книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

Mofo гаЗом Низкбго Давления. Снижение давления газа, отби­ раемого из выкидной линии высокого давления, осуществляет­ ся с помощью двухступенчатого регулятора давления 18, кор­ пус которого также обогревается горячей водой для исключе­ ния обмерзания его клапана.

Благодаря тому что регулятор давления газа находится в теплом помещении, а его корпус обогревается горячей водой, исключается образование в нем гидратов и примерзание кла­ пана, что обеспечивает гарантированное газоснабжение систе­ мы отопления и электроснабжения от термоэлектрогенератора 16. Аккумуляторная батарея 14 работает в режиме постоянного подзаряда от термоэлектрогенератора, что также повышает на­ дежность энергоснабжения приборов и системы передачи дан­ ных.

При установке отапливаемого блок-бокса на кусте скважин с размещением в нем всех измерительных диафрагм и прибо­ ров обеспечивается надежное местное и дистанционное изме­ рение дебита на устье всех скважин куста, исключается необ­ ходимость прокладки электрических кабелей на его территории и создается возможность отдыха персонала, приезжающего на куст скважин для ремонтно-восстановительных работ.

8.4. МАССОВЫЙ РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТИ И ГАЗА

СКОЛЕБЛЮЩИМСЯ КОЛЕНОМ

Всвязи с тем что газ является сжимаемой средой, для опре­ деления расхода и объема отпущенного газа с помощью сужа­ ющих устройств, турбинных, вихревых и других распространен­ ных расходомеров в их показания приходится вводить много­

численные поправки, что снижает точность определения расхода и объема газа и значительно усложняет и удорожает расходоизмерительные комплексы. В то же время существуют мас­ совые расходомеры, показания которых, выраженные в кило­ граммах в секунду или в килограммах в час, не зависят от дав­ ления, температуры, плотности и состава измеряемого вещест­ ва. Известно множество конструкций массовых расходомеров, но их сложность, наличие подвижных частей, уплотнений вра­ щающихся валов, необходимость электропитания для привод­ ных электродвигателей и значительная погрешность измерения были причиной отказа от их широкого применения.

Однако в последнее время фирмой «Брукс Инструмент» (США) был разработан и успешно применен новый тип мас­ сового расходомера для небольших расходов жидкости и газа, в котором устранены перечисленные недостатки. Массовый рас­ ходомер жидкости и газа с колеблющимся коленом обладает существенными преимуществами при измерении нестационар­ ных потоков с высокой точностью. Он нашел уже успешное применение в качестве счетчика сжатого газа, заправляемого

191

89 id

Рис. 81. Устройство и принцип	работы	массового расходомера жидкости	и газа
с колеблющимся коленом.
а — первичный преобразователь	расхода;	б — л — положения чувствительного	элемента

и различные периоды времени; м — расчетная схема.

в баллоны автомобиля, а также счетчиков углеводородного кон­ денсата и других жидкостей с переменной плотностью.

Устройство первичного преобразователя массового расходо­ мера с колеблющимся коленом показано на рис. 81, а. Он со­ держит отрезок трубы 17 с двумя фланцами 1, 12 на концах, разделенной на три изолированных перегородками 13,15 части. К выступающим частям перегородок 13, 15 приварено основа­ ние расходомера 2. К трубе 17 и основанию 2 приварены два

192

рубчатых колена 3, 16 из материала с малым температурным коэффициентом модуля упругости. В верхней части трубчатых колен, в местах перехода трубы от прямолинейного к изогну­ тому участку, закреплены две площадки 5, 11, на которых смонтированы узел возбуждения колебаний колен, содержащий магнит 8 и катушку 7, катушки 4 и 9 и магниты 6 и 10 левого и правого узлов измерения взаимного расположения трубчатых колен. Концы трех упомянутых катушек соединены с тонкими проводами 18, приклеенными к наружной поверхности площа­ док 5, 11, колена 3 и основания 2 и заканчивающимися на штепсельном разъеме 14. Прибор может содержать и одно ко­ лено с жесткой стойкой вместо второго.

