Расчет диафрагмы сужающего устройства. Методика использования сужающих устройств для измерения расхода сред (жидкости, воздуха газа, пара)

Стандартные сужающие устройства могут применяться в комплекте с дифманометрами для измерения расхода и количества жидкостей, газов и пара в круглых трубопроводах (при любом их расположении).

При необходимости использования сужающих устройств на трубопроводах малого диаметра они должны подвергаться индивидуальной градуировке, т.е.

Экспериментальному определению зависимости

Самыми распространенными являются восемь вариантов типов СУ: диафрагмы с угловым, фланцевым и трехрадиусным способами отбора давления, сопла ИСА 1932, трубы Вентури с обработанной и необработанной конической частью короткие и длинные, сопла Вентури короткие и длинные. Стандартные диафрагмы применяются при соблюдении условия 0,2 и сопла Вен-

тури - при. Конкретный тип сужающего устройства выбирается при расчете в зависимости от условий применения, требуемой точности, допустимой потери давления.

Для соблюдения геометрического подобия СУ должны быть изготовлены в соответствии с требованиями применительно к наиболее распространенным сужающим устройствам - диафрагмам, изображенным на рис. 12.4. Торцы диафрагмы должны быть плоскими и параллельными друг другу. Шероховатость торца в пределах D должна быть не более, выходной торец должен иметь шероховатость в пределах 0,01 мм. Если диафрагма служит для измерения расхода потока в обоих направлениях, то оба торца должны обрабатываться с шероховатостью не более, коническое расширение в этом случае отсутствует и кромки с обоих сторон должны быть острыми с радиусом закругления не более 0,05 мм. Если радиус закругления не превышает 0,0004d, то поправочный множитель на неостроту входной кромки принимается равным единице. Примм это условие выполняется. Шероховатость поверхности отверстия не должна превышать

Рис. 12.4. Способы отбора давления:

а - через отдельные отверстия; б - из кольцевых камер (угловые методы); в - через отверстия во фланцах (фланцевый метод при l1 = l2 = 25,4 мм, трехрадиусный - при l1 = D и l2 = 0,5D)

Толщина диафрагмы Е должна находиться в пределах до 0,05D, толщина определяется из условия отсутствия деформации под воздействием Δpв при известном пределе текучести материала. Если действительная толщина диафрагмы меньше расчетной, то к погрешности определения коэффициента истечения (12.18) добавляется погрешность δЕ.

Длина цилиндрической части отверстия диафрагмы должна находиться в пределах от 0,005D до 0,02D если толщина превышает последнюю цифру, то со стороны выходного торца делается коническая поверхность с углом конусности 45 ± 15°.

Отбор давлений р1 и р2 при угловом способе осуществляется либо через отдельные цилиндрические отверстия (рис. 12.4, а), либо из двух кольцевых камер, каждая из которых соединяется с внутренней полостью трубопровода кольцевой щелью или группой равномерно распределенных по окружности отверстий (рис. 12.4, б). Конструкция отборных устройств для диафрагм и сопл одинакова. Сужающие устройства с кольцевыми камерами более удобны в эксплуатации, особенно при наличии местных возмущений потока, так как кольцевые камеры обеспечивают выравнивание давления по окружности трубы, что позволяет более точно измерять перепад давления при сокращенных прямых участках трубопровода

При фланцевом и трехрадиусном способах отбора давления перепад измеряется через отдельные цилиндрические отверстия, расположенные на расстоянии в первом случае
мм, а во второмот плоскостей диафрагмы (рис. 12.4, в). Коэффициент истечения С зависит от способа отбора давления.

При установке сужающих устройств необходимо соблюдать ряд условий, влияющих на погрешность измерений.

Сужающее устройство в трубопроводе должно располагаться перпендикулярно оси трубопровода. Для диафрагм неперпендикулярность не должна превышать 1°. Ось сужающего устройства должна совпадать с осью трубопровода. Смещение оси отверстия сужающего устройства относительно оси трубопровода не должно превышатьЕсли смещение оси превышает указанное значение, но менее, то к погрешности коэффициента истечения в (12.18) прибавляют δех = 0,3%. Если смещение оси превышает указанное предельное значение, то установка СУ не допускается.

Участок трубопровода длиной 2D до и после сужающего устройства должен быть цилиндрическим, гладким, на нем не должно быть никаких уступов, а также заметных глазу наростов и неровностей от заклепок, сварочных швов и т.п. Трубопровод считается цилиндрическим, если отклонение диаметра не превышаетот его среднего значения. В противном случае, если на расстоянии lh до СУ высота уступа h удовлетворяет двум условиям

то к погрешности коэффициента истечения прибавляют δh = 0,2%.

Важным условием является необходимость обеспечения установившегося течения потока перед входом в сужающее устройство и после него. Такой поток обеспечивается наличием прямых участков трубопровода определенной длины до и после сужающего устройства. На этих участках не должны устанавливаться никакие устройства, которые могут исказить гидродинамику потока на входе или выходе сужающего устройства. Длина этих участков должна быть такой, чтобы искажения потока, вносимые коленами, вентилями, тройниками, смогли сгладиться до подхода потока к сужающему устройству. При этом необходимо иметь в виду, что более существенное значение имеют искажения потока перед сужающим устройством и значительно меньшее - за ним, поэтому задвижки

Таблица 12.2

Наименьшие относительные длины линейного участка до диафрагмы

№	Наименование местного сопротивления	Коэффициенты			Р
№	Наименование местного сопротивления	ак	К	ск	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,75	0,8
1	Задвижка, равнопроходный шаровой кран	11,5	82	6,7	12	12	12	13	15	19	24	30
2	Пробковый кран	14,5	30,5	2,0	16	18	20	23	26	30	И	34
3	Запорный кран, вентиль	17,5	64,5	4,1	18	18	19	22	26	а	38	44
4	Заслонка	21,0	38,5	1,4	25	29	32	36	40	45	4/	50
5	Конфузор	5,0	114	6,8	5	5	6	6	У	16	11	зи
6	Симметричное резкое сужение	30,0	0,0	0,0	30	30	30	30	30	30	30	30
7	Диффузор	16,0	185	7,2	16	16	17	18	21	31	40	Э4
8	Симметричное резкое расширение	47,5	54,5	1,8	51	54	58	64	70	77	80	84
9	Одиночное колено	10,0	113	5,2	10	11	11	14	18	28	36	46

и вентили, особенно регулирующие, рекомендуется устанавливать после СУ. Длина Lк прямого участка перед сужающим устройством зависит от относительного диаметра β, диаметра трубопровода D и вида местного сопротивления, расположенного до прямого участка,

Постоянные коэффициенты, зависящие от вида местного сопротивления. Их величина и наименьшие значения Lк1/D для девяти типов местных сопротивлений приведены в табл. 12.2.

Так, для вида местного сопротивления «Задвижка, полнопроходной шаровой кран» при, приДлина прямого участка L2 после сужающего устройства зависит только от числа Дляи при = 0,8, Допускается уменьшение длины прямых участков перед СУ до величины, вызывающей дополнительную погрешность δL, которая не превысит ±1%. Погрешность суммируется со значением δс0 и рассчитывается по формуле

где отношение действительной длины прямого участка к расчетной. Погрешность всоответствует

Допускается сокращение длины линейного участка после СУ вдвое, но при этом дополнительная погрешность к коэффициенту истечения составит

Необходимо, чтобы контролируемая среда заполняла все поперечное сечение трубопровода, причем фазовое состояние вещества не должно изменяться при прохождении через сужающее устройство. Конденсат, пыль, газы или осадки, выделяющиеся из контролируемой среды, не должны скапливаться вблизи сужающего устройства.

Дифманометр подключается к сужающему устройству двумя соединительными линиями (импульсными трубками) внутренним диаметром не менее 8 мм. Допускается длина соединительных линий до 50 м, однако из-за возможности возникновения большой динамической погрешности не рекомендуется использовать линии длиной более 15 м.

Для правильного измерения расхода перепад давления на входе дифманометра должен быть равен перепаду давления, развиваемому сужающим устройством, т.е. перепад от сужающего устройства к дифманометру должен передаваться без искажения.

Это возможно в случае, если давление, создаваемое столбом среды в обеих соединительных трубках, будет одинаковым. В реальных условиях это равенство может нарушаться. Например, при измерении расхода газа причиной этого может быть скапливание конденсата в неодинаковом количестве в соединительных линиях, а при измерении расхода жидкости, наоборот, скапливание выделяющихся газовых пузырьков. Во избежание этого соединительные линии должны быть либо вертикальными, либо наклонными с уклоном не менее 1:10, причем на концах наклонных участков должны быть конденсато- или газосборники. Кроме того, обе импульсные трубки следует располагать рядом, чтобы избежать неодинакового нагрева или охлаждения их, что может привести к неодинаковой плотности заполняющей их жидкости и, следовательно, к дополнительной погрешности. При измерении расхода пара важно обеспечить равенство и постоянство уровней конденсата в обеих импульсных трубках, что достигается применением уравнительных сосудов.

К одному сужающему устройству может быть подключено несколько дифманометров. При этом допускается подключение соединительных линий одного дифманометра к соединительным линиям другого.

При измерении расхода жидкости дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства 1, что исключает попадание в соединительные линии и дифманометр газа, который может выделиться из протекающей жидкости (рис. 12.5, а).

Рис. 12.5. Схема соединительных линий при измерении расхода жидкости с установкой дифматометра ниже (и) и выше (б) сужающего устройства:

1 - сужающее устройство; 2 - запорные вентили; 3 - продувочный вентиль; 4 - газосборники;

5 - разделительные сосуды

Для горизонтальных и наклонных трубопроводов соединительные линии должны подключаться через запорные вентили 2 к нижней половине трубы (но не в самой нижней части) во избежание попадания в линии газа или осадков из трубопровода. Если дифманометр все же устанавливается выше сужающего устройства (рис. 12.5, б), то в наивысших точках соединительных линий необходимо устанавливать газосборники 4 с продувочными вентилями. Если соединительная линия состоит из отдельных участков (например, при обходе какого-либо препятствия), то газосборники устанавливаются в наивысшей точке каждого участка. При установке дифманометра выше сужающего устройства трубки вблизи последнего прокладываются с U-образным изгибом, опускающимся ниже трубопровода не менее чем на 0,7 м для уменьшения возможности попадания газа из трубы в соединительные линии. Продувка соединительных линий осуществляется через вентили 3.

При измерении расхода агрессивных сред в соединительных линиях возможно ближе к сужающему устройству устанавливаются разделительные сосуды 5. Соединительные линии между разделительным сосудом и дифманометром, частично и сам сосуд заполнены нейтральной жидкостью, плотность которой больше плотности измеряемой агрессивной среды. Остальная часть сосуда и линии до сужающего устройства заполнены контролируемой средой. Следовательно, поверхность раздела контролируемой среды и разделительной жидкости находится внутри сосуда, причем уровни раздела в обоих сосудах должны быть одинаковыми.

