеющей стали, с расположенными снаружи полюсами электромагнита. По оси в трубопроводе расположены токосъемные электроды. Участок трубопровода по обе стороны от электродов покрыт электроизоляцией.
Роль проводника в таком расходомере выполняет электропроводная жидкость, перемещающаяся по трубопроводу и пересекающая магнитное поле электромагнита. В жидкости будет наводиться ЭДС (электродвижущая сила, т.е. напряжение) пропорциональная скорости ее движения, т.е. расходу жидкости.
Степень агрессивности для таких приборов определяется материалом изоляции трубы и электродов первичного преобразователя.
Турбинные расходомеры.
Турбоквант предназначен для измерения объемного и массового расхода различных жидкостей и газов. Также этот прибор осуществляет суммирование расхода, выдает количество вещества.
Турбинка устанавливается только в горизонтальных трубопроводах. Поток измеряемой среды проходит через турбинку и приводит во вращение ее лопасти. Число оборотов крыльчатки пропорционально расходу. На турбинке установлен преобразователь, который состоит из катушки с магнитным сердечником.
Лопасти крыльчатки выполнены из ферромагнитного сплава (т.е. из не магнитящегося материала).
При вращении они поочередно пересекают магнитное поле, которое наводит магнит и в катушке наводится ЭДС в виде импульса, причем число импульсов за один оборот крыльчатки будет равно числу лопастей.
Таким образом, частота импульсов пропорциональна расходу. Этот выходной сигнал от турбинки по кабелю поступает на частотомер, т.е. на Турбоквант.
Ультразвуковые расходомеры.
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на пьезоэлектрическом эффекте, т.е это фактическая скорость распространения ультразвуков в движущейся среде, которая равна геометрической сумме скорости движения среды и скорости звука в этой среде.
Ультразвуковой расходомер представляет собой отрезок трубы, в который установлены излучатель ультразвука и его приемник. Время, за которое сигнал проходит от излучателя к приемнику преобразуется в величину расхода.
Расходомеры по эффекту »Кориолисовых сил»
При прохождении массовым потоком трубы, к которой приложены принудительные колебания, Кориолисовы силы вызывают крутящий момент в сечении трубы. Труба расходомера постоянно вибрирует со своей резонансной частотой, которая является функцией массы измерительной системы, составленной из массы трубы и протекающей рабочей жидкости.
Как только резонансная частота колебаний начинает изменяться, как результат изменения плотности рабочей жидкости автоматически производится изменение частоты возбуждения внешним источником вибраций. Это позволяет одновременно с измерениями расхода проводить измерения плотности рабочей жидкости. Встроенный температурный датчик позволяет производить эти измерения с поправкой на температуру.
Тепловые расходомеры
Принцип действия основан на теплопроводности измеряемого вещества. При постоянной мощности нагревателя количество тепла, забираемое от него потоком, при постоянном расходе будет постоянно.
С увеличением расхода нагрев потока будет уменьшаться, что определяется разностью температур.
Вихревые расходомеры
Основаны на явлении возникновения вихрей при встрече потока с телом не обтекаемой формы. В результате от его тела (противоположных граней) будут отлетать вихри.
- Скорость отрыва вихрей зависит от расхода вещества.
- Принцип действия преобразователя основан на ультразвуковом детектировании вихрей, образующихся в потоке жидкости, при обтекании ею призмы, расположенной поперек потока.
Преобразователь состоит из проточной части и электронного блока. В корпусе проточной части расположены тело обтекания – призма трапецеидальной формы (1) и пьезоизлучатели ПИ1 и ПИ2 (2), пьезоприемники ПП1 и ПП2 (3) и термодатчик (7).
Электронный блок включает в себя генератор (4), фазовый детектор (5), микропроцессорный адаптивный фильтр с блоком формирования выходных сигналов (6).
Обзор, классификации и характеристики счетчиков газа
Главная — Статьи — Обзор, классификации и характеристики счетчиков газа
13.07.2014
Приборы, предназначенные для измерения количества газа, проходящего через газопровод, называются счетчиками газа. Чаще всего измеряют объём газа (в метрах кубических), реже – массу (в кг, тн). Измерение массы применимо только для технологических газов.
Согласно Федеральному закону № 261, для всех жильцов многоквартирных домов обязательна установка приборов учёта — до 1 января 2015 г.
