Оборудование для одоризации газа
Рис. 7.32. Схема кориолисового расходомера
Техническая характеристика ультразвукового расходомера UFM 3030
Рис. 7.30. Ультразвуковой расходомер газа FLOWSIC 600
Рис. 7.29. Принцип работы ультразвукового расходомера
Рис. 7.24. Схема корреляционного расходомера
Рис. 7.22. Термоанемометр жидкости и газов Thermo 600-9 (полнопроходной)
Техническая характеристика расходомера РГА -100(300)
Рис. 7.20. Оптический интерфейс RS485-АИ485П
Рис. 7.19. Оптический зондовый расходомер газа, содержащего частицы пыли или влаги Focus Probe
Рис. 7.18. Расходомерная диафрагма
Рис. 7.15. Расходомер переменного перепада давления Sitrans F O (Siemens, ФРГ)
Классификация расходомеров
В настоящее время в России и за рубежом создано большое число разновидностей расходомеров из-за сложности требований, предъявляемых к ним. При выборе расходомеров учитывают свойства измеряемого вещества, его параметры, обоснованность требований к точности измерения, сложность измерительного устройства и условия его эксплуатации и поверки.
Отечественные и зарубежные фирмы предлагают широкий ассортимент счётчиков и расходомеров с различными принципами устройства, конструкциями и назначением для нефтяной и газовой промышленности, магистральных газонефтепроводов с большим расходом транспортируемой продукции.
В соответствии с ГОСТ 15528-86 и разработок ВНИИМ расходомеры и счётчики подразделяют на четыре группы.
Группа А: Приборы, основанные на гидродинамических методах: 1) переменного перепада давления; 2) переменного уровня; 3) обтекания; 4) вихревые; 5) парциальные.
Группа Б: Приборы с непрерывно движущимся телом: 6) тахометрические; 7) силовые (в т.ч. вибрационные).
Группа В: Приборы, основанные на различных физических явлениях: 8) тепловые; 9) электромагнитные; 10) акустические; 11) оптические; 12) ядерно-магнитные; 13) ионизационные.
Группа Г: Приборы, основанные на особых методах: 14) корреляционные; 15) меточные; 16) концентрационные.
Среди приборов группы Аисключительно широкое применение получили расходомеры с СУ, относящиеся к приборам переменного перепада давления. Для малых расходов жидкостей и газов служат ротаметры и поплавковые приборы, относящиеся к расходомерам обтекания. Весьма перспективны вихревые расходомеры.
Из группы Б значительное применение находят различные разновидности тахометрических расходомеров: турбинные, шариковые и камерные (роторные, с овальными шестернями и др.), последние – в качестве счётчиков газа, нефтепродуктов и других жидкостей.
Среди приборов группы В чаще всего применяют электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных жидкостей и ультразвуковые (разновидность акустических) для измерения жидкостей и частично газа. Реже встречаются тепловые – для измерения малых расходов жидкостей и газов.
Расходомеры группы Г: меточные и концентрационные служат для разовых измерений, например при проверке промышленных расходомеров на месте их установки. Корреляционные приборы перспективнее, в частности, для измерения двухфазных сред.
Расходомеры обтекания – это приборы, чувствительный элемент которых воспринимает динамическое давление потока и перемещается под его воздействием, причём величина перемещения зависит от расхода.
Обтекаемым телом может быть поплавок, диск, поршень и т.д. В отдельных случаях обтекаемым телом является лопасть, диск, поворачивающиеся вокруг оси подвеса.
Подразделяют на три группы:
- постоянного перепада давления, где обтекаемое тело перемещается вертикально, а противодействующая сила создаётся весом тела.
- с изменяющимся(переменным) перепадом давления, в котором имеется противодействующая пружина и помимо вертикальной может быть и другая траектория перемещения обтекаемого тела.
- с поворотной лопастью. Противодействующая сила в них создаётся не только весом тела, но во многих случаях ещё и пружиной. Кроме того, имеются компенсационные расходомеры с поворотной лопастью, в которых противодействующая сила создаётся посторонним источником энергии.
Расходомеры, работающие на принципе переменного перепада давления, используются на газопроводах при транспорте, распределения и использования большого количества газа для его учёта. Зависимость перепада давления и количество транспортируемого газа определяется формулой
где Q – количество газа; H – перепад давления; K – коэффициент.
В России и за рубежом выпускаются различные виды расходомеров переменного перепада давления, такие как Метран-350(метран, г.Челябинск), Torbar, EJA 110A/120A/130A, EJX 110A(Эталон прибор, г.Челябинск), Sitrans F O delta p (Siemens, ФРГ), Senior, Simplex, Junior (Daniel, США) и др.
