DE2212738C3 - Meßstrecke mit großem Meßbereich zur Gasmengenmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßstrecke mit großem Mebjereich zur Gasmengenmessung bei wechselnden Drücken, der da. Gas mn wechselnden höheren Vordrücken zugrführt und von der es zu der η Verbrauchsstelle mit konstanter niedrigerem Druck abgeführt wird, bei der am Eingang der Meßstrecke ein Regelgerät zur Herabsetzung des Gasvordruckes und innerhalb der Meßstrecke eine Gasmengenmeßeinnch· tung, die mit einer Einrichtung zur Umwertung der w gemessenen Gasmengen auf Normbedingungen ver bunden ist. angeordnet ist, und bei der das Regelgera! Eur Herabsetzung des Gasvordrtukes mittels der in der Gaszuführungsleitung und der in der Gasabführung*.,, ι tung herrschenden Drücke gesteuert wird 4i

Allen bekannten Gasmengenmeßeinrichtungen für große Gasmengen gemeinsam is: die Eigenschaft, daß bei Unterschreitung der zulässigen Minimalbeiastung die gesetzlich vorgeschriebene Meßgenauigkeit nich! mehr eingehalten wird. Es ist deshalb bei stark v> schwankendem Gasverbrauch insbesondere bei Großabnehmern nicht möglich, die Gasmengenmessung mit nur einem Mengenmesser durchzuführen

In sogenannten Gasübernahmestationen. in denen der Druck des im allgemeinen mit ein bis mehreren bar v, Eugeführten Gases auf den vom Abnehmer gewünscH ten niedrigeren Druck herabgesetzt wird, und in dcmr gleichzeitig die abgegebene Gasmenge gemessen *,rc! werden deshalb zur Zeit wegen der meist schwanken den Ciasabgabe mehrere Gasmengenmeßeinrichtungen «. installiert, von denen je nach Mengenfluß eine <>Jer mehrere parallelgesehaiiei m [kineb sind. Dadurch wird nicht nur der apparative Aufwand bei der Einrichtung derartiger Stationen und damit auch der Raumbedarf sehr groß; es wird auch die Auswertung der Mengenmessung kompliziert, da bei der Addition der registrierten Mengen häufig berücksichtigt werden muß, zu welcher Tageszeit diese Mengen abgenommen wurden. Als Meßstrecke bezeichnet man bei diesen Einrichtungen den Teil der Leitung, in den die Druckregelungs- und Gasmengenmeßeinrichtungen eingebaut sind.

Bei diesen Meßstrecken sind die Mengenmeßeinrichtungen meist hinter den Druckregelungseinrichtungen, d. h. auf der Niederdruclcseite der Leitung eingebaut. Um Beschädigungen solcher Mengenmeßeinrichtungen durch für sie unzulässig hohe Durchflußmengen zu verhindern, ist ein Verfahren zur Leistungsbe,_;renzung eines rotierenden Gaszählers bekannt.

Die Anzahl der parallel zu schaltenden Gasmengenmeßeinrichtungen kann verringert werden, wenn diese nicht — wie meist üblich — bei dem in der Abnehmerleitung herrschenden, konstanten Druck, sondern bei unterschiedlichen Drücken, und zwar bei relativ hohem Druck für große und relativ niedrigem Druck für kleine Abgabemengen, betrieben werden. Die Meßstrecke einer solchen Einrichtung besteht dann aus einem Regelgerät, das den Vordruck des Gases je nach Mengenfluß mehr oder weniger stark reduziert, der im anschließenden Leitungsabschnitt installierten Gasmengenmeßeinrichtung, und einem weiteren, nachgeschalteten Regelgerät, das den Gasdruck auf den gewünschten konstanten Druck in der Abnehmer- bzw Verbrauchsleitung herabsetzt. Die Steuerung des ersten Regelgerätes, die im allgemeinen von Hand oder durch eine Zeit-Schaltuhr erfcAgt, welche entsprechend den Erfahrungswerten für die zu erwartenden Abnahmemengen das Regelgerät auf die jeweils erforderlichen Drucke im nachgeschalteten Leitungsabschnitt einstellt, erfordert aber nicht nur einen erheblichen apparativen, sondern auch einen beträchtlichen personellen Aufwand — auch bei Verwendung einer Zeitschaltuhr -. da diese Steueranlage beispielsweise in den Wintermonaten den temperaturbedingt stark wechselnden Abnahmemengen entsprechend häufig neu bzw. anders eingestellt werden muß.