Виды приборов — расходомеры и квантометры
Приборы, предназначенные для измерения или вычисления количества газа проходящего, за единицу времени называют расходомерами. Они измеряют расход в кубических метрах в час.
Помимо названных устройств существуют приборы, предназначенные для технологического или внутрихозяйственного учёта. Эти приборы — квантометры (от английского – сколько…. метров), не используют для коммерческого учета из-за низкой точности измерений.
Методы измерения
Объем может измеряться как прямым, так и косвенным методом и зависит от принципа действия учитывающего прибора, то есть, от его конструкции.
Читайте также: Конструкция и принцип работы посудомоечной машины: обзорный гайд
Прямой метод
Это измерение количества циклов проходящего газа через определенный объем. Один цикл — это полное заполнение объема и последующий его выпуск. Объем, прошедший через прибор, пропорционален количеству циклов. Прямой метод измерения применяется в барабанных, мембранных (камерных), ротационных моделях.
Косвенный метод
Это измерение расхода газа, проходящего через определенную площадь сечения. Объем потребленного газа вычисляется интегрированием расхода по времени.
Для чего нужен счетчик газа
Счетчики учета газа являются приборами, ведущими учёт энергоресурсов и стимулирующими экономию газа, как платного ресурса.
В промышленности они, помимо указанных функций (за счет мониторинга всего газового комплекса) обеспечивают безопасность людей и производства, помогают предотвращать утечки газа.
Классификация
Счетчики газа можно разделить на категории по различным принципам:
По максимальной пропускной способности приборы условно делят на: бытовые, коммунально-бытовые и промышленные.
- Бытовые (максимальная пропускная способность до 10 м³/час.) используются при малых потреблениях газа. В основном это мембранные модели. Для информации. Патент на мембранные счетчики был выдан в Англии в 1844 году.
- Коммунально-бытовые (максимальная пропускная способность от 10 до 40 м³/час.). Используются для учёта потребления предприятиями с оборудованием работающем на малом потреблении газа. Как правило, это мембранные, ротационные, ультразвуковые, струйные модели.
- Промышленные (максимальная пропускная способность свыше 40 м³/час).
Используются для учёта больших расходов газа — в крупных газовых котельных, на газораспределительных сетях и т.д. Это могут быть ротационные, турбинные, вихревые, ультразвуковые, струйные модификации.
Приборы учета, работа которых основана на гидродинамических методах: роторные (ротационные), турбинные, вихревые, мембранные.
- Роторный газовый счетчик — это устройство, ротор которого вращается проходящим потоком газа. Роторный счетчик рекомендован при потреблении небольших объемов – не более 200 куб. м. газа в час.
- Турбинная модификация — это механизм, оснащенный электронной системой, регистрирующий потребление, и одновременно наблюдающий за газовым комплексом в целом. При возникновении нештатных ситуаций, прибор сигнализирует об этом. Турбинный газовый счетчик идеальный вариант для промышленных предприятий и газопроводов.
- Газовый счетчик мембранного типа — это механический прибор, обладающий высокой точностью и надежностью. Он рассчитан на малое потребление с низким давлением (около 10 кубометров в час).Мембранные модели рекомендованы для применении в быту. В настоящее время, в коммунальном хозяйстве, мембранные варианты не имеют альтернативы.
- Вихревые расходомеры являются наиболее сложными, зато самыми точными счетчиками.Вихревые рассчитаны на прохождение большого количества газа. Как правило, они рекомендованы для предприятий, работающих на промышленном использовании газа.
Технические характеристики
Каждый тип устройства, обладает собственными техническими характеристиками, которые указаны в паспорте прибора.
Основные характеристики, использующиеся для определения газовых счетчиков, это:
|
|
Выбор для дома
Необходимо знать, что современные модели ориентированы на определенное направление потока: справа налево или слева направо.
Ваш счетчик, обязательно, должен учитывать возможное максимальное потребление газа всеми имеющимися газовыми приборами одновременно.
Информация о пропускной способности счетчика указана на самом счетчике, а максимальное потребление газового прибора указано в его паспорте.
Измерение расхода газа в современной промышленности
Основная задача, стоящая перед руководителем, заключается в оптимизации технологических процессов и экономии ресурсов — электроэнергии и газа. Если с электричеством всё понятно, то с газом дела обстоят сложнее, поскольку для измерения расхода газа требуется точное оборудование (расходомер со счётчиком) и адаптированное программное обеспечение.