Разделительная жидкость выбирается таким образом, чтобы она химически не взаимодействовала с контролируемой средой, не смешивалась с ней, не давала отложений и не была агрессивной по отношению к материалу сосудов, соединительных линий и дифманометра. Чаще всего в качестве разделительной жидкости используются вода, минеральные масла, глицерин, водоглицериновые смеси.

При измерении расхода газа дифманометр рекомендуется устанавливать выше сужающего устройства, чтобы конденсат, образовавшийся в соединительных линиях, мог стекать в трубопровод (рис. 12.6, а). Соединительные линии нужно подключать через запорные вентили 2 к верхней половине сужающего устройства, их прокладку желательно производить вертикально. Если вертикальная прокладка соединительных линий невозможна, то их следует прокладывать с наклоном в сторону трубопровода или конденсатосборников 4. Подобные требования должны выполняться и при расположении дифманометра ниже сужающего устройства (рис. 12.6, б). При измерении расхода агрессивного газа в соединительные линии должны включаться разделительные сосуды.

Рис. 12.6. Схема соединительных линий при измерении расхода газа с установкой дифманометра выше (я) и ниже (б) сужающего устройства:

1 - сужающее устройство; 2 - запорные вентили; 3 - продувочный вентиль; 4 - конденсатосборник

Рис. 12.7. Схема, поясняющая назначение уравнительных конденсационных сосудов при измерении расхода пара:

а-в - стадии измерения разности давлений

При измерении расхода перегретого водяного пара неизолированные соединительные линии оказываются заполненными конденсатом. Уровень конденсата и его температура в обеих линиях должны быть одинаковыми при любом расходе.

Для стабилизации верхних уровней конденсата в обеих соединительных линиях вблизи сужающего устройства устанавливаются уравнительные конденсационные сосуды. Назначение уравнительных сосудов можно пояснить с помощью рис. 12.7. Предположим, что при отсутствии уравнительных сосудов и некотором расходе пара уровень конденсата в обеих импульсных трубках одинаков. При увеличении расхода на сужающем устройстве увеличивается перепад давления, заставляющий нижнюю мембранную коробку сжиматься, а верхнюю растягиваться (рис. 12.7, б). Из-за изменения объемов коробок в нижнюю, «плюсовую» камеру дифманометра будет затекать конденсат из «плюсовой» импульсной трубки, что приведет к понижению уровня в ней на величину h. Из верхней, «минусовой» камеры дифманометра конденсат будет выталкиваться в импульсную трубку и в паропровод, но высота столба конденсата останется неизменной. Образовавшаяся разница уровней конденсата создает перепад давления hρg, уменьшающий перепад давления в сужающем устройстве. Таким образом, на дифманометр будет действовать перепад, т.е. показания расходомера будут заниженными. Нетрудно заметить, что абсолютная погрешность измерения будет расти с увеличением изменений расхода.

Очевидно, что погрешность можно снизить уменьшением h. Для этого на концах импульсных трубок устанавливают уравнительные конденсационные сосуды (рис. 12.8) - горизонтально расположенные цилиндры большого сечения. Так как сечение этих сосудов велико, вытекание из них конденсата мало изменит его уровень, так что перепад Δpд, измеряемый дифманометром, можно считать равным перепаду в сужающем устройстве.

Рис. 12.8. Схема соединительных линий при измерении расхода пара с установкой дифманометра ниже (а) и выше (б) сужающего устройства:

1 - сужающее устройство; 2 - уравнительные сосуды; 3, 4 - запорные и продувочные вентили;

Расчет расходомеров переменного перепада давления сводится к определению диаметра отверстия и других размеров сопла или диафрагмы, коэффициента расхода, динамического диапазона измерения, определяемого числами Рейнольдса, перепада давления и потерь давления на сужающем устройстве, поправочного множителя на расширение, а также погрешности измерения расхода газа. Для расчета должны быть заданы максимальный (предельный), средний и минимальный расходы, диапазоны изменения давления и температуры газа, внутренний диаметр и материал измерительного трубопровода, состав газа или его плотность при нормальных условиях, допустимые потери давления или предельный перепад давления, соответствующий максимальному расходу, а также среднее барометрическое давление в месте установки дифманометра-расходомера.

Методика расчета. Перед началом расчета выбираем типы и классы точности дифманометра-расходомера, манометра и термометра. Расчет проводится следующим образом.

1. Определяем округленный до трех значащих цифр вспомогательный коэффициент С при подстановке в нее значения максимального (предельного) расхода Q н. пр , температуры и давления, плотности газа при нормальных условиях ρ н , коэффициента сжимаемости Z и диаметра измерительного трубопровода D :

При найденном значении С возможны два вида расчета: по заданному перепаду давления или по заданным потерям давления. Если задан предельный перепад давления Δр пр , то по номограмме рис. 11 определяем предварительное относительное сужение m (модуль) сужающего устройства по найденному коэффициенту С и заданному предельному перепаду давления на сужающем устройстве Δр пр , . Найденное предварительное значение модуля m подставляем в формулу по определению тα и вычисляем предварительный коэффициент расхода α .

2. Вычисляем с точностью до четырех значащих цифр вспомогательный коэффициент mα

где ε - поправочный множитель на расширение газа для верхнего предельного перепада давления дифманометра Δр пр , ; Δр пр , - верхний предельный перепад давления на сужающем устройстве, кгс/м 2 .

3. Определяем уточненное значение модуля m с точностью до четырех значащих цифр по формуле

m = mα/α .

4. По уточненному значению модуля m находим новое значение поправочного множителя на расширение е и вычисляем разность между первоначально вычисленным значением ε и уточненным. Если эта разность не превышает 0,0005, то вычисленные значения m и ε считаются окончательными.

5. Определяем диаметр d отверстия диафрагмы при окончательно выбранном m

6. Найденные значения коэффициентов расхода α , поправочного множителя на расширение ε , диаметра d отверстия диафрагмы, а также Δр пр , р 1 , Т 1 , р н и Z используем для определения расхода газа и проверяем расчет предельного расхода газа Q н. пр . Полученное значение Q н. пр . не должно отличаться от заданного более чем на 0,2 %. Если найденное значение предельного расхода газа отличается от заданного более чем на 0,2 %, то расчет повторяется до получения требуемой погрешности расчета предельного расхода газа и параметров диафрагмы.

7. Определяем новые уточненные значения модуля m , диаметра d отверстия диафрагмы, а также коэффициента расхода α и повторно рассчитываем. Если уточненное расчетное значение предельного расхода газа не отличается от заданного более чем на 0,2 %, то уточненные значения m , d и α , фиксируются в расчетном листе сужающего устройства.

8. Рассчитываем минимальное и максимальное числа Рейнольдса и сравниваем минимальное число Рейнольдса с граничными значениями

9. Определяем толщину диафрагмы Е , ширину цилиндрической части диафрагмы е ц , ширину кольцевой щели с , а также размеры кольцевых камер a и b .

10. Выбираем длины прямых участков измерительных трубопроводов до и после диафрагмы.

11. Рассчитываем погрешность измерения расхода

Полученные данные фиксируются в расчетном листе сужающего устройства и являются основой для его изготовления и монтажа.

Блок учета газа

Предназначен для коммерческого учета газа (измерения его расхода). Число линий измерения зависит в основном от числа выходных газопроводов из ГРС. Техническое выполнение блоков измерения расхода газа должно соответствовать «Правилам измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами» РД50-213-80.

Отношение площади отверстия сужающего устройства F 0 к площади поперечного сечения газопровода F Г называется модулем т (или относительной площадью): m = F 0 /F Г .

На газопроводах в качестве сужающего устройства применяют диафрагму диаметром не менее 50 мм при условии, что ее модуль имеет следующие пределы:

m = 0,05-0,64 - для диафрагм с угловым способом отбора перепада давления и газопроводов с D у = 500-1000 мм;

т = 0,04 - 0,56 - для диафрагм с фланцевым способом отбора перепада давления и газопроводов с D y = 50 -760 мм.

Рис. 27 - График температура-энтальпия природного газа

Чем меньше модуль, тем выше точность измерения расхода газа, но при этом больше потери давления Δр в диафрагме.

Диаметр отверстия диафрагмы независимо от способа перепада давления принимают d ≥ 12,5 мм, а отношение абсолютного давления на выходе из диафрагмы и на входе в нее ≥0,75.

В газопроводе вблизи диафрагмы необходимо соблюдать следующие условия:

1) должно быть обеспечено турбулентное и стационарное движение потока газа на прямых участках;

2) не должны иметь место изменения фазового состояния потока газа, например конденсация паров с последующим выпадением конденсата;

3) не должны скапливаться внутри прямых участков газопровода осадки в виде пыли, песка и т. п.;

4) не должны образовываться на диафрагме отложения (например, кристаллогидраты), изменяющие ее конструктивные параметры.

Однако на внутренней стенке газопровода, в месте установки сужающего устройства, отложение твердых кристаллогидратов вполне возможно. И это приводит к появлению существенной погрешности измерения расхода газа и снижению пропускной способности трубопровода, а также к закупорке импульсных линий.

При проектировании узла учета газа ГРС, работающего в режиме гидратообразования, необходимо предусмотреть меры, исключающие гидратообразование. Предупредить их возникновение можно с помощью подогрева газа, ввода в газопровод ингибиторов, продувки сужающего устройства. В газопроводе следует предусматривать отверстие для удаления осадков или конденсата. Диаметр такого отверстия не должен превышать 0.08D 20 , а расстояние от него до отверстия для измерения перепада давления должно быть не менее D 20 или найдено по табл. 6. Оси этих отверстий не следует располагать в одной плоскости, проходящей через ось трубы.

Между местным сопротивлением на газопроводе и диафрагмой должен быть прямой участок, под длиной которого понимают расстояние между торцевыми поверхностями диафрагмы и местного сопротивления (рис. 28). Границей местных сопротивлений считают:

1) для колена - сечение, проходящее перпендикулярно к оси газопровода через центр радиуса изгиба;

2) для вварных сужений и расширений - сварной шов;

3) для тройника под острым углом или разветвляющегося потока - сечение, расположенное на расстоянии двух диаметров от точки пересечения осей трубопроводов;

4) для вварной группы колен - сечение, находящееся на расстоянии одного диаметра от сварного шва ближайшею к диафрагме колена.

Рис 28. Схема установки диафрагмы 1 - манометр, 2 - термометр, 3 - местное сопротивлние

В соответствии с требованиями Правил РД50-213-80 измерительный участок газопровода должен быть прямым и цилиндрическим, с круглым сечением Действительный внутренний диаметр участка перед диафрагмой определяют как среднее арифметическое результатов измерений в двух поперечных сечениях непосредственно у диафрагмы и на расстоянии от нее 2D 20 , причем в каждом из сечений не менее чем в четырех диаметральных направлениях Результаты отдельных измерений не должны отличаться от среднего значения более, чем на 0,3% Внутренний диаметр участка на длине 2D 20 после диафрагмы может отличаться от внутреннего диаметра участка до диафрагмы не более чем на ±2%.

