Лекція
Вимірювання витрати рідин, газуі пара
Питання №1
Загальні відомості
При вимірах, пов'язаних з урахуванням кількості речовини, найважливішими вихідними поняттями є кількість речовиниі витрати.
Кількість речовини можна вимірювати або в одиницях маси [кілограм (кг), тонна (т)], або в одиницях об'єму [кубічний метр (м 3), літр (л)]. Витрата є кількість речовини, що протікає через переріз трубопроводу за одиницю часу. Відповідно до обраних одиниць може проводитися вимір або масової витрати G M (одиниці кг/с, кг/год, т/год), або об'ємної витрати G 0 (одиниці м 3 /с, л/с, м 3 /год). Одиниці маси та масової витрати дають більш повні відомості про кількість або витрату речовини, ніж одиниці об'єму, оскільки обсяг речовини, особливо газів, залежить від тиску та температури. При вимірюванні об'ємних витрат газів для одержання порівнянних значень результати вимірювання призводять до певних (так званих нормальних) умов. Такими нормальними умовами прийнято вважати температуру t н = = 20 °С, тиск Р н = 101,325 кПа (760 мм рт. ст.) і відносну вологість φ = 0. У цьому випадку об'ємна витрата позначається G н і виражається в об'ємних одиницях (наприклад, м3/год).
Відповідно до ГОСТ-15528 вимірювальний прилад, який служить для вимірювання витрати речовини, називається витратоміром,а прилад для вимірювання кількості речовини - лічильником кількості(лічильником). У кожному даному випадку до цих термінів слід додавати найменування контрольованого середовища. У багатьох випадках показання витратомірів підсумовуються в часі та використовуються, як і показання лічильників, для визначення кількості витраченого газу, відпущеної гарячої води або пари під час проведення комерційних розрахунків чи визначення економічних показників роботи устаткування. Ця особливість використання витратомірів та лічильників зумовила специфіку нормування їх метрологічних характеристик. На відміну від розглянутих засобів вимірювань у витратомірів та лічильників у більшості випадків нормується межа основної відносної похибки, яка може залежати від величини витрати, що вимірюється. У зв'язку з цим для витратомірів вводиться поняття динамічного діапазону, в межах якого задана межа основної відносної похибки і характеризується відношенням верхньої межі вимірювання G в.п. до нижнього G н.п. , G в.п. / G н.п. .
При вимірі витрати в потік у більшості випадків вводиться робоче тіло, що призводить до втрати тиску, величина якого для приладів нормується, так само як і необхідні довжини лінійних ділянок трубопроводу до і після витратоміра. Остання вимога пов'язана із залежністю показань витратомірів від профілю швидкостей потоку в трубі.
Верхні межі виміру витрат вибираються з ряду: А = а· 10 n, де а- одне із чисел 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; n - ціле число позитивне чи негативне, включаючи нуль.
Існує велика різноманітність методів вимірювання витрати та конструктивних різновидів витратомірів та лічильників. Найбільшого поширення набули такі різновиди витратомірів: змінного перепаду тиску з пристроями, що звужують; постійного перепаду тиску; тахометричні; електромагнітні; ультразвукові; вихрові; масові. Більшість витратомірів і лічильників, що випускаються в даний час, є мікропроцесорними приладами з широкими функціональними можливостями. Завдяки енергонезалежній пам'яті, виміряні значення добових та місячних витрат речовин зберігаються протягом 1-3 років. Ця інформація може викликатися на цифровий дисплей приладів, до цифрового виходу можуть підключатися ПК і принтери. З використанням різних інтерфейсів мікропроцесорні витратоміри та лічильники з'єднуються з локальними комп'ютерними мережами, при цьому інформація від приладів може передаватися по телефонних та радіоканалах, оптичних кабелях.
Різні варіанти передачі та прийому цифрової інформації від витратомірів та лічильників здійснюються з використанням пристроїв сполучення – адаптерів, модемів. Деякі типи витратомірів мають автономне живлення від батарей та акумуляторів, що дозволяє встановлювати їх у місцях, де відсутня електромережа або виникають перебої з подачею електрики.