Методы и средства измерения газа
Чтобы измерить расход газа, необходимо соотнести объём к единице времени (1 часу). Поскольку объём измеряется счётчиком при рабочей температуре и давлении, полученную величину следует привести к неизменному значению — к стандартным условиям.
Для газа стандартными условиями являются: давление 101325 Па и температура — 293,15 K (20°С).
Виды счётчиков для измерения расхода газа
Простой и эффективный способ узнать, сколько расходуется газа — установить счётчик. Они бывают следующих видов:
- Мембранные. Используются для определения расхода природного и других неагрессивных видов газа в сфере ЖКХ и на промышленных объектах разного масштаба. Преимущества: низкая потеря давления, постоянство метрологических показателей, небольшой расход электроэнергии.
- Ротационные. Как правило, используются в котельных, коммунальном хозяйстве и на средних промышленных предприятиях. Преимущества: для их работы не требуется электроэнергия, они долговечные, устойчивы к перепадам давления и небольшим кратковременным перегрузкам.
- Турбинные. Используются для измерения расхода одно- и многокомпонентного газов, к которым относится азот, аргон и т.д. Счётчики применяются на промышленных предприятиях, магистралях, химических предприятиях. Рабочее давление поддерживается до 10 мПа, для функционирования не требуется электричество. К недостаткам можно отнести высокую инерционность и зависимость результатов измерений от вязкости.
- Акустические (ультразвуковые). Могут использоваться как на объектах транспортировки газа, узлах учёта, так и в отапливаемых помещениях. Устанавливаются на промышленных предприятиях и объектах ЖКХ. Преимущества: отсутствие гидравлического сопротивления, высокая точность показателей, долговечность.
- Вихревые. Применяются для измерения расхода горючих и инертных газов. К преимуществам относится отсутствие подвижных элементов конструкции, долговечность, широкий диапазон измерений. Применение данного способа возможно только при высоких скоростях движения газового потока.
- Стандартные сужающие устройства. Основной метод, позволяющий определить расход газа, с помощью таких приборов, как диафрагма, трубка Вентури и сопло. Они устанавливаются в потоке среды, создавая различное статическое давление на входе и выходе из устройства. К недостаткам можно отнести малый динамический диапазон (1:3) и небольшой межповерочный интервал.
Счётчики производства компании КТМ
Компания НПП КуйбышевТелеком-Метрология является производителем ультразвуковых (акустических) расходомеров. В каталоге представлены следующие наименования продукции, доступные к заказу — КТМ100 РУС, КТМ600 РУС.
Основные преимущества наших ультразвуковых расходомеров:
- низкий уровень электропотребления;
- высокая точность измерений;
- широкий динамический диапазон до 1:4000;
- долговечность системы за счёт использования нержавеющей стали и титана.
- лицензированное ПО с русским переводом.
- оперативная техническая поддержка.
Ультразвуковые счётчики подойдут для измерения факельного, технологического и коммерческого учета газа.
Ознакомится с подробным описанием всех расходомеров можно в нашем каталоге ультразвукового оборудования.
Измерение расхода жидкостей и газов в технике. Расходомеры и газоанализаторы
Измерительные приборы для измерения и учета расхода жидкостей и газов. Самыми распространенные приборы учитывающие расход жидкости — влагомеры и расходомеры. Учет газа осуществляется приборами газоанализаторами.
Существуют понятия измерения расхода и измерения количества вещества и приборы для измерения этих параметров называются , соответственно , расходомерами и счётчиками.
Расходомеры измеряют количество вещества протекающего по трубе в единицу времени. По способу измерения они бывают:
Расходомеры переменного перепада давления на установленном в трубопроводе сужающем устройстве. Расходометрические счетчики переменного перепада давления состоят из трёх частей:
- 1.преобразователь расхода , создающий перепад давления;
- 2.соединительное устройство передающее этот перепад к измерительному прибору;
- 3.дифференциальный манометр измеряющий этот перепад давления и отградуированный в единицах расхода;
Расходомеры обтекания, или расходомеры постоянного перепада давления, принцип действия которых основан на реагировании чувствительного элемента, помещённого в поток, на динамический напор протекающего по трубопроводу вещества.
Чувствительный элемент перемещается на величину служащую мерой расхода. Расходомеры обтекания включают составные части в форме обтекаемых тел в виде: поршня, поплавка, шара, диска.