Рис. 7.16. Расходомер переменного перепада давления Интеллектуальный комплекс «Суперфлоу – 2»
Рис. 7.17. Расходомер на базе «Метран-350» (Метран, Челябинск)
Диафрагма предназначена для создания перепада давления при измерении в комплекте с дифманометром расхода пара, жидкостей и газов. Она представляет собой металлический диск, устанавливаемый в трубопровод. В центре диска имеется отверстие, диаметр которого рассчитывается в зависимости от количества измеряемого газа. Диафрагмы изготавливаются двух типов: дисковые (нормальные) и камерные.
Оптические расходомеры представляют собой приборы, в которых используется какой-либо оптический эффект в зависимости от расхода вещества. Имеется несколько разновидностей этих приборов:
- доплеровские, основанные на измерении разности частот, возникающей при отражении светового луча движущимися частицами потока;
- основанные, на эффекте Физо-Френеля, в которых измеряется какой-либо параметр (сдвиг интерференционных полос или сдвиг частоты световых колебаний), связанный с зависимостью скорости света в движущемся прозрачном веществе от скорости последнего;
- на особых оптических эффектах, например, зависимости оптических свойств фибрового световода от скорости обтекающего его потока;
- на измерении времени перемещения на определённом участке пути оптической метки, введённой в поток;
- корреляционные оптические.
Принцип работы ионизационных расходомеров основан на измерении того или другого зависящего от расхода эффекта, возникающего в результате непрерывной или периодической ионизации потока газа или (реже) жидкости. Они разделяются на две группы:
- расходомеры, в которых измеряется зависящий от расхода ионизационный ток между электродами, возникающий в результате обычно непрерывной искусственной ионизации потока газа (или жидкости) радиоактивным излучением или электрическим полем;
- расходомеры, в которых измеряется зависящее от расхода время перемещения на определённом участке пути ионизационных меток, возникающих в результате периодической ионизации потока газа ионизирующим излучением или электрическим разрядом; эти расходомеры называются меточными ионизационными.
Тепловые расходомеры. Принцип работы основан на измерении зависящего от расхода эффекта теплового воздействия на поток или тело, контактирующее с потоком. Они служат для измерения расхода газа и реже для измерения расхода жидкости.
Отечественной промышленностью выпускаются термоанемометрические расходомеры газа РГА-100(300) (ОАО «Турбулентность», Ростовская обл.), за рубежом – Proline t-mass, t-trend, t-switch (Endress-Hauser, ФРГ) и др.
- диаметр условного прохода трубопровода 50 – 1300мм;
- диапазон измерений температуры газа -40÷70°С;
- относительная погрешность измерений ±1%;
- среднее время наработки на отказ 10000ч;
- средний срок службы не менее 12лет.
Рис. 7.21. Тепловой расходомер T-mass 65F (Endress+Hauser, ФРГ)
Ядерно-магнитные расходомеры. Их работа основана на зависимости ядерно-магнитного резонанса от расхода потока. Основные разновидности ядерно-магнитных расходомеров – амплитудные, частотные, нутационные и меточные.
Концентрационные расходомерыоснованы на зависимости концентрации вещества индикатора от расхода потока. Их называют иногда расходомерами, основанными на методе прививки, на солевом методе, на методе смешения и т.д.
Существенное достоинство концентрационного метода измерения расхода – отсутствие необходимости знать размеры поперечного сечения трубопровода или какого-либо канала.
Раньше подобные расходомеры служили для измерения расхода воды, причём веществом-индикатором был солевой раствор. В дальнейшем стали применять другие индикаторы, в частности радиоактивные изотопы. Это позволило применить концентрационный метод также для измерения газа и пара.
Концентрационный метод применяется при разовых измерениях больших расходов в закрытых и открытых каналах, а также при проверке других расходомеров, так как при этом не требуется демонтажа их преобразователей расхода.
Работаметочных расходомеровоснована на измерении времени перемещения какой-либо характерной части (метки) потока на контрольном участке пути. Метки могут быть: ионизационными, радиоактивными, физико-химическими, тепловыми, оптическими, ядерно-магнитными и др.
Погрешность измерения расхода у меточных расходомеров колеблется от (0,1÷0,2) до (2÷3)% в зависимости от рода метки, измерительной аппаратуры, способа детектирования и соответствия скорости перемещения метки средней скорости потока. Длина контрольного участка, в зависимости от рода метки может быть от нескольких миллиметров до нескольких километров.
