УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА НА АГНКС

Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения расхода природного сжатого газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) при заправке газобаллонного оборудования автомашин сжатым природным газом.
Заправка газобаллонного оборудования автомашин осуществляется сжатым природным газом с рабочим давлением 20МПа из заправочной магистрали Ду 10-15 мм в газобаллонное оборудование (баллоны) автомашин с остаточным давлением в них 0,5-10 МПа.
Процесс заправки, в зависимости от количества баллонов в газобаллоном оборудовании и остаточного давления в них, является кратковременным и длится от 2 до 15 минут.
1. В магистральных газопроводах ГОСТ 8.586.1-2005 для определения расхода газа применяется диафрагма (принцип действия - перепад давлений) с различными контроллерами типа «Суперфлоу» или счетчиками турбинного действия типа «СГ».
Указанные устройства настраиваются и работают на стационарных режимах течения газового потока с небольшим изменяющимся интервалом перепада давлений (0,1-0,3). Недостаток данного способа применительно для АГНКС заключается в следующем:
- отсутствие стационарного течения газа в газозаправочной магистрали;
- невозможно использование механических турбинных счетчиков типа СГ:
а) по условиям прочности из-за возникающего большого крутящего момента при значительных кратковременных (2-15 минут, условия заправки) перепадах давления;
б) из-за несоответствия габаритных размеров счетчика (минимальный диаметр 50 мм) и диаметра газозаправочной магистрами (Ду=15 мм).
2. На АГНКС в системах учета расхода газа применяется массомер, основанный на корриолисовом ускорении («Система измерительная-управляюшая СИУ-01-Ех», изготовления ООО «НПО Ротор»). К недостаткам данного метода относится:
- зарубежное производство массомера;
- значительная стоимость массомера свыше 100000 рублей;
- большие эксплуатационные расходы при настройке и ремонте массомера.
3. «Способ определения расхода газа» (патент №2225595). Способ включает измерение давление и температуры до преобразователя в виде трубы «Вентури» и давления или температуры в наиболее узком сечении преобразователя. Расход вычисляется путем проведения расчета с использованием закономерностей необратимого адиабатического процесса изменения состояния газа в преобразователе. В данном способе предполагается как можно в большим интервале использовать расчет расхода газа при критическом его истечении, поскольку указана площадь в начальном сечении с Ду=12 мм и площадь в критическом сечении с Ду=1,5 мм при заправке газа с давлением Р∗=20 МПа в пустые автомобильные баллоны. К недостаткам способа можно отнести:
- при критическом истечении газа, при указанных геометрических параметрах в минимальном сечении сопла скорость потока (V) устанавливается равной местной скорости звука, где возникают скачки уплотнения и происходит потеря давления. При таком истечении в начальный момент заправки происходит резкое падение статического давления газа -Р на 10 МПа, затем выравнивание статического давления до значения равного полному давлению (скорость истечения равна 0). При интенсивных заправках автомашин на АГНКС такой процесс заправки приводит к частому сбою настройки датчика и соответственно к неточности расчета газа, а также к преждевременному выходу его из строя:
- процесс оценки величины потери давления сам по себе очень сложный и трудоемкий;
- оценка величины площади минимального сечения (Ду=1,5 мм), влияющая на точность расчета, так же сложена, так как десятые доли миллиметра влияют на точность расчета в предложенном алгоритме;
- при указанных геометрических параметрах (минимального сечения) процесс заправки автомашин возрастает по времени в 8 раз, что тоже немаловажный фактор на АГНКС.
4. Наиболее близким аналогом (прототипом) является «Способ определения расхода воздуха в магистрали и устройство для его измерения» (патент №1317402). Устройство содержит сужающее устройство в виде трубки «Вентури» со штуцерами отбора воздуха в широком и узком сечениях, присоединенные к этим штуцерам соответственно датчики давления, выходы которых подключены к входу блока вычисления расхода, производящего математические вычисления с извлечением квадратного корня из произведения давления и перепада давления.
К недостаткам данного устройства, применительно для АГНКС, можно отнести:
- требование сохранения узкого диапазона изменения давления и перепада давления газа в месте замеров параметров газового потока;
- настройка вычислительного блока к изменению перепада давления и давления газа.
Технической задачей, стоящей перед полезной моделью, является конструктивная разработка сужающего устройства на основе трубки «Вентури» для устранения вышеперечисленных недостатков, влияющих на точность расчета расхода газа, а именно:
- устранение скачков уплотнения;
- повышение надежности датчиков;
- повышение точности измерения датчиков;
- повышение скорости расчета;
- расширение диапазона измерения давления газа.
Согласно предложенной полезной модели решение поставленной технической задачи достигается тем, что в сужающее устройство в виде трубки «Вентури» со штуцерами отбора воздуха в широком и узком сечениях, присоединенные к этим штуцерам соответственно датчики давления, выходы которых подключены к выходу блока вычисления расхода, производящего математические вычисления, в мерную камеру устройства ввели две шайбы, первая из которых с отверстием диаметром 2,7-3,1 мм. выполнена с косым срезом, определяет минимальное сечение мерной камеры устройства, вторая шайба с отверстием диаметра, превышающим на 1-2 мм. диаметр сечения отверстия первой шайбы, устанавливается на выходе из мерной камеры устройства, организует оптимальное отношение давлений Р∗/Р, изменяющегося в процессе заправки в пределах от (1,3-1,2) до 1 в месте замера статического давления газа.