Величина перемещения или угла поворота обтекаемого тела является мерой расхода.
Самые распространённые расходомеры обтекания—ротаметры, в которых при движении жидкости или газа по стеклянной конусной трубке со шкалой, снизу вверх перемещается поплавок, пока сила тяжести не уравновесится разностью давлений до и после поплавка.
Расходомеры с непрерывным движением приёмных устройств—скоростные счётчики. Чувствительный элемент совершает вращательное или колебательное движение и скорость этого движения служит мерой расхода.
Суммирование числа оборотов вращающегося устройства указывает на расход за какое-то время. Скорость вращения пропорциональна скорости протекающей жидкости т.е. расходу.
Все бытовые водомеры относятся к скоростным счётчикам.
Принцип их действия основан на измерении электрических параметров системы в зависимости от расхода: измеряемое вещество—чувствительный элемент прибора. При движении жидкости между полюсами электромагнита , по закону электромагнитной индукции, на концах диаметра трубы образуется разность потенциалов , величина которой пропорциональна расходу.
Принцип действия тепловых счетчиков расхода веществ основан на измерении количества тепла, отданного нагретым элементом прибора, потоку вещества. По характеру теплового взаимодействия с потоком тепловые расходомеры подразделяются на калориметрические, термоконвективные, термо-анемометрические.
Термоанемометрические расходомеры для измерения местных скоростей потоков появились раньше остальных. Калориметрические расходомеры с внутренним нагревом, появившиеся позже, не получили заметного применения. Позднее стали разрабатываться термоконвективные расходомеры, которые благодаря наружному расположению нагревателя находят все более широкое применение в промышленности.
Термоконвективные расходомеры делят на квазикалориметрические (измеряется разность температур потока или мощность нагрева) и теплового пограничного слоя (измеряется разность температур пограничного слоя или соответствующая мощность нагрева). Они применяются для измерения расхода главным образом в трубах небольшого диаметра от 0,5—2,0 до 100 мм.
Достоинством калориметрических и термоконвективных расходомеров является неизменность теплоёмкости измеряемого вещества при измерении массового расхода. Помимо этого в термоконвективных расходомерах отсутствует контакт с измеряемым веществом, что также является их существенным достоинством.
Недостаток и тех и других расходомеров — их большая инерционность. Для улучшения быстродействия применяют корректирующие схемы, а также импульсный нагрев. Термоанемометры в отличие от остальных тепловых расходомеров весьма малоинерционны, но они служат преимущественно для измерения местных скоростей.
Калориметрические расходомеры основаны на зависимости от мощности нагрева среднемассовой разности температур потока.
Принцип действия ультразвуковых расходомеров основан на измерении величины ультразвуковых колебаний, которые распространяются в потоке измеряемого вещества.
Читайте также: Септик своими руками из бочек: схемы самодельного сооружения
Приборы для измерения количества вещества называются расходометрическими счётчиками. Если это вода — влагомеры, если измеряется расход газа — газоанализаторы. Они измеряют массу вещества протекающего по трубопроводу. По способу измерения они разделяются на:
- 1.скоростные счётчики, принцип действия которых основан на суммировании числа оборотов помещённого в поток жидкости вращающегося элемента.
- 2.объёмные счетчики, принцип действия которых основан на суммировании объёмов вещества, вытесненного из измерительной камеры прибора.
Наибольшее распространение получили скоростные счётчики.
Счётчики количества газа бывают различных видов:
- 1.ротационные счётчики, принцип действия которых основан на измерении числа оборотов лопастей внутри прибора, которое соответствует измеряемому объёму газа.
- 2.клапанные счётчики, принцип действия которых основан на перемещении подвижной перегородки под действием разности давлений газа до и после счётчика и счета количества этих перемещений , которое соответствует измеряемому объёму газа.
- 3.барабанные счётчики, принцип действия которых основан на измерении числа оборотов барабана , вращающегося под действием разности давлений газа до и после счётчика. Они применяются для точных измерений количеств газа.
Контрольно-измерительные приборы, применяемые для измерения расхода газа
Счетчиками называются приборы, измеряющие суммарный расход газа за определенный промежуток времени. Данные приборы бывают: ротационные, диафрагмы, золотниковые, клапанные, скоростные.