Предельные отклонения по внутреннему диаметру труб не должны превышать соответствующих предельных отклонений по наружному диаметру, т. е. ±0,8%. Допускается сопряжение отверстий фланца и трубопровода по конусу, имеющему уклон в сторону диафрагмы не более 1:10 и плавные скругления на концах.

Уплотнительные прокладки между диафрагмой и фланцами не должны выступать во внутреннюю полость газопровода. При установке диафрагмы между насадными фланцами конец газопровода должен непосредственно примыкать к ней.

Температуру за сужающим устройством измеряют на расстоянии не менее 5D 20 , но не более 10D 20 от его заднего торца. Диаметр гильзы термометра не должен превышать 0,13D 20 . Глубина погружения гильзы термометра (0,3 - 0,5)D 20 .

Внутренняя кромка отверстия для отбора давления в газопроводе, во фланце и в камере не должна иметь заусенцев, рекомендуется ее закруглить по радиусу r = 0,ld отверстия. Угол между осями отверстия и камерной диафрагмы 90°.

Размер d (диаметр отдельного отверстия) при модуле т < 0,45 не должен превышать 0,03D 20 , а при модуле m > 0,45 находиться в пределах 0,01D 20 d < 0.02D 20 .

Если расстояние между коленами превышает 15D 20 , то каждое колено считается единичным; если же оно меньше 15D 20 , то данную группу колен рассматривают как одноместное сопротивление данного типа. При этом внутренний радиус кривизны колен должен быть равен диаметру трубопровода или больше его. Сокращенная длина прямого участка перед диафрагмой для любого типа сопротивлений, кроме гильзы термометра, должна быть менее 10D 20 .

Расход газа в общем виде

где Q M и Q V , - массовый и объемный расходы газового потока; а - коэффициент расхода диафрагмы; ξ- коэффициент расширения газа; d - диаметр отверстия диафрагмы; ΔP - перепад давления на диафрагме; ρ - плотность газа.

Помимо диафрагм для измерения расхода газа применяются сужающие устройства в комплекте с дифманометрами, а также манометры.

Устройство сужающее быстросменное (УСБ). В комплекте с дифманометром это устройство (рис. 29) позволяет измерять расход газа, транспортируемого через ГРС, измеряя перепад давления, возникающий на диафрагме, и регистрируя его дифманометром.

Рис. 29 - Устройство сужающее быстросменное УСБ 00.000.

1 - корпус: 2, 18 - петли; 3 - фланец: 4, 16 - накладки: 5. 9 - прокладки: б - гайка колпачковая: 7. 11 - кольца резиновые: 8 - шпильки: 10 - диафрагма: 12 - пробки: 13 - манжета: 14 - патрубок: /5 - ручка: 17 - крышка: /9 -табличка.

Отбор давления газа перед диафрагмой производится из полости Б плюсовой камеры, выполненной в корпусе камер, а за диафрагмой - из полости В минусовой камеры во фланце (рис. 29). Осуществляется отбор давления из этих полостей через отверстия выше горизонтальной оси диафрагмы (рис. 29) А- А, а статического давления - из полости Б через отдельное отверстие (рис. 29) Б-Б.

Герметичность между плюсовой и минусовой камерами обеспечивается равномерным прижатием резинового кольца к плоскости фланца шпильками. Движение газа по газопроводу вызывает дополнительное прижатие диафрагмы скоростным напором. Окно для извлечения диафрагмы уплотняется прокладкой. Предварительное поджатие прокладки обеспечивается шпильками. При возрастании давления в трубопроводе прокладка дополнительно поджимается к поверхности плюсовой камеры. Для того чтобы предотвратить закусывание прокладки резьбой шпильки, предусмотрена медная манжета.

Стык между фланцем и корпусом герметизируется Уплотнительным кольцом. Дренажные линии расположены в нижней части УСБ. Импульсные и дренажные линии заглушаются технологическими пробками. Облегчить выполнение монтажных и демонтажных работ накладки с D y = 200 мм и выше позволяют две ручки.

Накладка предназначена для увеличения жесткости и центровки крышки, а петля служит для установки крышки в рабочее положение.

Манометры дифференциальные сильфонные самопишущие (ДСС). Используют для измерения расхода газа на ГРС по перепаду давления в стандартных сужающих устройствах.

Чувствительной частью этих дифманометров является сильфонный блок, принцип действия которого основан на зависимости между измеряемым перепадом давления и упругой деформацией винтовых цилиндрических пружин, сильфонов и торсионной трубки. Схема самопишущего сильфонного дифманометра и устройство сильфонного блока приведены на рис. 30.

Сильфонный блок имеет две полости (+ и -), разделенные основанием 8 и двумя узлами сильфонов 5 и //. Оба сильфона жестко соединены между собой штоком 12, в выступ которого упирается рычаг 7, закрепленный на оси 2. Вывод оси из полости рабочего давления осуществляется при помощи торсионной трубки /, внутренний конец которой сварен с осью 2. а наружный - с основанием торсионного вывода. Конец штока 12 при помощи втулки соединен с блоком диапазонных винтовых цилиндрических пружин 10. Движение штока рычагом 7 преобразуется в поворот оси 2, который через систему рычагов воспринимается стрелкой самопишущего или показывающего прибора. Внутренняя полость сильфонов и основания, к которому они присоединены, заполнена жидкостью, состоящей из 33% чистого глицерина и 67% дистиллированной воды. Температура замерзания такой смеси 17°С.

Оба сильфона имеют специальные клапанные устройства, надежно удерживающие при односторонних перегрузках жидкость от перетекания из сильфона. Клапанное устройство состоит из конуса на донышке сильфона и уплотняющего резинового кольца 6. При односторонней перегрузке конический клапан сильфона с Уплотнительным кольцом садится на конусное седло основания и перекрывает проход перетоку жидкости из сильфона, предохраняя его от разрушения.

Для уменьшения влияния температуры на показания приборов вследствие изменения объема жидкости сильфон 5 имеет температурный компенсатор. Каждому номинальному перепаду давления соответствует определенный диапазонный пружинный блок 9.

Регулировка сильфонных дифманометров осуществляется путем изменения длины регулируемых поводков. Установка стрелки расхода на нуль достигается изменением угла наклона рычага 4. Нулевому положению прибора соответствует угол наклона, равный 28". Верхний предел измерения регулируют изменением длин тяги 3.

Блок одоризации

Для своевременного обнаружения утечек газа в соединениях газопровода, в сальниках запорной и регулирующей арматуры, в соединениях контрольно-измерительной аппаратуры и т. д. к природному газу необходимо добавлять вещества с резким неприятным запахом, называемые одорантом. В качестве такового применяют этилмеркаптан, пенталарм, каптан, сульфан и др., чаще всего - этилмеркаптан (его химическая формула C 2 H 5 SH), который представляет собой бесцветную прозрачную жидкость со следующими основными физико-химическими свойствами:

Минимальное количество одоранта в газе должно быть такое, чтобы в помещении ощущалось присутствие газа при концентрации, равной 1/5 нижнего предела взрываемости, что соответствует для природного газа 16 г одоранта на 1000 м 3 газа.

В настоящее время в качестве одоранта применяют синтетический этилмеркаптан, имеющий ту же химическую формулу C 2 H 5 SH и являющийся дефицитом. Вместо него используют разработанный ВНИИГАЗом одорант СПМ (ТУ 51-81-88), который представляет собой смесь низкокипящих меркаптанов: 30% этилмеркаптана и 50-60% изо-и н.-пропилмеркаптанов и 10-20% изобутилмеркаптанов. Промышленные испытания одоранта СПМ показали, что эффективность его выше, чем этилмеркаптана при одной и той же норме расхода: 16 г на 1000 м 3 газа.

За рубежом в качестве одорантов широко применяют смеси меркаптанов С 3 - С 4 . Установлено, что они химически более стабильны, чем этилмеркаптан.

Зимой она обычно больше, чем летом. В начальный период эксплуатации вновь построенного газопровода норма одоризации также бывает недостаточной.

Для одоризации газа применяют одоризаторы капельного типа (ручные), универсальный УОГ-1 и автоматический АОГ-30.

Одоризационная установка капельного типа. Является универсальной, но применяется в основном при расходах газа более 100000 м /ч. Одоризационная установка состоит из (рис. 33) расходной емкости 5 с запасом одоранта, представляющей собой цилиндрический сосуд с уровнемерной трубкой 13, которая служит для определения количества одоранта, находящегося в емкости, и его расхода в единицу времени: смотрового окна /6 и соответствующей обвязки с импульсными трубками и вентилями; подземной емкости 7 для хранения одоранта и вентилей 8, 10 для подключения шлангов при переливе одоранта из расходной емкости в подземную.

Универсальный одоризатор газа типа УОГ-1 (рис. 34). При прохождении основного потока газа через расходомерную диафрагму, на которой создается перепад давления, под действием которого при соединении плюсовой и минусовой полостей диафрагмы образуется ответвленный поток газа. Этот поток протекает через инжекторный дозатор, в котором используется в качестве эжектирующего потока.

Последний, проходя через дозатор по кольцевому зазору, создает в нем разрежение, под действием которого в газопровод с ответвленным потоком через фильтр и поплавковую камеру из параллельно расположенных емкостей (расходной и измерительной, имеющей уровнемерное стекло и шкалу для контроля расхода одоранта в единицу времени) поступает одорант.

Поплавковая камера предназначена для ликвидации влияния уровня одоранта на дозирование. С этой целью поплавковую камеру и дозатор располагают таким образом, чтобы сопло, через которое одорант поступает в дозатор, совпадало с уровнем одоранта, поддерживаемым в поплавковой камере с помощью поплавка. При заполнении камеры одорантом поплавок перемещается вниз и открывает клапан. При нормальной работе дозатора поплавок совершает колебательное движение с амплитудой 3-5 мин и частотой, пропорциональной расходу одоранта.

Для того чтобы уменьшить расход одоранта дозатор снабжен клапаном, который на заданное время перекрывает поступление одоранта в инжектор. Клапан управляется посредством мембран. При подаче импульсного давления в полость А (см. рис. 35) клапан перекрывает проход одоранту; при сбросе давления из полости А мембрана под действием давления одоранта возвращается в исходное положение и клапан открывает проход одоранту.

Задатчиком давления в полости А дозатора служит система управления, состоящая из реле времени, регулируемой емкости и клапана.

Газ из выходного газопровода поступает в узел подготовки газа для питания пневмосистемы одоризатора. Узел подготовки состоит из фильтра, редуктора и манометра. Газ в этом узле очищается, давление редуцируется до давления питания, равного 2 кгс/см 2 .

Цикличность подачи команды на клапан дозатора регулируется перемещением поршня регулируемой емкости; отношение времени всего цикла ко времени открытого положения клапана - дросселем с помощью секундомера и манометра.

