CS264851B1 - Zařízení pro clonové měření a řízeni průtoku plynů a kapalin - Google Patents

Abstract

Řešení se týká zařízení pro clonové měření a řízení průtoků plynů a kapalin v měnitelném rozsahu průtoku s přestavitelnou clonou propojenou se snímačem diferenč­ ního tlaku a s elektronicky ovládaným servopohonem, řízenou elektronickou vyhodnocovací jednotkou tak, že je možné podle exaktních matematických vztahů optimálně přestavovat průtočný průřez segmentové clony a nastavit pracovní rozsah snímače diferenčního tlaku. Tím je dosaženo rozšíření pracovního rozsahu průtoku v poměru maximálního průtoku k minimálnímu až do 100:1, přičemž přestavitelná segmentová clona je svou funkcí zá­ roveň měřicím i akčním členem.

Description

Vynález se týká zařízení pro clonové měření a řízení průtoků plynů a kapalin á je zařazen do oboru měřeni a regulace tepelně technických veličin.

V plynárenství, energetice a v jiných průmyslových oborech se velmi často používá k bilančnímu i provoznímu účelu zařízení pro měření průtoku a množství tekutin v uzavřených potrubích sestávající z primárního prvku - obvykle centrické kruhové clony - a ze sekundárních prvků: snímačů diferenčního tlaku, tlaku a teploty, převodníku a vyhodnocovacího přístroje nebo elektronické vyhodnocující jednotky. Funkčně jde o nepřímé měření průtoku pomocí diferenčního tlaku, který vzniká v přesně definovaných místech odběrů tlaku před a za centrickou kruhovou clonou. Pro jednu velikost této clony je měřící rozsah průtoku - definovaný poměrem maximálního průtoku Q_Vmax k minimálnímu průtoku Q_Vm£_n - 3,5:1.

Clonové měření je dosud nezastupitelné zvláětě při měření velkých průtoků a množství topných plynů za vysokých provozních tlaků. V současné době se považuje za technicky i funkčně nejpokrokovější clonové měřeni dodávek zemního plynu provozované na předávacích stanicích tranzitních plynovodů. V clonových měřicích tratích jsou zabudovány v komorách typů Daniel-Junior a Daniel-Senior centrické kruhové clony. Měřicí komora typu Danie-Senior je konstrukč ně vyřešena tak, že je možná výměna centrických kruhových Clon různých velikostí za provozu, tj. bez nutnosti odstavení a odtlakováni nové měřicí trati. Oprava pracovního rozsahu na větší poměr průtoků nežli je Q_Vmax ^! ^vmin ^{= 3,5:1} 3^{e ra}°žná pouze mechanicky, a to výměnou kruhové clony za jinou její velikost a současným paralelním řazením snímačů, resp. vyhodnocujících přístrojů.

Měření a vyhodnocováni dodávek zemního plynu na tranzitních plynovodech je bud ruční, nebo elektronické - s tím bezprostředně souvisí i přístrojová sestava konkrétního zařízeni. Ani toto dosud nejmodernější zařízení pro clonové měřeni průtoku a množství zemního plynu není ještě optimální: vyžaduje vysoké pořizovací i provozní finanční náklady a stálá funkční přesnost spočívající především na vlastnostech samotné centrické kruhové clony je jen velice obtížně udržitelná. Hlavními nevýhodami centrické kruhové clony jedné velikosti jsou: omezený pracovní rozsah Q_Vmax ^: Cy_mi_n ⁼ 3,5:1, velmi přísná kritéria na dodržení dynamické a geometrické podobnosti, nutnost častých funkčních kontrol a pravidelné údržby clony, struktni požadavek na čistotu měřené tekutiny, jediná možnost funkce - pouze měřicí.

