книги / Расходомеры и счетчики газа, узлы учета

для сегментных диафрагм (почти как у стандартных)

8 = 1 - (0,411 + 0,351иг2) Др/xpj.

Показатель адиабаты природного газа, метана и азота вычисля­ ют по усовершенствованной формуле Кабзы [11], включенной в ГОСТ 30.319.1-96:

X = 1,556 (1 + 0,074) *а) - 3,9 •1<Г4 Т (1 - 0,68л:а) -

- 0,208 рс + р /Г )1’43 [384 (1 - х а) (р/Т)°■* + 26,4*а,

где х а — молярная доля азота; р — давление, Па; Т — температу­ ра, К.

Коэффициент сжимаемости тазаК определяют по методам NX19 или GERG-91 согласно ГОСТ 30.319.2-96 [25].

Упрощенные формулы для природного газа приведены в рабо­ тах [4, 8, 13]:

К = 1 - (0,0074791 + 0,5548358г) 10 р/Т,

где г — молекулярная доля метана в смеси.

Таким образом, выше показаны формулы для вычисления рас­ хода газа с помощью различных СУ и для определения основных параметров газов.

1.2. СТАНДАРТНЫЕ И СПЕЦИАЛЬНЫЕ

СУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

К стандартным СУ [1, 2] относятся: диафрагмы, сопла, трубы и сопла Вентури. Кроме этого, методическими указаниями РД 50-411-83 [7] нормировано применение диафрагм с входным конусом и износоустойчивых, двойных диафрагм, цилиндрических сопел и сопел четверть круга, а также сегментных диафрагм.

Простая конструкция стандартной бескамерной (нормальной) диафрагмы с угловым отбором перепада давлений показана на рис. 1.1. Расчет и изготовление диска диафрагмы и монтаж его и соединительных труб должны соответствовать требованиям стан­ дартов [1, 2], а также работы [9].

Шероховатость поверхности входного торца диафрагмы в пре­ делах внутреннего диаметра трубы должна быть меньше 10“4d2o [2], угол наклона конуса 45±15°.

Если диафрагма предназначается для измерения расхода в обо­ их направлениях, коническая часть отсутствует. Входная кромка должна быть острой (радиус закругления не более 0,05 мм).

11

Заусенцы не допускаются. Диаметр от­ верстия выполняют согласно предвари­ тельному расчету расходомера, однако его возможно изменить по данным из­ мерений диаметра в четырех направле­ ниях, если не удалось выполнить от­ верстие по первоначальному расчету с требуемой точностью. Так же посту­ пают впоследствии при эксплуатации диафрагмы, если необходима расточка отверстия (погрешность измерения не более ±0,02 %).

Как уже упоминалось, выбор отно­ сительной площади отверстия для обес­ печения наибольшей точности измере­ ния расхода следует выбирать в соот­ ветствии со стандартами [1, 2, 5], учиты­ вая допустимую потерю давления в тру­ бе (для диафрагм обычно менее 70 % предела дифманометра).

На импульсных трубках для отбора перепада давлений и передачи на дифманометр необходимо установить за­ порные вентили. При измерении рас­ хода газа импульсные трубки выво­ дят в верхней части трубы (для воды — в нижней, для пара и влажного газа — в горизонтальной плоскости).

На рис. 1.1 показано СУ для измерения расхода газа, воздуха или пара. При лучшем варианте для газа дифференциальный ма­ нометр ДМ устанавливают выше СУ. Система вентилей около ДМ необходима для проверки и замены его, а также для продувки и проверки, правильно ли отрегулирован нулевой сигнал прибора. Как правило, датчик ДМ соединяется с измерительным преобразо­ вателем (и устройством извлечения квадратного корня), а также со счетчиком или другим вычислительным устройством для уче­ та изменений параметров измеряемой среды.

Если ДМ устанавливают ниже СУ, то к соединительным труб­ кам необходимо подсоединить отстойные сосуды и продувочные вентили, а при измерении расхода пара рядом с СУ устанавливают уравнительные сосуды для конденсирующейся из пара жидкости.

В соединительных трубках без теплоизоляции быстро накапли­ вается много конденсата. Он занимает постоянный уровень до СУ. При изменении расхода жидкости также применяют отстойные сосуды и газосборники. Различные схемы соединений приведены в работах [2, 9].

Камерные диафрагмы при изменениях расхода газов и жидко­ стей надежнее бескамерных. Однако сопла, трубы и специальные

12

СУ надежнее диафрагм, и потери давления в них меньше. Особенно перспективны износоустойчивые СУ, что позволяет получить более высокую точность, особенно при измерении разности расходов в течение длительных сроков эксплуатации.

Из дифманометров разных типов наиболее надежными являют­ ся датчики с неподвижными мембранами, на которых измеряется напряжение при изменении перепада давлений, например отече­ ственные типа «Сапфир». Кроме этого, для повышения точности измерения расхода следует применять не дифманометры-расходо- меры, а дифманометры-перепадомеры (без извлечения квадратного корня), а квадратный корень из перепада давлений вычислять во вторичных приборах измерительной системы, что позволит повы­ сить точность примерно в два раза.

Комплексный расходомер переменного перепада давления со­ держит прямые участки труб: 1) между СУ и первым перед СУ

Т а б л и ц а 1.2

Наименьшие относительные длины LKl прямых участков между СУ (кроме труб Вентури) и местными сопротивлениями (МС)

13

ууЯУ/У/Л ■ч

Рис. 1.2. Диафрагмы: а — ДКС; б — ДФК:

1 — корпусплюсовойкольцевойкамеры;2 — корпусминусовойкольцевойкамеры;3 — диафрагма; 4 — уплотнительная прокладка; 5 — патрубок

гидравлическим сопротивлением; 2) между первым и вторым со­ противлением до СУ; 3) за СУ до ближайшего сопротивления. Согласно ГОСТ 8.563-97 длины этих участков должны быть для диафрагм не менее указанных в табл. 1.2, где их значения даны кратными внутреннему диаметру трубы!). В стандарте приведены и таблицы для других конструкций СУ.