Питання №2
Вимірювання витрати рідин, газу та пари по перепадутискув звужувальному пристрої
Основи теорії вимірювання витрати з перепадутискуу звужуючихпристрояхДаний метод вимірювання витрати заснований на залежності перепаду тиску в нерухомому пристрої, що звужує (СУ), що встановлюється в трубопроводі, від витрати вимірюваного середовища. Цей пристрій слід розглядати як первинний перетворювач витрати. Перепад тиску, що створюється в звужувальному пристрої, вимірюється дифманометром, який може бути показовим зі шкалою в одиницях витрати. При необхідності дистанційної передачі показань дифманометр забезпечується перетворювачем, який лінією зв'язку з'єднується з вторинним приладом та іншими пристроями. Метод виміру витрати є найбільш відпрацьованим, звужувальні пристрої та дифманометри для них випускають усі найбільші приладобудівні фірми світу. Для вимірювання витрати пари, газу, рідин у трубопроводах діаметром понад 300 мм переважно використовується цей метод.
Розглянутий принцип вимірювання полягає в тому, що при протіканні потоку через отвір звужувального пристрою підвищується швидкість потоку в порівнянні зі швидкістю до звуження. Збільшення швидкості, отже, і кінетичної енергії викликає зменшення потенційної енергії і статичного тиску. Витрата може бути визначена за відомої градуювальної характеристики за перепадом тиску Δ рна пристрої, що звужує, виміряному дифманометром. Використання аналізованого методу виміру вимагає виконання певних умов:
характер руху потоку до і після пристрою, що звужує, повинен бути турбулентним і стаціонарним;
потік повинен повністю заповнювати весь переріз трубопроводу;
фазовий стан потоку не повинен змінюватися при його течії через пристрій, що звужує (пар є перегрітим, при цьому для нього справедливі всі положення, що стосуються вимірювання витрати газу);
у внутрішній порожнині трубопроводу до і після звуження пристрою не утворюються опади та інші види забруднень;
на поверхнях пристрою, що звужує, не утворюються відкладення, що змінюють його геометрію.
Звужувальні пристрої умовно поділяються на стандартні, спеціальні та нестандартні. Стандартниминазиваються звужувальні пристрої, які розраховані, виготовлені та встановлені відповідно до керівного нормативного документа ГОСТ 8.569.1-97. До числа спеціальнихвідносяться стандартні діафрагми для трубопроводів із внутрішнім діаметром менше 50 мм. Звужувальні пристрої, що не належать до цих двох груп, називаються нестандартними.Градуювальна характеристика стандартних пристроїв звуження визначається за допомогою розрахунків без індивідуального градуювання. Цей момент зумовив широке застосування даного методу вимірювання витрат води, пари, газу в трубопроводах великих діаметрів. Градуювальні характеристики нестандартних пристроїв звуження визначаються в результаті індивідуального градуювання.
Цьому методу притаманні такі недоліки:
Вузький динамічний діапазон, що не перевищує трьох-п'яти при використанні одного дифманометра;
Діаметр трубопроводу повинен бути більше 50 мм, інакше необхідне індивідуальне градуювання;
значні довжини лінійних ділянок;
наявність втрати тиску.
В якості стандартнихзвужувальних пристроїв для вимірювання витрати рідин, газів і пари використовуються діафрагми, сопла та значно рідше труби та сопла Вентурі. Діафрагма(рис. 12.1, а) є тонким диском з круглим отвором, вісь якого розташовується по осі труби. Передня (вхідна) частина отвору має циліндричну форму, а потім перетворюється на конічне розширення. Передня кромка отвору має бути прямокутною (гострою) без закруглень та задирок. Діапазон робочих чисел Re залежить від відносного діаметра СУ і для діафрагми він становить від ".
Сопло(рис. 12.1, б) має спрофільовану вхідну частину, що переходить потім у циліндричну ділянку діаметром d (Його значення входить до рівняння витрати). Задня торцева частина сопла включає циліндричне виточення діаметром, великим d, для захисту вихідної кромки циліндричної частини сопла від пошкодження. При вимірі витрати стандартні сопла встановлюються на трубопроводах діаметром не менше 50 мм, числа Re потоку при цьому повинні становити 2 · 104...107.