Bei plötzlichen K.ilteeinbruchen bzw. zu Zeiten, wo solche zu erwarter. sind, muß zur Sicherstellung der Versorgung unter Umständen der Di jck im Leitungsab schnitt /wischen den b:iden Reglern so hoch eingestellt werden, daß zumindest stundenweise die zulässige minimale Belastung der Gasmengenmeßeinrichtung unterschritten wird.

Eine derartig· Meßstrecke bzw. die mit ihrer Hilfe durchfuhrbare *. .^mengenmessung bei unterschiede chen Drucken bietet also nur einen durch die feste Einstellung eier Steuerung bzw des Druckes in der Meßstecke bestimmten nutzbaren Meßbereich der GasmengenmeÜstrecke. der bei Fehleinscnatzung der zu erwarte-den Abnahmecharakteristik zum Gegenteil der angestrebten Wirkung fuhren kann wenn namhch der Druck des Gases, das die Gasmengenmedeinricri tung durchströmt, im Verhältnis zur Menge zu hoch eingestellt ist. weil mit größeren als den tatsächlich gebrauchten Abnahmemengen gerechnet wurde, »er den diese Gasmengen nicht mehr von der Meßeinncti tung registriert, ist der Druck zu niedrig eingestellt, kann die Meßeinrichtung zerstört werden oder - bei Vorhandensein einer Sicherung hierj?« ien — die Gaslieferung wird geringer als der Eledd: i.

Es sind auch schon Meßstrecken bekannt, bei denen das vorstehend genannte, vor der Gasmengenmeßeinrichtung installierte Regelgerät durch die Abnahmemenge gesteuert wird derart, daß sich bei steigender bzw. relativ hoher Abnahmemenge ein höherer Gasdruck hinter diesem Regelgerät einstellt als bei

sinkender bzw. niedriger Abgabemenge. Bei diesen Meßstrecken ist es aber ebenfalls unerläßlich, hinter der Gasmengenmeßeinrichtung ein zweites Regelgerät anzuordnen, das den Druck des Gases auf den konstanten Druck in der Abnehmer- bzw. Verbrauchsleitung herabsetzt.

Bei einem anderen bekannten Mengenmeßgerät für Gase, das hinter einem Druckregler angeordnet ist, handelt es sich um eine Gas-Entnahmeeinrichtung für Gas aus einer Druckgasflasche, bei der das Mengen- iu meßgerät außerdem mit einer Vorratsanzeigevorrichtung verbunden ist, d. h. um eine Vorrichtung, die nicht zur Messung großer, stetig durch Leitungen transportierter Gasmengen geeignet ist

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist die Vereinfachung des Aufbaues und der Betriebsweise von Meßstrecken mit großem Meßbereich, die mit zwei Regelgeräten und einer zwischen diesen angeordneten, bei unterschiedlichen Drücken arbeitenden Gasmengenmeßeinrichtung ausgestattet sind. Die Aufgabe besteht insbesondere darin, das zweite, hinter der Mengeiimeßeinnehti.'ng angeordnete Regelgerät zu ersetzen und auf diese Weise neben einer Vereinfachung auch eine beträchtliche Verminderung der Kosten und des Raumbedarfes für die Meßstrecke zu erreichen.

Die neue Meßstrecke soll gleichzeitig in der Lage sein, einen großen Meßbereich zu erfassen. Als solcher wird angesehen, wenn der auswertbare Meßbereich von 100% des Nenndurchflusses bis herab zu Durchfluß- Jo mengen von 5% bis 2% des Nenndurchflusses, bezogen auf die Messung bei konstantem Druck, reicht. Bei den bisher bekannten Gasmengenmeßstrecken reicht der auswertbare Meßbereich im allgemeinen nur von 100% bis zu 10% des Nenndurchflusses. )".

