книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

Глава й

АВТОМАТИЧЕСКИЕ РАСХОДОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ОДНОНИТОЧНЫХ И МНОГОНИТОЧНЫХ ПУНКТОВ УЧЕТА ГАЗА

6.1. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РАСХОДОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ОДНОНИТОЧНЫХ ПУНКТОВ УЧЕТА ГАЗА

В последнее время как в СССР, так и за рубежом для определения расхода и количества природного газа переходят к расходоизмерительным системам, обеспечивающим автома­ тическое приведение расхода газа к нормальным условиям, ин­ тегрирование его по времени для определения объема про­ шедшего по трубопроводу газа, а также преобразование полу­ ченной информации в сигналы, пригодные для передачи в АСУ посредством систем телемеханики (рис. 45). Указанные рас­ ходоизмерительные комплексы содержат первичные датчики

давления, перепада давления,	температуры и плотности газа
с электрическими выходными	унифицированными сигналами,

вычислительное устройство, решающее уравнение приведения расхода газа к нормальным условиям, интегратор расхода со счетчиком прошедшего по трубопроводу объема газа, указа­ тель и регистратор расхода газа, а также телеметрические преобразователи.

Структурная схема расходоизмерительного комплекса с ав­ томатической коррекцией показаний по температуре и давле­ нию приведена на рис. 45, а. Такой комплекс содержит изме­ рительный трубопровод 1 с сужающим устройством 8 , преоб­ разователь перепада давления (дифманометр) 7, преобразова­ тель давления 6 , преобразователь температуры 2 , вычислитель­ ное устройство 5, интегратор расхода 3 со счетчиком объема газа, регистратор мгновенного расхода 4, а также телеметри­ ческие преобразователи расхода и объема газа. Отдельные си­ стемы оснащаются дополнительно цифропечатающим устрой­ ством, фиксирующим на ленте дату и время печати, объем от­ пущенного газа и другие параметры комплекса. В зависимости от видов применяемых первичных датчиков и вычислительных устройств принципиальные схемы комплексов могут изменять­ ся, однако структурная схема такой системы практически оста­ ется неизменной.

Схема расходоизмерительного комплекса с использованием измерителя-преобразователя фактической плотности газа по­ казана на рис. 45, б. Такой комплекс содержит измерительный

трубопровод /	с сужающим устройством 7,	дифманометр 6
с электрическим	выходным унифицированным	сигналом, изме-

9*

131

it

Рис. 45. Структурные схемы расходоизмерительных комплексов для однониточных пунктов учета газа.

а — с коррекцией по температуре и давлению; б — с коррекцией по плотности газа в рабочих условиях.

ритель фактической плотности газа 2 , вычислительное устрой­ ство 5 со счетчиком объема отпущенного газа, интегратор рас­ хода 3 и регистратор расхода газа 4. Вычислительное устрой­ ство служит для приведения расхода газа к нормальным усло­ виям по показаниям дифманометра и измерителя фактической плотности газа в соответствии с формулами (20)—(21). Комп­ лексы, показанные на рис; 45, должны обеспечивать возмож­ ность введения всех постоянных величин, входящих в формулы (20) — (21), а также иметь возможность подключения измери­ теля плотности газа при нормальных условиях или ручного или дистанционного ввода значений указанного параметра.

132

6.2. АВТОМАТИЧЕСКИЕ РАСХОДОИЭМЕРИТЕЛЬНЫЕ

КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ МНОГОНИТОЧНЫХ ПУНКТОВ УЧЕТА ГАЗА

Установка измерительных диафрагм в трубопроводах высо­ кого давления с диаметром 500 мм и выше сопряжена со зна­ чительными трудностями. В связи с этим при измерении рас­ хода на пунктах учета газа крупных промыслов и магистраль­ ных газопроводов с условным диаметром 500, 700, 1000, 1200 и 1400 мм применяют разветвление потока по нескольким тру­ бопроводам. Это несколько повышает точность и позволяет ис­ пользовать трубопроводную арматуру меньших диаметров.

При использовании многониточных пунктов учета газа по­ грешность измерения суммарного расхода и объема газа, про­ ходящего через многониточный пункт учета, существенно умень­ шается по сравнению с погрешностью однониточного пункта (при условии равенства погрешностей измерения дифманомет- ров-расходомеров и других приборов) и определяется выраже­ нием

б — б(/у ; +■ лесист,

(206)

где б — предельная погрешность измерения расхода или объема газа для многониточного пункта учета газа, %; б/ — предель­ ная погрешность измерения расхода или объема газа одного измерительного трубопровода многониточного пункта учета газа, %; i — число измерительных трубопроводов; Аг'сист— си­ стематическая составляющая предельной погрешности измере­ ния расхода или объема газа одного измерительного трубопро­ вода, %.

