Учёт газа. Измерение расхода и количества природного газа - Эксплуатация на. Измерение расхода и количества природного газа
 Скачать 234.02 Kb.
|
|
Главная Техника Измерение расхода и количества природного газа Производительность является основным параметром, точность и надежность измерения которого определяет многие производственные, технические и экономические характеристики работы компрессорной станции. Точные измерения расхода газа лежат в основе системы учета и планирования доставок газа. Знание расхода топливного газа, затраченного на компримирование транспортируемого газа агрегатами компрессорного цеха при известной его производительности, позволяет оптимизировать загрузку как отдельных ГПА, так и компрессорной станции в целом. В нашей стране и за рубежом разработаны и выпускаются различные типы расходомеров для газа. По принципу контактирования с рабочей средой различают контактные и неконтактные методы измерения производительности газопровода или расхода газа. К первым относят расходомеры переменного перепада давления с сужающими устройствами разнообразного типа, расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры, поршневые, поплавковые), турбинные и гидродинамические расходомеры с использованием метода контрольных меток и др.; ко вторым - расходомеры на электромагнитном, ультразвуковом принципах действия, основанные на резонансе и др. Из-за электрохимических процессов в потоке жидкости, различных помех, непостоянства напряжения питания и т. д. расходомеры на неконтактном принципе действия для чистого газа имеют большую погрешность, чем контактные. В настоящее время основным методом измерения расхода и количества природного газа на объектах его добычи, траспортировки и переработки является метод переменного перепада давления на сужающих устройствах, в качестве которых используют измерительные диафрагмы и сопла. Метод переменного перепада давления основан на создании и измерении перепада давления на сужающем устройстве (сопле, диафрагме), установленном в измерительном трубопроводе, при протекании потока газа через это устройство. Перепад давления, по которому судят о расходе газа, измеряют с помощью дифференциальных манометров (дифманометров) - жидкостных, мембранных, сильфонных и др. - с механическими отсчетными устройствами или электрическими выходными сигналами. Перепад давления на сужающем устройстве Др зависит от расхода газа и пропорционален его квадрату, т. е. О = с-/Др, (3.5) где с - постоянный коэффициент для данного расходомера. Расчет сужающих устройств производят в соответствии с «Правилами измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. РД 50-213-80». Для расчета расхода газа рекомендуется формула (Pi -Рг)р Л =0,2109aet/ , — ^_p T Z (3.6) где ? - поправочный множитель на расширение газа; a - коэффициент расхода сужающего устройства; d - диаметр отверстия диафрагмы, мм; (pi -/> ) - перепад давления на диафрагме, кге/м ; р - давление газа перед диафрагмой, кгс/см ; р - плотность сухого газа при Т = 293,15 К и p = 1,0332 кгс/см"; Г, - температура газа перед диафрагмой, К; Z - коэффициент сжимаемости газа. Основные виды стандартных сужающих устройств, рекомендованных «Правилами измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. РД 50-213-80», а также характер распределения давлений и скоростей потока в них и измерительном трубопроводе представлены на рис. 3.36. 2 u 1 2 2 } 2 н н tl При протекании газа через диафрагму вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате этого статическое давление потока после диафрагмы (р ) становится меньше, чем перед ней (Р|). Как видно из кривой распределения давлений до и после сужающего устройства (рис. 3.36, б), места отбора давлений, подаваемых на дифманометр, оказывают влияние на значение измеряемого перепада давления. Существуют четыре способа отбора давления: угловой, суженной струи, радиальный и фланцевый (рис. 3.37). Они различаются по расположению отверстий для отбора давления в сечении трубопровода