Принцип работы корреляционных расходомеров основан на замере изменяющихся параметров потока одного и того же рода в двух сечениях, отстоящих друг от друга на небольшом расстоянии L за время τперемещения потока. Зная поперечное сечение потока S, его объёмный расход Q можно определить по формуле:
где к – коэффициент, учитывающий влияние профиля скоростей, свойств вещества и характера информационно-измерительного устройства.
Рис. 7.23. Стационарный корреляционный расходомер газов с накладными преобразователями CTF878 (GE Panametrics)
1,2 – преобразователи; 3 – блок умножения сигналов; 4 – блок интегрирования сигналов; 5 – измерительный прибор; 6 – блок преобразования сигнала.
Вихревыми называются расходомеры, основанные на зависимости от расхода частоты колебаний давления, возникающих в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи.
Они разделяются на три группы, в первичном преобразователе которых:
- имеется неподвижное тело, при обтекании которого с обеих его сторон попеременно возникают срывающиеся вихри, создающие пульсации давления.
- поток закручивается и, попадая затем в расширенную часть трубы, создаёт пульсации давления.
- струя, вытекающая из отверстия, совершает автоколебания, создавая при этом пульсации давления
Рис. 7.25. Вихревой расходомер Prowirl (Endress+Hauser, ФРГ)
Рис. 7.26. Вихревой расходомер KROHNE (KROHNE, Самара).
В России выпускаются вихревые расходомеры: Метран-331, Метран-332, 8800С (Метран, г.Челябинск), DY, V-bar-700 (Эталон, г.Челябинск), ВРСГ-1, ИРВИС-К-300 (ИРВИС, г.Казань), ЭВ-200 (ЭМИС, г.Челябинск); за рубежом, например, - Proline Prowiri (Endress+Hauser, ФРГ), YEWFLO ( Yokogawa, Япония) и др. (рис. 7.25., 7.26.).
Техническая характеристика вихревого счётчика серии
YEWFLO DY:
- измеряемая среда – жидкость, газ, пар;
- температура измеряемой среды -200÷450°С;
- давление от 1МПа до номинала фланцев;
- выходной сигнал – аналоговый 4 – 20мА, цифровой;
- Dy 15 – 400мм;
- диапазон измерения:
- вода: 0,3÷2156м3/ч,
- воздух: 4,8÷17256м3/ч;
- погрешность измерения:
- жидкость ±0,75%,
- газ, пар ±1,0%;
- предельные скорости:
- жидкость 10м/с,
- газ, пар 80м/с;
- длина прямолинейного участка трубопровода 5Dy;
- питание 14÷42В;
- условия эксплуатации – температура окружающей среды -40÷85°С;
- межповерочный интервал 4 года
В основе электромагнитных расходомеров лежит взаимодействие движущейся электропроводной жидкости с магнитным полем, подчиняющееся закону электромагнитной индукции.
Рис. 7.27. Электромагнитный расходомер OPTIFLUX 4000 (KROHNE, Самара)
Рис. 7.28. Принцип работы электромагнитного расходомера
Техническая характеристика расходомеров РС – 2М и ПИРС – 2М
- диаметр условного прохода трубопровода 50÷1700мм;
- диапазон измерения скорости потока 0,015÷5м/с;
- температура измеряемой жидкости 0÷150°С;
- максимальное избыточное давление в трубопроводе 2,5МПа;
- относительная погрешность измерений ±1-2%;
- абсолютная погрешность при измерении времени ±5с за 24ч;
- среднее время наработки на отказ 10000ч;
- средний срок службы не менее 12 лет.
Отечественная промышленность выпускает следующие электромагнитные расходомеры: 8700 (Метран, г.Челябинск), ADMAG AXF, ADMAG CA, DWM2000/DWM2000L (Эталон, г.Челябинск), OPTIFLUX (KROHNE, Самара) и др. Расходомеры зарубежного производства: Proline Promag (Endress+Hauser, ФРГ), ADMAG AXF, ADMAG CA (Yokogawa, Япония) и др. На рис. 7.28 показан принцип работы электромагнитного расходомера.
Акустические расходомеры, основанные на измерении зависящего от расхода того или другого эффекта, возникающего при проходе акустических колебаний через поток жидкости или газа. Почти все применяемые на практике акустические расходомеры работают в ультразвуковом диапазоне частот и поэтому называются ультразвуковыми. На рис. 7.29 представлен принцип работы ультразвукового расходомера.