Концерн «Метран» (Челябинск) выпускает диафрагмы различ­ ных типов:

ДКС по ГОСТ 8.563 (исполнения 1 и 2) (рис. 1.2, а и 1.3, а) и ДКС по РД 50-411 (исполнение 1) — диафрагмы камерные, уста­ навливаемые во фланцах трубопровода с параметрами, приведен­ ными в табл. 1.3 и 1.4;

з

Рис. 1.3. Фланцевые соединения диафрагм: а — ДКС; б — ДБС:

1 — фланецс патрубком; 2 — монтажное кольцо; 3 — уплотнительная прокладка

14

* Применять не рекомендуется.

ДФК по РД 50-411 (исполнение 1) (рис. 1.2, б) — диафрагмы фланцевые камерные, устанавливаемые непосредственно в трубо­ провод, с D , равным 20, 25, 32 и 40 мм, и условным давлением до 10 МПа;

ДБС по ГОСТ 26969 (рис. 1.3, б) — диафрагмы бескамерные, устанавливаемые во фланцах трубопровода, с параметрами, приве­ денными в табл. 1.5;

специальные диафрагмы по РД 50-411 с коническим входом, износоустойчивые.

15

Т а б л и ц а 1.6

Размеры и масса камер и патрубков диафрагм ДКС и ДБС

Размеры и массы камер и патрубков диафрагм ДКС и ДБС приведены в табл. 1.6.

Подобные диафрагмы выпускаются на Московском заводе «Ма­ нометр», Рязанском АООТ «Теплоприбор» и ряде других.

Преимуществом камерных диафрагм является отбор действи­ тельных средних давлений, недостатком — необходимость уплот­ нительных устройств для герметизации камер.

Стандартные (нормальные) сопла. Сопло ИСА 1932 по [1, 2] (рис. 1.4, а) выполняют в виде входной сходящейся части, образо­ ванной дугами окружностей с радиусами и г2, равными 0,2d и d /3, и цилиндрической части диаметром d и длиной 0,3d.

16

Рис. 1.4. Стандартные сопла: а — сопло ИСА 1932; б — сопло Вентури

Выходная кромка сопла, как и у диафрагмы, должна быть ост­ рой, без закруглений и заусенцев. Она предохранена на выходе нишей.

Давления также можно отбирать или при помощи камер и коль­ цевых щелей (рис. 1.4, а) или через отдельные отверстия.

Стандартные трубы (сопла) Вентури. Существуют нормализо­ ванные расходомерные трубы Вентури четырех конструктивных разновидностей: трубы Вентури с сопловым и коническим входа­ ми, с длинным и коротким диффузорами.

На рис. 1.4, б изображена труба Вентури с сопловым входом (сопло Вентури) с длинным (снизу) и коротким (сверху) диффузо­ рами.

Входная часть трубы до места отбора минусового (меньшего) давления имеет тот же профиль, что и нормальное сопло. Длина цилиндрической части составляет обычно (0,5-0,7)d. Угол вход­ ного конуса диффузора должен быть менее 30°.

Основные технические характеристики некоторых специальных СУ по РД 50-411-83 представлены в табл. 1.7.

Закрепление этих СУ производится подобно стандартным диа­ фрагмам.

Диафрагмы с коническим входом. Форма и основные геомет­ рические характеристики представлены в табл. 1.7. Диафрагмы необходимо устанавливать скосом навстречу потоку.

Кромки Gy Ну I диафрагм с коническим входом должны быть острыми, без заметных при внешнем осмотре (через лупу) заусен­ цев, выбоин и т. п.

Для цилиндрической части е отверстия составляет 0,02Id — независимо от значения тп. Допуск на этот размер равен ±0,0025d, но не более ±0,04 мм.2

Т а б л и ц а 1.7

V

ш

Глубина скоса J изменяется в зависимости от m и может быть определена по табл. 1.8. Разрешается допуск ±0,04J.

Угол входа F выбирают в зависимости от относительной пло­ щади диафрагмы т (см. табл. 1.8). Допуск на угол F равен ±0,03Р.

Значения величин F и dfJ для промежуточных т необходимо находить методом линейной интерполяции. Общая толщина Е диафрагмы должна находиться в пределах е + J < Е < 0,1D.

18

Конусообразность цилиндрической части сопла, которая оцени­ вается разностью между диаметрами, измеренными в начале и в конце цилиндрической части отверстия, уменьшенной вдвое, не долж­ на превышать 2/ 2000.

1.3. РАСХОДОМЕРЫ «СТРУЯ»,

ПЛОСКИЕ И КОЛЕННЫЕ СУЖАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Расходомеры «Струя». Расходомер «Струя» разработан в Мос­ ковском институте высоких измерительных технологий (ВИТ). Преобразователем является сужающее устройство — труба, аналог тракта аэродинамической трубы малых дозвуковых скоростей,— представленное на рис. 1.6 [38]. Формирование потока начинает­ ся в хонейкомбе. За хонейкомбом располагается форкамера, в ко­ торой за счет наличия массового переноса между границами мик­ роструй структура потока становится более мелкозернистой, а сле­ довательно, поток в целом становится более равномерным. Стенки форкамеры снабжены линейной перфорацией (щелями), на кото­ рых происходят осреднение продольной компоненты пульсации средней скорости и подавление радиальной пульсации скорости

19