относительно диафрагмы. Рис. 3.36. Основные виды стандартных сужающих устройств и характер распределения давления на них и скоростей потока в трубопроводе: а - диафрагма; б - характер распределения давления на диафрагме; 2 в - распределение скоростей потока; г - сопло Вентури В нашей стране распространены два способа отбора давлений -угловой и фланцевый. При угловом способе отбора давление отбирается непосредственно у диафрагмы с помощью угловых отверстий (рис. 3.37, б) или кольцевых камер (рис. 3.37, в). При фланцевом отборе (рис. 3.37, е) давленияр пр-, отбираются через отверстия во фланцах, находящихся на равном расстоянии (/, = /,=25 мм) или на расстоянии /, = / -(1/2)?> соответствующей плоскости диафрагмы. В США применяется метод суженной струи (рис. 3.37, г), при котором давление р отбирается через отверстия, расположенные в сечении А-А (рис. 3.37, а), а давлениер - в сечении Б-Б. При этом давление р отбирается на расстоянии /, =(0,5...2)?) от передней плоскости диафрагмы, ар - на расстоянии / =(0,2...0,8)?> от задней плоскости диафрагмы. х 2 от 2 х 2 2 Рис. 3.37. Способы отбора давления от сужающих устройств: а - кривая распределения давления у диафрагмы; б-е - способы отбора давления: б, в — угловой; г — по методу суженной струи; д — радиальный; е — фланцевый Радиальный способ отбора (рис. 3.37, д) весьма близок к методу суженной струи. В этом случае давление p отбирается на расстоянии /, = D, а давление р-, - на расстоянии /,=0,50 от соответствующей плоскости диафрагмы. Влияние способа отбора давления может быть учтено по формуле и.у ф, ( - ) t а = а К 3 7 где а - коэффициент расхода сужающего устройства при выбранном способе отбора давления; Кф - коэффициент способа отбора; а - исходный расчетный коэффициент расхода для углового способа отбора давления. Методы расчета и выбора сужающих устройств достаточно полно описаны в специальной литературе и не являются предметом обсуждения в нашем учебном пособии. В настоящее время практически на всех пунктах учета газа в качестве сужающих устройств используют диафрагмы, установленные между фланцами трубопровода или в специальных камерах. Это объясняется тем, что изготовить и монтировать диафрагмы значительно проще, чем другие типы сужающих устройств, например сопел, сопел Вентури, труб Долла и др. Конструкции сужающих устройств приведены на рис. 3.38. На рис. 3.38, а показана конструкция сужающего устройства с диафрагмой /, установленной непосредственно между фланцами и уплотненными герметизирующими прокладками или кольцами 2. Отверстия 4 и 5 служат для отбора давления. Первое по потоку отверстие необходимо для отбора большего давления р (плюсового), а за диафрагмой -меньшего р, (минусового). Давления можно отбирать либо непосредственно у диафрагмы (угловой отбор), либо на расстояниях 25,4 мм от плоскости диафрагмы (фланцевый отбор). Могут быть использованы и другие способы отбора давления. Для удобства монтажа и демонтажа диафрагму иногда снабжают ручкой. При диаметре трубопровода свыше 100 мм смена диафрагм в трубопроводе сопряжена со значительными трудностями, связанными с необходимостью раздвижения жестко смонтированного трубопровода. Для облегчения этой операции диафрагменные блоки снабжают несколькими распорными болтами 3, устанавливаемыми между стяжными шпильками. и у х Рис. 3.38. Конструкции сужающих устройств На рис. 3.38, б показаны два варианта установки диафрагмы 2 с помощью двух дополнительных дисков 4 с кольцевыми камерами для отбора давлений. Один вариант уплотнения плоской диафрагмы плоскими дисками показан в верхней части рисунка, а другой, с уплотнением типа «выступ-впадина», - снизу. Первый вариант - более простой, однако уплотнение и центрирование относительно оси трубопровода сопряжены с определенными трудностями. Второй вариант с уплотнением типа «выступ- впадина» обеспечивает простое и надежное уплотнение с одновременным центрированием отверстия диафрагмы. Отвер стия 7 и 3 служат для отбора давлений из кольцевых камер, а болты 