Метрологическая характеристика ТПР. Коррекция по расходу, вязкости.
| Турбинные счётчики имеют следующие особенности, которые необходимо учитывать при их испоьзовании: |
· метрологические характеристики индивидуальны для каждого типа и экземпляра ТПР;
· значения метрологических характеристик в большой степени зависят от условий эксплуатации (диапазона расходов, свойств нефти: вязкости, плотности, загрязнённости её, режима течения, формы эпюры скоростей и т.д.).
Коэффициент преобразования ТПР (К) – величина не постоянная даже для конкретного экземпляра ТПР, работающего на нефти, его значение зависит от расхода нефти (Q) и её вязкости. Зависимость между К и расходом Q является нелинейной функцией К=F(Q) и называется градуировочной характеристикой ТПР или метрологической характеристикой (МХ.) (рис.3).
От линейности и крутизны К=К(Q) во многом зависят «точностные» возможности ТПР.
Коэффициент преобразования (метрологическая характеристика) ТПР определяются экспериментально при аттестации и поверке. Так как вид метрологической характеристики ТПР зависит от условий работы, она определяется на месте эксплуатации.
В зависимости от способа реализации во вторичном приборе счетчика или устройстве обработки информации СИКН метрологическую характеристику представляют в виде:
· постоянного числа - значения коэффициента преобразования во всем рабочем диапазоне расходов;
· ряда постоянных чисел - значений коэффициента преобразования в различных диапазонах расхода, например, (20-40), (40-60), (60-80), (80-100) % от наибольшего расхода преобразователя;
· ломаной линии, соединяющей значения коэффициента преобразования при различных расходах;
· полинома (или другой функции), аппроксимирующего метрологическую характеристику.
Метрологические характеристики ТПР принято определять в диапазоне расходов, в котором он работает на УУН или другом объекте, т.е. в рабочем диапазоне. Рабочий диапазон определяют с учётом режима работы УУН, типа ТПР и требуемой точности измерений. При установлении рабочего диапазона расхода также учитывают необходимость обеспечения долговечности ТПР. Наиболее благоприятным, удовлетворяющим обоим требованиям (точности и долговечности), является диапазон расходов от 40 до 80 % пропускной способности ТПР.
Коррекция по расходу, по вязкости.
Коэффициент преобразования зависит от расхода нефти и ее вязкости. Зависимость между коэффициентом преобразования и расходом нефти нелинейная. При отсутствии коррекции коэффициента преобразования по расходу диапазон расходов оказывает существенное влияние на погрешность ТПР.
Для корректировки по расходу принимают следующее: сужение диапазона расходов и обеспечение постоянства расхода через ТПР. Для этих в состав измерительных линий входят регуляторы расхода. При их помощи контролируется расход нефти через измерительные линии.
Наиболее существенным и трудно поддающимся нормированию является изменение коэффициента преобразования ТПР от влияния вязкости. Функция влияния вязкости индивидуальна для каждого экземпляра ТПР.
Из-за изменения коэффициента вязкого трения на различных режимах течения меняется закономерность торможения ротора силами поверхностного трения о поток. Возникающая при этом погрешность может существенно превысить допускаемые пределы. При отсутствии специальных устройств, компенсирующих влияние вязкости, для счетчиков всегда оговариваются пределы вязкости нефти, в которых сохраняется номинальное значение погрешности.
Могут быть даны следующие рекомендации для компенсации влияния вязкости:
· Определить допустимые пределы изменения вязкости для ТПР;
· Исследовать изменение вязкости нефти на СИКН;
· Определить функцию влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР;
· Применение ТПР с турбинкой геликоидного типа. ТПР такой конструкции стабильно работает в широком диапазоне вязкости (приложение1. рис.2).
Чаще всего для корректировки по вязкости используется СОИ, в которою после исследования и определения влияния вязкости на коэффициент преобразования ТПР вводится функция, корректирующая влияние вязкости. Либо поправка вводится вручную.
