Измерение расхода жидкости и газа

Основные типы расходомеров

· Объемные камерные датчики. Для учета газа, потребляемого индивидуальными бытовыми и групповыми установками, небольшими котельными и т. п., используются объемные камерные счетчики низкого давления. Камерные счетчики имеют одну или несколько камер с подвижной перегородкой, которые при движении потока отмеривают определенные объемы газа, с последующим подсчетом числа опорожнившихся объемов. Диапазон измерения таких счетчиков от 0 до 6,0 м³/час, давление до 0,6 кг/см² (КГФ – 25; КГФ – 6). Погрешность этих счетчиков 1%.

· Ротационные счетчики. Эти счетчики также являются объемными и могут быть использованы при расходах до 3000 м³/час и давлении до 1 кг/см² (РГ – 40, РГ – 400).

· Турбинные расходомеры, счетчики жидкости и газа. Принцип действия турбинных расходомеров и счетчиков заключается в преобразовании скорости потока жидкости и газа, проходящего через известное сечение трубопровода, в частоту вращения турбины, установленной в трубопроводе, которая, в свою очередь, преобразует ее в частоту электрических импульсов.

· Турбинные расходомеры с магнитно-индукционным преобразователем – Норд, МИГ, Турбоквант, Смит – получили широкое применение на оперативных и коммерческих узлах учета нефти в нефтедобывающей промышленности.

· Механические турбинные счетчики жидкости ТОР-50, ТОР-80 используются в групповых замерных установках.

· Вихревые расходомеры жидкости и газа. Принцип действия этих расходомеров основан на эффекте Кармена, заключающегося в том, что если в потоке жидкости или газа установить призму с острыми ребрами, например, треугольную в сечении, перпендикулярном к движущемуся потоку, то на этих ребрах происходит срыв потока с образованием вихрей, частота которых пропорциональна скорости потока.

Диапазоны измеряемых расходов вихревых расходомеров лежат в пределах от 0 до 50000 м³/час.

Основная погрешность от 1 до 1,5%. Существенным недостатком вихревых расходомеров является необходимость их индивидуальной поверки. Опыт эксплуатации показывает, что их использование предпочтительно для измерения расхода жидкости (СВУ – 50, СВУ – 80, СВУ – 200)

· Трубки Пито – Параданталя. Для измерения малых расходов газа в трубопроводах большого диаметра могут быть использованы расходомеры скоростного напора - трубки Пито – Параданталя. Способ измерения основан на принципе измерения перепада давления, создаваемого между скоростным напором движущейся среды и статическим давлением в трубопроводе.

Трубка устанавливается в трубопровод навстречу потоку на расстоянии от верхней образующей. Для измерения давлений и перепада давления используются дифференциальные микроманометры типа ММП – 3, ММП – 4.

· Ультразвуковые расходомеры. Ультразвуковой (f > 20 rHz) метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового - колебания движущейся средой.

Для измерения расхода в основном используются 2 способа:

1. первый основан на изменении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Приборы называются фазовыми расходомерами;

2. второй основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него (частотные расходомеры).

· Метод переменного перепада давления.

В настоящее время основным методом измерения расхода и количества газа, протекающего по трубопроводам, является метод переменного перепада давления на сужающих устройствах. Метод переменного перепада давления основан на изменении перепада давления при протекании потока газа через сужающее устройство (СУ).

Самым распространенным сужающим устройством является стандартная диафрагма. В России Правилами РД 50 – 213 – 80 также нормализованы следующие типы сужающих устройств: сопло, сопло Вентури, труба Вентури. Перечисленные СУ по сравнению с диафрагмой обладают повышенными гидродинамическими характеристиками, имеют меньшие потери давления, меньший износ, более высокую стабильность метрологических характеристик. Однако ввиду нестабильности расходов, сложности аттестации в нефтедобывающей промышленности широкого применения не нашли.

Рассмотрим устройство и принцип действия турбинного счетчика ТОР, используемого в ГЗУ.