Ниже приведены технические характеристики одоризаторов УОГ-1 и АОГ-30

Техническая характеристика универсального одоризатора УО Г- 1
Рабочее давление газа, кгс/см 2 ............ 2-12
Перепад давления на диафрагме, кгс/см 2 , при максимальном расходе газа 0.6
Пропускная способность по одоранту, см 3 /ч.. 57-3150
Максимальный расход газа на питание установки, м 3 /ч 1
Точность одоризации, % ± 10
Температура окружающего воздуха. ° С. . . .	.... От -40 до 50
Габаритные размеры, мм: длина.............	.... 465
ширина.................	.... 150
высота.................	. . 800
Масса, кг...................	. . 63
Техническая характеристика автоматической одоризационной установки АОГ-30
Рабочее давление газа, кгс/см 2 ............	2-12
Пропускная способность по одоранту, см /ч....
Отношение наибольшего расхода одорируемого газа к наименьшему..................... Номинальное число ходов плунжера насоса в 1 мин. Точность одоризации, %................	5:1 От 4 до 12 ±10
Максимальный расход газа на питание установки, м 3 /ч
Температура окружающего воздуха, °С........	От -40 до 50

Блок одоризации. Состоит из дозатора одоранта, поплавковой камеры, смотрового окна, фильтра одоранта, вентиля, крана шарового, фильтра, редуктора, манометров, реле времени, регулируемой емкости и клапана.

Дозатор одоранта (рис. 35). Представляет собой инжектор, куда одорант подается через сопло 1, а эжектирующий поток газа - по кольцевому зазо

ру. Уплотнение камер дозатора выполняется резиновыми кольцами 3.

Работа дозатора с системой управления перекрытием потока одоранта осуществляется с помощью клапана 5 и седла 4. Пружина 8 обеспечивает герметичность перекрытия клапана 5 с седлом 4. Давлением в полости А осуществляется закрытие седла под действием перемещения мембраны 7. При сбросе давления из полости А клапан 5 возвращается в исходное положение. Под действием давления одоранта перемещается мембрана 6.

Дозатор снабжен муфтой 9, за счет вращения которой изменяется зазор Т между соплом 1 и смесителем 10. Размер зазора Т изменяется при тарировании дозатора по производительности, после окончания которой положение муфты 9 фиксируется контргайкой 2.

Поплавковая камера (рис. 36). Состоит из корпуса с крышкой, внутри которого размещен герметично запаянный поплавок, прикрепленный к штоку с помощью шплинта. Шток снабжен золотником, который садится на седло в верхнем положении. В крышке на кронштейне установлен датчик системы сигнализации. В прорези датчика перемешается флажок, который, пересекая рабочую зону датчика, вызывает его срабатывание.

Смотровое окно (рис. 37). Состоит из корпуса, втулки и стеклянной трубки. Герметизация элементов смотрового окна осуществляется с помощью резиновых уплотнительных колец.

Фильтр одоранта (рис. 38). Представляет собой цилиндрический корпус с крышкой, в которую ввернута кассета с сетчатым донышком. Кассета заполнена фильтрующим элементом - стекловатой. Крышка герметизируется уплотнительным кольцом. Нижняя часть корпуса используется в качестве отстойника и имеет вентиль для слива отстоя.

Рис. 39. Реле времени.

/ - дроссель: 2 - промежуточное кольцо: 3, 5 - мембраны: 4 -

шток: б - крышка: 7 - фланец: 8 - винт: 9 - направляющие: 10 -

пружина: 11 - клапан: 12 - кнопка запуска

Реле времени (рис. 39). Давление газа подается в полость, образованную промежуточным кольцом и двумя мембранами, которые жестко соединены винтами через фланец и кольцо со штоком. Шток имеет осевое и радиальное отверстия. Под действием пружины шток находится в верхнем положении и упирается во фланец.

Газ через осевое отверстие в штоке и дроссель поступает в полость, образованную крышкой и мембраной, на которую и давит. Шток перемешается вниз и открывает клапан сброса. Для запуска реле времени предусмотрена кнопка.

Регулируемая емкость (рис. 40). Состоит из корпуса, крышек, поршня, винта и уплотнительных колеи. Предназначена для регулирования подачи одоранта в газопровод.

Клапан (рис. 41). Основными элементами его являются мембраны, которые имеют разные аффективные площади и образуют две полости: Л и б, соединенные между собой клапаном через регулирующий дроссель. Проходное сечение дросселя регулируется иглой. Игла перемещается с помощью винта с маховиком. На лицевой стороне маховика имеется шкала. Двумя винтами указатель шкалы укреплен на корпусе клапана.

Измерительная емкость (рис. 42). Представляет собой цилиндрический сосуд с уровнемерной стеклянной трубкой, снабженной шкалой 2. Стеклянная трубка защищена кожухом и уплотняется резиновыми кольцами.

Пропорциональный одоризатор газа ОГП-02. Предназначен для автоматического ввода одоранта (этилмеркаптана) в поток природного газа (пропорционально его расходу), чтобы придать газу специфический запах, который будет способствовать обнаружению утечек. Одоризатор ОГП-02 может эксплуатироваться на открытом воздухе в умеренно холодном климате на объектах, с условным давлением 16 кгс/см 2 и с расходом газа от 1000 до 100 000 м 3 /ч.

Одоризатор состоит (рис. 43) из дозатора и контрольной емкости. В дозаторе размещены сопло и регулятор уровня одоранта. Внутри контрольной емкости находятся поплавок из нержавеющей стали, штанга, на верхней части которой закреплен магнит. По внешней поверхности трубки скользит магнитный указатель уровня одоранта.

Принцип работы одоризатора ОГП-02 заключается в следующем (рис. 43, 44). Одорант поступает из контрольной емкости через вентиль до тех пор, пока уровень его не перекроет нижнюю кромку регулятора уровня. В дозаторе с помощью регулятора уровня и технологической обвязки емкостей поддерживается постоянный, заданный, уровень одоранта. Подача его в газопровод осуществляется за счет перепада давления на расходомерной диафрагме с помощью перетока газа из камеры «плюс» по импульсной трубке, соплу, сборнику, по трубкам через камеру «минус» в газопровод. Поток газа из сопла, проходя через слой одоранта, выносит пары и мелкие капельки его в сборник, а из него - в газопровод.

Пополнение дозатора одорантом осуществляется из расходной и контрольной емкости при открытом вентиле.

Настройка одоризатора на требуемую степень одоризации газа осуществляется за счет изменения как толщины слоя одоранта над верхним концом сопла регулятором уровня, так и потока газа через сопло вентилем.

Расход одоранта в любой момент времени за определенный интервал (15-30 мин) можно измерить с помощью контрольной емкости, закрыв вентиль. Одоризатор на расход одоранта пропорционально расходу газа настраивается два раза: при переходе с зимнего расхода газа на летний, и наоборот.

В дальнейшем расход одоранта в зависимости от изменения расхода газа регулируется автоматически.

Техническое обслуживание одоризатора ОГП-02 сводится к периодической заправке рабочей емкости одорантом и последующему запуску одоризатора в работу.

Рис. 44. Схема одоризатора газа ОГП-02.

/ - дозатор: // - рабочая (расходная) емкость. /// - контрольная емкость. 1 - 10 - вентили.

Блок переключения

Предназначен, во-первых, для защиты системы газопроводов потребителя от возможного высокого давления газа; во-вторых, для подачи газа потребителю, минуя ГРС, по байпасной линии с применением ручного регулирования давления газа во время ремонтных и профилактических работ станции.

Блок переключения состоит из кранов на входном и выходном газопроводах, обводной линии и предохранительных клапанов. Как правило, этот блок должен располагаться в отдельном здании или под навесом,защищающем его от атмосферных осадков.

Предохранительные клапаны. На газопроводе монтируют два предохранительных клапана, один из которых является рабочим, другой - резервным. Применяют клапаны типа CППK (специальный полноподъемный предохранительный клапан) (рис. 45; табл. 10) и ППК (пружинный полноподъемный предохранительный кла пан). Между предохранительными клапанами ставят трехходовой вентиль типа КТРП, всегда открытый на один из предохранительных клапанов. Между газопроводом и клапанами отключающая арматура устанавливаться не должна. Пределы настройки предохранительных клапанов должны превышать номинальное давление газа на 10%.

В процессе эксплуатации клапаны следует опробовать на срабатывание один раз в месяц, а в зимнее время - один раз в 10 дней с записью в оперативном журнале. Проверку и регулировку предохранительных клапанов проводят два раза в год. о чем делают соответствующую запись в журнале.

На шток предохранительного сбросного клапана СППК4Р (рис. 45), с одной стороны, действует давление газа из выходного газопровода, а с другой - усилие сжатой пружины. Если давление газа на выходе из ГРС превысит заданное, то газ, преодолевая усилие сжатой пружины, поднимает шток и соединяет выходной газопровод с атмосферой. После снижения давления газа в выходном газопроводе шток под действием пружины возвращается в исходное положение, перекрывая проход газа через сопло клапана, разобщая таким образом выходной газопровод с атмосферой. В зависимости от давления настройки предохранительные клапаны комплектуют сменными пружинами (табл. 11). Таблица 11 - Выбор пружин для предохранительных клапанов типа СППК и ППК

Клапан	Давление настройки, кгс/см	Номер пружины	Клапан	Давление настройки. кгс/см 2	Номер пружины
СППК4Р-50-16	1.9-3.5		ППК4-50-16	1,9-3,5
	3.5-6.0			3,5-6,0
СППК4Р-80-16	2.5-4.5			6,0-10,0
	4.5-7,0			10,0- 16,0
СППК4Р-100-16	1 ,5-3,5		ППК4-80-16	2,5-4,5
	3,5-9,5			4,5-7,0
СППК4Р-150-16	1,5-2,0			7.0-9.5
	2,0-3,0			9.5-13.0
	3,0-6,5		ППК4-100-16	1.5-3.5
СППК4Р-200-16	0,5-8,0			3.5-9.5
				9.5-20
			ППК4-150-16	2.0-3.0
				3.0-6.5
				6.5-11.0
				11 - 15,0

Таблица 12 - Габаритные и присоединительные размеры, мм, и масса клапанов типа ППК4

Помимо клапанов типа СППК широко применяют пружинные предохранительные фланцевые клапаны типа ППК-4 (рис. 46. табл. 12) на условное давление 16 кгс/см 2 . Клапаны этого типа снабжены рычагом для принудительного открытия и контрольной продувки газопровода. Пружина регулируется регулировочным винтом.

Давление газа из газопровода поступает под запорный клапан, который удерживается в закрытом положении пружиной через посредство штока. Натяжение пружины регулируется винтом. Кулачковый механизм позволяет производить контрольную продувку клапана: поворотом рычага усилие через валик, кулачок и направляющую втулку передается на шток. Он поднимается, открывает клапан и происходит продувка, которая указывает, что клапан работает и сбросной трубопровод не засорен.

Клапаны ППК-4 в зависимости от номера установленной пружины могут настраиваться на срабатывание в диапазоне давлений от 0,5 до 16 кгс/см 2 (табл. 13).

Пропускная способность предохранительных клапанов G. кг/ч:

G - 220Fp .