Предложенное решение устройства для измерения расхода газа на АГНКС (далее просто устройство) позволяет:
- устранить скачки уплотнения статического давления газа в месте замера;
- упростить математическую модель расчета;
- повысить надежность работы датчика статического давления за счет меньшего диапазона изменения давления Р;
- повысить точность измерения датчиков;
- расширить диапазон измерения давления газа;
- повысить точность оценки расхода газа применительно для АГНКС,
а устройство отличается:
- простотой изготовления;
- низкой себестоимостью;
- простотой настройки устройства в эксплуатации.
Устройство для измерения расхода газа на АГНКС Фиг.1 состоит: корпуса 1, передней втулки 2, шайбы с косым срезом 3, посадочного места для датчика статического давления 4, задней втулки 5, регулировочной шайбы 6, накидных гаек 7, соединительных штуцеров 8.
Работа устройства заключается в следующем. Масса (объем) компримированного сжатого природного газа, проходящего через устройство, вычисляется по зависимости Gг=f(P*, Р, Т*, Fм), («Прикладная газовая динамика» Г.Н. Абрамович, изд. Наука Москва 1969 г., гл.4, стр.222),
где:
Т*, Р*- полная температура и давление газового потока, измеряемые на входе в устройство;
Fм - площадь минимального сечения устройства;
Р - статическое давление газа, измеряемое в узком сечении. Путем измерения полного давления Р* и температуры газа Т* в магистрали к газозаправочной колонке, статического давления газа Р в мерной камере устройства. Проходя через минимальное сечение мерной камеры часть полной энергии газа переходит в кинетическую энергию, что обуславливает падение статического давления в данном месте замера и затем, по мере прекращением движения газового потока, выравнивание его до полного давления газа. Диаметр минимального сечения выбирается меньшим минимального диаметра газозаправочной магистрали газобаллонного оборудования автомашины, равным 2,7-3,1 мм. Необходимый перепад давления, изменяющийся в процессе заправки в пределах от (1,3-1,2) до 1, определяется для данной шайбы с косым срезом установкой в конце мерной камеры шайбы с диаметром отверстия, превышающим на 1-2 мм минимального диаметра мерной шайбы.
Предложенное устройство в составе системы учета газа на АГНКС проходит испытания на АГНКС ООО «Газпром трансгаз Самара». Имеются положительные результаты эксплуатации.
Устройство для определения расхода газа на АГНКС входит в систему учета газа на АГНКС.
Система учета газа Фиг.2 состоит из следующих основных частей:
- Устройство для измерения расхода газа на АГНКС 3 (4 шт.), преобразователь комплекса сигналов (ПКС) 1 шт., измеритель полного давления 1 (1 шт.), измеритель статического давления 4 (4 шт.), измеритель температуры газа 2 (4 шт.), ПЭВМ.
Измеритель полного давления 1 устанавливается в штатном стакане трубопровода, идущего от аккумуляторов газа до газораздаточных колонок (ГЗК). Измеритель статического давления газа 4 устанавливается в устройстве 3, установленном в трубопроводе, подходящем к газозаправочной колонке (ГЗК). Термопреобразователь сопротивления 2 устанавливается в стакане трубопровода, подходящем к ГЗК. Измерителем полного и статического давления в рассматриваемой системе учета расхода газа с применением устройства являются датчики избыточного давления взрывозащищенные типа МИДА-ДИ-01-Вн, измерителем температуры - термопреобразователь сопротивления ТСМУ 015-02.60.
2
Работа системы учета газа происходит следующим образом. Значения давлений и температура газа в виде электрических сигналов поступают на вход ПКС (Фиг.2). Выходной сигнал из ПКС по инерфейсу RS-232 поступает в ПЭВМ, на дисплее ПЭВМ отображается текущая информация о полном, статическом давлении и температуре газа. Перед началом заправки (отсутствие скорости газового потока) полное и статическое давление газа равны. В начале заправки с клавиатуры ПЭВМ через ПКС подается сигнал на открытие электрической задвижки 5 (Фиг.2) ГЗК. Из аккумуляторов газа по трубопроводам через устройство сжатый природный газ поступает в баллоны автомашины. В самом узком сечении устройства возникает максимальная скорость движения газового потока, в результате статическое давление газового потока падает и по мере снижения скорости потока возрастает (Р*=Р+V/2000). В ПЭВМ по специальному алгоритму расчета расхода газа обрабатываются значения параметров и на дисплее отображается текущая информация о количестве заправленного газа (в кг), его стоимости, величин полного, статического давлений и температуры сжатого газа. При достижении равенства полного и статического давлений (прекращении движения газа) происходит закрытие задвижки в автоматическом режиме, при этом подается сигнал на кассовый аппарат и пробивается кассовый чек с указанием объема и стоимости отпущенного газа.