6 предназначены для облегчения монтажа и демонтажа диафрагмы. Уплотнение диафрагмы 2 и дисков 4 обеспечивается герметизирующими прокладками 5. Рассмотренные диафрагменные узлы широко применяются в трубопроводах диаметром от 50 до 700 мм. При диаметрах свыше 700 мм и давлениях 3...7,5 МПа установка диафрагм усложняется из-за большой жесткости трубопровода. Вместо диафрагмы в блок, показанный на рис. 3.38, б, может быть установлено сопло 2 (рис. 3.38, в) между дисками 1. Сопло Вентури можно устанавливать между фланцами (рис. 3.38, г) или вваривать в разрыв трубопровода (рис. 3.38, д'). Установка сопла Вентури 7 между фланцами (рис. 3.38, г) целесообразна при диаметре трубопровода меньше 700 мм, а при диаметре свыше 700 мм его рекомендуется вваривать в трубопровод (рис. 3.38, О). Большее давление р, отбирают непосредственно на входе в сопло 7, а меньшее р -в цилиндрической части сопла через отверстия 2 (рис. 3.38, г). Для повышения жесткости сварные сопла снабжают ребрами жесткости 3. Меньшее давление в этом случае также отбирают через отверстия 2. Благодаря высоким гидродинамическим характеристикам, обусловленным плавным очертанием профиля, сопло Вентури имеет малые потери давления, не создает условия для скопления перед ним конденсата, имеет малый износ рабочих поверхностей, что обеспечивает его большую долговечность и высокую стабильность метрологических характеристик во времени и позволяет существенно увеличить время между контрольными поверками. В последнее время ведется поиск сужающих устройств, обладающих преимуществами перед общепринятыми конструкциями, прежде всего меньшими потерями давления. За рубежом с этой целью разработан ряд новых сужающих устройств, к которым относят трубы Долла, Хупера и др. Труба Долла (рис. 3.38, е) представляет собой трубопровод 7 с входным конусом 2 и выходным 4. между которыми расположена кольцевая щель 3, служащая для отбора минусового давления. В трубах Долла отсутствует плавный переход от сужения потока к расширению, поэтому в месте резкого изменения направления потока (в области кольцевой щели 3) создается значительное разрежение, что увеличивает перепад давления = р 2 } - р при весьма малых нсвосстанавливасмых потерях давления р . Трубы Долла выпускает фирма «Кент» (Великобритания). В трубе Долла перепад давления в 2-2,4 раза больше, чем в трубе Вентури, при одинаковом отношении djD и равных расходах. Поскольку абсолютные потери давления у них близки, отношение потерь давления к перепаду давления у трубы Долла оказывается в 2 раза меныпим. В процессе эксплуатации пунктов учета газа вследствие абразивного износа кромок и цилиндрической поверхности отверстия геометрические размеры диафрагмы могут изменяться, что приводит к появлению систематической погрешности измерения расхода и количеств газа. В связи с этим измерительные диафрагмы пунктов учета газа необходимо периодически проверять с извлечением их из трубопровода. Однако извлечение диафрагмы из действующего трубопровода, находящегося под избыточным давлением газа, - задача непростая. При установке диафрагмы между фланцами для се извлечения измерительные трубопроводы должны быть снабжены необходимым числом отсекающих кранов, обеспечивающих отключение измерительного участка с диафрагмой от источника давления газа, а также осуществляющих сброс газа из трубопровода. После сброса газа диафрагма извлекается с помощью разжимных болтов. Для облегчения монтажа и демонтажа диафрагм ряд зарубежных фирм, таких как «Даниель», «Пеко Робинсон», «Камко» (США), «Лолл Шторм» (Франция), «Ведепсер» (ВНР) и др., выпускает специальные камеры, рассчитанные на установку в трубопроводах диаметром от 50 до 1000 мм с давлением до 7,5 МПа (рис. 3.39). Камеры обеспечивают съем и установку диафрагм как без сброса давления из измерительного трубопровода, например камеры «Сениор» фирмы «Даниель», так и с предварительным сбросом давления - камеры «Пеко Робинсон». Камера «Сениор» фирмы «Даниель» (рис. 3.39, а) состоит из корпуса 