где F- сечение клапана, см, определяемое для клапанов полноподъемных при h ≥ 0,25d по зависимости F = 0,785d 2 ; для неполноподъемных при h ≥ 0,05d - F = 2,22dh ; d - внутренний диаметр седла клапана, см; h - высота подъема клапана, см; р - абсолютное давление газа, кгс/см 2 ; Т - абсолютная температура газа, К; М - молекулярная масса газа, кг.

Для сброса газа в атмосферу необходимо применять вертикальные трубы (колонки, свечи) высотой не менее 5 м от уровня земли; которые выводят за ограду ГРС на расстояние не менее 10 м. Каждый предохранительный клапан должен иметь отдельную выхлопную трубу. Допускается объединение выхлопных труб в общий коллектор от нескольких предохранительных клапанов с одинаковыми давлениями газа. При этом общий коллектор рассчитывают на одновременный сброс газа через все предохранительные клапаны.

Краны. Устанавливаемые в блоках переключения, а также на других участках газопроводов ГРС краны различаются по видам приводов (табл. 14).

1) кран типа 11с20бк и 11с20бк1 - с рычажным приводом (рис. 47, табл. 15);

2) кран типа 11с320бк и 11с320бк1 - с червячным приводом (редуктором) (рис. 48; табл. 16);

3) кран типа 11с722бк и 11с722бк1 - с пневмоприводом (рис. 49; табл. 17);

4) кран типа 11с321бк1 - для бесколодезной установки (рис. 50; табл. 18);

5) кран типа 11с723бк1 - для бесколодезной установки (рис. 51 табл. I9)

Рис. 47. Краны 1c20бк и 11с20бк1.

1 - корпус; 2 - пробка; 3 - нижняя крышка: 4 - регулировочный винт; 5 - шпиндель 6- обратный клапан для смазки: 7 - смазочный болт. 8 - рычаг:9 - сальник.

Рис. 48. Краны 11с320Бк и 11с320бк1.

1- корпус: 2 - пробка: 3 - нижняя крышка; 4- регулировочный винт: 5 - червячный сектор: б - червяк. 7 - маховик: 8 - смазочный болт: 9 - обратный клапан: 10 - корпус редуктора: 11 - сальник. 12 - шпиндель: 13 - крышка.

Рис. 49. Краны 11с722бк (а) и 11с722бк1 (б) с D у 50 и 80 мм.

/ - корпус: 2 - пробка: 3 - пята; 4 - шарик. 5 - установочный винт; 6 - стяжной болт: 7 - колпачок; 8 - нижняя крышка: 9 - сальниковая набивка: 10 - шпиндель: 11 - кронштейн: 12 - рычаг; 13- ви лка: 14 - шток: 15 - пневм опривод; 16 - мультипликатор: 17 - конечный выключатель; 18 - ниппель. /- исполнение фланцевых кранои 1с722бкс D у 50, 80, 100 мм.

Рис. 50 Кран 11с321бк1

Все перечисленные краны изготавливают с концами как для фланцевого соединения (обозначение оканчивается буквами «бк»), так и под приварку (обозначение оканчивается буквами и цифрой «бк1»). Корпус крана выполняют из стали, а пробку - из чугуна. Краны монтируют при температуре окружающей среды от -40 до 80° С.

На кранах с обводом устанавливают проходной кран D у = 150 мм для облегчения открывания основного крана путем выравнивания давления по обе стороны от затвора. Обводный кран соединяется с корпусом основного крана обводными трубами.

Кран с пневмоприводом состоит из узла крана, пневмопривода и мультипликатора. В случае необходимости управление краном осуществляется вручную с помощью маховика. Пневмопривод шарнирно соединен с корпусом крана и обеспечивает возвратно-поступательное движение штока и поворот рычага, жестко связанного со шпинделем шпонкой. Положение штока регулируется вилкой, шарнирно соединенной с рычагом.

На крышке редуктора установлен конечный выключатель, отключающий электрический ток в цепи управления при конечных положениях пробки крана.

Мультипликатор предназначен для подачи специальной смазки в полость под верхней крышкой, а также в канавки корпуса и пробки. Смазка обеспечивает герметичность и облегчает поворот

пробки. Для наполнения мультипликатора специальной смазкой, по мере ее расходования, применяется пневматический нагнетатель смазки.

Узел крана состоит из следующих основных деталей: корпуса, пробки, нижней крышки и регулировочного винта, который поджимает пробки к уплотнению корпуса. Кран с рычажным (ручным) приводом состоит из узла крана, редуктора или рукоятки.

Основным узлом трехходовых кранов, используемых на ГРС, является запорный, состоящий из корпуса, пробки и редуктора.

6) На ГРС применяют также и шаровые краны (рис. 52), преимущества которых перед другими в простоте конструкции, прямоточности, низком гидравлическом сопротивлении, постоянстве взаимного контакта уплотнительных поверхностей. Отличительные особенности шаровых кранов от других:

1) корпус и пробка крана благодаря сферической форме имеют

меньшие габаритные размеры и массу, а также большую прочность;

2) конструкция кранов со сферическим затвором менее чувствительна к неточностям изготовления и обеспечивает гораздо лучшую герметичность, так как поверхность контакта уплотнительных поверхностей корпуса и пробки полностью окружает проход и герметизирует затвор крана;

3) изготовление этих кранов менее трудоемко. В шаровых кранах с кольцами из пластмассы отпадает необходимость п притирке уплотнительных поверхностей. Обычно пробку хромируют или полируют.

Шаровые краны отличает от других большое разнообразие конструкций. Можно выделить два основных типа кранов: с плавающей пробкой и с плавающими кольцами.

Шаровые краны типа KШ-10 и КШ-15 предназначены для отключения трубопроводов, технологического, контрольного и предохранительного оборудования.

Герметичность запорного узла (шаровая пробка-седло) обеспечивается плотным охватом части сферической поверхности шаровой пробки седлом с некоторым натягом за счет способности материала седла деформироваться при скреплении деталей крана стяжными болтами. Материалами для изготовления седла могут быть фторопласт, винипласт, резина или другие, обладающие свойствами пластической деформации, близкими к свойствам названных материалов. В случае износа уплотнительных поверхностей седла и утраты герметичности запорным узлом конструкция крана предусматривает возможность восстановления герметичности за счет удаления одной или двух прокладок, установленных с двух сторон между корпусом и крышкой.

Алексинским заводом «Тяжпромарматура» освоен серийный выпуск шаровых кранов с D y - 50, 80, 100. 150. 200. 700, 1000. 1400 мм на р у - 80 кгс/см 2 модернизированной конструкции с пробкой в опорах и уплотнением из эластомерного материала (полиуретана или других материалов с высокой износостойкостью).

Корпуса кранов с D y - 50 - 200 мм штампованные, с фланцевым разъемом, а с D у = 700. 1000. 1400 мм - цельносварные, из штампованных полусфер (рис. 53). Применяемые в кранах блоки управления (БУЭП-5; ЭПУУ-6) не требуют дополнительной обвязки в условиях эксплуатации, так как имеют встроенную клеммную коробку и конечный выключатель. Безбаллонная конструкция приводов значительно сократила расход дефицитной гидрожидкости для гидросистемы кранов. Кроме того, в кранах применены ручные гидравлические насосы принципиально новой конструкции.

Рис. 52. Кран шаровой КШ без смазки.

1- корпус: 2 - шаровая пробка (поворотный затвор). 3 - седло: 4 - шпиндель; 5 - крышка (фланги): б - рукоятка: 7 - уплотнительная прокладка: 8. 9 - уплотнительные резиновые кольца: 10 - болт: 11 - прокладка

Завод изготавливает следующие шаровые краны:

МА39208 - D У 50, 80, 100, 150, 200 мм; р у 80 кгс/см 2 ; с ручным и пневмоприводом

МА39003 - D у 300 мм; р у 80 кгс/см 2 ; с ручным и пневмоприводом MA39113 - D у 400 мм; р у 160 кгс/см 2 ; с пневмогидроприводом

MA39I12 - D у 1000 мм; p у 80 и 100 кгс/см 2

MA39183 - D у 700 и 1400 мм: р у 80 кгс/см 2

МА39096 - Dу 1200 мм; р у 80 кгс/см 2

МА39095 - D у 1400 мм; р у 80 кгс/см 2

МА39230 - D у 50. 80. 100. 150. 200 мм; p у 200 кгс/см 2

Краны шаровые МА39208 с ручным управлением D y - 50, 80, 100, 150 мм; р у 80 кгс/см 2 предназначены для применения в качестве запорного устройства на трубопроводах, транспортирующих природный газ (табл. 20). В конструкции кранов большое число оригинальных устройств. Узел крана D y 50, 80. 100. 150 мм состоит из двух компактных штампованных полукорпусов с одним разъемом, наличие одного разъема уменьшает вероятность разгерметизации узла крана относительно внешней среды. Герметизация центрального разъема осуществляется резиновым уплотнением специальной формы.

Конструкция запорного органа выполнена по схеме «пробка в опорах», с самосмазывающими подшипниками скольжения из металлофторопласта. Уплотнение затвора из полиуретана, который

Рис. 53. Шаровой кран с пневмогидроприводом.

1- корпус крана: 2 - редуктор ручной: 3 - маховик; 4 - труба колонны. 5 - удлинитель; 6 - колонна: 7 - трубопровод для подачи герметика в уплотнение: 8 - гидропривод: 9 - масляные баллоны

Таблица 20- Габаритные, присоединительные размеры, мм, и масса шаровых кранов

0,	p У	О	D 1	А	L	С	Н	H,	Масса, кг
с пневмогидроприводом	с ручным приводом
	80- 160	190- 205				2155 (360)			580 (470)
						2215 (440)			820 (650)
	80- 125		386-398			2420 (625)	2815 (1020)	-	1475- 1480	-
						2530 (935)	3670 (2055)	3570 (1975)	4000 (3600)	3800 (3400)
						2610 (1015)	3970 (2375)	-	5560 (5110)	-
	80- 100		978- 988			2480 (1180)	4010 (2770)	-	10815 (10020)	-
								-		-
								-		-

Примечание. Размеры и масса в скобках - для кранов надземной установки

запрессован в металлическое седло. Мягкие полиуретановые уплотнения затвора обладают высокой износоустойчивостью, стойкостью к абразивному износу, эрозионностойкостью и обеспечивают надежную герметичность затвора во всех диапазонах давлений. Поджатие седел к затвору осуществляется за счет давления транспортируемой среды и усилия пружин, служащих для надежной герметичности затвора при низких давлениях. Краны изготавливаются с ручным приводом, представляющим собой рычаг. Ниже приведена техническая характеристика крана.

Расходомеры переменного перепада состоят из устройств, образующих местное сужение в трубопроводе (сужающие устройства) и дифференциальных манометров перепада давления.

Принцип действия сужающих устройств заключается в следующем: при протекании потока жидкости, газа или пара в суженном сечении трубопровода часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую. Средняя скорость потока увеличивается, в результате чего в сужающем устройстве создается перепад давления, величина которого зависит от расхода вещества.