Преобразователь работает следующим образом. Сжатый газ или жидкость с массовым расходом QMпоступает через отвер­ стие фланца 1 в участок трубы 17, где разделяется на две ча­ сти, и по трубчатым коленам 5, 16 перетекает в правый (по схеме) участок трубы и выходит через отверстие фланца 12.

При протекании по вертикальным участкам трубчатых ко­ лен при их колебательном движении (приближении и удале­ нии друг от друга) поток испытывает кориолисово ускорение, воздействуя на трубы колен с силой, пропорциональной по вто­ рому закону Ньютона произведению массы проходящей среды и ускорения. При этом на участках колен, где среда переме­ щается от основания прибора 2 к площадкам 5, 11, силы на­ правлены против вектора мгновенной скорости колебательного движения труб колен. Напротив, на участках колен, где среда движется от площадок 5, 11 к основанию 2, силы направлены

в	сторону вектора скорости движения труб	колен. В связи
с	этим каждая из труб колен скручивается на	некоторый угол

и при колебательном движении проходит ряд положений, по­

казанных на рис. 81, б—л.

На этих рисунках схематически изображены положения од­ ного из колен 1 прибора, если на него смотреть со стороны его изогнутой части. Стрелкой в средней части проекции колена показано направление равнодействующей силы F, заставляю­ щей перемещаться среднюю часть (точку А) колена.

Рис. 81, б показывает положение колена, когда оно мак­ симально отклонилось вверх от среднего положения 0—0. Это верхняя мертвая точка. Колено остановилось и через мгнове­ ние изменит направление движения. Линия, соединяющая центры удаленных от основания прибора прямых участков труб, параллельна центрам труб, проходящих через основание при­ бора (показаны осевыми линиями).

Следующая фаза движения колена показана на рис. 81, в. За счет упругости материала труб колено начинает двигаться к своему среднему ненапряженному положению, увеличивая мгновенную скорость движения. За счет сил, вызванных проте­ кающей по колену средой и кориолисовым ускорением, левая

13 Зак. 1626

1 9 3

часть колена отстает от перемещения средней части, а правая часть — опережает ее.

На рис. 81, г средняя часть колена по инерции проходит свое равновесное среднее положение и ее скорость уменьшается. Со­ ответственно уменьшается угол изгиба удаленной от основания прибора части колена. На рис. 81, е колено максимально от­ клонилось от своего равновесного положения. Закручивание колена отсутствует. На рис. 81, ж—л показано, как колено проходит фазы движения, аналогичные изображенным на рис. 81, б—е, но из-за того что колено перемещается в проти­ воположную сторону, угол его кручения также имеет обратный знак.

Поскольку обычно в массовом расходомере используется два трубчатых колена, перемещающихся в противофазе одно к дру­ гому, при движении их друг к другу через положение равно­ весия одно колено будет занимать положение, аналогичное по­ казанному на рис. 81, г, а другое, — аналогичное показанному на рис. 81, и.

Из этих рисунков видно, что суммарный угол закручивания колен удваивается. Этот угол закручивания, как будет пока­ зано далее, пропорционален массовому расходу среды QM и измеряется с помощью двух узлов измерения взаимного рас­ положения колен. Эти узлы, как видно из рис. 81, а, содержат постоянный магнит 6 , связанный с одним из трубчатых колен, и катушку 4, связанную с другим коленом. При их взаимном перемещении в катушках наводятся эдс, меняющие свой знак при прохождении вблизи равновесного положения колен.

При отсутствии протока среды через колена последние не испытывают кручения и узлы измерения взаимного расположе­ ния колен фиксируют одновременное прохождение магнитов над катушками. При наличии массового расхода через колена последние испытывают кручение и магниты узлов измерения взаимного расположения колен проходят над катушками с за­ паздыванием At относительно друг друга.

Массовый расход QM образуется суммой элементарных объемов жидкости или газа с массой пц, движущихся со ско­ ростью v (рис. 81, м):

QM= 2 triiV,	(234)
i = 1

где п — число элементарных объемов.