Турбинный расходомер жидкости (ТОР 1-50) в ГЗУ «Спутник» установлен ниже уровня жидкости в технологической емкости гидроциклонного сепаратора.

Расходомеры ТОР-1 предназначаются для измерения жидкости вязкостью не более 80 сСт. Расходомеры ТОР-1 обеспечивают как местный отсчет показаний, так и передачу показаний при помощи электромагнитного датчика на БМА.

Расходомеры ТОР-1 (рис. 8) состоят из двух основных частей: турбинного счетчика жидкости и блока питания.

Турбинный расходомер ТОР-1 работает следующим образом. Жидкость, проходя через входной патрубок корпуса 1 и обтекатель 2, попадает на лопатки крыльчатки 11 и приводит ее во вращение. После крыльчатки направление движения жидкости экраном изменяется на 180°, и она через окна обтекателя поступает в выходной патрубок. Число оборотов крыльчатки прямо пропорционально количеству прошедшей жидкости. Вращательное движение крыльчатки передается через понижающий редуктор и магнитную муфту на механический счетчик со стрелочной шкалой (цена деления 0,005 м³). Одновременно со стрелкой механического счетчика вращается находящийся с ней на одной оси диск 9 с двумя постоянными магнитами, которые, проходя мимо электромагнитного датчика, замыкают расположенный в нем магнитоуправляемый контакт. Получаемые при этом электрические сигналы регистрируются на блоке управления счетчиком, т. е. дублируют показания местного механического счетчика. В то же время каждая лопатка, проходя мимо магнитоиндукционного датчика, выдает электрический сигнал, который регистрируется в блоке регистрации.

Диапазон измерения колеблется от 3 до 30 м³/ч. Паспортная погрешность измерения при расходе от 3 до 5 м³/ч— ±5%, от 5 до 30 м³/ч— ±2,5%. В реальных условиях из-за плохой сепарации эта погрешность может достигать большой величины.

Измерение уровня и применяемые для этого приборы

Классификация уровнемеров

По принципу действия приборы для измерения уровня классифицируются как:

· визуальные;

· поплавковые;

· гидростатические.

Визуальные уровнемеры – стеклянная трубка со шкалой, закрепленная между двумя штуцерами, соединенными с резервуаром.

Поплавковые уровнемеры – чувствительным элементом является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. С изменением уровня изменяется положение поплавка, которое передается механическим (УДУ – 10), электрическим (Сапфир – ДУ, ВК - 1200) или пневматическим (УБ –ПВ) путем на вторичный прибор.

Гидростатические уровнемеры – принцип действия основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхностью жидкости в емкости.

Для агрессивных жидкостей чувствительный элемент прибора отделяют потоком сжатого воздуха, который подают в соединительную линию (пьезометрические трубки). Измерительным прибором могут быть как манометры, так и уровнемеры (минусовая камера соединяется с атмосферой).

В емкости под давлением уровень измеряют уровнемерами. Отборы устанавливают вверху и внизу емкости. Современным представителем этой группы являются преобразователи уровня Сапфир 22 – ДГ.

Для измерения уровня жидкости с переменой плотностью и уровня сыпучих материалов применяют емкостные уровнемеры, действие которых основано на изменении емкости электродной системы при изменении уровня. В сосуд, в котором измеряют уровень, погружают изолированный электрод. Измерительный прибор измеряет емкость конденсатора, обкладками которого являются изолированный электрод и корпус сосуда (земля). При изменении уровня изменяется емкость конденсатора, т.к. изменяется диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Если электрод расположить горизонтально, то измерение будет происходить резко (скачком), т.к. жидкость достигает электрода одновременно по всей поверхности. Пример таких уровнемеров являются уровнемеры ДУЕ и сигнализаторы уровня РОС – 101.

Прочие уровнемеры радиоактивные, ультразвуковые – уровень вычисляется по измеряемому времени распространения ультразвуковой волны от излучателя до подвижного приемника колебаний (положением которого определяется уровнем) и времени распространения УЗВ от излучателя до опорного приемника колебаний.