С допустимой точностью можно принять, что систематиче­ ская составляющая Д1Сист равна примерно 7з предельной по­ грешности б/ измерения расхода или объема газа одного изме­

рительного трубопровода:
Д/снст = (1/3) бг■	(207)
Подставив значение Аг'сист в формулу (206), получаем
б = 6,- /У Г + (1/3) бг.	(208)

Как видно из формулы (208), при увеличении числа изме­ рительных трубопроводов многониточного пункта учета газа результирующая погрешность измерения расхода и объема газа

б уменьшается примерно в ft раз, но она не может стать мень­ ше значения, равного систематической составляющей предель­ ной погрешности измерения расхода и объема газа одного из­ мерительного трубопровода данного пункта учета.

Структурная схема многониточного пункта учета газа

133

с комплексом приборов приведена на рис. 46. Комплекс содер­ жит набор однониточных дифманометров-расходомеров с пер­ вичными преобразователями перепада давления, давления и температуры, число которых равно числу измерительных тру­ бопроводов, вычислительные устройства для каждого измери­ тельного трубопровода, сумматор расходов и объема газа,, счетчик суммарного объема газа, блок телеизмерения, цифро­ печатающее устройство, а также регистратор суммарного рас­ хода газа.

Каждый отдельный дифманометр-расходомер. содержит из­ мерительную диафрагму 1, дифманометр с электрическим вы­ ходным сигналом 10, преобразователь давления 2, преобразо­ ватель температуры 3 и вычислитель расхода 4 для каждого измерительного трубопровода 9. Вычислительные устройства 4 формируют выходные сигналы, пропорциональные мгновенным расходам газа Qi, Q2, ..., Qi по каждому измерительному тру­ бопроводу. Суммирующее устройство 8 со счетчиком 6 и ре­ гистратором 7 суммирует отдельные расходы Q, и объемы Vi прошедшего газа по каждому измерительному трубопроводу 9, приведенные к нормальным условиям, а также обеспечивает визуальный отсчет и регистрацию суммарного расхода 2Q и объема газа EV, прошедших по магистральному газопроводу 5,

134

и преобразует суммарный расход в пропорциональный токовый

сигнал, а суммарный объем газа — в выходной сигнал,					пригод­
ный для передачи — приема информации многозарядных						циф­
ровых счетчиков системами телемеханики.			многониточного
Возможны варианты	структурной	схемы
расходоизмерительного	комплекса, показанного			на	рис. 46,
в которой все вычислительные устройства			4,	суммирующее
устройство 8 , счетчик 6	и блок телеизмерения выполнены в от­
дельном вычислительном устройстве,		общем	на	весь		пункт
учета газа.

В зависимости от числа измерительных трубопроводов мно­ гониточного пункта учета газа вычислительное устройство должно иметь от 1 до 5 каналов измерения (каждый канал имеет по 4 входа для унифицированных токовых сигналов — перепада давления, давления, температуры, плотности газа при нормальных условиях), панель управления для ввода-вывода постоянных величин уравнения расхода газа — коэффициента расхода а, внутренних лиаметров измерительного трубопровода D и диафрагмы d, модуля сужающего устройства т, показателя адиабаты k, плотности газа при нормальных условиях рн (для случаев, когда отсутствует автоматический измеритель плотно­ сти газа при нормальных условиях), объемного. содержания азота и углекислого газа и др.

Структурная схема автоматического вычислителя расхода и объема газа, приведенных к нормальному состоянию, пока­ зана на рис. 47. Такой вычислитель содержит блок ручного ввода и индикации параметров 1 , блок постоянного запомина­ ющего устройства с программой вычисления 2 , блок оператив­ ного запоминающего устройства (память вводимых данных и промежуточных результатов вычисления с резервным пита­ нием) 3, блок микропроцессора и таймера 4, блок входных коммутаторов 5 с аналого-цифровым преобразователем, блок индикации суммарного объема газа 6 с цифро-аналоговым преобразователем, а также шину «данных—адреса» 7.