Мал. 12.1. Стандартні пристрої, що звужують: а - діафрагма; б - сопло; в - сопло Вентурі
Сопло Вентурі(Контур показаний на рис. 12.1, в)містить вхідну частину з профілем сопла, що переходить у циліндричну частину, та вихідний конус (може бути довгим або укороченим). Мінімальний діаметр трубопроводу для стандартних сопл Вентурі становить 65 мм. Їх використовують у діапазоні чисел Re від 1,5 · 10 5 до 2 · 10 6 . На рис. 12.1 символами p 1 і р 2 відзначені точки відбору тисків, що подаються на дифманометр.
Розглянемо рух потоку стисливої рідини через пристрій, що звужує на прикладі діафрагми (рис. 12.2). На малюнку показані профіль потоку, що проходить через діафрагму, а також розподіл тиску вздовж стінки труби (суцільна лінія) та по осі труби (штрихпунктирна лінія). Після перетину Аструмінь звужується і, отже, середня швидкість потоку зростає. Внаслідок інерції струмінь продовжує звужуватися і на деякій відстані після діафрагми місце найбільшого звуження знаходиться в перерізі Ст.Збільшення швидкості на ділянці АВсупроводжується зменшенням статичного тиску від первісного значення р а до мінімального значення р b .
Після перетину Упочинається розширення струменя, яке закінчується у перерізі З.Цей процес супроводжується зменшенням швидкості та збільшенням статичного тиску. У перерізі Зшвидкість набуде початкового значення (як у перерізі а),але тиск р з буде менше початкового на р п , зване втратою тиску в пристрої, що звужує. Наявність втрати тиску спричинена втратою енергії потоку в мертвих зонах, що знаходяться до та за діафрагмою, через сильне виховання в них. Для визначення загальної залежності між витратою та перепадом тиску припустимо, що рідина несжимаема (тобто щільність рідини не змінюється при проходженні через звужувальне пристрій), відсутній теплообмін з навколишнім середовищем, трубопровід горизонтальний, немає втрат на опір СУ, поле швидкостей рівномірне.
Мал. 12.2. Характер потоку та розподіл статичного тиску при встановленні у трубопроводі діафрагми
Рівняння збереження сталості масової витрати (нерозривності) для рідини, що не стискається, записане для перерізу A і на виході діафрагми, має вигляд:
де u D - Початкова швидкість потоку в трубопроводі;
u d - швидкість потоку в отворі СУ;
р – щільність середовища;
G m – масова витрата.
Записане для цих перерізів рівняння Бернуллі, яке виражає закон збереження енергії для потоку в трубі, має вигляд:
Позначимо відповідно до ГОСТ 8569.2-97 відноснийдіаметрСУ через раніше квадрат цього відношення називався відносною площею або модулем тСУ. Використовуючи (12.1), можна записати
тоді підставляючи значення u Dв (12.2), отримуємо:
Величина Е= 1/(1 - β 4) 0,5 називається коефіцієнтом швидкостівходу,f - Мінімальна площа прохідного перерізу СУ. Розраховане за виразом (12.3) значення масової витрати виходить завищеним через підвищений перепад тиску на СУ, викликаного гальмуванням потоку, завихрення на вході і виході СУ. У зв'язку з цим у рівняння (12.3) вводиться коефіцієнт закінченняЗ, менша одиниця.
Розрахунок масової витрати для стисканих середовищ проводиться за виразом
(12.4)
об'ємного
раніше твір РЄназивалося коефіцієнтом витратиα.
