Технические науки/ 12.Автоматизированные системы управления на производстве

аспирант Даев Ж.А.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

к.т.н. Латышев Л.Н.

Уфимский государственный нефтяной технический университет, Россия

Информационно-измерительная система измерения расхода и количества газа

В газовой промышленности одной из важных задач на производстве является измерения и учет количества транспортируемого природного и нефтяного попутного газов. Одним из широко применяемых методов измерения расхода и количества газа является метод переменного перепада давления. Потому что у расходомеров, которые реализуют данный метод простая конструкция, они надежны, с их помощью можно измерять практически любой расход, а главное достоинство – они не требуют поверочных образцовых установок.

Тем не менее, и эти расходомеры не лишены недостатков. Точность измерения расхода и правильная работа расходомера зависит от так называемого коэффициента истечения, который представляет собой отношение действительного значения расхода к теоретическому значению. При действии различных возмущающих воздействий данный коэффициент меняет свое значение во время эксплуатации и приводит к увеличению погрешности измерения расхода. Возмущающими воздействиями, которые влияют на значение коэффициента истечения, являются изменение геометрических размеров диафрагмы, вызванные гидроударами в трубопроводе, неизбежное притупление входной острой кромки, шероховатость измерительного трубопровода, расстояния между местными сопротивлениями в измерительном трубопроводе и т.д.

Уравнение расхода для расходомеров с сужающими устройствами [1] выглядит следующим образом:

,

коэффициент расширения, учитывающий увеличение удельного объема длягаза; площадь отверстия сужающего отверстия; плотность; перепад, создаваемый сужающим устройством; – коэффициент скорости входа, учитывающий влияние начальной скорости потока на образование коэффициента расхода ; коэффициент истечения. Произведение называют коэффициентом расхода.

В работах [2, 3] предложена инвариантная информационно-измерительная система (ИИС) измерения расхода и количества газа, которая исключает коэффициент истечения из уравнения расхода и позволяет увеличить точность измерения расхода газа. Структура системы представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Структура информационно-измерительной системы

измерения расхода газа

Инвариантная ИИС измерения расхода газа состоит из измерительного трубопровода, в котором установлено сужающее устройство СУ. Перепад давления на сужающем устройстве измеряется датчиком перепада давления Д1. Также в системе имеется байпас малого диаметра, на котором установлен образцовый расходомер ОР. Процесс измерения состоит из двух тактов. В первом такте измеряется расход газа по величине перепада давления при закрытом кране К (К разомкнуто). Весь газ с расходом проходит через сужающее устройство. Во втором такте кран К открывается и часть газа проходит через образцовый расходомер ОР. На выходе датчика перепада давления формируется величина _, пропорциональная разности расходов .

Затем кран К закрывается, а значения величин и запоминаются в программируемом контроллере, который реализует расчет расхода по следующей формуле

. (1)

Уравнение (1) инвариантно относительно коэффициента истечения, что позволяет не учитывать влияние возмущающих воздействий, таких как притупление входной кромки, шероховатость внутренней поверхности измерительного трубопровода, нарушение профиля потока. Образцовый расходомер подключается периодически, в интервале времени между его включениями коэффициент истечения считается постоянным. Закрытием и открытием крана К управляет программируемый контроллер. Кран автоматически открывается через определенный интервал времени. В контроллер передаются данные о содержании сероводорода и меркаптанов в природном газе. Обработанная информация также отображается в виде ежедневных рапортов и выводится на экран АРМ оператора. Отличительной особенностью данной ИИС является меньшее количество дорогостоящих элементов и отсутствие необходимости ручного ввода данных. Уравнение (1) получено путем применения тестовых методов повышения точности в измерительной технике.

Погрешность системы будет выражаться следующим уравнением:

,

где относительная погрешность турбинного расходомера,

относительная погрешность измерения давления ,

относительная погрешность измерения давления ,

относительная погрешность измерения расхода системы.

Учитывая, что оба датчика перепада давления имеют одинаковые характеристики, последняя формула преобразуется в

. (2)

По формуле (2) построим зависимости , задавшись значениями погрешностей для датчиков перепада давления (0,075; 0,15; 0,2; 0,25; 0,5; 1,5; 2,5) и погрешностью ОР равной 0,25%.

Рисунок 2 – Зависимость

В идеальном случае при полном совпадении характеристик погрешностей преобразователей перепада давления разность равна нулю и погрешность измерения расхода определяется только погрешностью образцового расходомера, который установлен в байпасе.

Но, учитывая, что при переключении одно и того же датчика в двух тактах могут быть резкие скачки, обусловленные его характеристикой. Предположим, что погрешность во втором члене уравнения (2) будет стремиться к нулю, поэтому при применении одного и того же датчика, влияние его погрешности на общую погрешность системы будет минимальна. В связи с этим представим погрешность системы следующим уравнением:

. (3)

В этом случае погрешность системы будет выражена графиком на рисунке 3.

Рисунок 2.13 – Зависимость , построенная по (3)

Из рисунка 3 видно, что при проведении коррекции погрешности датчиков перепада погрешность всей системы измерения расхода существенно снижается. Резко увеличивается отношение расходов, что способствует применению при коммерческом учете датчиков перепада давления с низкими классами точности.

Заключение. Представлена информационно-измерительная система измерения расход и количества газа, которая инвариантна относительно коэффициента истечения. Последнее позволяет повысить устойчивость процесса измерения расхода при постоянном действии множества возмущающих воздействий. Наибольшая эффективность системы достигается при измерении расходов на газопроводах с большим диаметром и при больших значениях расхода газа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ. – СПб.: Политехника, 2002.

2. Латышев Л.Н., Даев Ж.А. Метод повышения точности измерения расхода газа // Датчики и системы. – 2010. – № 01.

3. Латышев Л.Н., Даев Ж.А. Система измерения расхода газа, исключающая влияние коэффициента истечения // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2010. – № 09.