Ротационные счетчики осуществляют объемное измерение вследствие вращения двух роторов за счет разности давления газа на входе и выходе.
Необходимый для вращения роторов перепад давления в счетчике составляет до 300 Па, что позволяет использовать эти счетчики даже на низком давлении.
Отечественная промышленность выпускает счетчики типов РГ-40-1, РГ-100-1, РГ-250-1, РГ-400-1, РГ-600-1 и РГ-ШОО-1 на номинальные расходы газа от 40 до 1000 м3/ч и давление не более 0,1 МПа. При необходимости можно применять параллельную установку счетчиков.
Ротационный счетчик типа РГ (рис. 4.5) состоит из корпуса 1, двух профилированных роторов 2, коробки зубчатых колес, редуктора, счетного механизма 4 и дифференциального манометра 3. Газ с давлением рх через входной патрубок поступает в рабочую камеру.
В пространстве рабочей камеры размещены роторы, которые под действием давления протекающего газа приводятся во вращение. При вращении роторов между одним из них и стенкой камеры образуется замкнутое пространство, заполненное газом. Вращаясь, ротор выталкивает газе давлением р2 в газопровод.
Каждый поворот ротора передается через коробки зубчатых колес и редуктор счетному механизму. Таким образом учитывается объем газа, проходящего через счетчик.
Рис. 4.5. Схема ротационного счетчика типа РГ:
1 — корпус счетчика; 2—роторы; 3 — дифференциальный манометр; 4— счетный механизм
Подготовку ротора к работе производят следующим образом:
- 1) снимают верхний и нижний фланцы и под счетчик устанавливают лист;
- 2) роторы промывают бензином и мягкой кистью, поворачивая их деревянной палочкой, чтобы не повредить шлифованную поверхность;
- 3) промывают обе коробки зубчатых колес и редуктор. Для этого через верхнюю пробку заливают бензин, проворачивают роторы несколько раз и сливают бензин через нижнюю пробку;
- 4) закончив промывку, заливают масло в коробки зубчатых колес, редуктор и счетный механизм, а соответствующую жидкость — в манометр счетчика;
- 5) соединяют фланцы и проверяют счетчик, пропуская через него газ, после чего замеряют перепад давлений;
- 6) прослушивают работу роторов (должны вращаться бесшумно) и проверяют работу счетного механизма.
При техническом осмотре следят за уровнем масла в коробках зубчатых колес, редукторе и счетном механизме, замеряют перепад давления, проверяют соединения счетчиков на плотность. Счетчики устанавливают на вертикальных участках газопроводов так, чтобы поток газа направлялся через него сверху вниз.
Диафрагмы позволяют измерять расход газа по перепаду давлений.
Если в газопроводе на пути потока газа установить сужающее устройство — диафрагму, то площадь поперечного сечения газового потока в этом месте уменьшится, а его средняя скорость увеличится за счет перехода части потенциальной энергии в кинетическую.
В результате статическое давление в узком сечении окажется меньше статического давления перед сужающим устройством. Чем больше расход газа, тем больше будет разность этих давлений. Следовательно, измеряя образовавшийся перепад давлений, можно узнать расход газа.
Методы коммерческого учета газа и пара
- В данном разделе представлен обзор основных методов и способов измерения расхода газа и пара (в том числе для коммерческого учета), а также приведено краткое описание и сравнение достоинств и недостатков расходомеров с рекомендациями по их выбору:
- 1. Метод переменного перепада давлений на базе стандартных сужающих устройств -«СУ»:
- 2. Объемный метод измерения на базе мембранных и ротационных преобразователей расхода
диафрагмы, сопла, подключенные к дифманометрам-расходомерам (в т. ч. на пар)
3.
Скоростной метод измерения на базе турбинных преобразователей расхода
4. Вихревой метод (Вихревые расходомеры, в т.ч. на пар)
5. Ультразвуковой метод (Ультразвуковые (акустические) расходомеры, в т.ч. на пар)
6.
Струйный метод (Струйные автогенераторные расходомеры, в т.ч. на пар)
7. Кориолисовый метод (Кориолисовые массовые расходомеры)
8. Термоанемометрический метод (Термоанемометрические (тепловые) расходомеры)
9.
Сравнительный анализ методов измерения расхода газа и видов расходомеров. Выводы и рекомендации.
Также рекомендуем ознакомиться с разделом Методы контроля и измерения расхода жидкости (воды, теплоносителя и пр.)