Внешний вид лицевой панели вычислителя расхода пока­ зан на рис. 48. На передней панели вычислителя расположены два электрических выемных ключа 1 с кнопкой разрешения ввода данных 2 , электронные часы с переключателем 3 и кноп­ кой управления 4, индикаторное табло 5, кнопочный цифровой блок ввода постоянных данных 7, индикаторное цифровое табло контроля вводимых и выводимых параметров 6 , пере-1 ключатели ввода данных 8 , 9, 14, счетчик объема отпущенного газа 1 0 , цифровой индикатор мгновенного расхода 1 1 н цифро­ печатающее устройство 12 с кнопкой управления печатью 13.

Рассмотренный вычислитель обеспечивает автоматическое вычисление расхода и объема отпущенного газа, приведенного к нормальному состоянию в соответствии с формулами (17)— (19), цифропечать выходных данных с указанием времени циф-

135

Ар р Т р р„

V "

Вход датчиков

Рис. 47. Структурная схема автоматического вычислителя расхода и объема газа» приведенных к нормальным условиям.

Время

Зап и сь

				4000м 3
				Суммарный объем газа
ш	ш	Вводданный№1		м 3/ч
шл§н@		Ртах	ГРн
				Суммарный,расход
§	§	Pmin -'^'^-Ррасч
		Ввод данных№’2		25.07.87	6S42868
		%£02~УЗРС^Ртах
				L 26.07.87	8766882 J

Ввод данных.		Ртах
ф	Ф	Печать
Неиспр.	Норм.	из-
н	5
Контроль	Печать

Рис. 48. Внешний вид лицевой панели вычислителя расхода и объема газа.

ропечати, контроль всех вводимых параметров, а также руч­ ной ввод объемного содержания азота, углекислого газа и других необходимых данных. В отдельных моделях вычислителей цифропечатающее устройство может выполняться в виде от­ дельного автономного блока. Основная погрешность вычисли­

те

теля обычно не превышает 0,05%. Вычислитель рассчитан на работу с первичными преобразователями перепада давления, давления, температуры и плотности газа в нормальных или рабочих условиях с унифицированными выходными сигналами 0—5; 0—20 или 4—20 мА. Изменение значений вводимых в па­ мять вычислителя постоянных коэффициентов, а также пара­ метров газа и сужающего устройства возможно только при на­ личии вставленных в замки обоих выемных ключей 1 (ключа, поставщика газа и ключа потребителя газа) с автоматической цифропечатью всех вновь введенных коэффициентов и пара­ метров.

6.3. РАСХОДОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС С АВТОМАТИЧЕСКИМ ВЫБОРОМ ИЗМЕРЯЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ

Для повышения точности и надежности измерения расхода газа находят применение расходоизмерительные комплексы с параллельным вычислением расхода газа как по показаниям датчиков перепада давления в комплекте с измерителями плот­ ности газа в нормальных и рабочих условиях, так и по пока­ заниям датчиков давления, температуры и плотности газа в нормальных условиях с вычислением отклонения между ре­ зультатами обоих расчетов. При этом за основу вычислений принимаются данные, полученные по результатам измерения перепада давления, а также измерителей плотности газа в ра­ бочих и нормальных условиях.

В случае, если разность результатов этих двух вычислений превышает заданную величину, например 0,3%, то происходит переключение на резервный трубопровод или ведется расчет по показаниям датчиков перепада давления, давления, темпе­ ратуры и плотности газа в нормальных условиях с выдачей сигнализации о неисправности устройства.

Принципиальная схема комплекса с выбором измеряемых параметров приведена на рис. 49. Такой комплекс содержит измерительный трубопровод 2 с диафрагмой 1, дифманометр 4, преобразователь давления 3, термометр 6 , преобразователь

плотности газа в рабочих условиях	1 0 со вторичным прибо­
ром 9, измеритель плотности газа в	нормальных условиях 8 ,

а также микропроцессорный вычислитель расхода газа 5 с циф­ ропечатающим устройством 7.

Комплекс работает следующим образом. Выходные сигналы всех первичных датчиков поступают на вычислитель 5, который производит одновременное вычисление расхода газа как по формуле (15), так и по формуле (17). В случае, если разность вычислений расхода газа по обеим формулам не превышает 0,3%, за основу расчета принимается значение расхода газа, вычисленное по формуле (15), т. е. при измерении перепада

137

Рис. 49. Принципиальная схема расходоиэмерительного комплекса с автоматическим выбором измеряемых параметров.