При колебательном движении колена на его прямом участке

(до изгиба) на колено со стороны объема среды	с массой т х
действует сила, равная векторному произведению:
F — mi Х ак = 2/и,(» X	(235)

где ак — кориолисово ускорение, испытываемое объемом среды с массой пи. Угловая скорость to колебательного движения ко­

194

лена является периодической функцией. Она достигает макси­ мального значения при среднем положении колена Fmax=

=2/Ий)щах X V.

Всвязи с тем что скорость потока v в каждом прямом

участке колена имеет противоположное направление, силы воз­ действия потоков на трубы колена направлены в противопо­ ложные стороны и создается крутящий момент ДМ вокруг оси х:

AM = Fxr + Fir.

ПОСКОЛЬКУ Г \ = Гч — Г,

AM = 2F2 = 4mvar.

Суммарный момент М вокруг оси х, вызванный всем объе­

мом среды в прямых участках колена,
М = 2 AM = 4QM(ou.	(236)
(—о
Этот момент вызывает скручивание колена на угол 0	и ком­
пенсируется жесткостью k трубы:
4QM<nr = £0,

откуда Q ^= £0/ (4ыг).

Запаздывание At в прохождении магнитов над катушками

узлов измерения взаимного положения колен
At =	2г tg 0	2г	0.	(237)
	^шах	^шах
Учитывая, что t>max =	где	L — длина труб		колена, по­
лучаем	“max t-
0		At;
	2г
о—	bsZtr> l A <		=	< 2 3 8 >

Из выражения (238) следует, что массовый расход прохо­ дящей среды пропорционален только интервалу времени At, физическим (k) и геометрическим (L, г) постоянным прибора

ине зависит от угловой скорости (частоты) вибрации колена. Структурная схема массового расходомера с колеблющимся

коленом показана на рис. 82, а. Все электронные узлы распо­ лагаются в блоке первичной обработки сигнала 2 , который мо­ жет быть совмещен с первичным преобразователем расхода 3, и во вторичном приборе 1 расходомера. Катушка возбуждения колебаний трубчатых колен датчика возбуждается от генера­ тора 4, настроенного в резонанс с частотой собственных ко­ лебаний колен датчика.

Катушки блоков измерения взаимного положения трубчатых колен, генерирующие напряжения (рис. 82, б), соединены с диф-

13*

195

Рис. 82. Структурная схема массового расходомера жидкости и газа с колеблющимся коленом (а) и характер изменения напряжений на датчиках положения колена (б).

ференцирующими устройствами 5, позволяющими получить крутой перегиб в момент прохождения колен через положения равновесия (ем. форму напряжения U%). Затем это напряжение поступает на триггер-формирователь 6 (см. напряжение £/3).

Если через преобразователь отсутствует массовый поток, запаздывания прохождения магнитов над катушками обоих узлов измерения взаимного положения колен нет и разностное напряжение U4, снимаемое после блока вычитания 7, представ­ ляет собой узкие разнополярные импульсы. Пройдя через фильтр постоянной составляющей 8 , напряжение Us практиче­ ски равно нулю.

При наличии массового расхода сигналы, снимаемые с пре­ образователя 3, запаздывают друг относительно друга (они представлены на графиках Uz&, Use, U4', Us')• Из графиков

196

видно, что при этом формируются широкие однополярные им­ пульсы, среднее значение которых на выходе фильтра постоян­ ной составляющей образует определенное напряжение, преоб­ разуемое преобразователем 9 в выходной унифицированный

сигнал постоянного тока	(график /= ВЫх)	и	преобразователем
10 — в выходную частоту	(график /=вых).	Эта	частота интегри­

руется счетчиком 1 1 и является мерой прошедшего через при­ бор объема газа в единицах массы.

Массовые расходомеры с колеблющимся коленом обладают широким диапазоном измерения (от 4 до 100%) и имеют вы­ сокую точность (до 0,4%). Максимальное рабочее давление та­ ких расходомеров составляет 200 кгс/см2, максимальный изме­ ряемый массовый расход жидкости или газа 6 т/ч. Первичные преобразователи указанных расходомеров изготовляются с ус­ ловным проходам от 10 до 50 мм и рассчитаны на температуру окружающего воздуха от —40 до +50°С.