1. Метод переменного перепада давлений на базе стандартных сужающих устройств (СУ: диафрагмы, сопла)
Достоинства метода:
К достоинствам расходомеров следует отнести простоту конструкции преобразователя расхода и возможность поверки бес проливным методом, т. е. при отсутствии расходомерных стендов. Данная возможность обусловлена наличием наиболее полной научно-технической, в том числе стандартизованной информации по данному методу измерения.
Недостатки метода:
Недостатками являются, во-первых, малый диапазон измерения (ранее не превышающий значения 1:3, а в настоящее время, с появлением многопредельных интеллектуальных датчиков давления, увеличившийся до 1:10).
Во-вторых, высокая чувствительность к неравномерности эпюры скоростей потока на входе в СУ (диафрагму), обусловленной наличием в подводящем и/или отводящем трубопроводах гидравлических сопротивлений (запорной арматуры, регуляторов, фильтров, колен и т. д.). Данное обстоятельство определяет необходимость наличия перед указанными СУ прямых участков длиной не менее 10 диаметров условного прохода (Ду) трубопровода. В ряде случаев, например при установке СУ после гидравлических сопротивлений, таких как неполностью открытый вентиль, прямой участок перед СУ достигает длины 50 Ду и более).
2. Объемный метод измерения на базе мембранных и ротационных преобразователей расхода
Недостатками расходомеров являются ограниченная работоспособность на загрязненном газе, возможность поломки при резких пневмоударах и частичное перекрытие газопровода при поломке, связанной, например, с заклиниванием роторов ротационного счетчика газа, относительно большие габариты, а также стоимость (для ротационных счетчиков газа больших типоразмеров) по сравнению с приборами других типов.
Главным достоинством, многократно перекрывающим недостатки и сделавшим данный метод измерения самым распространенным по количеству установленных приборов, является то, что это единственный метод, обеспечивающий прямое, а не косвенное измерение объема проходящего газа.
Кроме этого, нужно отметить полную нечувствительность к любым искажениям эпюр скоростей потока на входе и выходе, что позволяет отказаться от прямых участков и резко сократить габариты узла учета газа УУГ), а также дает возможность обеспечения самых широких диапазонов измерения — до 1:100 и более.
Счетчики газа данного типа прекрасно подходят для случаев учета газа при его циклическом потреблении, например, котлами с импульсным режимом горения.
3. Скоростной метод измерения на базе турбинных преобразователей расхода
Однако самым главным достоинством расходомеров объемного и скоростного типа является стабильность коэффициента преобразования в самом широком диапазоне числа Рейнольдса Re потока газа. Обусловлено это тем, что все выпускаемые как у нас в стране, так и в мире счетчики газа калибруются на воздухе при нулевом избыточном давлении, в то время как работают на газе при совершенно других значениях давления.
Обеспечить достоверную сходимость показаний для этих двух случаев возможно только, если расходомер изначально имеет стабильный коэффициент преобразования, т. е. постоянное отношение его естественного выходного сигнала к проходящему через прибор расходу воздуха или газа. Например, для турбинного или ротационного счетчика газа (после необходимых сокращений) данный коэффициент преобразования определяется как количество оборотов турбинки или роторов, соответствующее прохождению единицы объема газа.
Оппоненты могут возразить, что поскольку в узле учета газа кроме объемного расхода все равно необходимо измерять температуру и давление газа, то даже при отсутствии необходимой стабильности коэффициента преобразования у прибора всегда имеется возможность при проведении его калибровки линеаризовать его статическую характеристику. А при переходе к реальным условиям эксплуатации также внести соответствующие корректировки, рассчитав число Re для каждого случая измерения. Тем более что современная микроэлектроника позволяет решать и более сложные задачи при относительно небольших затратах.
Читайте также: Септик своими руками без откачки и запаха: инструктаж по возведению
Действительно, описанную выше задачу решить принципиально можно, но необходимо полностью сформулировать ее условия, а этого пока не удается.
Дело в том, что при течении газа по трубопроводу, а особенно при его расширении или сжатии (что имеет место, например, при повороте трубопровода или обтекании потоком каких-либо препятствий), имеют место сложные аэро- и термодинамические процессы.
Соответственно, зависят они не только от величины числа Re, но и от значений других аэро- и термодинамических критериев, в частности, чисел Струхаля St, Нусельта Nu, Фруда Fr.