Они разделяются на расходомеры, основанные на перемещении акустических колебаний движущейся средой, и расходомеры, основанные на эффекте Доплера. Главное распространение получили приборы , основанные на измерении разности времени прохождения акустических колебаний по потоку и против него. Значительно реже встречаются приборы, в которых акустические колебания направляются перпендикулярно к потоку и измеряется степень отклонения этих колебаний от первоначального направления.
Рис. 7.31. Ультразвуковой расходомер Prosonic Flow 93P (Endress+Hauser, ФРГ)
Приборы, основанные на явлении Доплера, предназначены в основном для измерения местной скорости, но они находят также применение и для измерения расхода. Измерительные схемы у них более простые. Основным недостатком ультразвуковых расходомеров является искажение и неточность измерений при изменении однородности среды, наличие примесей и загрязнителей в потоке перекачиваемого продукта.
В России производятся ультразвуковые расходомеры UFM 3030, UFM 600T (Эталон, г.Челябинск), за рубежом – Proline Prosonic Flow (Endress+Hauser, ФРГ), SeniorSonic, JuniorSonic (Daniel, США), Sitrans FUS (Siemens, ФРГ) и другие.
- измеряемая среда - жидкость;
- параметры измеряемой среды:
- температура: -2÷220°С;
- давление: ≤ 4МПа;
- скорость потока: ≤ 20м/с;
- содержание твёрдых частиц: < 5%;
- содержание нерастворённого газа: < 2%.
Измеряемые величины:
- текущий объёмный расход;
- суммарный объёмный расход;
- скорость распространения ультразвука в среде;
- пределы измерений зависят от условного прохода;
- погрешность: ± 0,5% измеряемой величины;
- условный проход: Dн 25÷300мм.
- питание: 185÷264В/50Гц или 18÷32В пост.тока
- температура окружающей среды: -40÷60°С.
Силовыми называются расходомеры, в которых с помощью силового воздействия, зависящего от массового расхода, потоку сообщается ускорение того или другого рода, и измеряется какой-либо параметр, характеризующий степень этого воздействия или его эффекта.
Ускорение потока возникает в процессе изменения его первоначального движения. В зависимости от характера этого изменения и сообщаемого при этом ускорении силовые расходомеры разделяются на кориолисовые, гироскопические, турбосиловые.
Отечественная промышленность выпускает кориолисовые расходомеры: Метран-360 (Метран, г.Челябинск), Rotamass (Эталон, г.Челябинск), за рубежом выпускаются – Sitrans FC (Siemens, ФРГ), RotaMASS (Yokogawa, Япония), Proline Promass (Endress+Hauser, ФРГ) и другие.
Измерение массового расхода – основное и весьма существеннон их достоинство. Недостаток силовых расходомеров – сложность конструкции их преобразователей расхода и большое число вращающихся элементов внутри трубопровода.
У турбосиловых расходомеров один из элементов (ротор, крыльчатка) должен непрерывно вращаться. У кориолисовых и гироскопических в некоторых случаях ограничиваются лишь непрерывными колебаниями подвижного элемента вокруг оси. Подобные расходомеры получили название вибрационных. На рис. 7.32показана схема кориолисового расходомера.
Погрешность измерения силовых расходомеров ±0,5÷3%. Большинство из них предназначено для измерения расхода жидких видов топлива, имеются конструкции и для измерения расхода газа.
Для измерения расхода однофазных веществ в большинстве случаев наиболее целесообразны турбосиловые расходомеры, особенно при измерении больших расходов.
В России и за рубежом выпускаются различные виды турбинных счётчиков, например, TZR G160 – G16000 (Газэлектроника, г.Арзамас), Daniel (США) и другие.
Для магистральных нефтепроводов большого диаметра и расхода применяются турбинные расходомеры RR model TZ150-600 с обратным клапаном.
Гироскопические расходомеры пригодны лишь для измерения малых расходов в трубах, имеющий диаметр менее 50мм. Кориолисовые расходомеры занимают промежуточное положение.
Техническая характеристика расходомеров TZR G160 – G16000:
- величина измеряемых расходов от 13 до 6500м3/ч;
- погрешность измерения 1÷2%;
- максимальное рабочее давление 10МПа;
- температура окружающей среды -40÷70°С;
- температура измеряемой среды -20÷60°С;
- межповерочный интервал 5лет;
- перепад давления на счётчике не более 1200Па;
- длина необходимых прямолинейных участков от 2-х Dy.