Uvedené nevýhody stávajícího stavu techniky se odstraní zařízením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že segmentová clona je přestavitelně a její tlakové odběry jsou propojeny impulsními trubkami se vstupem elektronického snímače s nastavitelným rozsahem diferenčního tlaku, dále propojeného s nelineárním elektronickým převodníkem, jehož výstup je prvním vstupem do elektronického snímače tlaku umístěného před přestavitelnou segmentovou clonou a s výstupem elektrického teploměru umístěného za přestavitelnou segmentovou clonou, současně je zpětně propojena s elektronickým zařízením a tím i se servopohonem tak, že je dosaženo optimálního přestavení průtočného průřezu segmentové clony a tím i rozšíření pracovního rozsahu průtoku v poměru maximálního průtoku k minimálnímu až do 100:1, přičemž tato přestavitelně clona je měřícím a zároveň akčním členem pro regulaci.

Hlavní výhody zařízení pro clonové měření a řízení průtoku podle vynálezu jsou dány funkčními vlastnostmi tohoto zařízení a matematickými vztahy, z nichž ideová podstata funkce zařízení podle vynálezu vyplývá. Odvozená provozní charakteristika přestavitelně segmentové clony a závislost pro určování pracovního rozsahu diferenčního tlaku jsou prinicipiálním základem nové funkce celého zařízení: přestavitelnost průtočného průřezu segmentové clony optimálně podle potřeb provozu a nastavitelnost pracovního rozsahu snímače diferenčního tlaku řízená elektronickou vyhodnocovací a řídicí jednotkou umožňuje změny dosavadního pracovního rozsahu průtoku z dosavadního poměru 3,5:1, dosažitelného na jedné centrické kruhové cloně na pracovní rozsahy až do poměru 100:1, přičemž - na základě již zmíněné provozní charakteris tiky přestavitelně segmentové clony - je v samotné přestavitelně segmentové cloně propojené s elektronicky ovládaným servopohonem sloučena funkce měřicí s funkcí akční.

Geometrický tvar segmentové úseče činí přestavitelnou segmentovou clonou a tím též celé zařízení podle vynálezu zvláště výhodné pro měření a řízení průtoku kapalin obsahujících pevné částice se sklonem k sedimentaci i znečištěných prašných a vlhkých plynů proudících v uzavřených vodorovných nebo šikmých potrubích. V porovnání s centrickou kruhovou clonou vykazuje přestavitelné segmentová cloba dlouhodobě stálou funkční přesnost za méně přísných podobnostních kritérií a za nižších nároků na pravidelnou funkční kontrolu a běžnou pdržbu.

Na obrázku je schematicky znázorněno jedno provedeni sestavy zařízení podle vynálezu.

Přestavitelné segmentová clona JL má plusový odběr 2 ^a minusový odběr 2 připojený impulsními trubkami na vstup elektronického snímače 4_ s nastavitelným rozsahem diferenčního tlaku.

Na této segmentové cloně 1^ vzniklý diferenční tlak, snímaný elektronickým snímačem 4, je zpracován v elektronickém nelineárním převodníku J5. Elektronický snímač ý provozního tlaku, umístěný před segmentovou clonou 1. a elektronický teploměr J7, umístěný za touto segmentovou clonou 1^ jsou připojeny jako elektronický snímač 4_ s nelineárním převodníkem 5 na elektronickou vyhodnocovací a řídicí jednotku 8^. Řídicí jednotka je současně zpětně připojena s elektronickým zařízením JJ ^{a se} servopohonem 10 tak, že je dosaženo optimálního přestavení průtočného průřezu segmentové clony JL a rozšíření pracovního rozsahu průtoku až k poměru Q_Vmax :

^: ®Vmin ⁼ '-θθ¹·'·· Přestavitelné segmentová clona je nejen primárním prvkem pro měření, ale též regulačním orgánem pro regulaci.