Geringere prozentuale Durchflußmengen werden nicht mehr registriert, d. h. dieses sogenannte »Schleichgas« bedeutet einen Verlust für den Gaslieferanten, der auch deshalb unerwünscht ist. weil nicht ohne weiteres erkennbar ist. ob der ausgewiesene Gasverlust durch -t» mangelnde λη/eige der Gasmengenmeßeinrichtungi.n oder durch Undichtigkeiten in Gasleitungen entstanden ist.

Die gestellten Aufgaben werden durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten ti Maßnahmen bzw. Merkmale gelöst.

Eine e'findungsgemäße Meßsf ecke und deren Vorteile werden im folgenden an Hand der Fig. 1 bis 3 erläutert.

F ig 1 zeigt eine schematisch dargestellte, be'spiels- Vt weise Ausfuhrungsforrr der erfindungsgemäßen Meßstrecke

F ■ g. 2 .⁷eigt die Fehlerkurve einer Gasmengenmeßeinrichtung

F 1 g. 3 ist ein Diagramm der Zählerbelastung. «

Fig. ! zeigt eine Gasrohrleitung. durch deren mit 1 bezeichneten Abschnitt das Gas unter relativ hohem Druck, z. B 5 bis 7 bar zugeführt wird. Das Gas gelangt durch das in diesem Fall membrangesteuerte Regeige rät 2, in den als Meßabschnitt bezeichneten Rohrab- m> schnitt 3. in dem die Gasmengenmeßeinrichtung 4. die mit einem Umwerter 17 verbunden ist, angeordnet ist. Der Meßabschnitt 3 endet an der Querschnittsverengung 5 des Rohres, die durch eine Stauscheibe gebildet wird, welche eine auf den Querschnitt gleichmäßig 6"> verteilte Anzahl von Bohrungen aufweist. Durch den anschließenden Rohrabschnitt 6 fließt das Gas mit dem gewünschten Druck, dpr in jedem Fall niedriger ist als der in Rohrabschnitt 1 herrschenden Druck, zur Verbrauchsstelle. Diese Verbrauchsstelle kann z. B. ein industrieller Großabnehmer oder eine s'ädtisehe Gasversorgungsein.

Das Regelgerät 2 ist über die Leitung 7 mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Die Steuerimpulse erhält die Steuereinrichtung 8 einerseits vom Leitungsabschnitt 6 über die Leitung 9, andererseits über Leitung 10 von der Druckreduziereinrichtung 11. Dieser Einrichtung 11 wird ein unter relativ hohem Druck stehendes Gas zugeführt, das im dargestellten Beispiel dem Leitungsabschnitt 1 über Leitung 12 entnommen wird. Der Druck dieses Gases, das letztlich als Steuergas auf das Regeigerät 2 — über Leitung 7 — einwirkt, wird mit Hilfe des über Leitung 13 übertragenen Druckes im Leiiungsabschnitt 3 sowie eines zusätzlichen konstanten, in bekannter Weise durch eine Feder 14 ausgeübten Druckes herabgesetzt. Das mit hohem Druck über Leitung 12 strömende Gas fließt somit mit einem Druck, der um den durch die Feder 14 ausgeübten Druck höher ist als der Druck im Leitungsabschnitt 3, über Leitung 10 zur Steuereinrichtung 8. In dieser ^-'uereinrichtung 8 findet in bekannter Weise die endgültige «Iinstellung des Druckes, der auf das Regelgerät 2 einwirkt, dadurch statt, daß in Abhängigkeit vom Ist-Druck in der L »itung 6, der über Leitung 9 übertragen wird und dessen Soll-W^rt mit Hilfe der Feder 15 eingestellt ist, das aus der Leitung 10 kommende Gas in jeweils erforderlichen Mengen der Leitung 7 zugeführt wird, während die überschüssigen Mengen abgeführt werden — zweckmäßigerweise durch Leitung 16 in den Leitungsabschnitt 3. dessen Druck dadurch praktisch nicht beeinflußt wird, da die über Leitung 16 strömenden Gasmengen vernachläßigbar klein sind im Verhältnis zu der insgesamt durchfließenden Gasmenge.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Meßstreckc besteht in erster Linie darin, daß sich vor der Verengung 5. d. h. im Meßabschnitt 3. selbsttätig, d. h. ohne Vorhandensein eines zweiten Regelgerätes, ein der Abnahmemenge entsprechender Druck einsteii:. de' umso höher ist. je großer die Abnahmemenge ist: wenn beispielsweise bei plötzlich steigendem Verbrauch der Druck in Leitung 6 absinkt, bewirkt diese Druckverminderung im Steuergerät 8 eine Vergrößerung der durch Leitung 7 fließenden Gasmenge und chmit eine Beeinflu'sung des Regelgerätes 2 derart, daß eine größere Gasmenge in den Rohrabschnitt 3 fließt, in dem sich ein höherer Druck einstellt als bei dem vorherge henden Beharrungszusland, da das Gas durch die Verengung 5 — im* Ausnahme extrem kleine! Verbrauchsmen^en — immer mit kritischer Geschwindigkeit strömt. Diese selbsttätige Anpassung des Druckes im Meßabschnitt 3 an jede Veränderung de· Verbrauchs- bzw. Abnal'.memengen hat zur Folge, daß t'ie Casmengenmeßeinrichtung 4 — abgesehen von der oben erwähnten minimalen Verbrauchen — imrne: annähernd unter Nennbelastung arbeitet, vie Fig i zeigt.

