Теоретическое введение
Одним из важнейших параметров технологических процессов в нефтегазовой отрасли является количество и расход протекающих по трубопроводам веществ.
Необходимость повышения качества выпускаемой продукции и эффективности автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) придает вопросам точного измерения количества и расхода различных веществ исключительно важное значение. К средствам, измеряющим количество и расход веществ при товароучетных операциях, предъявляются высокие точностные требования. В нефтегазовых производствах постоянно приходится иметь дело с точным отмериванием (дозированием) или непрерывной подачей определенной массы либо определенного объема жидких, газообразных, парообразных и твердых веществ в единицу времени или за некоторый промежуток. Эти вещества либо участвуют в технологическом процессе, либо идут на дальнейшую переработку, либо являются конечным продуктом производства.
Таким образом, имеется настоятельная необходимость определения количества и расхода жидкостей, газов и паров.
Количество вещества определяется его массой т(кг, т.) или объемом V(м3, л), протекающим через рассматриваемое сечение канала, например трубы, за какой-то произвольно взятый промежуток времени. Приборы, измеряющие количество вещества, носят название счетчиков.
Расходом вещества в данный момент называется отношение массы dm или объема dV вещества, протекающего через сечение трубы или другого канала за некоторый промежуток времени dt, к этому промежутку времени при условии, что значение последнего стремится к нулю. Если расход не изменяется во времени, то для его определения можно пользоваться соотношением Qv = V / t2—t1 = V / t ; Qm = m / t2—t1 = m / t
Здесь t = t2—t1 — промежуток времени, за который измеряется, расход вещества.
Указанные соотношения показывают, что объемный расход вещества измеряется в м3/с, а массовый — в кг/с. Наряду, с этим широко используются и следующие единицы: дм3/с, м3/ч, л/мин, кг/ч и т/ч.
Приборы, измеряющие расход, носят название расходомеров.
Счетчики и расходомеры иногда бывают констрктивно объединены. Например, расходомер снабжается особым механизмом — интегратором, который фиксирует количество вещества, прошедшего через расходомер за определенный промежуток времени, а счетчики могут снабжаться указателем, показывающим расход вещества в единицу времени.
2. ИЗМЕРЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА МАССЫ И ОБЪЕМА ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
По принципу действия счетчики жидкостей и газов делятся на скоростные и объемные.
Скоростные счетчики устроены таким образом, что жидкость, протекающая через камеру прибора, приводит во вращение вертушку (или крыльчатку), угловая скорость которой пропорциональна скорости потока, а следовательно, и расходу.
Объемные счетчики. Поступающая в прибор жидкость (или газ) измеряется отдельными, равными по объему дозами, которые затем суммируются.
Для измерения количества жидкостей применяются как скоростные, так и объемные счетчики, а для измерения количеств газа — только объемные.
В качестве основных характеристик счетчиков приняты следующие:
Калибр—диаметр условного прохода входного патрубка в мм. Серийно выпускаются счетчики следующих калибров: 15, 20, 25, 30, 32, 40, 50, 60, 80, 100, 125, 150, 200, 250 мм.
Потеря напора — разность давлений во входном и выходном патрубках прибора, обусловленная гидравлическими и механическими сопротивлениями движению рабочего органа и связанных с ним механизмов.
Погрешность показаний. Обычно пользуются относительной погрешностью, т. е. погрешностью показаний, отнесенной к фактическому количеству и выраженной в процентах:
γ= (Qсч - QФ ) / Qф*100% ( 1 )
где (Qсч — показание счетчика; QФ — истинное количество (измеренное, например, с помощью образцового прибора).
Характерный расход — количество вещества, которое проходит через счетчик за 1 ч при установившемся потоке и потере напора 9,81 -105 Па. Это условная величина, которая служит для оценки счетчиков различных конструкций.
Нижний предел измерения — наименьший расход, при котором счетчик еще дает показания с допустимой погрешностью.
Верхний предел измерения — наибольший расход, при котором обеспечивается кратковременная (не более 1 ч в течение суток) работа счетчика.
Нормальный расход — наибольший длительный расход, при котором погрешность показаний не выходит за установленные пределы, а потеря напора не создает в приборе усилий, приводящих к быстрому износу трущихся деталей прибора.
Порог чувствительности — наименьший расход, при котором счетчик начинает давать показания, погрешность которых превышает допустимую.
Эти характеристики относятся в основном к счетчикам количества жидкости. Основные характеристики газовых счетчиков — это номинальный расход и нижний предел измерения.
Объемные счетчики
Принцип действия объемных счетчиков основан на непосредственном отмеривании объемов измеряемой среды с помощью мерных камер известного объема и подсчета числа порций, прошедших через счетчик.