V detailním rozpracování teoretického řešení funkční způsobilosti zařízení podle vynálezu se užívají dva nejčastěji používané způsoby tlakových odběrů před a za clonou: koutový a přírubový. Při konstrukčním provedení se využije výhod měřicích komor Daniel Senior; bude rozpracováno v několika variantách. Například je možné lapovanou segmentovou clonu vést ve dvou soustředně umístěných kroužcích z jemně molekulárního uhlíku, odolného vůči opotřebení. Šest po obvodu stejnoměrně rozdělených předpružených per vytváří ve směru proudění potřebnou sílu pro utěsnění.

Pro přestavitelnou segmentovou clonu bylo třeba pro tento vynález odvodit nové funkční vztahy, protože průběh základní průtočné charakteristiky se vždy neztotožňuje s průběhem její provozní charakteristiky. Na základě dvojího vyjádření tlakové ztráty Δρ a závislosti ztrá, z tového součinitele j na průtoku Q_v při konstantní tlakové ztrátě byla pro tento vynález odvozena provozní charakteristika přestavitelné segmentové clony:

Δρ_ζ

- 1)

-1/2 (1)

Při spojitém řízení a současném měření průtoku topných plynů je v řešení tohoto vynálezu nově určeno i nastavení rozsahu diferenčního tlaku rovnicí (2)

ΔΡ ^Pzmax 1 + —TTJV q = Q_v/Q_vmax · poměrný průtok

ΔΡ .......... diferenční tlak na přestavitelné segmentové cloně ^p ......... trvalá tlaková ztráta vyvozená přest. segment, clonou

P ........... celkový tlakový spád clonové měřicí trati d ........... součinitel průtoku přestavitelné segmentové clony (!? .......... poměr zúžení

........... ztrátový součinitel přest. semgnet. clony vztažený na stř. rychlost proudění index max označuje číselnou hodnotu dané veličiny při max. zdvihu.

Zařízení podle vynálezu umožňuje měření a řízení průtoku tekutin v rozsahu Q_max: Q_m^_n 100 : 1 lze považovat za vývojový skok v clonovém měření a má další uplatnění při obchodním měřeni velkých množství topných plynů na předávacích stanicích tranzitních plynovodů a mezi264851 státního plynovodu, na regulačních stanicích velkoodběratelů, na předregulačních stanicích na dálkovodech a na městských regulačních stanicích; při provozním měřeni průtoku kapalin a plynů, včetně silně znečištěných, ve všech průmyslových oborech; v geologickém inženýrství při řízení těžby a vtláčení zemních plynů, při těžbě hypertermálních vod; při automatizaci provozů podzemních zásobníků plynů; ke zdokonalení regulace spalovacího procesu kotlů na studené i horké straně kotle v tepelných energetickýh výrobnách; ke zdokonalení všech směšovacích regulací v hutích, v chemických, keramických a jiných provozech při řízení průmyslových pecí i v dalších průmyslových oborech a při laboratorních, poloprovozních a garančních zkouškách všech druhů čerpadel a vzduchotechnických zařízení.

Claims (1)

1. Zařízení pro clonové měření a řízení průtoku plynů a kapalin obsahující měřici segmentovou clonu v clonové komoře, zabudovanou v uzavřeném potrubí, vyznačující-se tím, že segmentová clona (1) je přestavitelná a její tlakové odběry (2, 3) jsou propojeny impulsními trubkami se vstupem elektronického snímače (4) s nastavitelným rozsahem diferenčního tlaku, dále propojeného s nelineárním elektronickým převodníkem (5), jehož výstup je prvním vstupem do elektronické vyhodnocovací a řídicí jednotky (8), která je též propojena s výstupem elektronického snímače tlaku (6) umístěného před přestavítelnou segmentovou clonou (1) as výstupem elektrického teploměru (7) umístěného za přestavitelnou segmentovou clonou (1), současně je elektronická vyhodnocovací a řídící jednotka (8) zpětně propojena s elektronickým zařízením (9) a se servopohonem (10), přičemž tato segmentová clona (1) je měřicím a zároveň akčním členem pro regulaci.