75, обоймы 14 с диафрагмой 1 и рейкой 3, камеры 8 для вывода обоймы, передвижной крышки 10 с рейкой И, шестерни 12 привода крышки, а также шестерен 2 и 4 для перемещения обоймы. Камера 8 сверху закрывается 2 п крышкой 5 с помощью опорной пластины 6 и винтов 7. Перепад давления отбирается через отверстия 13, расположенные на расстоянии 25,4 мм от торцов диафрагмы (фланцевый отбор давления). Полость камеры 8 для сброса газа из камеры сообщается с атмосферой с помощью игольчатого вентиля 9. Диафрагму меняют следующим образом: шестерней 12, находящейся в зацеплении с рейкой 7/, открывают вход в полость камеры 8 за счет смещения крышки 10; затем с помощью шестерни 2 и рейки 3 обойму 14 с диафрагмой перемещают вверх до зацепления рейки 3 с шестерней 4 и далее полностью вводят обойму с диафрагмой в полость камеры 8. После этого закрывают крышку 10 и игольчатым вен тилем 9 сообщают полость камеры 8 с атмосферой. Когда давление в камере 8 уравняется с атмосферным, открывают крышку 5 и с помощью шестерни 4 и рейки 3 извлекают обойму 14. Установку этой обоймы с диафрагмой выполняют в обратном порядке. Привод шестерен 2, 4 и 12 осуществляется с помощью специальных накидных рукояток. Рис. 3.39. Камеры для смены и ревизии измерительных диафрагм: а, в - Сениор; б, г - Юниор Камера Юниор представлена на рис. 3.39, б. 1 - измерительная диафрагма; 2 - стальной литой корпус; 8 - кассета 3 - поворотный рычаг, на котором укреплена кассета 8 с диафрагмой 1. Корпус 2 снабжен поперечным пазом, в котором в рабочем положении размещается кассе та 8 с диафрагмой 1. Рычаг 3 с укрепленной на нем кассетой имеет возможность поворота вокруг оси 9. Для облегчения извлечения диафрагмы камера снабжена грузоподъемной талью 6, подвешенной на поворотном кронштейне 7. Крепление и герметизация кассеты 8 с диафрагмой / в корпусе 2 обеспечиваются с помощью прижимной планки 4 и болтов 5, ввинчиваемых в резьбовые отверстия корпуса 2. Для извлечения диафрагмы ослабляют болты 5, вынимают прижимную планку 4 и с помощью тали 6 поворачивают рычаг 3 вокруг оси 9, благодаря чему кассета с диафрагмой, укрепленные на рычаге 3, выходят из корпуса. Камеры «Пеко Робинсон» выпускают с условными диаметрами от 50 до 700 мм на давление до 7,5 МПа. Применение камер типа «Сениор» без сброса давления из газопровода существенно облегчает монтаж и демонтаж диафрагм и упрощает крановую обвязку пункта учета газа за счет уменьшения числа запорных кранов, необходимых для отключения измерительного участка трубопровода при проведении работ, связанных с монтажом или демонтажем диафрагмы. Однако камеры типа «Сениор» являются весьма дорогостоящими устройствами, особенно на большие диаметры (700 и 1000 мм), в связи с чем они не находят широкого применения. Более широко применяются камеры «Пеко Робинсон» или «Юниор» фирмы «Даниель», благодаря более простому устройству. Весьма интересен способ установки диафрагмы в шаровых равнопроходных кранах, выпускаемых фирмой «Камко» (США). Эти краны обеспечивают извлечение диафрагмы через отверстие, закрываемое крышкой, без сброса газа из измерительного трубопровода с одновременным его перекрытием (рис. 3.40). Шаровой кран «Камко» (рис. 3.40, я, б) состоит из корпуса 2, в котором размещается шаровой затвор 9 с установленной в нем измерительной диафрагмой 8, крышки 1 для извлечения диафрагмы, ручки управления краном 3, штуцеров 4 и 6 для отбора давления и уплотнительных колец 5 и 7. Измерительную диафрагму 8 устанавливают в поперечном пазу шарового затвора 9. При открытом кране (рис. 3.40, б) она находится в рабочем положении, а давление отбирают через отверстия штуцеров 4 и 6. При закрытом кране (рис. 3.40, а) шаровой затвор перекрывает трубопровод и отверстия штуцеров и диафрагма 8 легко извлекается из крана при снятии крышки 1, уплотняемой кольцом 7. Внешний вид шарового крана с измерительной диафрагмой приведен на рис. 3.40, в. Рис. 3.40. Шаровой кран фирмы «Камко» (США) с измерительной диафрагмой Схема подключения дифманометра-расходомера