книги / Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

ми — для газов. Рассмотрим характерные модели таких счетчи­ ков и корректоров.

Например, счетчики типа СПТ-961 фирмы «Логика» (СанктПетербург) предназначены для воды, перегретого и насыщенного пара, на вид среды программируются пользователем, также и на другие параметры. Счетчик является средством измерения, мультидиапазонным и многофункциональным микропроцессорным измерительным преобразователем входных электрических сиг­ налов в показания и выходные электрические сигналы, соответ­ ствующие учитываемым и контролируемым физическим вели­ чинам. Эти счетчики рассчитаны на работу с преобразователями переменного перепада давления на СУ и с другими преобразовате­ лями объемного расхода с частотным сигналом и преобразовате­ лями абсолютного или избыточного давления измеряемой среды в выходной сигнал постоянного тока и термопреобразователями со­ противления ТСМ, ТСН и ТСП с сопротивлениями 50,100 и 500 Ом, а также и с термопреобразователями — термопарами с выходным сигналом постоянного тока [8].

Счетчик СПТ-961 может применяться со стандартными и из­ носоустойчивыми диафрагмами, диафрагмами с коническим вхо­ дом, соплами и трубами Вентури, напорными трубками и устрой­ ствами. Корректоры СПГ-761 [7] и ВКГ-2 могут применяться со стандартными, износоустойчивыми и с коническим входом диа­ фрагмами. К ним кроме других датчиков можно подсоединить плотномер и калориметр удельной теплоты сгорания с выходным сигналом постоянного тока.

Каждый из счетчиков СПТ-961, СПГ-761 и ВКГ-2 является мно­ гоканальным, так как СПТ может обслуживать расходомеры 5 труб, а ВКГ-2 СПГ — 3 труб, причем в каждой трубе могут быть для расширения диапазона измерения расхода установлены три датчика расхода с различными пределами измерения, автомати­ чески переключаемые вычислителем.

Структурная схема для одной трубы, характерная для всех со­ временных микропроцессорных расходомеров приведена на рис. 114. Эта схема в основном отображает состав рассматривае­ мых счетчиков.

Корректоры газа (иначе вычислители, счетчики и газосчетчики) предназначены для вычисления расхода газа, например, по формулам ГОСТ 8.563-97 и ГОСТ 30319-96 с учетом изменяю­ щихся параметров (давления, температуры, влажности) по сигна­ лам расходомера. В большинстве это дифманометры расходоме­ ров с сужающими устройствами и напорными трубками. Однако в ряде случаев применяют турбинные и вихревые. Иногда в кор­ ректор также вводится сигнал от калориметра газа и плотномера.

Корректоры газа применяют как для технологического конт­ роля, так и в составе узлов коммерческого учета природного и других газов (кислорода, азота, воздуха и др.).

Новый корректор СПГ-761 взамен СПГ-706 фирмы «Логика» (Санкт-Петербург) предназначен для обслуживания до трех тру-

263

Рис. 114. Структурная схема устройства для измерения и регулирования расхода с помощью

ЭВМ:

1 — одна или несколько строк цифрового табло для ин­ дикации измеряемых и вычисляемых величин и нештат­ ных ситуаций: 2 — электронный коммутатор входных сигналов от одного или нескольких датчиков расхода, одного манометрического и одного термометрического приборов; 3 — преобразователь входных сигналов в циф­ ровой код; 4 — клавиатура для вывода контролируе­ мых параметров и ввода назначаемых параметров, ко­ эффициентов и процедур (инструкций); 5 и 6 — внеш­ нее регулирующее устройство с исполнительным меха­ низмом, управляемое сигналами счетчика; 7 — контрол­ лер и центральный процессор; 8 — программа для вычислительной обработки данных; 9 — ПЗУ (постоян­ ное запоминающее устройство) с набором постоянных величин и коэффициентов; 10 — подпрограммы вычис­ ления различных величин (р, к и др.) и коэффициентов (например, расширения); 11 — ОЗУ (оперативное ЗУ) с набором инструкций; 12 — интерфейс для работы с внешними устройствами (принтером, ПЭВМ, модемом для

связи по телефонной линии и т. д.)

