УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА НА АГНКС 200

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 20 МПа 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.
На АГНКС в системах учета расхода газа применяется массомер, основанный на корриолисовом ускорении («Система измерительная-управляющая 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, недозаправка автомобильных баллонов на 10-15% из-за относительной погрешности датчиков.
«Способ определения расхода газа» (патент №2225595) 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 Рп=20 МПа в пустые автомобильные баллоны. К недостаткам способа можно отнести:
В минимальном сечении сопла при указанных геометрических параметрах происходит критическое истечение газа со скоростью потока (V), равной местной скорости звука, с возникновением скачков уплотнения и потерей давления. При таком истечении в начальный момент заправки происходит резкое падение статического давления газа - Рст на 10 МПа, затем возрастание его до значения, равного полному давлению газа (скорость истечения равна 0). При интенсивных заправках автомашин на АГНКС такой процесс заправки приводить к частому сбою настройки датчиков и соответственно к неточности расчета газа, а так же к преждевременному выхода их 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 очень 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 не мало важный фактор на АГНКС.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является «Устройство для измерения расхода газа на АГНКС» (патент №87519). Внутри устройства вставлены 2 шайбы, первая из которых, выполненная с косым срезом, определяет минимальное сечение (D=2,7-3,1 мм) трубки «Вентури», вторая шайба с диаметром отверстия большим на 1-2 мм организует оптимальное для измерения отношение давления Рп/Рст (где Рп полное давление, Рст - статическое давление газа), изменяющееся в процессе заправки от (1,3÷1,2) до 1.
К недостаткам «Устройства для замера расхода газа на АГНКС» (далее устройство) можно отнести следующее:
2
2
2
2
2
При такой компоновке устройства в виде трубки «Вентури» с учетом относительной погрешности датчиков давления, равной +/-0,25% (Рп=200 кг/см; ΔР=+/-0,5 кг/см) рано наступает зона нечувствительности датчиков (Рп-Рст)<1 кг/см, при которой наступает условие подачи сигнала на закрытие электрической задвижки. При закрытии электрической задвижки оказывается, что автомобильные баллоны заполнены на 85-90%, то есть при давлении в заправочной магистрали, равным 200 кг/см, давление в баллонах будет не более 180 кг/см. Вследствие этого оператору приходится несколько раз производить дозаправку баллонов, что вызывает увеличение трудоемкости его работы и преждевременный износ электрических задвижек (увеличение количества циклов работы электрической задвижки).
Устранить указанный недостаток можно за счет уменьшения сечения мерной шайбы, увеличивающей скорость потока в месте замера статического давления, но это нежелательно, поскольку в этом месте происходит уменьшение потенциальной энергии газа и снижение его статической температуры, и в случае движения влажного газа с температурой от 0 до 10°С, что часто бывает на АГНКС, образуется иней на кромках сечения мерной шайбы и изменяет ее фиксированное сечение, и как следствие этого, неправильный расчет объемного расхода газа.
Технической задачей, стоящей перед полезной моделью, является устранение вышеперечисленных недостатков при сохранении положительных качеств описанных выше устройств, а именно:
Повысить полноту заправки автомобильных баллонов, повысить надежность работы электрических задвижек, уменьшить трудоемкость работы оператора заправки автомобильных баллонов, повысить надежность работы датчика статического давления за счет меньшего диапазона изменения давления Р, устранить скачки уплотнения, повысить точность измерения датчиков, повысить скорость расчета.
Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройство для измерения расхода газа на АГНКС, выполненное в виде трубки «Вентури» со штуцерами отбора воздуха в широком и узком сечениях, к которым соответственно присоединены датчики давления и температуры, выходы которых подключены к вычислительному блоку, за мерной шайбой, выполненной с косым срезом, устанавливается кольцо с «затенением» под углом от 30 до 50 градусов к потоку газа, которое в месте измерения статического давления создает дополнительную скорость движения газа, вызывая большее изменение (уменьшение) статического давления и расширяет диапазон измерения перепада давления газа Рп/Рст, что обеспечивает полноценную заправку газобаллонного оборудования автомашин, при сохранении скорости движения газа в минимальном сечении мерной шайбы.
Предложенное устройство позволяет повысить полноту заправки автомобильных баллонов, повысить надежность работы электрических задвижек, уменьшить трудоемкость работы оператора заправки автомобильных баллонов, избежать скачков уплотнений в месте замера статического давления газа, повысить надежность работы датчика статического давления за счет меньшего диапазона изменения давления Р, повысить точность оценки расхода газа применительно для АГНКС, а само устройства отличается простотой изготовления и низкой себестоимостью.
Устройство Фиг.1 состоит из: корпуса 1, передней втулки 2, мерная шайба с косым срезом 3, посадочного места для датчика статического давления 4, кольцо с «затенением» 5, задней втулки 6, регулировочной шайбы 7, накидных гаек 8, соединительных штуцеров 9.
Работа устройства заключается в следующем. Масса (объем) сжатого природного газа, проходящего через устройство, вычисляется по зависимости Gг=f(Рп, Р, п*, Fм), («Прикладная газовая динамика» Г.Н.Абрамович, изд. Наука Москва 1969 г., гл.4, стр.222) путем измерения полного давления Р* и температуры газа Т* в магистрали к газозаправочной колонки, статического давления газа Р в минимальном сечении устройства. Проходя через минимальное сечение устройства и дополнительного затенения в зоне замера статического давления газа, часть полной энергии газа переходит в кинетическую энергию с уменьшением потенциальной энергии газа, что обуславливает дополнительное падение статического давления в месте его замера, и затем по мере прекращением движения газового потока выравнивание его до полного давления газа. Диаметр минимального сечения устройства 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 и определяющий скорость потока в мерной шайбе (что важно для случая устранения обледенения минимального сечения при движении влажного газа с температурой от 0 до 10°С), определяется установкой в конце мерного устройства регулировочной шайбой 7 с диаметром отверстия, превышающим на 1-2 мм минимальный диаметр мерной шайбы. Повышение полноты заправки автомобильных баллонов при сохранении требуемой скорости потока в мерной шайбе 3 достигается за счет увеличения скорости потока в месте замера статического давления, установкой за мерной шайбой кольца с «затенением» - 5.
Предложенное устройство в составе системы учета газа на АГНКС проходит испытания на АГНКС ООО «Газпром трансгаз Самара». Имеются положительные результаты эксплуатации.