к сужающему устройству с помощью трубных соединительных линий при измерении расхода газа приведена па рис. 3.41: 3 - трубопровод с сужающим устройством 2; 1 - сливные вентили; 5 - трубные соединительные (импульсные) линии с вентилями 4; 8 - дифманометр с комплектом вентилей 7, 9 и 10. Соединительные линии 5 прокладывают с наклоном 1:10 для исключения скопления в них жидкости. В конце соединительных линий 5 устанавливают конденсатосборники 11 со сливными вентилями 12. Емкость 13 служит для сбора жидкости из конденсатосборников. Рис. 3.41. Схема подключения дифманометр а-расходомера к сужающему устройству с помощью трубных соединительных литй при измерении расхода газа Вентили 4, б, 7, 9, 10 и 7- служат для подключения дифманометра 8 к измерительному трубопроводу с давление:: газа или его отключения от трубопровода. Во избежание подачи в измерительные камеры дифманометра 8 одностороннего давления, что может привести к выходу дифманометра из строя, следует строго соблюдать следующий порядок подключения дифманометра к трубопроводу с давлением газа. При закрытых вентилях 4, 7, 9 и 10, а также сбросных вентилях 6 сначала открывают уравнительный вентиль 9, соединяющий обе измерительные камеры дифманометра между собой, а затем последовательно открывают вентили 7, 10 и 4. После этого уравнительный вентиль 9 закрывают, вследствие чего на вход дифманометра i подается измеряемый перепад давлений. Отключение дифманометра производят в обратном порядке. Сначала открывают уравнительный вентиль 9, а затем последовательно закрывают вентили 7, 7 0 и 4. В тех случаях, когда установка внутренних кольцевых камер, для отбора давлений затруднена или невозможна, рекомендуется делать кольцевые отборы с помощью наружной трубчатой обвязки, как показано на рис. 3.42 . От диафрагмы , установленной в трубопроводе 7, с помощью наружных трубок 2 и 6 отбирают давления р^ и р (по четыре трубки на каждое давление). Трубки 2 отбора давлений от диафрагмы герметично связаны между собой парой кольцевых трубок 3 и 5, к которым присоединяют импульсные линии дифманометра. Для слива конденсата из соединительных линий предусматривают конденсатосборники 8 со сливными вентилями 9. Вентили 4 служат для отключения и подключения импульсных пиний дифманометров при ремонтновосстановительных работах. | К лифмапамстру- Р^с. 3.42. Кольцевой отбор давления от диафрагмы с помощью наружной трубчатой обвязки Для переключения импульсных линий дифманометров-расходомеров, слива жидкости из них или прод/вки импульсных линий применяют игольчатые вентили типа ВИ с условным диаметром 6, 15 и 20 мм, а также шаровые краны типа КШ с внутренним диаметром 10 или 20 мм. Вентили т 2 типа ВИ рассчитаны на рабочее давление до 16 МПа, а шаровые краны типа КШ - на рабочее давление до 7,5 МПа. Наибольший интерес для переключения импульсных линий представляют шаровые краны типа КШ, обладающие рядом преимуществ по сравнению : широко распространенными игольчатыми в ентилями типа BI I. Местные сопротивления (колена, угольники, задвижки, краны, гильзы термометров и др.), установленные в измерительных трубопроводах до и после сужающего устройства, искажают структуру потока и приводят к дополнительным погрешностям измерения расхода газа или жидкости по методу переменного перепада давления. Поэтому между местным сопротивлением и сужающим устройством должен быть предусмотрен прямой участок измерительного трубопровода необходимой длины. Установка сужающих устройств непосредственно у местных сопротивлений не допускается. Регулировочные задвижки и краны рекомендуется устанавливать после диафрагмы. При установке их перед диафрагмой необходимо соблюдать расстояние не менее 1()0?