А для проведения коррекции с учетом этих значений, во-первых, отсутствует необходимый экспериментальный материал, а во-вторых, для их определения как минимум нужна непрерывная информация о составе газа, которая в случаях установки приборов учета газа у потребителей отсутствует.
4. Вихревые расходомеры
Несомненными достоинствами вихревых расходомеров являются их нечувствительность к пневмоударам и возможность работы на загрязненных газах.
К недостаткам относятся повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (примерно такая же, как и у стандартных сужающих устройств (СУ)) и относительно большие невозвратимые потери напора, связанные с интенсивным вихреобразованием при обтекании потоком плохо обтекаемого тела (так называемого тела обтекания). Кроме того, если узел съема сигнала расходомера термоанемометрический, прибор становится энергозависимым, а если он выполнен с использованием пьезоэлементов, возникают весьма серьезные проблемы с обеспечением помехозащищенности при наличии внешних механических вибраций газопровода.
Самым серьезным недостатком вихревых расходомеров является недостаточная стабильность коэффициента преобразования в необходимом диапазоне изменения расхода газа, что практически не позволяет рекомендовать приборы данного типа для коммерческого учета газа без предварительной калибровки изделия непосредственно в условиях эксплуатации или крайне близких к ним.
5. Ультразвуковой метод (Ультразвуковые (акустические) расходомеры, в т.ч. на пар)
Достоинством ультразвуковых расходомеров является их наибольшая перспективность в коммерческом учете газа. Ранее их применение сдерживалось высокой стоимостью изготовления и недостаточной надежностью электронного блока. Однако в настоящее время с развитием микроэлектроники данный недостаток постоянно уменьшается.
Приборы этого типа не имеют ни подвижных частей, ни частей, выступающих в поток. Соответственно, они практически не создают дополнительных потерь напора и могут потенциально иметь весьма высокую надежность. Также они могут обеспечивать измерения в широком диапазоне изменения расхода газа и быть энергонезависимыми, т. е.
в течение длительного времени работать от встроенного автономного источника питания.
Недостатком является необходимость применения многолучевых ультразвуковых расходомеров (2-лучевых и более) с последующей обработкой информации по весьма сложной программе для того, чтобы практически исключить влияние искажений потока газа на точность измерения. К сожалению, выпускаемые в России ультразвуковые счетчики газа по совокупности своих характеристик пока не отвечают всем необходимым требованиям к приборам коммерческого учета газа и, соответственно, могут найти весьма ограниченное применение.
6. Струйные автогенераторные расходомеры
Струйный автогенераторный метод есть смысл рассмотреть более подробно, т. к. в настоящее время счетчики газа, созданные на базе расходомеров данного типа, без необходимой метрологической экспертизы начали активно применяться для коммерческого учета газа.
Расходомер представляет собой бистабильный струйный элемент, охваченный отрицательными обратными связями, выполненными в виде пневматических каналов, соединяющих выходные каналы струйного элемента с одноименными каналами управления (левый — с левым, правый — с правым).
При наличии расхода газа через сопло питания струйного элемента его струя попадает в один из выходных каналов и создает в нем повышенное давление, которое через соответствующий канал обратной связи подается в одноименный канал управления и переключает струю, выходящую из канала питания, в другое устойчивое положение. Затем процесс переключения струи повторяется.
Частота переключений пропорциональна расходу газа через сопло питания струйного элемента. Таким образом, в данном методе измерения имеет место создание аэродинамического генератора колебаний с частотой, пропорциональной расходу газа.
Струйному автогенераторному расходомеру присущи те же недостатки, которыми обладает вихревой расходомер, а именно: большие невозвратимые потери напора и повышенная чувствительность к искажениям эпюры скоростей потока (в варианте его применения в комплекте с СУ). Однако, к сожалению, есть и дополнительные минусы.
Во-первых, струйный элемент (основа данного прибора) имеет крайне большие размеры по отношению к величине измеряемого расхода. Поэтому он, с одной стороны, может применяться только в качестве парциального расходомера, через который идет незначительная часть проходящего через измерительное сечение расхода газа (а это неминуемо снижает достоверность измерений), а с другой, существенно больше, чем вихревой расходомер, подвержен засорению (т. е. не обладает одним из основных преимуществ вихревого расходомера).
