УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РАСХОДА ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ С ИЗМЕНЯЮЩИМИСЯ ПАРАМЕТРАМИ

Полезная модель относится к области технологических измерений, а именно, к средствам контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами, которые широко применяются на установках различных отраслей промышленности и магистральных трубопроводах.
Известна установка для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющими параметрами (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азимзаде А.Ю. Технологические измерения и приборы. М.: Высш. школа. 1989. с. 221-222), которая содержит дроссельный расходомер, состоящий из сужающего устройства, размещенного в трубопроводе, и датчика разности давления, а также датчики абсолютного давления, абсолютной температуры и плотности газа в нормальных условиях, сигналы которых используются для коррекции сигнала дроссельного расходомера. При этом в зависимости от сложности и стоимости установки в ней помимо дроссельного расходомера для коррекции его сигнала используются один, два или три названных выше датчиков. Коррекция осуществляется с помощью вычислительно устройства, в которые поступают сигналы этих датчиков.
Недостатком такой установки является низкая точность измерений, которая определяется необходимостью использования четырех прямых измерений и выполнение нескольких вычислительных операций.
Известна установка для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами (Плотников В.М., Подрешетников В.Α., Тетеревятников Л.Н. Приборы и средства учета природного газа и конденсата. Л.: Недра. 1989. с. 137-138), содержащая дроссельный расходомер, состоящий из сужающего устройства, размещенного в трубопроводе, и датчика разности давлений, датчик плотности газа в рабочих условиях и вычислительное устройство к которому подключены выходы обоих датчиков. С помощью такой установки массовый расход газового потока определяется как результат косвенного измерения, осуществляемого с использованием только двух датчиков, а именно, датчика разности давления на сужающем устройстве и датчика плотности газа в рабочих условиях, т.е. при текущих значениях абсолютного давления и абсолютной температуры в трубопроводе. Обычно в такой установке используются вибрационные датчики плотности газа. Эти датчики в настоящее время являются наиболее распространенными.
Недостатком такой установки является то, что на резонансном элементе вибрационного датчика плотности газа, при уменьшении температуры газа в трубопроводе может происходить конденсация паров таких углеводородов как пентан, гексан, гептан, октан и другие, содержащиеся в газе, что может вызывать сезонное увеличение погрешности измерений плотности газа в рабочих условиях и, как следствие, уменьшать точность измерений массового расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами.
Задачей полезной модели является создание установки для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами.
Техническим результатом полезной модели является увеличение точности контроля расхода газовых потоков не зависимо от сезонных колебаний температуры газа в трубопроводе.
Поставленная задача и, как следствие, технический результат достигаются тем, что в установке для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами, содержащей дроссельный расходомер, состоящий из сужающего устройства, размещенного в трубопроводе, датчик разности давлений, датчик плотности газа и вычислительное устройство к которому подключены выходы обоих датчиков, согласно полезной модели она дополнительно содержит два датчика абсолютной температуры, электронагреватель со стабилизированным источником питания и проточную камеру, причем проточная камера с одним из датчиков абсолютной температуры размещены во внутренней полости трубопровода, а датчик плотности газа, электронагреватель и второй датчик абсолютной температуры размещены во внутренней полости камеры, при этом выходы обоих датчиков абсолютной температуры подключены к вычислительному устройству.
Такая конструкция позволяет поддерживать температуру камеры, в которой размещен датчик плотности газа, большей, чем температура газа в трубопроводе. Это позволяет нагревать резонирующий элемент вибрационного датчика плотности до температуры, при которой на нем не конденсируются пары тяжелых углеводородов, что обеспечивает независимость результатов измерений плотности от сезонных колебаний температуры газопровода и газа в нем. При этом путем дополнительных измерений абсолютных температур газа в проточной камере и трубопроводе, определяется плотность газа в рабочих условиях.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительные особенности в совокупности элементов и их взаимного расположения.
Схема установки для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами показана на фигуре.
Установка для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами содержит дроссельный расходомер, состоящий из сужающего устройства 1, размещенного в трубопроводе 2, и датчика 3 разности давления, датчик 4 плотности газа в рабочих условиях, вычислительное устройство 5, к которому подключены выходы обоих датчиков 3 и 4. Установка дополнительно содержит два датчика 6 и 7 абсолютной температуры, электронагреватель 8 со стабилизированным источником питания 9 и проточную камеру 10. Эта камера 10 и датчик 6 абсолютной температуры размещены во внутренней полости 11 трубопровода 2, а датчик 4 плотности газа в рабочих условиях и датчик 7 абсолютной температуры размещены во внутренней полости 12 проточной камеры 10. Выходы датчиков 6 и 7 абсолютной температуры соединены с вычислительным устройством 5. Внутренняя полость 12 проточной камеры 10 сообщается с внутренней полостью 11 трубопровода 2 через отверстия 13 и 14.
Установка для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами работает следующим образом.
Поток газа протекает через сужающее устройство 1 и создает на нем разность давлений, которое измеряется датчиком 3 разности давлений. Сигнал датчика 3 поступает в вычислительное устройство 5. Одновременно датчик 4 плотности измеряет плотность газа в рабочих условиях и его сигнал поступает также в вычислительное устройство 5. По названным двум сигналам рассчитывают массовый расход газа G по формуле:
где:
k - постоянный коэффициент;
р
ρ - плотность газа в рабочих условиях;
1
P - давление перед сужающим устройством;
2
P - давлений после сужающего устройства.
Для исключения конденсации паров жидких углеводородов, содержащихся в газе, на резонирующем элементе датчика 4 плотности этот датчик 4 размещают в проточной камере 10, температура, в которой поддерживается значительно большей, чем температура газа в трубопроводе 2 с помощью электронагревателя 8, который получает электропитание от стабилизированного источника питания 9. Непрерывно осуществляется измерение абсолютной температуры газа в трубопроводе 2 с помощью датчика 6 и абсолютная температура газа в проточной камере 10, с помощью датчика 7. По результатам измерений сигналов датчиков 4, 6 и 7 плотность газа в рабочих условиях трубопровода 2 определяется из выражения:
где:
к
ρ - плотность газа в проточной камере 10;
т
T - абсолютная температура газа в трубопроводе;
к
T - абсолютные температуры газа в проточной камере.
С учетом выражения 2 массовый расход газа определяется из выражения:
к
где ρ - плотность газа в проточной камере 10;
т
T - абсолютная температура газа в трубопроводе;
к
T - абсолютная температура газа в проточной камере.
1
P - давление перед сужающим устройством;
2
P -давлений после сужающего устройства.
Таким образом, использование двух дополнительных измерений абсолютной температуры газа в проточной камере 10 и трубопроводе 2, которые могут быть выполнены с высокой точностью, позволяет создать установку для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами, сигнал которой инвариантен к сезонным колебаниям температуры газа в трубопроводе.
Экспериментально установлено, что для обеспечения возможности таких измерений достаточно поддерживать температуру в проточной камере 10, равной 70°C.
Преимуществами предлагаемого технического устройства являются:
- простота конструкции;
- независимость результатов измерений расхода от сезонных колебаний температуры газа в трубопроводе;
- низкие дополнительные затраты.
Предложенная установка для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами может быть реализована на базе стандартного дроссельного расходомера, датчика плотности газа в рабочих условиях и стандартных высокоточных датчиков абсолютной температуры.
Установка для автоматического контроля расхода газовых потоков с изменяющимися параметрами может найти широкое применение в практике автоматического контроля расхода газовых потоков на различных предприятиях газодобывающей, нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и других отраслей промышленности.