Сужающие устройства подразделяются на две группы: нормализованные и ненормализованные. К первой группе относятся диафрагмы, сопла, трубы Вентури. Диафрагмы и сопла устанавливают в трубопроводах круглого сечения диаметром не менее 50 мм, а трубу Вентури — в трубопроводе диаметром не менее 100 мм.

Ко второй группе сужающих устройств относятся сдвоенные диафрагмы, сопла с профилем размером 1/4 круга и другие устройства, которые применяют для измерения расхода вязких жидкостей при малых диаметрах трубопроводов.

Диафрагмы (рис. 31) бывают камерные А — отбор импульсов давления при помощи кольцевых камер и бескамерные Б — отбор импульсов давления при помощи отверстий (табл. 13). Толщина диска диафрагмы должна быть менее 0,1 D (D — диаметр условного прохода трубопровода).

Камерные диафрагмы состоят из диска, прокладки и двух кольцевых камер. Кольцевые камеры измеряют давление до и после диафрагмы. Толщина диска равна 3 мм для трубопроводов диаметром D < 150 мм и 6 мм для трубопроводов диаметром 150 < D < 400 мм.

Сопла могут применяться для труб диаметром не менее 50 мм. Схема сопла представлена на рис. 32. Верхняя часть соответствует отбору импульсов давления при помощи кольцевой камеры, нижняя — отбор производится при помощи отверстий. Выпускают их малыми сериями.

Труба Вентури имеет постепенно сужающееся сечение, которое затем расширяется до первоначального размера. Вследствие такой формы потери давления в ней меньше, чем в диафрагмах и соплах. Труба Вентури состоит из входного и выходного конусов и цилиндрической средней части (рис. 33).

Труба Вентури называется длинной, если диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, и короткой, если он меньше диаметра трубопровода.

Сужающие устройства — простые дешевые надежные средства измерения расхода. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств может быть определена расчетным путем, поэтому отпадает необходимость в образцовых расходомерах. Сужающее устройство является индивидуальным для каждого расходомера.

Из перечисленных сужающих устройств наибольшее применение нашли диафрагмы, поэтому приведем примеры расчета диафрагмы для измерения расхода воды и влажного воздуха (газа).

Расчет сужающего устройства заключается в определении размеров его проходного отверстия.

1. Находим произведение коэффициента расхода а на отношение площади проходного сечения диафрагм к площади трубопровода а:

2. Рассчитываем критерии Рейнольдса, соответствующие расчетному и минимальному расходам:

3. По произведению ста с помощью графика (рис. 34) определяем значение а и а:

4. Рассчитываем потери давления от установки диафрагмы

Фактические потери давления от установки диафрагмы меньше допустимого значения.

Определяем диаметр прохода диафрагмы при рабочей температуре:

6. Находим диаметр прохода при температуре 20 °С:

7. Проверяем расчет по формуле:

1. Определяем плотность влажного воздуха:

2. Находим ориентировочное значение произведения ста, приняв коэффициент расширения е = 1:

Рассчитываем критерий Рейнольдса для расчетного и минимального расходов воздуха:
По графику (см. рис. 34) определяем ориентировочные значения а и а. Они равны соответственно 0,445 и 0,673.
Находим значение коэффициента расширения е по графику (рис. 36) - е = 0,975.
Уточняем значение произведения а а 8 = 0,292 . 0,975 = 0,287.

По уточненному произведению а а 8 определяем а и а (см. рис. 34):

Полученное значение меньше допустимого.

Рассчитываем потери давления от сужающего устройства (см. рис. 35): AP d = 55 %;

10. Проверяем расчет по формуле

Однотипные по устройству дифференциальные манометры и вторичные приборы могут быть использованы для различных условий измерения.

Расходомеры с сужающими устройствами универсальны, они применяются для измерения расхода практически любых однофазных (иногда и двухфазных) сред в широком диапазоне давлений, температур, диаметров трубопроводов.

При найденном значении С возможны два вида расчета: по заданному перепаду давления или по заданным потерям давления. Если задан предельный перепад давления Δр пр , то по номограмме рис. 8.11 определяем предварительное относительное сужение m (модуль) сужающего устройства по найденному коэффициенту С и заданному предельному перепаду давления на сужающем устройстве Δр пр , . Найденное предварительное значение модуля m подставляем в формулу по определению тα и вычисляем предварительный коэффициент расхода α .

2. Вычисляем с точностью до четырех значащих цифр вспомогательный коэффициент mα

3. Определяем уточненное значение модуля m с точностью до четырех значащих цифр по формуле

m = mα/α .

4. По уточненному значению модуля m находим новое значение поправочного множителя на расширение и вычисляем разность между

первоначально вычисленным значением ε и уточненным. Если эта разность не превышает 0,0005, то вычисленные значения m и ε считаются окончательными.

5. Определяем диаметр d отверстия диафрагмы при окончательно выбранном m

10. Выбираем длины прямых участков измерительных трубопроводов до и после диафрагмы.

11. Рассчитываем погрешность измерения расхода

Пример 9.3.3. Рассмотрим расчет диафрагмы при следующих исходных данных. Измеряемая среда - природный углеводородный газ с плотностью при нормальных условиях ρ н =0,727 кг/м 3 . Наибольший измеряемый (предельный) расход газа, приведенный к нормальным условиям, Q н.пр. = 100000 м 3 /ч, средний Q н.ср. =60000 м 3 /ч, минимальный, Q н. min =30000 м 3 /ч. Температура газа перед сужающим устройством Т 1 =278 К. Избыточное давление газа перед сужающим устройством р 1 изб = 1,2 МПа=12 кгс/см 2 . Предельный перепад давления на сужающем устройстве (диафрагме) Δp пр =2500 кгс/м 2 =0,25 кгс/см 2 . Среднее барометрическое давление р б =0,1 МПа = 1 кгс/см 2 . Внутренний диаметр трубопровода перед диафрагмой D = 400 мм. Вязкость газа в рабочих условиях μ =1,13·10 -6 кгс·с/м 2 .

Перед диафрагмой находятся местные сопротивления в виде входного коллектора с двумя коленами, расположенными в разных плоскостях, и входной отсекающий кран. 3a диафрагмой установлена гильза термометра и выходной кран. Допустимая погрешность от неучета длин прямых участков до и после диафрагмы δ α L не должна превышать 0,3 %. Отбор давлений от диафрагмы - угловой. Внутри прямого участка измерительного трубопровода на расстоянии l =2 м имеется выступ от стыковки труб высотой h =1 мм. Эксцентриситет оси отверстия диафрагмы и измерительного трубопровода е =2 мм.

Приведенные погрешности δ пп и δ пк пропорционального и корневого планиметров одинаковы и не превышают 0,5 % Абсолютные погрешности хода диаграмм дифманометра, манометра и термометра Δτ Δр , Δτ Δр , Δτ р и Δτ Т не превышают 2 мин.

Порядок расчета

1. В качестве сужающего устройства выбираем диафрагму (рис. 9.10, а) из нержавеющей стали марки Х17. В качестве вторичного измерительного прибора выбран сильфонный самопишущий дифманометр типа ДСС-734 класса точности 1,5 с предельным перепадом давления Δр пр = 2500 кгс/м 2 , имеющий дополнительную запись давления класса точности 1,0 с предельным давлением р пр = 25 кгс/см 2 . Для записи температуры газа выбран самопишущий манометрический термометр типа ТЖ класса точности 1,0 с пределом измерения от -50 до 50 °С.

2. Определяем абсолютное давление газа перед сужающим устройством по формуле:

p 1 = p 1 изб +p б = 1,2+0,1 = 1,3 МПа=13 кгс/см 2

3. При ρ н =0,727 кг/м 3 коэффициент сжимаемости природного газа будет 0,974.

4. Определяем вспомогательный коэффициент С по формуле:

5. При известном коэффициенте С =11,530 и предельном перепаде давления Δр пр = 2500 кгс/м 2 по фрагменту номограммы, рис. 9.11, определяем численное значение модуля диафрагмы m и необратимые потери давления на диафрагме р п .

Для получения значения модуля т и потерь давления р п откладываем на ось абсцисс номограммы С =11,530 и восстанавливаем перпендикуляр до пересечения в точке А с кривой 1, соответствующей предельному перепаду давления Δр пр =2500 кгс/м 2 . Наклонная прямая 2, проходящая через точку А, соответствует значению искомого модуля диафрагмы m =0,356. Проведя из точки А горизонтальную прямую до пересечения с осью ординат, получаем значение необратимых потерь давления р п на диафрагме, равное 0,16 кгс/см 2 .

6. Рассчитаем минимальное число Рейнольдса Re min , соответствующее минимальному расходу газа Q н. min =30000 м 3 /ч, т. е.

Re min = 0,0361 Q н. min ρн /(Dμ m ах ) = 0,0361·30000 ×

× 0,727/(400·1,13·10 -6) = 1,74·10 6 .

Такое значение минимального числа Рейнольдса удовлетворяет условию.

Рис. 9.11. Фрагмент номограммы для С =f (Δp пр , т , р п ).

8. Определяем значение коэффициента адиабаты х в рабочих условиях при p 1 = 13 кгс/см 2 и Т =278 К:

х = 1,29 + 0,704·10 -6 р 1 = 1,29 +

0,704· 10 -6 · 13 = 1,29 + 0,088 = 1,378.

9. Рассчитаем предварительное значение поправочного множителя на расширения ε при известном предварительном значении модуля m =0,356, коэффициенте адиабаты х = 1,378, предельном перепаде давления Δр пр =0,25 кгс/см 2 и давлении p 1 = 13 кгс/см 2:

ε = 1 - (0,41 + 0,35m 2) Δр пр /(x Р 1) = 1 - (0,41 + 0,35 · 0,356 2) ×

× 0,25/(1,378·13)= 1 - 0,454·0,0140 = 0,99.

10. Вычисляем вспомогательный коэффициент mα при С = 11,530, ε =0,99 и Δр пр =2500 кгс/м 2:

mα = С/(ε ) = 11,530/(0,99 ) = 0,2329.

11. Определяем уточненное значение модуля m при mα =0,2329 и α =0,6466:

m = mα/α = 0,2329/0,6466 = 0,36.

12. При новом уточненном значении m =0,36 коэффициент расхода α равен

α = (1/ ) {0,5959 + 0,0312·0,36 1,05 -0,1840·0,36 4 +

0,0029·0,36 1,25 0,75 } = 1,0715(0,5959 + 0,01067 -

0,00309 + 0,0001324) = 0,6468.

13. При m =0,36 диаметр отверстия диафрагмы

d = = 400 = 240 мм.

14. Подставляем в формулу найденные значения d =240 мм, α =0,6468, ε = 0,99, Δр пр =2500 кгс/м 2 , p 1 = 13 кгс/см 2 , T 1 = 278 К, ρ н =0,727 кг/м 3 и Z =0,974:

Q н.пр = 0,2109αεd 2 = 0,2109·0,6468·0,99·240 2 ×

× = 7778,64·12,85 = 99955,6 м 3 /ч.

