RU2064166C1

RU2064166C1 - Установка для градуировки первичных преобразователей расходомеров переменного перепада давления

Info

Publication number: RU2064166C1
Application number: RU93019873A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Варгин
Original assignee: Александр Александрович Варгин
Priority date: 1993-04-16
Filing date: 1993-04-16
Publication date: 1996-07-20

Abstract

Использование: в узлах учета перекачиваемого природного газа магистральных газопроводов. Сущность изобретения: для повышения точности индивидуальной градуировки установка для градуировки первичных преобразователей расходомеров переменного перепада давления снабжена узлом стабилизации и измерения массового расхода газа в линии сброса части газа, включающим герметичный резервуар с весоизмерительным устройством и набор критических сопл, по крайней мере двух, включенных параллельно между линией сброса и резервуаром, выбранных по величине диаметра горла и обеспечивающих условия: дельта Рb1 меньше/равно дельта P(t) меньше/равно дельта РЬ2, где дельта P(t) - среднее значение перепада давления на градуируемом сужающем устройстве, дельта Pbl, дельта Pb2 - перепады давления на сужающем устройстве в линии сброса соответственно при первом и втором подключенных соплах. Измерительные участки и сужающие устройства линии сброса и газопровода выполнены соответственно геометрически подобными друг другу. Установка позволяет осуществить индивидуальную градуировку сужающих устройств без демонтажа их с магистрального газопровода с удовлетворительной точностью при свойственных газопроводам непостоянствах состава (плотности) и расхода транспортируемого газа. 1 ил.

Description

Изобретение относится и измерительной технике и предназначено преимущественно для градуировки расходомеров переменного перепада давления, установленных на узлах учета перекачиваемого природного газа магистральных трубопроводов.

Известен комплекс образцовых установок для определения метрологических характеристик коэффициента расхода α и поправочных множителей e для специальных сужающих устройств [1] Сужающее устройство исследуют последовательно на двух установках: на установке для определения коэффициентов расхода a, основными частями которой являются напорный переливной бак, измерительный участок трубопровода с испытуемым сужающим устройством, измерительный сборник рабочей жидкости, весовое устройство и измеритель времени налива, а затем на установке для измерения расхода газа с целью определения поправочного множителя ε.
Данная установка включает ротационную воздуходувку, подключенную к измерительному участку трубопровода, на котором установлены последовательно исследуемое сужающее устройство, нормализованная диафрагма и измеритель расхода (счетчик или нормальное сопло), регулятор расхода и ЭВМ, реализующая алгоритм испытаний. В процессе испытаний, проводимых при разных скоростях воздуха, определяются: массовый расход воздуха с помощью газосчетчика иди нормального сопла, перепад давления на испытуемом сужающем устройстве и на нормальном сопле, температура и избыточное давление воздуха перед исследуемым сужающим устройством и перед нормальным соплом, температура окружающего воздуха и его барометрическое давление, число Рейнольдса, плотность и вязкость воздуха; вычисляется значение αε исследуемого сужающего устройства и, наконец, e.. Установка позволяет определить эту метрологическую характеристику с достаточно высокой точностью (погрешность не более ±0,4) и получить необходимые данные для вывода уравнений, определяющих поправочный множитель ε..

Описанная установка, в соответствии со своими техническими характеристиками, не позволяет, однако, проводить испытания сужающих устройств, монтируемых в газопроводах больших диаметров, в том числе и в магистральных трубопроводах для природного газа, тем более проводить испытания (градуировку, поверку) без демонтажа этих сужающих устройств.

Безотносительно указанных ограниченных возможностей установки последняя имеет еще один, более существенный, недостаток: результаты определения на установке поправочного множителя ε на воздухе не могут быть перенесены на сужающие устройства, предназначенные для измерения расхода природного газа, поскольку, во-первых, на данной установке не могут быть воспроизведены диапазоны изменения параметров, функцией которых является поправочный множитель e, характерные для транспортных трубопроводов природного газа, и, во-вторых, состав природного газа меняется в пределах даже одного месторождения, создавая весьма большие трудности в определении его плотности.