8.5. УЧЕТ ГАЗА, ЗАПРАВЛЯЕМОГО В АВТОМОБИЛИ НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ГАЗОНАПОЛНИТЕЛЬНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ (АГНКС|

Общие сведения об АГНКС. Все большее значение для на­ родного хозяйства приобретает заправка автомобилей сжатым природным газом. Перевод автомобилей на сжатый природный газ обеспечивает значительную экономию бензина и других жидких моторных топлив, уменьшает износ двигателей и также существенно снижает токсичность выхлопных газов, что при­ водит к очищению воздушных бассейнов городов и населенных пунктов.

Для возможности работы на сжатом природном газе авто­ мобиль снабжается баллонами высокого давления вмести­ мостью до 50 л, рассчитанными на рабочее давление 200 кгс/см2 или более. На легковых автомобилях обычно уста­ навливается один-два баллона, на грузовых и автобусах — до восьми баллонов, на передвижных газозаправочных станциях — до 100 баллонов. В легковых автомобилях баллоны размещают в багажниках или на крыше, а в грузовых — под рамой или ку­ зовом, за кабиной, на крыше и т. д.

Принципиальная схема газобаллонного автомобиля, рабо­ тающего как на сжатом газе, так и на бензине, приведена на рис. 83. Газовое оборудование автомобиля включает в себя от двух до восьми баллонов высокого давления 1 по 50 л каж­ дый, трубопроводную обвязку, манометр 2 , отключающие вен­ тили 3, наполнительный вентиль 4, заправочную головку 5, ре­ дуктор высокого давления 8 , электромагнитный газовый кла­ пан 1 1 и двухступенчатый редуктор низкого давления 1 2 .

Система подачи бензина в карбюратор 13 включает бензо­ бак 17 с бензопроводом 16, электромагнитный бензиновый кла-

197

12

Рис. 83. Принципиальная схема газобаллонного автомобиля, работающего как на сжа­ том газе, так и на бензине.

пан 14 и бензонасос 15. Для возможности работы на сжатом природном газе всасывающий канал карбюратора 13 оснаща­

ется дополнительным патрубком, служащим для	подвода газа
в карбюратор.	трубопроводов
С целью исключения гидратообразования

в холодное время года газовая линия принудительно обогрева­ ется с помощью теплообменника 6 теплом выхлопных газов ав­ томобиля, отбираемых из выхлопного коллектора 9. Темпера­ тура газа в теплообменнике может регулироваться из кабины водителя с помощью заслонки 7. Вся топливная система авто­ мобиля рассчитывается на питание как сжатым газом, так и бензином, 'поступающим из бензобака. Бензобак и система по­ дачи бензина в карбюратор полностью сохраняется. Переклю­ чение подачи топлива с бензина на газ, или наоборот, осу­ ществляется с помощью двух электромагнитных клапанов 1 1 и 14, устанавливаемых под капотом двигателя 10.

Для заправки газобаллонных автомобилей сжатым природ­ ным газом в городах, населенных пунктах и на автодорогах вблизи газопроводов сооружаются автомобильные газонапол­ нительные компрессорные станции (АГНКС). АГНКС подклю­

чаются к газопроводам с давлением 3, 6 или	12 кгс/см2 и обес­
печивают повышение давления газа до 220	или 320	кгс/см2
(в зависимости от типа АГНКС). В состав	АГНКС	входит
компрессорный цех, помещение операторов,	блок ресиверов

с системой охлаждения компримированного газа, а также га­ зораздаточные колонки с гибкими заправочными шлангами вы­ сокого давления.

Структурная схема АГНКС показана на рис. 84. АГНКС содержит входной трубопровод 2 с отсекающим краном 3, счет­ чик 6 поступающего на АГНКС газа с индикаторным табло 5,

198

И ш		1 J 1 п 1 Л				13	20	21
		о	1°			t t
а	>о							-22
	15	16	17 18-		11..шдз1(7;
					ш
			ш
	13		п-
			'Л	. t n
			I
						] |И		"2 8
				г	п	Г*—	Г
						1'
						---1
						—'		-29

Рис. 84. Структурная схема АГНКС.