Рис. 7.33. Ротационный расходомер-счётчик ЭМИС-ДИО 230 (г.Челябинск)
Рис. 7.34. Турбинный расходомер TZ/FLUXI (Itron GmbH, ФРГ)
Рис. 7.35. Кориолисовый расходомер (Endress+Hauser, ФРГ)
На магистральных газопроводах используются пункты измерения и учёта больших потоков газа на базе диафрагменных блоков.Они предназначены для коммерческого учёта газа на газопроводах высокого давления диаметром 1420мм с большими потоками газа, а также на ГРС, промыслах и головных сооружениях. На ПЗРГ осуществляется только учёт газа, при необходимости забора проб газа для определения плотности, химического состава газа, определения наличия твёрдых частиц и влаги, сооружаются газоизмерительные станции (ГИС). Они снабжены первичными датчиками давления, перепада давления, температуры и плотности газа с электрическими унифицированными сигналами, вычислительными устройствами, решающими уравнение приведения расхода газа к стандартным условиям, указателем и регистратором расхода газа, а также телеметрическими преобразователями.
Данные комплексы работают в автоматическом режиме и для возможности фиксации полученных данных, оборудуются печатными устройствами с возможностью передачи по телеметрии.
Расчёты замера и учёта газа ведутся в соответствии с международными стандартами ГОСТ 8.563.1 – 97 и ГОСТ 8.563.21 – 97.
Природный газ, очищенный от сероводорода, не имеет ни цвета, ни запаха. Поэтому обнаружить утечку газа довольно трудно. Чтобы обеспечить безопасность транспорта и использования газа его одорируют, т.е. придают ему резкий и неприятный запах. Для этой цели в газ вводят специальные одоранты, и продукты их сгорания должны быть физиологически безвредными, достаточно летучими (низкая температура кипения), не должны вызывать коррозию, химически взаимодействовать с газом, поглощаться водой или углеводородным конденсатом, сильно сорбироваться почвой или предметами, находящимися в помещениях. Одоранты должны быть недорогими. Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет этилмеркаптан (C2H5SH). Однако при использовании этилмеркаптана следует учитывать присущие ему недостатки. Так, по токсичности он равноценен сероводороду; если газ идёт на химическую переработку, то необходимо очищать его от меркаптана, так как последний отравляет катализаторы. Этилмеркаптан химически взаимодействует с окислами металла, поэтому при транспорте одорированного газа запах его постепенно ослабевает.
Кроме этилмеркаптана также используют сульфан, метилмеркаптан, пропилмеркаптан, калодорант, пенталарам и др. В качестве одоранта также применяют смесь меркаптанов, получаемых при очистке природного газа с высоким содержанием серы и сернистых соединений. Одоризацию газа проводят на головных сооружениях газопровода и газораспределительных станциях, в основном с помощью одоризационных установок, например, АОГ-30, УОГ-1 и др.
Концентрация паров одоранта в газе должна быть такой, чтобы резкий запах ощущался при объёмной концентрации газа, не превышающей 1/5 от нижнего предела взрываемости. Среднегодовая норма расхода этилмеркаптана составляет 16г на 1000м3 газа. В летнее время расход одоранта примерно в 2 раза меньше, чем зимой.
Устройства, при помощи которых одорант вводится в поток газа, называется одоризаторами. Они бывают капельные, испарительные и барботажные. Капельными одоризаторами (рис.7.36.) одорант вводится в газопровод каплями или тонкой струёй. Одоризатор действует за счёт перепада давления, создаваемого диафрагмой. Одорант из поплавковой камеры проходит через диафрагму, смотровое стекло и по трубке поступает в газопровод. В поплавковой камере всё время сохраняется постоянный уровень.
Расход одоранта можно изменять при помощи сменной диафрагмы. Наибольшее распространение имеют испарительные (фитильные) (рис.7.37.) и барботажные одоризаторы (рис.7.38.). В резервуар с одорантом частично погружены фланелевые полосы. Над поверхностью одоранта между полосами фланели проходит газ и насыщается одорантом. Резервуар снабжён подогревателем. Температура одоранта, от которой зависит интенсивность испарения (а следовательно, и степень одоризации), поддерживается терморегулятором.
Рис. 7.36. Капельный одоризатор с диафрагмой
1 – бачок для одоранта; 2 – фильтр-отстойник; 3 – поплавок; 4 – поплавковая камера; 5,8 – соединительные трубки; 6 – тонкая диафрагма; 7 – смотровое стекло; 9 – диафрагма в газопроводе; 10 – газопровод; 11 – ручной насос; 12 – запасная ёмкость.
