Измерение расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами
Расходомеры переменного перепада давления со стандартными сужающими устройствами получили широкое распространение.
Причиной этого являются следующие их достоинства.
- Универсальность применения. Они пригодны для измерения расхода каких угодно однофазных, а в известной мере и двухфазных сред при самых различных давлениях и температурах.
- Удобство массового производства. Индивидуально изготовляется только преобразователь расхода — сужающее устройство. Все остальные части, в том числе дифманометр и вторичный прибор, могут изготовляться серийно; их устройство не зависит ни от вида, ни от параметров измеряемой среды.
- Отсутствие необходимости в образцовых установках для градуировки. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств может быть определена расчетным путем.
Наряду с этим расходомеры с сужающим устройством имеют недостатки, наиболее существенными из которых являются следующие.
- Квадратичная зависимость между расходом и перепадом, что не позволяет измерять расход менее 30 % максимального из-за высокой погрешности измерения и затрудняет использование этих приборов для измерения расходов, изменяющихся в широких пределах.
- Ограниченная точность, причем погрешность измерения колеблется в широких пределах (1,5—3 %) в зависимости от состояния сужающего устройства, диаметра трубопровода, постоянства давления и температуры измеряемой среды.
Метод основан на том, что поток вещества, протекающего в трубопроводе, неразрывен и в месте установки сужающего устройства скорость его увеличивается. При этом происходит частичный переход потенциальной энергии давления в кинетическую энергию скорости, вследствие чего статическое давление перед местом сужения будет больше, чем за суженным сечением. Разность давлений до и после сужающего устройства — перепад давления — зависит от расхода протекающего вещества и может служить мерой расхода.
Основы измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами и общие технические требования к расходомерным устройствам регламентируются Правилами РД 50—213—80.
Согласно Правилам, расходомерное устройство состоит из расходомера (стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий) и прямых участков трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями.
В Правилах приведены
- основные уравнения расхода;
- формулы для вычисления расхода, измеряемого всеми типами дифманометров;
- коэффициенты расхода диафрагм, сопел, сопел и труб Вентури;
- методики определения основных параметров потока измеряемой среды, погрешности измерения, расчета среднего суточного расхода, требования к стандартным сужающим устройствам;
- к исполнению и монтажу прямых участков трубопровода, к дифманометрам и их установке;
- методики расчета сужающего устройства и поверки расходомера.
Приведенные в Правилах положения справедливы при соблюдении следующих условий измерения:
- характер движения потока в прямых участках трубопроводов до и после сужающего устройства должен быть турбулентным, стационарным;
- фазовое состояние потока не должно изменяться при его течении через сужающее устройство (жидкость не испаряется, растворенные в жидкости газы не выделяются, исключается конденсация водяного пара из газов с последующим выпадением жидкой фазы в трубопроводе вблизи сужающего устройства);
- во внутренней полости прямых участков трубопроводов до и после сужающего устройства не скапливаются осадки в виде-пыли, песка, металлических предметов и других видов загрязнений;
- на поверхностях сужающего устройства не образуются отложения, изменяющие его конструктивные параметры; пар является перегретым, при этом для него справедливы все положения, касающиеся измерения расхода газа;
- при измерении расхода газа отношение абсолютных давлений на выходе и входе сужающего устройства больше или равно 0,75.
К стандартным (нормализованным) сужающим устройствам относятся диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури, удовлетворяющие требованиям Правил и применяющиеся без индивидуальной градуировки.
В процессе проектирования при выборе стандартных сужающих устройств не нужно производить полный расчет, так как его выполняет завод-изготовитель по данным опросного листа, заполняемого заказчиком. В связи с этим в проекте делают только приближенные расчеты в целях выбора типа сужающего устройства, проверки величины потери давления в этом устройстве и определения требуемых длин прямых участков трубопровода до и после сужающего устройства, а также выбора типа и пределов показаний дифманометра.
При измерении расхода газов и жидкостей допускается применять как угловой, так и фланцевый способы отбора перепада давления на диафрагмах и угловой способ отбора на соплах, соплах и трубах Вентури.
Перепад давления при угловом способе отбора измеряют как разность между статическими давлениями, взятыми непосредственно у плоскостей сужающего устройства в углах, образуемых последними со стенкой трубопровода.
При угловом способе отбора перепад давления измеряется через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры, каждая из которых соединена с внутренней полостью трубопровода кольцевой щелью (сплошной или прерывистой) или группой равномерно распределенных по окружности отверстий.
При применении отдельных отверстий наилучшие результаты обеспечивает установка устройств в обойму. Кольцевая камера выполняется либо непосредственно в «теле» сужающего устройства, либо в каждом из фланцев, либо в специальной промежуточной детали — корпусе.
При малых давлениях и большом диаметре трубопровода кольцевая камера может быть образована также полостью трубки, согнутой вокруг трубопровода в кольцо или прямоугольник. Сужающие устройства с кольцевыми камерами более удобны в эксплуатации, особенно при наличии местных возмущений потока, так как кольцевые камеры обеспечивают выравнивание давления по окружности трубы, что позволяет более точно измерять перепад давления при сокращенных прямых участках трубопровода. При фланцевом способе отбора перепад давления измеряют через отдельные цилиндрические отверстия, расположенные на одинаковом расстоянии от плоскостей диафрагмы. Оси отверстий для отбора давления до и после сужающего устройства могут находиться в разных меридиональных плоскостях. На одном сужающем устройстве можно использовать два и более дифманометров с различным сочетанием шкал.
При установке сужающих устройств необходимо соблюдать ряд условий, существенно влияющих на погрешности измерения. Сужающие устройства должны располагаться перпендикулярно оси трубопровода, неперпендикулярность не должна превышать 1°. Ось сужающего устройства должна совпадать с осью трубопровода, смещение не должно превышать 0,005D20. Следует обеспечить установившееся течение потока перед входом в сужающее устройство и после него, для чего необходимо наличие прямых участков трубопровода определенной длины до и после сужающего устройства.
Длина этих участков должна быть такой, чтобы искажения потока, вносимые коленами, вентилями, тройниками и т. д., смогли сгладиться до подхода потока к сужающему устройству. Искажения потока перед сужающим устройством значительно сильней влияют на погрешность измерения, чем искажения за сужающим устройством, поэтому задвижки и вентили, особенно регулирующие, рекомендуется устанавливать после сужающих устройств.
Длина прямого участка перед сужающим устройством зависит от относительной площади m сужающего устройства диаметра трубопровода и вида местного сопротивления, расположенного до прямого участка. Длина прямого участка после сужающего устройства зависит только от числа m.
Расходомеры переменного перепада давления:
- Измерение расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами
- Стандартные сужающие устройства
- Нестандартизированные сужающие устройства и особые случаи измерения расхода методом переменного перепада давления
- Вспомогательные и соединительные устройства расходомеров переменного перепада давления
- Комплектные устройства