>. Рабочая температура измеряется перед диафрагмой. Гильза с датчиком должна входить внутрь трубопровода на глубину примерно 0,5Г>, а наименьшее расстояние до нсс должно составлять нс мснсс 5D. С целью уменьшения прямых участков после местных сопротивлений устанавливают струевыпрямители пластинчатого или трубчатого вида. Выбор диафрагмы сводится к расчету перепада давлений Др и мо- С увеличением Др уменьшается модуль т. При уменьшении модуля повышается точность измерений, расширяется область измерений без поправки на число Рейнольдса, сокращается необходимая длина прямых участков газопровода, снижаются требования к установке диафрагмы. Модуль диафрагмы колеблется от т = 0,05 до /и = 0,7, перепад давления следует выбирать таким, чтобы модуль был близок к 0,2. Верхний предел измерений по расходу выбирают по наибольшему измеряемому расходу, нижний предел составляет 30 % Н верхнего предела. Расширения предела измерения достигают путем установки диафрагмы на нескольких параллельных участках газопровода. Перепад давления, создаваемый на диафрагме, передается к дифманометру-расходомеру посредством импульсных линий с внутренним диаметром нс мснсс 8 мм; для уменьшения запаздывания рекомендуется применять трубки с внутренним диаметром нс мснсс 12 мм. Дифманометр должен располагаться выше сужающего устройства для того, чтобы содержащаяся в виде мелких капель и пара вода не попадала в дифманометр. При установке дифманометра ниже сужающего устройства необходима установка дренажных устройств. Обе соединительные трубки должны находиться в одинаковых температурных условиях и быть изолированы от воздействия внешних источников тепла или хо лода. Перепад давления на диафрагме замеряют дифференциальными манометрами-расходомерами. Существуют дифманометры трех типов: • жидкостные; • колокольные; • пружинные. В основу жидкостных дифманометров положен принцип сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью; при этом относительное положение уровней жидкости в сосудах пропорционально перепаду давления. Колокольные дифманометры основаны на силовом воздействии перепада давления на колокол, плавающий в жидкости: при изменении перепада давления изменяется относительное перемещение колокола. В пружинных дифманометрах перепад давления воздействует на упругий элемент, деформация которого пропорциональна перепаду давления. В газовой промышленности чаще всего применяют поплавковые, сильфонные и мембранные манометры. Поплавковый дифманометр типа ДП состоит из двух частей: измерительной системы - поплавкового устройства с использованием принципа действия обычных U-образных манометров, и механизма для передачи перемещения поплавка на измерительный прибор. Давление до диафрагмы подается в плюсовой т сосуд, давление после диафрагмы - в сменный минусовой сосуд, который меняется для изменения пределов перепада давления. Расходомеры типа ДП выпускают на перепады давления 0,04; 0,063; 0,1 и 0,16 МПа. Рабочее давление - до 16 МПа, класс точности -1,5. Их снабжают самопишущими устройствами с приводом диаграммы от часового механизма и устройством для измерения и записи давления. Исправность работы дифманометра проверяют по рабочей точке путем сравнения показаний с контрольным U-образным манометром и по перепаду давлений по всей шкале диафрагмы на отключенном приборе. Мембранные дифманометры типа ДМ работают в комплексе с автоматическими приборами дифференциально-трансформаторной схемы типа ДС1 или ЭПИД для преобразования величины измеряемой разности давления в электрический сигнал с целью передачи на вторичный прибор. Принцип действия сильфонного блока дифманометра основан на зависимости между измеряемым перепадом давления и упругой деформацией винтовых цилиндрических пружин, сильфонов и торсионной трубки. Каждому номинальному перепаду давления соответствует определенный блок пружин. Коррекция по температуре и давлению осуществляется с помощью термосистемы и пружинного манометра. В случаях пульсирующего потока газа необходимо добиваться уменьшения дополнительной погрешности при помощи специальных фильтров-успокоителей. Пульсация сглаживается тем сильнее, чем больше объем системы (включая объем фильтра) между источником пульсации и сужающим устройством и чем больше падение давления на этом участке, соответствующее среднему расходу. |