Определение и классификация методов измерения расхода

Измерение количества протекающей по трубопроводу жидкости, газа или пара за определенный отрезок времени или в каждый данный момент имеет большое значение для учета нефтепродуктов, газа и пара при их отпуске, а также для контроля и регулирования технологических процессов.

При измерении расхода и количества вещества приходится иметь дело с движущейся жидкостью. Жидкостями в гидравлике считают физические тела, находящиеся как в жидком, так и в газообразном состоянии и легко изменяющие свою форму под действием сил самой незначительной величины.

Расход вещества – это количество вещества, протекающее через данное сечение трубопровода в единицу времени. В зависимости от особенностей технологического процесса, состояния вещества и принятого способа хозяйственного расчета измеряют расход в единицах объема – объемный расход, либо в единицах массы – массовый расход. Объемный расход, как правило, применяют для жидкостей и газов. Если измеряемая среда представляет собой сыпучее вещество, либо его смесь с жидкостью – применяют массовый расход. Последний используют также для измерения расхода пара.

Объемный расход выражают в единице объема вещества, протекающего в единицу времени – метры кубические в час (м³/ч) или литры в секунду (л/с). Расход газов удобнее всего измерять в м³/ч, а жидкостей - м³/ч или в л/с. Показатели измерения расхода газов приводят к нормальным условиям – температуре окружающей среды 20 ⁰С и давлению 760 мм.рт.ст.

Массовый расход измеряют в единице массы (кг, т) протекающей в единицу времени (час) – кг/ч, т/ч.

Основными характеристиками движущейся жидкости являются: гидродинамическое давление , скорость движения движущихся частиц и плотность жидкости .

Расходом вещества в данный момент называется отношение приращения количества вещества ( или ), протекающего в данный момент времени при условии, что стремится к нулю, следовательно , объемный расход

а весовой расход

Объем вещества, протекающего по трубопроводу,

где - площадь поперечного сечения трубопровода;

- длина участка трубопровода.

При постоянной площади поперечного сечения можно записать

но является средней скоростью потока в данном сечении, следовательно,

Если расход характеризует скорость потока, мгновенное значение его, то количество вещества представляет собой интегральное значение вещества, прошедшего через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени

где - объемное количество вещества;

- массовое количество вещества;

и - время, за которое определяется количество вещества.

Приборы для измерения расхода называются расходомерами, для измерения количества – счетчиками.

Расходомеры и счетчики всех типов по принципу действия можно разделить на объемные, скоростные, постоянного и переменного перепадов давления.

Турбинные счетчики

Счетчики турбинные (НОРД-М) предназначены для измерения объемного количества нефти, нефтепродуктов и воды.

Принцип работы:Счетчик состоит из преобразователя (датчика) и электронного блока. Преобразователь состоит из корпуса с установленной внутри его турбинкой. На корпусе установлен магнитно-индукционный датчик - МИД.

Набегающий поток жидкости вращает турбинку выполненную из ферромагнитного материала, каждая лопасть ее, проходя вблизи сердечника катушки датчика МИД, наводит в ней импульсы электродвижущей силы. Электронный блок принимает импульсы ЭДС для пересчета в именованные единицы объема протекающей жидкости.

Вихревые счетчики

Счетчик воды вихревой ультразвуковой, далее СВУ, предназначен для измерения объема воды, закачиваемой в нагнетательные скважины систем поддержания пластового давления на нефтяных месторождениях

СВУ состоит из датчика расхода струйный, далее ДРС, блока преобразования индикации, далее БПИ (в зависимости от количества подключаемых к нему ДРС, БПИ-02, 04). В свою очередь ДРС состоит из преобразователя расхода, далее ПР, преобразователя нормирующего передающего, далее ПНП.

Принцип работы СВУ: Датчик ДРС преобразует объем измеряемой среды проходящей через него, в пропорциональное число электрических импульсов с ценой одного импульса 1 литр. Выходной числоимпульсный сигнал датчика ДРС поступает в блок БПИ, который выполняет функции масштабирования, интегрирования и суммирования импульсной последовательности и выдачи ее на механический счетчик (цена младшего разряда которого равна 100 литров)

Прочие функции БПИ:

· индикация расхода по каждому из подключенных датчиков ДРС с помощью стрелочного индикатора, через нажатие соответствующих кнопок установленных на передней панели БПИ (при отпущенных кнопках индицируется 1 канал).

· передача информации в систему средств ТМ (цена 1 электрического импульса 100 литров).

· Дистанционное эл. питание датчика ДРС напряжением 24 V постоянного напряжения

ДРС и БПИ являются функционально законченными блоками и могут быть взаимозаменяемы без дополнительной градуировки и поверки.

Принцип работы ДРС: набегающий поток образует за телом обтекания ТО (установленная перпендикулярно потоку жидкости планка в ПР) вихревую дорожку, состоящую из двух цепочек вихрей, образующихся на верхней и нижней кромках ТО и перемещающихся вместе с потоком. Датчик регистрирует каждый из вихрей путем «просвечивания» потока ультразвуковым лучом, направленным перпендикулярно оси ТО. Ультразвуковые колебания генерируются пъезоизлучателем (установлен сверху ТО), и воспринимаются пъезоприемником (установлен снизу ТО). С пъезоприемника сигнал поступает в ПНП, где преобразуется в выходной электрический импульс с ценой 1 литр.

Требования к эксплуатации: СВУ подлежат ежегодной калибровке, по результатам которой выдается сертификат, в котором указываются номер ПР и ПНП и дата проведения. На крышке ПНП один из болтов опечатывается эластичной пломбой на которой производится оттиск метрологического клейма.

Запрещается установка датчика ДРС на трубопроводах с избыточным давлением более 25 Мпа. Класс точности ДРС 2,5. Подбор проводить согласно расчетному расходу жидкости в трубопроводе исходя из типоразмера ДРС:

ДРС-25 - 25 м³/час

ДРС-50 - 50 м³/час

ДРС-200 - 200 м³/час

Для более точного учета желательно, чтобы рабочий диапазон расхода жидкости был во второй трети шкалы. Длина прямолинейного участка трубопровода перед ДРС должна быть не менее 500 мм, после датчика 300 мм. Направление потока указано стрелкой на корпусе ПР.

На качество показаний в значительной степени оказывают влияние отложения в ПР мех. примесей, парафинов.