УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА В МАГИСТРАЛЬНОМ ГАЗОПРОВОДЕ

Устройство для измерения расхода в магистральном газопроводе
Область техники
Полезная модель относится к устройствам для измерения расхода и может быть применена для коммерческого учета газа, транспортируемого по магистральным газопроводам.
Уровень техники
Диаметры современных магистральных газопроводов достигают 1600 мм. Расходомеры соответствующих диаметров не обеспечивают точности, необходимой для коммерческого учета, из-за погрешностей, вызываемых отклонениями их внутреннего сечения от формы идеального круга. Поэтому согласно действующему стандарту «Расход и количество природного газа. Методика выполнения измерений с помощью ультразвуковых преобразователей расхода» внутренний диаметр ультразвуковых преобразователей расхода (расходомеров) и примыкающих измерительных трубопроводов лежит в пределах от 100 мм до 900 мм [СТО Газпром 5.2-2005, п. 10.2.2].
В настоящее время расход газа в магистральных газопроводах измеряется на газоизмерительных станциях (ГИС), которые для обеспечения необходимой для коммерческого учета точности (погрешность не более 0,8%) выполняются многониточными из нескольких (4-5) параллельных надземных измерительных трубопроводов меньшего диаметра (как правило, 700 мм). Измерительные трубопроводы ГИС подключаются к подземному магистральному газопроводу с помощью подводящего и отводящего коллекторов [см. например, электронный ресурс http://neftegaz.ru/tech_library/view/4437/]. Для того, чтобы обеспечить стационарность газовых потоков, измеряемых расходомерами, каждый измерительный трубопровод включает прямые участки (подводящий и отводящий), суммарная длина которых (согласно СТО Газпром 5.2-2005, п. 9.2) может достигать 30 диаметров измерительного газопровода. С учетом необходимости эксплуатационного обслуживания параллельные измерительные трубопроводы располагаются на расстоянии друг от друга и занимают значительную часть площади землеотвода под ГИС.
Недостаток вышеописанных многониточных устройств для измерения расхода в магистральных газопроводах состоит в том, что для них требуется много трубопроводного оборудования и большая производственная площадь.
Известен также ультразвуковой расходомер US-800 (http//www.us800.ru/dvuhluch.htm, имеющийся в прайс-листе от 01.06.2008 г.)., содержащий встроенный в корпус многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода, предназначенный для подключения к блоку обработки, при этом корпус многоканального ультразвукового преобразователя расхода выполнен из трубы, диаметр которой совпадает с диаметром магистрального газопровода, и имеет соосные сварные соединения с подводящим и отводящим прямыми участками магистрального трубопровода.
Это устройство рассматривается в качестве прототипа.
Недостаток прототипа - низкая точность измерения расхода, не позволяющая использовать прототип для коммерческого учета расхода газа в магистральном газопроводе.
Сущность полезной модели
Предметом полезной модели является устройство для измерения расхода в магистральном газопроводе, содержащее встроенный в корпус многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода, предназначенный для подключения к блоку обработки, при этом корпус многоканального ультразвукового преобразователя расхода выполнен из трубы, диаметр которой совпадает с диаметром магистрального газопровода, и имеет соосные сварные соединения с подводящим и отводящим прямыми участками магистрального газопровода, отличающийся тем, что многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода охвачен с поверхности корпуса жестким бандажом.
Технический результат полезной модели - повышение точности измерения до необходимой для коммерческого учета расхода газа в магистральном газопроводе.
Осуществление полезной модели
На фигуре показан пример выполнения заявляемого устройства.
Многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода встроен в корпус 1, который выполнен из трубы, диаметр которой совпадает с диаметром магистрального газопровода, и имеет соосные сварные соединения 2 и 3 с подводящим 4 и отводящим 5 прямыми участками магистрального газопровода. Длины прямых участков 4 и 5 составляют не менее 15D и 2D соответственно, где D - номинальный внутренний диаметр магистрального газопровода и совпадающий с ним внутренний диаметр корпуса 1. Если магистральный газопровод, включая участки 4 и 5, проходит под землей, заявляемое устройство также располагается ниже уровня земной поверхности в колодце, обеспечивающем доступ к устройству при эксплуатации. Пунктиром показана поверхность земли и очерчены подземные контуры такого колодца.
Многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода может содержать, например, восемь пар обратимых ультразвуковых первичных преобразователей 6, установленных с помощью бобышек по периметру корпуса 1 и образующих восемь хордовых измерительных каналов. Хордовые измерительные каналы расположены по четыре канала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, наклоненных к оси корпуса 1 под углом 45°. С поверхности корпуса 1 многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода охвачен жестким бандажом 7 в форме обечайки.
Первичные преобразователи 6 снабжены выводами 8 и 9 для подключения к электронному блоку обработки (на фигуре не показан) и функционируют под его управлением.
Устройство работает следующим образом.
i
Обратимые преобразователи 6 каждого хордового канала действуют попеременно в качестве передатчиков и приемников ультразвука. Расположение измерительных каналов в плоскости, наклоненной под углом 45° к оси корпуса 1, позволяет в каждом канале измерять время и (исходя из известной длины L соответствующего хордового канала) скорости прохождения ультразвука в направлении газового потока и против него. По разности этих скоростей определяется локальная скорость газового потока в каждом i-ом канале, а затем средняя (интегральная) скорость V газового потока через сечение корпуса 1. Использование нескольких хордовых каналов позволяет учесть неравномерность профиля скоростей по сечению газового потока и с необходимой точностью вычислить его интегральную скорость.
2
Объемный расход Q находится как произведение интегральной скорости V потока и площади внутреннего сечения корпуса 1 по формуле Q=VπD/4.
Группы из четырех хордовых каналов, расположенных в одной плоскости, могут работать независимо в режиме дублирования или резервирования.
i
Как показали проведенные исследования, увеличение числа хордовых измерительных каналов ультразвукового преобразователя расхода, установленного между двумя прямыми участками достаточной протяженности магистрального газопровода, позволяет эффективно уменьшать погрешность определения средней скорости V потока, вызванную неравномерностью профиля скоростей. Однако, при увеличении диаметра D свыше 700 мм существенно возрастает погрешность, связанная с отклонениями геометрических параметров (L и D) от номинальных значений вследствие вибрации корпуса 1 при прохождении газового потока. Например, в известном устройстве «Гиперфлоу-УС» исполнения «Т», предназначенном для технологического учета в газопроводах большого диаметра, такая погрешность составляет 1,35-1,60%, что неприемлемо для коммерческого учета расхода газа [каталог продукции научно-производственной фирмы «Вымпел», электронный ресурс http.//www.npovympel.ru].
Жесткий бандаж 7 в форме обечайки позволяет существенно уменьшить указанные отклонения и, соответственно, снизить их влияние на результаты определения расхода. Необходимая жесткость бандажа 7 обеспечивается в результате расчета его конструктивных параметров (внутреннего и внешнего диаметров) и выбора характеристик материала (например, стали) так, чтобы суммарная относительная погрешность определения расхода Q, включающая составляющие, обусловленные погрешностями определения интегральной скорости V и площади внутреннего сечения корпуса 1, не превышала 0,8% при всех воздействиях, возникающих в процессе эксплуатации магистрального газопровода.
Охват многоканального ультразвукового преобразователя расхода с поверхности корпуса 1 жестким бандажом позволил повысить точность измерения расхода до необходимой для коммерческого учета расхода газа в магистральном газопроводе.
Экспериментально полученная при этом погрешность измерения расхода не превысила 0,8%, что позволяет использовать заявляемое устройство в качестве однониточного средства для коммерческого учета расхода газа в магистральных газопроводах большого диаметра.