Объемные счетчики подразделяют на опорожняющиеся и вытесняющие. Опорожняющиеся объемные счетчики имеют жесткие камеры, из которых измеряемая среда свободно вытекает. Счетчики этого типа непригодны для измерения количества газа.
Простейшим объемным счетчиком с жесткой камерой является мерный бак или мерник. К этому же типу объемных счетчиков относятся барабанные и опрокидывающиеся счетчики.
Вытесняющие объемные счетчики имеют мерные камеры с перемещающимися стенками, которые вытесняют измеряемую фазу, освобождая камеру для следующей порции.
К объемным счетчикам указанного типа относятся: однопоршневые, многопоршневые, кольцевые, с овальными шестернями, ротационные, сухие газовые, мокрые газовые и дисковые.
Наиболее распространенным объемным счетчиком жидких веществ является счетчик с овальными шестернями (рис.1). Внутри корпуса 3 размещены две находящиеся в зацеплении овальные шестерни / и 2. Набегающий на шестерни измеряемый поток создает на них перепад давления Р1 Р2. Под действием этого перепада поток в положении, показанном на рис.1,а, создает на овальной шестерне 1 крутящий момент и заставляет вращаться эту шестерню, которая ведет шестерню 2.
Рис. 1. Схема счетчика с овальными шестернями
В положении, показанном на рис. 1,6, крутящий момент возникает на обеих шестернях, а в положении на рис..1, в крутящий момент действует на шестерню 2, которая теперь ведет шестерню 1.
Вращение шестерни происходит в направлении стрелок. В положении, представленном на рис. 1, а, происходит заполнение объема между корпусом и левой частью шестерни 2, а объем правее этой шестерни вытесняется. В том же положении (рис.1,а) между шестерней 1 и корпусом отсекается измеряемый объем жидкости V1, которая будет затем вытесняться в положениях, представленных на рис.1, б, в. За один оборот шестерен измерительные полости V1 и V2 дважды наполняются и дважды опорожняются. В итоге за один оборот через счетчик проходит объем жидкости, равный четырем объемам V1 (или V2). Ось одной из шестерен вращает счетный механизм, расположенный вне корпуса прибора.
Для уменьшения трения между торцевыми поверхностями шестерен и стенками корпуса шестерни устанавливают на горизонтальных осях. Благодаря высокой точности измерения (погрешность ± (0,5—1) % от измеряемого значения), малой потере давления, независимости показания от вязкости, значительному вращающему моменту счетчики с овальными шестернями используются для измерения различных жидкостей, в том числе нефти и нефтепродуктов.
Существенным недостатком этих счетчиков является необходимость хорошей фильтрации измеряемой среды от механических примесей, а также высокий уровень акустического шума. Калибр D выпускаемых счетчиков 12—250 мм, а предел измерений 0,01— 250 м3/ч.
Для измерения газовых потоков применяют ротационные газовые счетчики, принцип действия которых аналогичен принципу
действия счетчиков с овальными шестернями. Они имеют калибр 50—1200 мм и служат для измерения номинальных расходов от 40 до 40 000 м3/ч и классы точности 2 и 3.
К числу объемных счетчиков, используемых для измерения количества нефтепродуктов, минеральных масел, а также ряда агрессивных жидкостей, относятся лопастные счетчики.
Имеется ряд конструктивных вариантов лопастных счетчиков, основными элементами которых являются вращающийся барабан и пластичные лопасти. Одним из перспективных счетчиков с точки зрения кинематических и метрологических качеств является лопастный счетчик с кулачковым управлением движения лопастей (рис.2).
Счетчик представляет собой цилиндрический корпус 2 с подвижным барабаном 3, внутри которого расположен неподвижный кулачок 5. На кулачок опираются четыре ролика 6 с закрепленными на них лопастями /, 4, 7 и 8. В пространстве между внутренней поверхностью корпуса 2 и поверхностью барабана 3 движется измеряемая жидкость. Барабан вращается за счет давления поступающей жидкости, действующей на лопасть 4. При вращении барабана ролики 6 катятся по кулачку 5 и при этом поочередно занимают место снаружи и внутри барабана. Вращение барабана передается на счетный механизм. За один оборот барабана через счетчик проходит объем жидкости, соответствующий кольцевому пространству между корпусом и барабаном. Перетеканию жидкости из входа на выход препятствует вкладыш 9.
Лопастные счетчики успешно работают как в стационарных условиях на нефтехимических заводах, так и на передвижных агрегатах в автозаправщиках. Выпускаются счетчики с диаметрами условного прохода 100—150 мм, с верхними пределами измерений 100—300 м3/ч и классами точности 0,25—0,5.
Счетчики данного типа определяют количество жидкости путем прямого измерения обьема потока. Счетчики других конструкций обеспечивают измерение обьема косвенными методами.
Дата добавления: 2021-11-16; просмотров: 280;