Объёмные счетчики
Объемные счетчики предназначены для измерения объема жидких продуктов при малых скоростях движения, в том числе высоковязких продуктов (до 3000 мм2/с). При учете нефти и нефтепродуктов наибольшее распространение получили два типа объемных счетчиков - лопастные (камерные) и с овальными шестернями. Рассмотрим некоторые типы счетчиков зарубежных фирм.
Широкое распространение в практике трубопроводного транспорта при малых производительностях имеют объемные счетчики, в которых поток разделяется на порции механическим способом. Разделение на порции происходит при помощи эксцентрично укрепленных вращающихся лопастей или шестерен, движимых ротором. В процессе движения в определенные моменты образуются измерительные камеры, размер которых вымерен с высокой степенью точности. Число порций в единицу времени, пропущенных через камеры, определяется частотой вращения ротора.
На рис.4 приведена схема и общий вид лопастных счетчиков фирмы “Smith Meter Inc”, которые считаются одними из лучших в мире.
Счетчик состоит из корпуса, ротора, в пазах которого находятся лопасти и устройства преобразования. Внутри ротора находится кулачковый диск специального профиля, к которому прижаты лопасти (через подшипники качения). Корпус выполнен с двойными стенками, в полости между которыми находится жидкость для уравновешивания давления и сохранения постоянного объема внутренней камеры.
Лопастные расходомеры работают по принципу вытеснения. Установленный на шариковых опорах ротор с лопастями, равномерно расположенными в щелях на его периферии, вращается вокруг зафиксированного на центральном валу кулачкового диска в зависимости от направления и скорости потока нефти. Кулачковый диск выполнен таким образом, что вызывает радиальное выдвижение лопастей, направленных к стенке измерительной камеры. В целях уменьшения трения управляющий механизм лопастей оснащен шарикоподшипниками.
После завершения радиального выдвижения лопасти формируют со стенками и днищем кожуха закрытую камеру. Истирание деталей исключено, поскольку ни ротор, ни лопасти не прикасаются к неподвижным узлам измерительной камеры. Капиллярный эффект оптимально минимизирует утечку через зазор между лопастью и стенкой измерительной камеры, что и гарантирует сверхвысокую точность измерения. Кулачковый диск выполнен так, что две лопасти в определенном положении выдвинуты и образуют камеру, в которой определенный объем жидкости переходит из входа в выход счетчика (см.рис.4).
Рис.4. Схема и общий вид лопастных счетчиков фирмы “Smith Meter Inc”
Рис.2. ТПР с геликоидным ротором.
Вращение ротора преобразовывается в объем нефти при помощи механических счетчиков или в электрические импульсы с помощью магнитоиндукционных или фотоэлектрических датчиков.
| Рис.5. Схема работы и общий вид счетчика с электрическим датчиком импульсов. |
Фирма “Bopp & Reuther” поставляет объемные счетчики с овальными шестернями. Измерительный элемент счетчика состоит из двух прецизионных овальных шестерен, расположенных в корпусе (рис.5.) Под действием давления нефти шестерни вращаются. При каждом обороте пары овальных шестерен протекает точно определенный объем нефти через счетчик. Обороты пары овальных шестерен передаются при помощи магнитной муфты с передачей на счетный механизм с индикатором, или без обратного влияния на магнитоуправляемый датчик, где единственными движущимися элементами являются овальные шестерни. При прохождении нефти шестерни вращаются, и при этом одному обороту их соответствует точно одинаковый объем протекающей нефти. На рис.5. показаны схема работы и общий вид счетчика с электрическим датчиком импульсов.
Вращение шестерен преобразовывается в выходной сигнал в виде объема, накапливаемого и индуцируемого на механическом счетчике, или в виде частотно-импульсного сигнала с помощью электрических датчиков. Фирма поставляет счетчики условным диаметром от 25 до 400мм, охватывающим диапазон расходов от 0,015 до 400 м3/час.
Диапазон расходов счетчика конкретного размера для определенных жидкостей зависит от вязкости этих жидкостей. Счетчики с овальными шестернями могут измерять объем жидкостей, имеющих вязкость до 3000 мм2/с.