бопроводов, которые могут относиться к одному или двум по­ требителям. В разных трубопроводах могут быть разный состав природного газа и различные типы датчиков расхода, давления и температуры, плотности и удельной теплоты сгорания. Методы расчета физических свойств используют по ГОСТ 30319-96 (ИСО 6976). Давление может быть 0,05-12 МПа, температура -30...+65 °С. Допустимое содержание влаги в объемных долях до 0,15. К СПГ-761 можно подключить до восьми датчиков с сигна­ лами постоянного тока, три частотных сигнала до 1000 Гц и три термометра сопротивления ТСМ и ТСП с НСХ 50 и 100 Ом. Для расширения диапазона измерения к каждому СУ могут быть под­ соединены три дифманометра, которые автоматически переклю­ чаются СПГ. Приведение к стандартным условиям осуществля­ ется в соответствии с ПР50.2.019 и ГОСТ 8.563-97.

Корректоры СПГ-761, СПГ-762 и СПГ-763 обеспечивают: представление результатов измерений и вычислений на табло; архивирование значений параметров: часовые архивы — 840 ч,

суточные архивы — 300 сут., месячные архивы — 24 мес.; сохранение архивов и введенной базы данных в течение 10 лет,

привязку архивов к расчетному часу и расчетному дню; защиту данных и результатов вычислений от несанкционированного из­ менения;

учет времени работы и перерывов электропитания; исключение явления «самохода», компенсацию смещения «ну­

ля» и «диапазона» датчиков давления и перепада давления; автоматическое определение и контроль параметров потока

газа; контроль уровней входных электрических сигналов;

архивирование диагностических сообщений с привязкой по вре­ мени.

264

Текущие и архивные значения всех измеряемых параметров и результатов вычислений могут быть выведены на табло коррек­ тора, на принтер для целей документирования результатов изме­ рений и на компьютер, непосредственно или через телефонный модем.

Эксплуатационные показатели корректора: габаритные размеры — 242 х 186 х 116 мм;

электропитание — 220 В ±10 % , 50 Гц, потребляемая мощность — 7 В -А ;

температура окружающего воздуха — от -10 до +50 °С. Кроме универсальных вычислителей СПТ-961 для воды и пара

(схема которого дана на рис. 115) и СПГ-761 для природного газа фирма «Логика» разработала и более простые счетчики СПТ-941 и СПТ-942. СПТ-941 с двумя расходомерами и двумя термометра-

Рис. 116. Схема контроля параметров и учета теплоносителей по пяти трубам счетчиком СПТ-961

265

ми, а СПТ-942 с шестью расходомерами с импульсными сигнала­ ми, четырьмя термометрами и четырьмя манометрами. Вычисли­ тель ВКГ-2 (фирмы «Теплоком», Санкт-Петербург) предназначен для трех расходомеров с СУ или с имульсными выходными сигна­ лами, пяти сигналов манометров и трех термометров. Эти вычис­ лители расхода и объема газа обладают большими функциональ­ ными возможностями, позволяют на табло или на компьютер (пе­ реносной или стационарный) и принтер выводить измеряемые и вычисляемые параметры, а также часовые, суточные и месячные (на 48 мес.) архивы. Температура окружающего воздуха от -10 до +50 °С. Питание памяти от встроенной батареи (ресурс 4 года), а счетчика около 220 В. Размеры 225 х 180 х 80 мм. Межповероч­ ный интервал 4 года, погрешность показаний по температуре ±0,15; ±0,05 % по разности давлений. Соединение ВКГ-2 с датчиками СУ в газопроводе приведено на рис. 116 [11].

Алгоритмы вычисления коэффициента сжимаемости, показа­ теля адиабаты и динамическая вязкость реализованы в соответ­ ствии с ГОСТ 30318.2-96 [4], ГОСТ 8.563-97, МИ 2588 и ПР 50.2.019.