Известно также устройство для бездемонтажной градуировки расходомеров переменного перепада давления, включающее технологический трубопровод с градуируемым расходомеров и вспомогательным гидравлическим сопротивлением, в качестве которого может быть использован любой элемент трубопровода, создающий перепад давления (участок фиксированной длины, колено, конфузор и др. ), измеритель перепада давления на вспомогательном сопротивлении, на вспомогательном гидравлическом сопротивлении монтируется обводная линия (байпас), на которой устанавливается образцовый расходомер, например тахометрический счетчик. Соотношение расходов через основную и байпасную линии обеспечивают с помощью вентилей [2]
В процессе градуировки расходомера в основной линии при разных степенях открытия вентилей одновременно измеряют расход в байпасной линии с помощью образцового расходомера и перепады давления на поверяемом расходомере и вспомогательном сопротивлении.

Описанное устройство не позволяет проводить градуировку с достаточной точностью (точность измерения расхода участками трубопровода фиксированной длины, коленами и конфузорами в пределах 5%) и предполагает известность физических параметров градуировочной среды.

Известно также устройство измерения массового расхода потока среды, предназначенное для поверки, градуировки и аттестации установленных рабочих расходомеров на месте их эксплуатации без демонтажа и отключения мерных участков от технологических или транспортных магистралей [3]
Оно состоит из трубопровода с испытуемым сужающим устройством, приемного преобразователя переменного перепада давления и измерителя полного давления потока. К трубопроводу подключены через клапан сброса и расходомер (например, переменного перепада давления) магистраль сброса.

По величине расхода кратковременно сбрасываемого потока через магистраль сброса, перепаду давления на приемном преобразователе до сброса части среды, приращению перепада давления на приемном преобразователе, по полному давлению потока и известному коэффициенту, учитываемому снижаемость среды, определяют расход в магистрали.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемой установке.

Следует отметить, что в то время, когда клапан сброса закрыт, и в то время, когда он открыт, гидравлическое сопротивление в системе разное. После открытия клапана сброса гидравлическое сопротивление изменяется, а возникающее дополнительное приращение перепада давления не адекватно отражает это измерение. То есть не выполняется условие гидродинамического подобия.

Устройство не позволяет проводить испытания расходомеров с необходимой точностью на нестационарных потоках и при известном составе транспортируемого по трубопроводу газа.

Решаемая настоящим изобретением задача заключается в повышений точности индивидуальной градуировки первичных преобразователей расходомеров переменного перепада давления, установленных на магистральных газопроводах при свойственном им непостоянстве состава (плотности) и расхода транспортируемого газа.

Установка показана на чертеже.

Установка включает измерительный участок магистрального газопровода 1 с измерителем 2 давления в нем с сужающим устройством 3 (диафрагмой) и преобразователем переменного перепада давления 4, градуируемого расходомера переменного перепада давления, подключенную к газопроводу 1 линию 5 сброса части газа, измерительный участок которой содержит сужающее устройство (диафрагму) с преобразователем переменного перепада давления 7 контрольного расходомера переменного перепада давления, а также клапан 8 сброса. Установка включает также узел стабилизации и измерения массового расхода газа в линии 5 сброса, содержащий приемный герметичный резервуар 9 с весоизмерительным устройством 10, набор критических сопл 11, через отсечные клапаны 12 включенных параллельно между выходом линии 5 сброса и резервуаром 10, и таймер 13. Исполнительные органы отсечных клапанов 12, таймер 13, как и весоизмерительное устройство 10 и преобразователи переменного перепада давления 4 и 7 подключены к линиям связи и управления с устройством обработки информации и управления 14, реализующим алгоритм измерений. Кроме того, газопровод 1 с обеих сторон от градуируемого сужающего устройства 5 подключен к трубопоршневой установке, работающей на жидкости (не показана).

Принцип действия установки заключается в следующем.

В линии 5 сброса добиваются, чтобы перепады давления на обоих сужающих устройствах 5 и 6 были близки друг к другу. Это достигается подключением критических сопл 11, обладающих тем свойством, что расход через них постоянен при отношении давлений Р₁ и выходе Р₂, превосходящем некоторую величину r, зависящую только от отношения диаметра горла сопла к диаметру трубопровода, т.е.

Таким образом, поддерживая в газомерной емкости 9 давление, удовлетворяющее условию (1), на сужающем устройстве 6 создается нужное фиксированное значение перепада давления.

Добиться равенства перепадов давления на сужающих устройствах 3 и 6 практически невозможно, так как на сужающем устройстве 3 перепад давления пульсирует по времени t, т.е.