Формули (12.4), (12.5) справедливі для стисливих рідин. При вимірі витрати газу, пари, повітря їх густина після СУ знижується, обсяг збільшується. При цьому виходить завищене значення перепаду, а отже, і витрати, для компенсації цього ефекту формули (11.4), (11.5) вводиться коефіцієнт ε, менший одиниці і званий коефіцієнтом розширення. Таким чином, розрахункові співвідношення для масової та об'ємної витрати стисканих середовищ мають вигляд
(12.6)
об'ємного
(12.7)
Вирази (12.6), (12.7) є основними рівняннями витрати, придатними для середовищ, що стискаються і стискаються, для останніх ε = 1. При визначенні за цими рівняннями витрати величини f, р,р, G m , G 0 мають відповідно таку розмірність: м 2 Па, кг/м 3 кг/с, м 3 /с. Існуючі конструкції звужують пристроїв забезпечують близьке до постійних значення коефіцієнта закінчення тільки в обмеженому інтервалі зміни чисел Рейнольдса (Re = uD/ v, де v- кінематична в'язкість).
Значення Зі е визначені в результаті експериментальних досліджень, проведених на трубопроводах з гладкою внутрішньою поверхнею при розподілі швидкостей потоку по перерізу трубопроводу, що відповідає турбулентному режиму течії. В експериментах використовувалися діафрагми з гострою вхідною кромкою.
Для геометрично подібних СУ при гідродинамічній подобі потоків вимірюваного середовища значення Зоднакові. Геометрична подібність СУ полягає у рівності відношень геометричних розмірів СУ до діаметра трубопроводу. Гідродинамічна подоба потоків має місце за рівності чисел Re. Значення коефіцієнтів закінчення визначалися у багатьох країнах світу із використанням зразкових витратомірних установок, заснованих на вимірі маси Gм або обсягу речовини G 0 , що протік через СУ за фіксований інтервал часу. Коефіцієнт Зрозраховується за цими даними як відношення фактичної витрати до теоретичного, розрахованого по перепаду тиску на СУ
Експериментально коефіцієнт розширення e визначається на середовищі, що стискається, як відношення коефіцієнтів закінчення стиснутого середовища і несжимаемой при відомих значеннях
Оскільки для розрахунку пристроїв звуження використовуються комп'ютерні програми, то експериментально отримані значення Зε описані емпірично. Коефіцієнт Звиражений через дві складові: С = C_K Re. Коефіцієнт З залежить тільки від B, a K Re змінюється зі зміною Re. Для діафрагми з кутовим відбором тиску
(12.8) та (12.9)
Графіки залежностей РЄ= /(Re, (3) для діафрагм з кутовим відбором тиску, оскільки для діафрагм K Re залежить від способу відбору тиску представлені на рис. 12.3 та в таблиці 12.1. Від нього залежить також величина змін K Re в області робочих чисел Re. Якщо ці зміни у діафрагм із кутовим відбором тиску при β = 0,27...0,8 становлять відповідно 0,5...5 %, то при фланцевому відборі тиску зміни становлять лише 0,3...2 %. таких же межах змінюється K Re у сопл, у сопл Вентурі в робочому діапазоні чисел Re Ззалишається незмінним.
Поправочний множник ε у загальному вигляді залежить від β, показника адіабати æ та відношення Δ р/р (р- абсолютний тиск середовища до пристрою, що звужує). Розрахункове співвідношення для ε визначається типом пристрою, що звужує, і для діафрагми незалежно від способу відбору тиску
Мал. 12.3. Залежність РЄдля діафрагм з кутовим відбором від Re та β:
1 ÷ 4 - β = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8
Таблиця 12.1
Таблиця коефіцієнтів швидкості входу Ета закінчення Здля діафрагм із кутовим способом відбору тиску
Таким чином, між витратою і перепадом тиску в пристрої, що звужує існує квадратична залежність, що дозволяє дифманометри, що вимірюють перепад тиску 
градуювати в одиницях витрати або отримувати пропорційний витраті вихідний сигнал. Такі дифманометри називаються дифманометрами-витратомірами. Для отримання рівномірної шкали витратоміра в кінематичну або електронну схему дифманометрів або вторинних приладів включаються різні типи пристроїв, що витягують квадратний корінь. У мікропроцесорних дифманометрах крім вилучення кореня виконується комплекс розрахункових операцій, пов'язаних з урахуванням зміни густини середовища, коефіцієнта розширення та ін.
