Технические науки/ 12.Автоматизированные системы управления на производстве

Даев Ж.А., доктор PhD, канд. техн. наук

Казахско – Русский международный университет, Казахстан

Последние достижения в увеличении точности и надежности систем измерения расхода жидкостей и газов методом переменного перепада давления

Введение

Метод переменного перепада давления является одним из распространённых методов измерения расхода и количества жидкостей и газов. Особенно широкое распространение он получил при измерении коммерческого и технологического расхода природного и нефтяного попутного газов, хотя существует большое количество других методов и методик, которые могли бы получить такое широкое распространение. Последнее явление связано лишь с тем, что все эти методы, кроме метода переменного перепада давления требуют первичной и периодической поверки на эталонных установках, где расход газа воспроизводится в условиях больших давлений сравнимых с давлениями в магистральном газопроводе.

Согласно работам [1, 2] таких установок не большое количество на планете, поэтому этим обусловлено измерение коммерческого расхода газа на больших диаметрах трубопроводов, во многих случаях, методом переменного перепада давления. Однако на сегодняшний день продолжаются работы по улучшению надежности и повышению точности расходомеров переменного перепада давления. В данной работе ставится цель сделать сравнительный анализ и осветить последние тенденции, которые наметились при развитии метода переменного перепада давления.

О методе переменного перепада давления

Методика расчета расхода и определение неопределенности (погрешности) измерения расхода нормируется [3]. В качестве первичных преобразователей расходомеров в данном методе применяются сужающие устройства. Наиболее распространённым первичным преобразователем расхода является сужающее устройство типа стандартной диафрагмы. Объясняется этот факт, прежде всего простотой конструкции данного типа преобразователя, детальной проработкой методики выполнения измерений и поверки.

Важным параметром, применяемым в данном методе, является коэффициент истечения сужающего устройства (СУ). Согласно [3] коэффициент истечения С стандартного сужающего устройства характеризует отношение действительного значения расхода вещества, которая протекает через СУ, к соответствующему ему значению, рассчитанному согласно теоретической модели расхода вещества через это же СУ:

, (1)

где массовый расход вещества, относительный диаметр СУ, диаметр СУ, измеряемый перепад давления на СУ, плотность вещества при рабочих условиях, поправочный множитель на расширение (для несжимаемых веществ ).

В 1998 году М. Ридер-Харрис и Д. Галлахер предложили последнее уточненное уравнение для коэффициента истечения (уравнение RHG), которое используется в [3]:

(2)

где значения и также определяют по типу отбора давления, а остальные параметры рассчитывают по следующим формулам:

;

;

В последней формуле диаметр измерительного трубопровода.

В случае, если применяется для измерения расхода и количества природного газа, помимо коэффициента С важным является коэффициент расширения, последнее уточненное уравнение которого было получено Д. Галлахером и выглядит следующим образом:

, (3)

где показатель адиабаты природного газа.

Последние достижения в области расходометрии переменного перепада давления

Но в последнее время наметились работы, которые предлагают уточнить и пересмотреть коэффициенты, которые представлены уравнениями (2) и (2).

Таким образом, в работах [4, 5] предлагается изменить подход к вычислению коэффициента истечения, потому что уравнение (2) содержит число Рейнольдса. Последнее число измерить либо вычислить явно не удается, значение этого числа уточняется в ходе многократных итераций при реализации в вычислителях расхода газа.

Так в работе [4] предлагается уравнение, которое абсолютно не зависит от числа Рейнольдса и определяется только измеримыми параметрами потока. Назовем новую зависимость уравнением Кристачно – Холла по фамилии двух первых авторов, оно выглядит следующим образом:

(4)

где перепад давления на диафрагме, давление газа до сужающего устройства.

Как видно из формулы (2), уравнение для С более не является функцией числа Рейнольдса и зависит от перепада давления на диафрагме, который непрерывно измеряется преобразователем перепада давления. Также уравнение (2) в отличие от формулы (1) очень удобно для восприятия и анализа.

Также в качестве альтернативы для уравнения (3) авторами этой же работы предлагается уравнение и для коэффициента расширения, которое было уточнено согласно последним исследованиям:

. (5)

Данные исследования в этой предметной области говорят, что работы по уточнению С для СУ расходомеров переменного перепада давления необходимо продолжать, сосредоточив внимание и усилия на уточнении зависимости типа (4), которая зависит от измеримых параметров.

Таким образом, уравнения (4) и (5) значительно отличаются подходом и способами определения исследуемых параметров. По мнению авторов данных исследований, применение уравнений типа (4) позволит в будущем повысить точность измерения расхода и уменьшить дисбалансы природного газа в газотранспортных предприятиях.

Литература

1. Даев Ж.А. Эталонные установки расхода природного газа //Приборы. 2013. №10. С. 1 – 4.

2. Даев Ж.А., Латышев Л.Н. Сравнительный анализ эталонных установок расхода и количества природного газа //Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2014. №4. С. 1 – 17.

3. ГОСТ 8.586.1-5 – 2005 Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. М.: ИПК Издательство стандартов, 2007.

4. Gomez-Osorio M.A., Ortiz-Vega D.O., Mantilla I.D., Acosta H.Y., Holste J.C., Hall K.R., Iglesias-Silva G.A. A formulation for the flow rate of a fluid passing through an orifice plate from the First Law of Thermodynamics. Flow Measurement and Instrumentation. 2013. Vol. 33. P. 197 – 201.

5. Cristancho D.E., Hall K.R., Coy L.A., Iglesias-Silva G.A. An alternative formulation of the standard orifice equation for natural gas. Flow Measurement and Instrumentation. 2010. Vol. 21. P. 299 – 301.