давления, а также плотности газа в рабочих и нормальных условиях.

Если же разность вычислений превышает заданную погреш­ ность, то производится автоматическое переключение на резерв­ ный трубопровод или вычисляется расход газа по формуле (17).

При использовании многониточных пунктов учета газа пер­ вичные преобразователи и измерители перепада давления,дав­ ления, температуры и плотности газа в рабочих условиях уста­ навливаются на каждом измерительном трубопроводе с после­ дующим суммированием показаний отдельных вычислителей с помощью сумматора (на схеме не показан) или с помощью одного общего вычислителя, обеспечивающего расчет суммар­ ного расхода и количества газа по пункту учета в целом.

Описанные комплексы выпускаются фирмами «Даниель» (Англия), «Зальцгиттер» (ФРГ) и др. Основная инструменталь­ ная погрешность комплексов не превышает 0,3—0,4%.

6.4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ БЛОЧНО-КОМПЛЕКТНЫЕ ПУНКТЫ УЧЕТА ГАЗА И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

Многониточный пункт учета газа крупного газового про­ мысла или магистрального трубопровода является достаточно сложным инженерным сооружением, содержащим блок измери­ тельных трубопроводов с входным и выходным коллекторами, измерительные трубопроводы, снабженные необходимой запор­ ной арматурой и быстросменными сужающими устройствами (камерами для смены диафрагм), а также блок-боксы для раз­ мещения первичных датчиков и электронной аппаратуры, укры-

138

тия для кранов и быстросменных сужающих устройств, обогре­ ваемые импульсные линии и т. д.

Блочно-комплектные пункты учета газа сооружаются для подключения к магистральным трубопроводам с условным диа­ метром от 400 до 1400 мм, рассчитанным на рабочее давление

7,5 и 10 МПа.			строительства пунктов	учета
С	целью	индустриализации
газа	рядом	зарубежных фирм,	таких как «Инстромет»	(Бель­

гия), «Даниель» (США, Англия), «Бопп Рёйтер» (ФРГ) и др., выпускаются автоматизированные блочно-комплектные пункты учета газа полной заводской готовности на расходы 5, 10, 20, 50 и 100 млн. м3/сут.

Автоматизированный блочно-комплектный пункт учета газа с пропускной способностью до 100 млн. м3/сут для магист­ рального газопровода диаметром 1440 мм, ру= 7,5 МПа, пол­ ной заводской готовности показан на рис. 50. Такой пункт со­ держит блок измерительных трубопроводов с входным 5 и вы­ ходным 1 0 коллекторами, измерительными трубопроводами 6 , камерами для установки измерительных диафрагм 13, отклю­ чающими полнопроходными шаровыми кранами 1 1 , а также блок-бокс 1 2 с первичными взрывобезопасными преобразова­ телями, блок-бокс 7 с вычислительной расходоизмерительной аппаратурой и помещение 8 для размещения персонала, пове­ рочной аппаратуры и производства ремонтно-восстановитель­ ных работ.

Блок измерительных трубопроводов подключается парал­ лельно магистральному газопроводу 3 с помощью шаровых кранов 4 и 9. Для улучшения работы первичных преобразова­ телей, их обслуживания и сокращения длин импульсных линий блок-бокс 1 2 размещается непосредственно над измеритель­ ными трубопроводами. Магистральный газопровод 3 с байпас­ ным краном 1, а также коллекторы 5 и 10 размещаются под землей, а измерительные трубопроводы 6 имеют наземное рас­ положение. Измерительные трубопроводы и их арматура раз­ мещаются над землей на бетонных опорах. С целью исключе­ ния обмерзания и гидратообразования импульсные линии обо­ греваются взрывобезопасным термокабелем.

Пункт учета газа с пропускной способностью 100 млн. м3/сут, рассчитанный на давление 7,5 МПа, содержит пять измерительных трубопроводов диаметром 720 мм (четыре ра­ бочих и один резервный).

Пункт учета газа работает следующим образом. Входной поток газа Q при закрытом кране 1 поступает во входной кол­ лектор 5, выполненный диаметром 1220 мм с целью снижения его стоимости, и разветвляется на параллельные потоки Qi, Qa, Qz, <24Эти потоки измеряются с помощью измерительных диафрагм, а затем снова собираются в общий поток Q и по коллектору 1 0 поступают обратно в магистральный газопро*

139

о

Рис. 50. Внешний вид автоматизированного блочно-комплектного многоннточного пункта учета газа.