Во-вторых, нестабильность коэффициента преобразования у данного прибора еще больше, чем у вихревого расходомера. Так, например, при испытаниях одного из видов струйного расходомера было установлено, что изменение коэффициента преобразования у различных модификаций прибора находится в диапазоне 14,5-18,5 % при изменении расхода через прибор в диапазоне не более 1-5.
Достоинства у струйного автогенераторного расходомера те же, что и у вихревого, за исключением работоспособности на загрязненных газах.
Они могут применяться вместо датчиков перепада давлений на расходомерах переменного перепада. Принципиально это позволяет расширить диапазон измерения последнего.
Однако отмеченные недостатки вряд ли позволяют рассчитывать на серьезное внедрение данного метода для коммерческого учета газа.
7. Кориолисовые расходомеры
Кориолисовые расходомеры являются одними из самых точных.
Кориолисовые Р. широко применяются для коммерческого учета жидкостей и сжатых газов.
Наиболее типовое место применения в газовой промышленности — учет количества природного газа, отпускаемого на автомобильные газонакопительные компрессорные станции.
В этом случае газ сжат до давления примерно в 20 МПа (200 бар) и имеет плотность, достаточную для применения данного метода.
Недостатками кориолисовых массовых расходомеров являются большая масса и габариты конструкции, относительно высокая цена, а также влияние внешней механической вибрации на показания прибора.
Кориолисовые расходомеры выпускаются многими ведущими производителями расходомерной техники (правда в основном иностранными), но показательных случаев применения для учета газа в сетях низкого и среднего давления неизвестно.
8. Термоанемометрические (тепловые) расходомеры
Достоинством является отсутствие подвижных частей и, соответственно, потенциально высокая надежность работы в условиях пневмоударов, перегрузок и т. д.
Основной недостаток термоанемометрических расходомеров, относящихся к классу тепловых, является следствием их принципа действия. Они фактически измеряют теплосъем с нагревательного элемента, который (при известной теплоемкости среды) однозначно связан с массовым расходом.
Таким образом, приборы данного типа являются счетчиками массового расхода газа. Это могло стать достоинством, если бы расчет за газ производился с оплатой за единицу массы. Однако в нашей стране потребитель платит за объем газа, приведенный к нормальным условиям.
Соответственно, для перехода от массового расхода к расходу природного газа при нормальных условиях требуется указанный массовый расход разделить на плотность газа при нормальных условиях. Однако плотность зависит от состава газа, а ее изменения в течение короткого времени могут достигать 10 % и более.
В то же время состав газа самим прибором не измеряется и может вноситься вручную не чаще нескольких раз в сутки. Поэтому данные приборы вообще трудно отнести к приборам, пригодным для коммерческого учета газа.
9. Сравнительный анализ методов из измерения расхода газа и видов расходомеров. Выводы и рекомендации.
Проанализировав ситуацию на рынке приборов коммерческого учета газа, можно сформулировать следующие выводы:
1. Основным критерием применимости методов измерения для коммерческого учета газа является стабильность «естественного» (т. е.
получаемого при градуировке без дополнительной коррекции по температуре и давлению газа) коэффициента преобразования в максимально широком диапазоне изменения режимов течения газа в трубопроводе.
Только это позволяет с полным основанием производить градуировку и поверку приборов учета газа на воздушных расходомерных стендах с последующим распространением полученных результатов на случаи измерения природного и других газов, в том числе при давлении и температуре, отличающихся от условий градуировки или поверки.
2. Из появившихся в последние годы новых методов измерения расхода для коммерческого учета газа низкого и среднего давления потенциально применим только ультразвуковой метод измерения с преобразователями расхода в многолучевом исполнении.
3. Коммерческий учет газа в трубопроводах малого и среднего диаметров (Ду до 300 мм) при расходах газа до 6 000 м3/ч наиболее целесообразно производить с использованием диафрагменных (мембранных), ротационных и турбинных счетчиков соответственно увеличению диаметров трубопроводов и расхода газа.
4.
Расходомеры переменного перепада наиболее целесообразно применять для коммерческого учета газа в газопроводах больших диаметров ( Ду свыше 400 мм), ограничивая по возможности диапазоны измерения расхода, например, создавая «гребенки» параллельно установленных расходомеров и подключая / отключая соответствующие каналы измерения при увеличении или уменьшении расхода газа через данный расходомерный узел.