СПГ-962 предназначен для технических газов (аргон, азот, ам­ миак, ацетилен, водород, воздух, двуокись углерода, доменный ме­ тан, коксовый, кислород, окись углерода, природный хлор, этилен), а СПГ-763 — для газовых конденсатов и широких фракций угле­ водородов.

266

Характеристики корректора СПГ-762 и СПГ-763 индентичны вышеизложенным для СПГ-761.

Кроме упомянутых в России используется много других счет­ чиков и корректоров, в том числе иностранного производства.

Вычислитель количества газа ВКГ-1 (фирма «Теплоком», СанктПетербург) применяют с двумя расходомерами переменного пе­ репада давления на каждом из двух газопроводов, а также с пре­ образователями расхода, имеющими число-импульсный сигнал (см. гл. 15). Имеются также входы для сигналов трех манометров и двух термометров ТСМ или ТСП с НСХ 50 и 100 Ом.

Для расчета количества газа, воды и пара используют также тепловычислители ВКТ-5 («Теплоком», Санкт-Петербург) [11], ВТД («Динфо», Москва), теплоэнергоконтроллер ТЭКОН-Ю и ИМ2300 («Метран», г. Челябинск) и другие универсальные вычислители. Все они имеют интерфейсы для подключения принтера, ПЭВМ, модема с телефонной линией и ряда других устройств. Описания таких вычислителей даны в материалах конференций «Коммер­ ческий учет энергоносителей» 1994-2001 гг.

Универсальный вычислитель ВКТ-5 одновременно ведет учет и регистрацию расходов, температур, давлений и теплоты по вось­ ми трубопроводам с водой и перегретым или насыщенным па­ ром. Расходы измеряют любым методом, в том числе по пере­ менному перепаду давления (ГОСТ 8.563-97). От датчика расхо­ да могут быть токовый и число-импульсный сигналы. Для дат­ чиков расхода может вводиться их нормальная статическая ха­ рактеристика, что при нелинейной характеристике позволяет корректировать ее в пяти точках.

ВКТ-5 имеет двухстрочный алфавитно-цифровой ЖКИ с под­ светкой, на котором отображаются текущие параметры (f, р , д), часовые и суточные архивы, а также нештатные ситуации, потреб­ ляемая теплота и масса по отдельным потребителям. Имеет два последовательных порта: RS 232 для подключения принтера, ПЭВМ, архиваторов, модема и RS 485 для объединения счетчиков в сеть при подключении к ПЭВМ или модему. Для принтера име­ ется встроенный «Centronics».

ВКТ-5 кроме вычислительных функций (см. рис. 114) автома­ тически регулирует расход, в том числе по погодной и заданной в помещениях температурам. Основные технические параметры ВКТ-5: восьмикнопочная клавиатура, восемь каналов измерения температуры при четырехпроводном подключении термопреоб­ разователей сопротивления ТСМ и ТСП с НСХ 50, 100 и 500 Ом, восемь каналов измерения тока (0-4, 4-20, 0-20 мА), восемь час­ тотных входов.

Со счетчиков СПТ, СПГ, ВКТ, ВКГ и др. как текущая, так и из архива информация может выводиться на матричное табло с ука­ занием значения и единиц разных физических величин. Для ре­ гистрации возможны:

267

1)непосредственное подключение рядом расположенного прин­ тера или терминала, а через адаптер — расположенного вдали;

2)подключение через модем телефонной линии, к которой может быть подключен персональный компьютер (ПЭВМ).

3)подключение к счетчику переносной ПЭВМ.

По двухпроводной линии связи до 10 км можно подключить исполнительные механизмы, устройства сигнализации о переры­ ве электропитания, неисправности, выходе параметра за уставки.

Реальны примеры, когда измеряются расходы в диапазоне от 350 до 10 000 м3/ч, это обеспечивается при подключении к СПГ трех дифманометров, соединенных с одним сужающим устрой­ ством.

Основная погрешность счетчиков СПТ и СПГ не выходит за пределы:

±0,15 % — по показаниям перепада давления (входного сиг­ нала от пропорционального преобразователя), давления среды;

±0,15 °С — по показаниям температуры измеряемой среды термопреобразователями сопротивления;

±0,05 % — по показаниям результатов вычисления объемно­ го и массового расходов и ±0,05 % по показаниям результатов вычисления объема и массы энергоносителя.