Dabei ist allerdings vorausgesetzt, daß sowohl die Mengemiießeinruhtung als auch der freit Querschnitt der Verengung den betrieblichen Anforderungen entsprechend richtig dimensioniert sind, wobei der maximal im Leitungsabschnitt 1 zu erwartende dnd der im Leitungsabschnitt 6 geforderte Druck vorgegebene Größen sind. Bei der Auswahl der Gasmengenmeßeinrichtung ist die maximal zu messende Gasmenge — unter Berücksichtigung des höchsten zulässigen Drukkes — maßgebend. Diese Menge bestimmt auch die

Größe des freien Querschnittes der Verengung, die in bekannter Weise berechnet werden kann. — Für die Praxis ist es zweckmäßig, den freien Querschnitt der Verengung so zu bemessen, daß die Gasmengenmeßeinrichtung bei kritischer Strömungsgeschwindigkeit der maximalen Gastnenge mit etwa 90 bis 95% ihrer Nennbelastung beaufschlagt wird. Da der auswertbare Meßbereich der Gasmengenmeßeinrichtung aber bis herab zu 10% der Nennbelastung reicht, können auch die geringen Verbrauchsmengen, bei deren Abströmen die kritische Gasgeschwindigkeit in der Verengung nicht mehr erreicht wird, noch gemessen werden.

Das folgende Zahlenbeispiel zeigt die Größe des Meßbereiches der neuen Gasmcngenmeßstrecke.

Durch den Leitungsabschnitl 1 wird Gas mit einem Druck von 6,5 bis 7,0 bar zugeführt und durch den Leitungsabschnitl 6 mit 0,5 bar abgeführt. Die Drücke in der Meßstrecke 3 liegen dann je nach Abgabemenge zwischen etwa 5,9 und 0,5 bar. Mit einer GasmengcnmeBcinrichtung 4, die eine Ncnnbciasiung von 3öö mVh hat, und deren auswertbarer Meßbereich bis zu 10% der Nennbelastung herabreicht — entsprechend der in Fig. 2 dargestellten Fehlcrkurve - können bei Anwendung der erfindungsgemäßen Meßstrecke Gasmengen zwischen rund 50 mVh (V_n) (V_n = Normvolumen, gemessen bei O⁰C und 1113,25 mbar) bei 0,5 bar in der Meßstrecke, und rund 1800 mVh (V_n) bei 5,9 bar in der Meßstrecke gemessen werden, d. h. das Verhältnis von kleinster zu größter meßbarer Gasabgabe ist auf annähernd 1 :40 gestiegen gegenüber 1 : 10 bei der bisher meistens angewandten Messung bei konstantem Druck.