15. Находим погрешность расчета максимального расхода газа ΔQ по формуле:

Погрешность расчета ΔQ =0,04 % <0,2 %, что вполне допустимо. Здесь Q расч - уточненное расчетное значение максимального (предельного) расхода газа, м 3 /ч. Так как погрешность расчета 0,04 % вполне допустима, окончательно принимаем следующие параметры измерительной диафрагмы. Диаметр отверстия диафрагмы d =240 мм, коэффициент расхода α =0,6468 и модуль m =0,36.

16. Рассчитаем максимальное число Рейнольдса Re ma x , соответствующее предельному (максимальному) расходу газа Q н.пр = 100000 м 3 /ч:

Re max = 0,0361Q н.пр ρ н /(Dμ ) = 0,0361·100000×

×0,727/(400·1,13·10 -6) =2,64·10 6 .

17. Принимаем толщину диска диафрагмы Е =0,05 D .Тогда Е =0,05-400=20 мм. Ширину цилиндрической части отверстия диафрагмы е ц (рис.

9.10, а), которая затем переходит в коническую выходную часть, выбираем из соотношения 0,005 D 0,02 D . Приняв е ц =0,02 D , получаем, что е ц =0,02∙400=8 мм. Угол скоса конической выходной части диафрагмы q должен быть не менее 30 и не более 45°. Принимаем угол скоса .

18. Ширина кольцевой щели c , соединяющей камеры отбора давлений с трубопроводом, не должна превышать 0,03 D при т ≤ 0,45. В этом случае

19. Размеры сечений камер для отбора давлений a и b выбираем из условия:

Приняв b = 1,5a , получаем, что а ≥ 70,8 мм, а b ≥ 1,5а ≥ мм. Толщина h стенки корпуса камеры должна быть не менее 2 с , т. е.

20. Определяем длины прямых участков измерительного трубопровода перед диафрагмой L 1 и L 2 и после диафрагмы l 1 и l 2 исходя из заданной погрешности . Перед диафрагмой согласно условию находится два местных сопротивления. Наиболее удаленное от диафрагмы - входной патрубок с двумя коленами, расположенными в разных плоскостях, а ближайшее к диафрагме - входной кран. За диафрагмой находится гильза термометра и выходной кран. Определяем минимальное расстояние L 2 /D между входным патрубком с группой колен, расположенных в разных плоскостях и входным краном. При указанном расположении местных сопротивлений получаем, что L 2 /D= 30. При D =400 мм = 0,4 м

Минимальное расстояние L 2 /D между входным краном и диафрагмой, при модуле m =0,36 и заданной погрешности δ а L = 0,3 % равно 20. При L 2 /D =20

Расстояние l 1 от выходного торца диафрагмы до гильзы термометра должно быть более 2 D , т. е.

Определяем минимальное расстояние l 2 от выходного торца диафрагмы до выходного крана. При m =0,36

С учетом выполненных расчетов длины прямых участков измерительного трубопровода (рис. 9.10, а) имеют следующие размеры: L 1 =8 м, L 2 =12 м, l 1 =0,8 м и l 2 =2,8 м.

Расчет погрешности измерения расхода газа . Для расчета погрешности измерения расхода сухого газа выпишем исходные данные,

полученные при расчёте сужающего устройства (диафрагмы), а также определим ряд дополнительных данных. При диаметре трубопровода D = 400 мм, модуле m =0,36 и минимальном числе Рейнольдса Re min =1,74∙10 6 , исходя из условий, указанных в настоящей главе, можно принять, что и . При измерении фактических размеров измерительного трубопровода и диафрагмы было получено, что высота уступа внутри прямого участка трубопровода перед диафрагмой при стыковке труб h =1 мм на расстоянии l =2 м от диафрагмы, а эксцентриситет оси отверстия диафрагмы и измерительного трубопровода е =2 мм. При выбранных длинах прямых участков перед диафрагмой L 1 =8 м и L 2 =12 м и модуле m =0,36 значение погрешности δ а L = 0,3 %. При высоте уступа L =1 мм и диаметре D =400 мм находим, что:

При меньше 0,3% можно принять, что δ а L =0. При эксцентриситете е =2 мм проверяем выполнение условий:

Из указанных условий видно, что фактическое значение эксцентриситета е =2мм удовлетворяет условию, в связи с чем, погрешность от влияния эксцентриситета . Подставив полученные данные в формулу, получаем погрешность определения коэффициента расхода а .

Лекция

Измерение расхода жидкостей, газа и пара

Вопрос №1

Общие сведения

При измерениях, связанных с учетом количества вещества, важнейшими исходными понятиями являются количество вещества и расход.

Количество вещества можно измерять либо в единицах.массы [килограмм (кг), тонна (т)], либо в единицах объема [кубический метр (м 3), литр (л)]. Расход есть количество вещества, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени. В соответствии с выбранными единицами может производиться измерение либо массового расхода G M (единицы кг/с, кг/ч, т/ч), либо объемного расхода G 0 (единицы м 3 /с, л/с, м 3 /ч). Единицы массы и массового расхода дают более полные сведения о количестве или расходе вещества, чем единицы объема, так как объем вещества, особенно газов, зависит от давления и температуры. При измерении объемных расходов газов для получения сопоставимых значений результаты измерения приводят к определенным (так называемым нормальным) условиям. Такими нормальными условиями принято считать температуру t н = = 20 °С, давление Р н = 101,325 кПа (760 мм рт. ст.) и относительную влажность φ = 0. В этом случае объемный расход обозначается G н и выражается в объемных единицах (например, м 3 /ч).

В соответствии с ГОСТ-15528 измерительный прибор, служащий для измерения расхода вещества, называется расходомером, а прибор для измерения количества вещества - счетчиком количества (счетчиком). В каждом конкретном случае к этим терминам следует добавлять наименование контролируемой среды. Во многих случаях показания расходомеров суммируются во времени и используются, как и показания счетчиков, для определения количеств израсходованного газа, отпущенной горячей воды или пара при проведении коммерческих расчетов или определении экономических показателей работы оборудования. Эта особенность использования расходомеров и счетчиков обусловили специфику нормирования их метрологических характеристик. В отличие от рассмотренных средств измерений у расходомеров и счетчиков в большинстве случаев нормируется предел основной относительной погрешности, который может зависеть от величины измеряемого расхода. В связи с этим для расходомеров вводится понятие динамического диапазона, в пределах которого задан предел основной относительной погрешности и который характеризуется отношением верхнего предела измерения G в.п. к нижнему G н.п. , G в.п. /G н.п. .

При измерении расхода в поток в большинстве случаев вводится рабочее тело, что приводит к потере давления, величина которого для приборов нормируется, так же как и необходимые длины линейных участков трубопровода до и после расходомера. Последнее требование связано с зависимостью показаний расходомеров от профиля скоростей потока в трубе.

Верхние пределы измерения расходов выбираются из ряда: А = а · 10 n , где а - одно из чисел 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; n - целое число положительное или отрицательное, включая нуль.

Существует большое разнообразие методов измерения расхода и конструктивных разновидностей расходомеров и счетчиков. Наибольшее распространение получили следующие разновидности расходомеров: переменного перепада давления с сужающими устройствами; постоянного перепада давления; тахометрические; электромагнитные; ультразвуковые; вихревые; массовые. Большинство выпускаемых в настоящее время расходомеров и счетчиков являются микропроцессорными приборами с широкими функциональными возможностями. Благодаря энергонезависимой памяти, измеренные значения суточных и месячных расходов веществ хранятся в течение 1-3 лет. Эта информация может вызываться на цифровой дисплей приборов, к их цифровому выходу могут подключаться ПК и принтеры. С использованием различных интерфейсов микропроцессорные расходомеры и счетчики соединяются с локальными компьютерными сетями, при этом информация от приборов может передаваться по телефонным и радиоканалам, оптическим кабелям.

Различные варианты передачи и приема цифровой информации от расходомеров и счетчиков осуществляются с использованием устройств сопряжения - адаптеров, модемов. Некоторые типы расходомеров имеют автономное питание от батарей и аккумуляторов, что позволяет устанавливать их в местах, где отсутствует электросеть или возникают перебои с подачей электричества

Вопрос №2

Измерение расхода жидкостей, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве

Основы теории измерения расхода по перепаду давления в сужающих устройствах Данный метод измерения расхода основан на зависимости перепада давления в неподвижном сужающем устройстве (СУ), устанавливаемом в трубопроводе, от расхода измеряемой среды. Это устройство следует рассматривать как первичный преобразователь расхода. Создаваемый в сужающем устройстве перепад давления измеряется дифманометром, который может быть показывающим со шкалой в единицах расхода. При необходимости дистанционной передачи показаний дифманометр снабжается преобразователем, который линией связи соединяется с вторичным прибором и другими устройствами. Метод измерения расхода является наиболее отработанным, сужающие устройства и дифманометры для них выпускают все крупнейшие приборостроительные фирмы мира. Для измерения расхода пара, газа, жидкостей в трубопроводах диаметром свыше 300 мм в основном используется этот метод.

Рассматриваемый принцип измерения заключается в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии и соответственно статического давления. Расход может быть определен при известной градуировочной характеристикепо перепаду давления Δр на сужающем устройстве, измеренному дифманометром. Использование рассматриваемого метода измерения требует выполнения определенных условий:

характер движения потока до и после сужающего устройства должен быть турбулентным и стационарным;

поток должен полностью заполнять все сечение трубопровода;

фазовое состояние потока не должно изменяться при его течении через сужающее устройство (пар является перегретым, при этом для него справедливы все положения, касающиеся измерения расхода газа);

во внутренней полости трубопровода до и после сужающего устройства не образуются осадки и другие виды загрязнений;

на поверхностях сужающего устройства не образуются отложения, изменяющие его геометрию.

Сужающие устройства условно подразделяются на стандартные, специальные и нестандартные. Стандартными называются сужающие устройства, которые рассчитаны, изготовлены и установлены в соответствии с руководящим нормативным документом ГОСТ 8.569.1-97. К числу специальных относятся стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50 мм. Сужающие устройства, не относящиеся к этим двум группам, называются нестандартными. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств определяется с помощью расчетов без индивидуальной градуировки. Этот момент обусловил широкое применение данного метода для измерения расходов воды, пара, газа в трубопроводах больших диаметров. Градуировочные характеристики нестандартных сужающих устройств определяются в результате индивидуальной градуировки.

Этому методу присущи следующие недостатки:

Узкий динамический диапазон, не превышающий трех-пяти при использовании одного дифманометра;

Диаметр трубопровода должен быть более 50 мм, в противном случае необходима индивидуальная градуировка;

значительные длины линейных участков;

наличие потери давления.

В качестве стандартных сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара используются диафрагмы, сопла и значительно реже трубы и сопла Вентури. Диафрагма (рис. 12.1, а) представляет собой тонкий диск с круглым отверстием, ось которого располагается по оси трубы. Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а затем переходит в коническое расширение. Передняя кромка отверстия должна быть прямоугольной (острой) без закруглений и заусениц. Диапазон рабочих чисел Re зависит от относительного диаметра СУ и для диафрагмы он составляет от ".