12.4. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЕЙ РАСХОДА

Плотность воды р (м3/ч) определяют по формуле:

t — температура воды, °С; рпр — приведенное давление воды, Рпр = р/22,064 (р — абсолютное давление воды, МПа).

268

Коэффициент динамической вязкости р (Па •с) воды вычисля­ ют по формуле

ц = 10-7 ехр|-35,34190т2 + 109,232Т-129,339-

Среднеквадратическая оценка относительной погрешности о на диапазоне определений коэффициента динамической вязкос­ ти р воды не выходит за пределы ±0,1 % .

Максимальное значение относительной погрешности 5 на диа­ пазоне определений коэффициента динамической вязкости р воды не выходит за пределы ±0,27 % .

Коэффициент динамической вязкости р (Па •с) перегретого во­

где т — приведенная температура перегретого водяного пара, т = = (t + 273,15)/647,14 (J — температура перегретого водяного пара, °С); п — приведенное давление перегретого водяного пара, п =р/22,064 (р — абсолютное давление перегретого водяного пара, МПа).

Среднеквадратическая оценка относительной погрешности о на диапазоне определений коэффициента динамической вязкос­ ти р перегретого водяного пара не выходит за пределы ±0,05 % .

Максимальное значение относительной погрешности 5 на диа­ пазоне определений коэффициента динамической вязкости р перегретого водяного пара не выходит за пределы ±0,5 % .

Показатель адиабаты % перегретого водяного пара вычисляют по формуле

269

Среднеквадратическая оценка относительной погрешности о на диапазоне определений показателя адиабаты %перегретого во­ дяного пара не выходит за пределы ±0,05 % .

Максимальное значение относительной погрешности 6 на диа­ пазоне определений показателя адиабаты %перегретого водяного пара не выходит за пределы ±0,3 % .

Плотность р (кг/м3) перегретого водяного пара вычисляют по формуле

73,874969л

1 5 U 3 8 6 -967»3387 + 247%7^

3178Д06 t 2038,512 523,2041

)

270

Среднеквадратическая оценка относительной погрешности а на диапазоне определений плотности р перегретого водяного пара не выходит за пределы ±0,02 % .

Максимальное значение относительной погрешности 8 на диа­ пазоне определений плотности р перегретого водяного пара не выходит за пределы ±0,1 % .

Плотность р (кг/м3) насыщенного водяного пара вычисляют по формуле

--------Ш --------, p2( l - X ) + PlX

где pi — плотность жидкой фазы насыщенного водяного пара,

рх =322^1+ 1,99053^1/3 +1,10609!;2/3 - 0,524484^5/3 -

- 2,1873£17/3 - 498,405^58/3 )

Р2 — плотность газовой фазы насыщенного водяного пара,

р2 = 322ехр(- 2,02957£2/6 - 2,68781$4/6 - 5,38107$8/6 -

- 17,3151^18/6 - 44,6384£37/6 - 64,3486^71/6)

X — степень сухости насыщенного водяного пара, кг/кг; £ — пе­ ременная, £ = 1 - т.

Среднеквадратическая оценка относительной погрешности а на диапазоне определений плотности р насыщенного водяного пара не выходит за пределы ±0,05 % .

Максимальное значение относительной погрешности б на диа­ пазоне определений плотности р насыщенного водяного пара не выходит за пределы ±0,1 % .

Коэффициент динамической вязкости р (Па •с) насыщенного водяного пара вычисляют по формуле

и = ____ Ш 2 _____

M l - J J O + P jX ’

где Pi — коэффициент динамической вязкости жидкой фазы на­ сыщенного водяного пара, Па * с,

0,1064537 0,5937853 1,334115

-1,506904 + 0,8550923s- 0,1949162s2;

Р2 — коэффициент динамической вязкости газовой фазы насы­ щенного водяного пара, Па •с,

271