Die weiter oben beschriebene Verwendung des im Meßabschnitt 3 herrschenden Druckes zur Steuerung der Druckreduziereinrichtung 11, in der sozusagen eine Grobeinstellung des auf das Regelgerät 2 einwirkenden Steuerdruckes erfolgt, dessen Feineinstellung in der Steuereinrichtung 8 in der ebenfalls schon beschriebenen Weise geschieht, hat folgende vorteilhafte Wirkung: In der Steuereinrichtung 8 tritt nicht nur bei gleichmäßiger Gasabgabe an die Verbrauchsstelle eine relativ geringe Differenz zwischen den Drücken des durch Leitune 10 zueeführten und durch Leitung 7 auf das Regelgerät 2 wirkenden Gases auf: auch bei Änderungen der Abnahmemengen, die in der vorher beschriebenen Weise eine Änderung des Druckes im Meßabschnitt 3 zur Folge haben, welche wiederum in

ϊ der Druckreduziereinrichtung 11 wirksam wird, werden die Druckunterschiede, die in der Steuereinrichtung 8 »verarbeitet« werden müssen, immer so klein gehalten, daß die Steuereinrichtung 8 außerordentlich ruhig und gleichmäßig arbeitet. Das sonst bei Änderungen des

in Gasmengenflusses auftretende unerwünschte »Pendeln«, d. h. mehrfach aufeinanderfolgendes öffnen und Schließen des Reglers 2, bis schließlich die neue Beharrungsstellung erreicht ist, wird vermieden. — Solches Pendeln würde beispielsweise in hohem Maße

r. eintreten, wenn auf die Druckreduziereiniichtung 11 verzichtet würde und das zur Steuerung des Reglers 2 dienende, zunächst unter wesentlich höherem als dem in der Leitung 7 benötigten Druck stehende Gas direkt der Steuereinrichtung 8 zugeführt werden würde.

»π Eine weitere voriciihafie Wirkung iriii bei Ausbildung der Rohrleitungsverengung 5 in Form einer mit zahlreichen Bohrungen von geringem Einzeldurchmesser versehenen Stauscheibe auf: Die Gasströmung in der Meßstrecke ist wesentlich ruhiger und die in

_>i Meßstrecken unvermeidbar auftretenden Geräusche sind wesentlich geringer als bei herkömmlichen Meßstrecken. Eine Beaufschlagung der Gasmengenmeßeinrichtung mit größeren Mengen als zulässig, d. h. mehr »ns 100% der Nennbelaslung. ist selbst beim

!« Versagen des Druckreglers 2 nicht möglich, da der Mengenfluß durch die Dimensionierung des Gesamt-Durchtrittsquerschnittes der Verengung 5 begrenzt wird.

Wenn der Vordruck im Leitungsabschnitt 1 jedoch

>"> höher ist als der höchste für den Umwerter 17 zulässige Druck, kann man durch Einbau eines Hilfsdruckreglers dafür sorgen, daß im Meßabschnitt 3 keine Drücke auftreten können, die für den Umwerter 17 unzulässig sind, und die zu seiner Zerstörung führen würden.

·"> Aufbau, Funktion und Anschlußweisc solcher Hilfsdruckregler sind bekannt. Sie werden in den bisher üblichen Meßstrecken bereits vielfach verwendet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Meßstrecke mit großem Meßbereich zur Gasmengenmessung bei wechselnden Drücken, der das Gas mit wechselnden höheren Vordrucken zugeführt und von der es zu der Verbrauchsstelle mit konstantem, niedrigerem Druck abgeführt wird, bei der am Eingang der Meßstrecke ein nagelgerät zur Herabsetzung des Gasvordruckes und innerhalb der Meßstrecke eine Gasmengenmeßeinrichtung, die m mit einer Einrichtung zur Umwertung der gemessenen Gasmengen auf Normbedingungen verbunden ist, angeordnet ist, und bei der das Regelgerät zur Herabsetzung des Gasvordruckes mittels der iij der Gaszuführungsleitung und der in der Gasabführungsleitung herrschenden Drücke gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende der Meßstrecke eine Verengung der Rohrleitung, vorzugsweise in Form einer Stauscheibe angeordnet ist, deren freier Querschnitt derart bemessen ist, daß 2t> sich vor FTeichen des maximal zulässigen Volumen-Durchflussis durch die Mengenmeßeinrichtung in der Verengung kritische Strömungsgeschwindigkeit des Gases einstellt, und daß die Steuereinrichtung für das Regelgerät außer mit der Gaszuführungs- und der Gasabführungsleitung auch mit der Meßstrecke verbunden ist.