Сопло (рис. 12.1, б) имеет спрофилированную входную часть, переходящую затем в цилиндрический участок диаметром d (его значение входит в уравнения расхода). Задняя торцевая часть сопла включает цилиндрическую выточку диаметром, большим d , для предохранения выходной кромки цилиндрической части сопла от повреждения. При измерении расхода стандартные сопла устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм, числа Re потока при этом должны составлять 2 · 10 4 ...10 7 .

Рис. 12.1. Стандартные сужающие устройства: а - диафрагма; б - сопло; в - сопло Вентури

Сопло Вентури (контур показан на рис. 12.1, в) содержит входную часть с профилем сопла, переходящую в цилиндрическую часть, и выходной конус (может быть длинным или укороченным). Минимальный диаметр трубопровода для стандартных сопл Вентури составляет 65 мм. Их используют в диапазоне чисел Re от 1,5 · 10 5 до 2 · 10 6 . На рис. 12.1 символами p 1 и р 2 отмечены точки отбора давлений, подаваемых на дифманометр.

Рассмотрим движение потока несжимаемой жидкости через сужающее устройство на примере диафрагмы (рис. 12.2). На рисунке показаны профиль потока, проходящего через диафрагму, а также распределение давления вдоль стенки трубы (сплошная линия) и по оси трубы (штрихпунктирная линия). После сечения А струя сужается и, следовательно, средняя скорость потока возрастает. Вследствие инерции струя продолжает сужаться и на некотором расстоянии после диафрагмы, место наибольшего сужения находится в сечении В. Увеличение скорости на участке АВ сопровождается уменьшением статического давления от первоначального значения р а до минимального значения р b .

После сечения В начинается расширение струи, которое заканчивается в сечении С. Этот процесс сопровождается уменьшением скорости и увеличением статического давления. В сечении С скорость примет первоначальное значение (как в сечении А), но давление р с будет меньше первоначального на р п , называемое потерей давления в сужающем устройстве. Наличие потери давления вызвано потерей энергии потока в мертвых зонах, находящихся до и за диафрагмой, из-за сильного вихреобразования в них. Для определения общей зависимости между расходом и перепадом давления предположим, что жидкость несжимаема (т.е. плотность жидкости не изменяется при прохождении через сужающее устройство), отсутствует теплообмен с окружающей средой, трубопровод горизонтален, нет потерь на сопротивление СУ, поле скоростей равномерное.

Рис. 12.2. Характер потока и распределение статического давления при установке в трубопроводе диафрагмы

Уравнение сохранения постоянства массового расхода (неразрывности) для несжимаемой жидкости, записанное для сечения A и на выходе диафрагмы, имеет вид:

где u D - начальная скорость потока в трубопроводе;

u d - скорость потока в отверстии СУ;

р - плотность среды;

G m - массовый расход.

Записанное для этих сечений уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения энергии для потока в трубе, имеет вид:

Обозначим в соответствии с ГОСТ 8569.2-97 относительный диаметр СУ черезранее квадрат этого отношения назывался относительной площадью или модулем т СУ. Используя (12.1), можно записать

тогда подставляя значение u D в (12.2), получаем:

Величина Е = 1/(1 - β 4) 0,5 называется коэффициентом скорости входа, f - минимальная площадь проходного сечения СУ. Рассчитанное по выражению (12.3) значение массового расхода получается завышенным из-за завышенного перепада давления на СУ, вызванного торможением потока, завихрениями на входе и выходе СУ. В связи с этим в уравнение (12.3) вводится коэффициент истечения С , меньший единицы.

Расчет массового расхода для несжимаемых сред производится по выражению

(12.4)

объемного

ранее произведение СЕ называлось коэффициентом расхода α.

Формулы (12.4), (12.5) справедливы для несжимаемых жидкостей. При измерении расхода газа, пара, воздуха их плотность после СУ снижается, объем увеличивается. При этом получается завышенное значение перепада, а следовательно, и расхода, для компенсации этого эффекта в формулы (11.4), (11.5) вводится коэффициент ε, меньший единицы и называемый коэффициентом расширения. Таким образом, расчетные соотношения для массового и объемного расхода сжимаемых сред имеют вид

(12.6)

объемного

(12.7)

Выражения (12.6), (12.7) являются основными уравнениями расхода, пригодными для сжимаемых и несжимаемых сред, для последних ε = 1. При определении по этим уравнениям расхода величины f , р, р, G m , G 0 имеют соответственно следующую размерность: м 2 , Па, кг/м 3 , кг/с, м 3 /с. Существующие конструкции сужающих устройств обеспечивают близкое к постоянным значения коэффициента истечения только в ограниченном интервале изменения чисел Рейнольдса (Re = uD / v , где v - кинематическая вязкость).

Значения С и е определены в результате экспериментальных исследований, проведенных на трубопроводах с гладкой внутренней поверхностью при распределении скоростей потока по сечению трубопровода, соответствующему установившемуся турбулентному режиму течения. В экспериментах использовались диафрагмы с острой входной кромкой.

Для геометрически подобных СУ при гидродинамическом подобии потоков измеряемой среды значения С одинаковы. Геометрическое подобие СУ состоит в равенстве отношений геометрических размеров СУ к диаметру трубопровода. Гидродинамическое подобие потоков имеет место при равенстве чисел Re. Значения коэффициентов истечения определялись во многих странах мира с использованием образцовых расходомерных установок, основанных на измерении массы G м или объема вещества G 0 , протекшего через СУ за фиксированный интервал времени. Коэффициент С рассчитывается по этим данным как отношение фактического расхода к теоретическому, рассчитанному по перепаду давления на СУ

Экспериментально коэффициент расширения e определяется на сжимаемой среде как отношение коэффициентов истечения сжимаемойсреды и несжимаемой при известных значениях

Поскольку для расчета сужающих устройств используются компьютерные программы, то экспериментально полученные значения С , ε описаны эмпирически. Коэффициент С выражен через две составляющие: С = C_K Re . Коэффициент С_ зависит только от B, a K Re меняется с изменением Re. Для диафрагмы с угловым отбором давления

(12.8) и (12.9)

Графики зависимостей СЕ = /(Re, (3) для диафрагм с угловым отбором давления, поскольку для диафрагм K Re зависит от способа отбора давления представлены на рис. 12.3 и в табл. 12.1. От него зависит также величина изменений K Re в области рабочих чисел Re. Если эти изменения у диафрагм с угловым отбором давления при β = 0,27...0,8 составляют соответственно 0,5...5 %, то при фланцевом отборе давления изменения составляют лишь 0,3...2 %. В таких же пределах меняется K Re у сопл, у сопл Вентури в рабочем диапазоне чисел Re С остается постоянным.

Поправочный множитель ε в общем виде зависит от β, показателя адиабаты æ и отношения Δр/р (р - абсолютное давление среды до сужающего устройства). Расчетное соотношение для ε определяется типом сужающего устройства и для диафрагмы независимо от способа отбора давления

Рис. 12.3. Зависимость СЕ для диафрагм с угловым отбором от Re и β:

1 ÷ 4 - β = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8

Таблица 12.1

Таблица коэффициентов скорости входа Е и истечения С для диафрагм с угловым способом отбора давления

Таким образом, между расходом и перепадом давления в сужающем устройстве существует квадратичная зависимость, что позволяет дифманометры, измеряющие перепад давления градуировать в единицах расхода или получать пропорциональный расходу выходной сигнал. Такие дифманометры называются дифманометрами-расходомерами. Для получения равномерной шкалы расходомера в кинематическую или электронную схему дифманометров или вторичных приборов включаются различные типы устройств, извлекающих квадратный корень. В микропроцессорных дифманометрах помимо извлечения корня выполняется комплекс расчетных операций, связанных с учетом изменения плотности среды, коэффициента расширения и пр.

Необходимость извлечения квадратного корня является одним из недостатков метода измерения расхода по перепаду давления, обусловливающим суженный диапазон измерения расходомера, охватывающий обычно интервал 30... 100% максимального измеряемого расхода G в.п. Это означает, что использовать расходомер для измерения расходов в интервале 0...30 % его шкалы не рекомендуется, так как здесь не гарантируется достаточная точность измерения. Это вызвано тем, что в начале шкалы резко увеличивается относительная погрешность измерения перепада давленияДействительно, при уменьшении расхода отнапример, до 0,25 G в. п. в соответствии с (12.7) перепад давления в сужающем устройстве уменьшится в 16 раз, а при расходе - 100 раз, относительная погрешность измерения перепада также увеличивается соответственно в 16 и 100 раз. Точность расходомера обычно гарантируется только в пределах шкалы 30 ... 100%.

Реально существующая шероховатость трубопровода заостряет профиль скоростей и несколько увеличивает коэффициент истечения, особенно при малых диаметрах труб. Это учитывается умножением исходного коэффициента расхода на поправочный множитель К ш. Для всех типов сужающих устройств значение К ш увеличивается с уменьшением диаметра трубопровода и увеличением. Трубы диаметром D > 300 мм имеют малую относительную шероховатость (т.е. по свойствам приближаются к гладким), поэтому для них К ш = 1.

Изменение С , вызванное притуплением входной кромки диафрагмы, учитывается введением поправочного множителя К п на притупление входной кромки, значение которого зависит от диаметра трубопровода и относительной площади диафрагмы. Значение К п уменьшается с увеличением диаметра трубопровода иПри малых D и больших значениях β для диафрагм произведение К ш ·К п может превышать значение 1,03, причем в процессе эксплуатации это значение изменяется. Так, при загрязнении и коррозии трубопровода изменяется значение К щ, причем у диафрагм это влияние выражено сильнее, чем у сопл. Еще большие погрешности могут возникать при коррозии сужающего устройства или изменении его профиля за счет абразивных свойств среды, причем у диафрагм это также проявляется сильнее, чем у сопл. По этим причинам сужающие устройства должны изготавливаться из твердого коррозионно-стойкого материала.

Таким образом, общие уравнения расхода, учитывающие конкретные условия эксплуатации для диафрагм, имеют вид:

объемного

В уравнениях расхода для сопл и труб Вентури коэффициент К п отсутствует, т.е. К = 1. В показывающих дифманометрах - расходомерах и вторичных приборах, в которых отсутствуют вычислители, все величины, входящие в (12.11), (12.12), принимаются постоянными. В случае массового расхода

в случае объемного

В эксплуатационных условиях возможно изменение р, влияющее на коэффициенты k м , k 0 и градуировочную характеристику. Существенное изменение плотности среды обычно наблюдается при изменении температуры и давления газа. Если изменение плотности среды сопровождается изменением е, то в этом случае показания массового расходомера надо умножить на множитель

Расчет диафрагмы сужающего устройства. Методика использования сужающих устройств для измерения расхода сред (жидкости, воздуха газа, пара)

Расчет диафрагмы сужающего устройства. Методика использования сужающих устройств для измерения расхода сред (жидкости, воздуха газа, пара)

Предыдущая запись

Следующая запись

Новые статьи

Популярные статьи