ΔP = ΔP(t).
Поэтому на сужающем устройстве 6 воспроизводятся такие значения перепадов давления, чтобы
ΔP_bI ≅ P(t)≅P_b2 (2)
где ΔP_b1 и ΔP_b2- перепады давления на сужающем устройстве в линии сброса соответственно при первом и втором подключенных соплах. Поскольку 6 и 3 находятся в непосредственной близости друг от друга, то средние по сечению трубопроводов значения температур, давлений и плотностей и показателей адиабаты перед ними будут отличаться пренебрежимо мало. Тогда из (2) следует

где Р_i давление на входе в 1 и 3.

Так как через 6 и 3 течет один и тот же газ, и по условию геометрического подобия равны их относительные площади, коэффициенты расширения ε для 6 и 3 будут различаться лишь по одному параметру

, где Р давление газа в трубопроводе. И, если выполняется (3), коэффициент расширения для сужающего устройства 3 следует определять как

где ε_b1 и ε_b2 коэффициенты расширения при отношениях

Очевидно, что коэффициент расширения градуируемого сужающего устройства определяется тем точнее, чем уже будут пределы неравенства (3). Последнее определяется установкой рационально подобранных сопл 11.

Учитывая, что плотность газа в обоих трубопроводах одинакова, то удобнее сразу определить величину

, а не ε. Тогда

Таким образом, последовательность работы установки будет следующей. По среднему значению ΔP(t) выбираются из набора два критических сопла 11, обеспечивающих условие (3). Емкость 9 предварительно взвешивается. Затем открывается отсечной клапан 12 у первого из выбранных сопл 11 и одновременно включается таймер 13. После заполнения емкости 9 газовый поток отсекается, таймер 15 выключается, емкость 9, наполненная гaзoм, взвешивается. Массовый расход газа, прошедшего через СУЗ, определяется как

где М₁ и М₂ массы емкости 9 до и после заполнения газом, Dt время заполнения. Комплекс

вычисляется по формуле

Такая же операция проводится для второго сопла. Если условие (1) выполнить нельзя, газ из емкости 9 перед каждым наполнением предварительно удаляется. Комплекс

для градуируемого сужающего устройства 3 находится из (5).

Коэффициент расхода градуируемого сужающего устройства 5 определяется по формуле:

где V_тпч калиброванный объем вытесненной жидкости; τ- время вытеснения калиброванного объема жидкости;
DP_ж, ρ_ж
ΔP_{ж =} перепад давления на сужающем устройстве и плотность жидкости.

Коэффициент расхода определяется во всем диапазоне чисел Рейнольдса Re, в котором эксплуатируется расходомер, при этом

где Q_м массовый расход газа; m eгo динамическая вязкость.

Таким образом, непосредственно измеряя перепад давления на сужающем устройстве в газопроводе и определяя о помощью ТПУ коэффициент расхода a,, а с помощью настоящей установки величину

по известному диаметру отверстия сужающего устройства производится расчет искомого значения массового расхода газа, протекающего по магистральному газопроводу согласно известному уравнению расхода.

Получение, хранение и обработка информации, а также управление установкой осуществляется устройством 14.

Очевидное преимущество данной установки заключается в отсутствии необходимости раздельного определения коэффициента и плотности потока газа, что позволяет повысить точность градуировки, отказаться от сложного и дорогостоящего оборудования.

Claims

Установка для градуировки первичных преобразователей расходомеров переменного перепада давления, содержащая линию сброса части газа с последовательно включенными клапаном сброса и сужающим устройством, выполненную с возможностью подключения к измерительному участку трубопровода перед его сужающим устройством, отличающаяся тем, что в нее введены второй преобразователь переменного перепада давления, подключенный к линии сброса, соответственно до и после сужающего устройства линии сброса, герметичный резервуар с весоизмерительным блоком, таймер, блок управления и группа параллельно соединенных критических сопл, включенная между выходом сужающего устройства линии сброса и герметичным резервуаром, причем критические сопла выбраны из условия

,
где
- среднее значение перепада давления на градуируемом сужающем устройстве;
ΔP_b1 и ΔP_b2 перепады давления на сужающем устройстве в линии сброса соответственно при первом и втором подключенных соплах, при этом выходы первого и второго преобразователей переменного перепада давления, таймера и весоизмерительного блока подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока управления, соединенного первым и вторым выходами соответственно с входом весоизмерительного блока и таймера, подключенного своими вторыми входом и выходом соответственно к выходу и входу последнего в группе критического сопла, а измерительные участки и сужающие устройства линии сброса выполнены геометрически подобными измерительному участку и сужающему участку газопровода.