ч

И ш)

27

\ f \ \

) V-/ >

сепаратор первой ступени 7 со сливным вентилем 4, компрес­ соры 8 и 1 0 , сепаратор второй ступени 1 1 со сливным венти­ лем 9, блок осушки газа 12, ресиверы 13, регулятор давления газа 14, помещение операторов 16 с системами автоматики и защиты 15, центральный вычислитель 17 заправляемого в авто­ мобили газа, а также газораздаточные колонки 21, 28 и 29.

Каждая газораздаточная колонка оснащается регулятором

давления	18, счетчиком	отпущенного газа 2 0 с индикаторным
табло 19,	манометром	контроля выходного давления газа 22

с гибким заправочным шлангом 23 с цилиндрическим герме­ тизирующим стальным наконечником. При заправке автомоби­ ля 25 шланг 23 герметично соединяется с заправочной голов­

кой автомобиля, оснащенного	баллонами 27, манометром 26
и наполнительным вентилем 24.	Внутренний диаметр заправоч­

ного шланга равен 10—15 мм.

Число газораздаточных колонок на АГНКС может быть в пределах от 2 до 7.

АГНКС работает следующим образом. Газ из магистраль­ ного газопровода 1 с давлением 3, 6 или 12 кгс/см2 предвари­ тельно осушается в сепараторе 7 и сжимается компрессорами 8 я 10 до давления 250 кгс/см2. При компримировании газа его температура существенно повышается, что вынуждает при­ нимать меры для охлаждения. После компримирования до

199

250 кгс/см2 газ осушается в блоке осушки 12 и подается в ре­ сиверы 13. При отборе газа в автомобили регулятор давле­ ния 14 снижает давление газа с 250 до 200 кгс/см2. С этим давлением газ поступает на газораздаточные колонки 2 1 , 28 и 29, а оттуда через заправочный шланг — в баллоны автомоби­ лей. При отборе газа в автомобили давление в ресиверах 13 снижается до определенного значения. Это давление фиксиру­ ется приборами системы автоматики, которая включает ком­ прессоры на время, необходимое для восстановления давления газа в ресиверах до 250 кгс/см2.

Объем заправки газом грузового автомобиля с восемью бал­ лонами при давлении 200 кгс/см2 составляет 100 м3, приведен­ ных к нормальным условиям, и обеспечивает пробег автомо­ биля 200—300 км. Общая вместимость восьми баллонов состав­ ляет около 400 л, а общая масса — 720 кг.

Как было выше указано, для учета заправляемого в авто­ мобили газа, а также газа, поступившего на АГНКС, на каж­ дой газораздаточной колонке и на входном трубопроводе АГНКС устанавливают счетчики. Информация со всех счетчи­ ков газораздаточных колонок поступает на центральный вычис­ литель 17 (рис. 84), который обрабатывает результаты измере­ ний и обеспечивает их распечатку на ленте цифропечатающего устройства с выдачей чека водителю заправленного автомо­ биля. Для удобства работы оператора вычислитель имеет дуб­ лирующие счетчики заправляемого в автомобили газа по всем газораздаточным колонкам, а также дублирующий счетчик поступившего на АГНКС газа.

Указанный вычислитель обеспечивает подсчет и индикацию объема заправленного в автомобили газа по каждой колонке, суммирование этих объемов, вычисление общего объема газа, отпущенного по АГНКС, а также объема поступившего на АГНКС газа, вычисление разности поступившего и отпущен­ ного газа и др. Определение объема газа, заправляемого в ав­ томобили, представляет собой достаточно сложную задачу, связанную с особенностями процесса заправки автомобиля сжатым газом. Эта особенность заключается в том, что в бал­ лоны автомобиля, имеющие заданный конечный объем с оста­ точным давлением газа (до заправки), через гибкий шланг небольшого сечения подается газ высокого давления до запол­ нения этим газом баллонов с конечным, наперед заданным давлением, например 200 кгс/см2.

Характеристика процесса заправки баллонов в координа­ тах «расход—время» показана на рис. 85. Расход газа в пер­ вый момент времени (от 0 до t\) резко возрастает и быстро достигает максимально возможного значения <2шах. Затем на

участке от	до t%расход газа медленно снижается, а на участ­
ке от ti до	t3 в связи с завершением процесса заправки и до-

200