Необхідність вилучення квадратного кореня є одним з недоліків методу вимірювання витрати по перепаду тиску, що обумовлює звужений діапазон вимірювання витратоміра, що охоплює зазвичай інтервал 30... 100% максимальної витрати G, що вимірювається, в.п. Це означає, що використовувати витратомір для вимірювання витрат в інтервалі 0...30% його шкали не рекомендується, оскільки тут не гарантується достатня точність вимірювання. Це викликано тим, що на початку шкали різко збільшується відносна похибка вимірювання перепаду тиску. п. відповідно (12.7) перепад тиску в звужувальному пристрої зменшиться в 16 разів, а при витраті - 100 разів, відносна похибка вимірювання перепаду також збільшується відповідно в 16 і 100 разів. Точність витратоміра зазвичай гарантується лише в межах шкали 30...100%.
Реально існуюча шорсткість трубопроводу загострює профіль швидкостей і збільшує коефіцієнт закінчення, особливо при малих діаметрах труб. Це враховується множенням вихідного коефіцієнта витрати на множник поправки До ш. Для всіх типів пристроїв звуження значення К ш збільшується зі зменшенням діаметра трубопроводу і збільшенням. Труби діаметром D > 300 мм мають малу відносну шорсткість (тобто. за властивостями наближаються до гладких), тому для них Кш = 1.
Зміна З, Викликане притупленням вхідної кромки діафрагми, враховується введенням поправного множника К п на притуплення вхідної кромки, значення якого залежить від діаметра трубопроводу і відносної площі діафрагми. Значення К п зменшується зі збільшенням діаметра трубопроводу іПри малих D і більших значеннях для діафрагм добуток К ш ·К п може перевищувати значення 1,03, причому в процесі експлуатації це значення змінюється. Так, при забрудненні та корозії трубопроводу змінюється значення К щ, причому у діафрагм цей вплив виражено сильніше, ніж у сопл. Ще більші похибки можуть виникати при корозії пристрою, що звужує, або зміні його профілю за рахунок абразивних властивостей середовища, причому у діафрагм це також проявляється сильніше, ніж у сопл. З цих причин звужувальні пристрої повинні виготовлятися із твердого корозійностійкого матеріалу.
Таким чином, загальні рівняння витрати, що враховують конкретні умови експлуатації для діафрагм, мають вигляд:
об'ємного
У рівняннях витрати для сопл і труб Вентурі коефіцієнт К п відсутня, тобто. К = 1. У дифманометрах, що показують - витратомірах і вторинних приладах, в яких відсутні обчислювачі, всі величини, що входять в (12.11), (12.12), приймаються постійними. У разі масової витрати
і 
у разі об'ємного
В експлуатаційних умовах можлива зміна р, що впливає на коефіцієнти kм , k 0 та градуювальну характеристику. Істотна зміна густини середовища зазвичай спостерігається при зміні температури та тиску газу. Якщо зміна щільності середовища супроводжується зміною е, то в цьому випадку показання масового витратоміра треба помножити на множник
Витратоміри змінного перепадускладаються з пристроїв, що утворюють місцеве звуження у трубопроводі (звужувальні пристрої) та диференціальних манометрів перепаду тиску.
Принцип дії пристроїв, що звужують, полягає в наступному: при протіканні потоку рідини, газу або пари в звуженому перерізі трубопроводу частина потенційної енергії тиску переходить в кінетичну. Середня швидкість потоку збільшується, в результаті чого в пристрої, що звужує створюється перепад тиску, величина якого залежить від витрати речовини.
Звужувальні пристрої поділяються на дві групи: нормалізовані та ненормалізовані. До першої групи належать діафрагми, сопла, труби Вентурі. Діафрагми та сопла встановлюють у трубопроводах круглого перерізу діаметром не менше 50 мм, а трубу Вентурі - у трубопроводі діаметром не менше 100 мм.
До другої групи звужуючих пристроїв відносяться здвоєні діафрагми, сопла з профілем розміром 1/4 кола та інші пристрої, які застосовують для вимірювання витрати в'язких рідин при малих діаметрах трубопроводів.
Діафрагми(Рис. 31) бувають камерні А - відбір імпульсів тиску за допомогою кільцевих камер і безкамерні Б - відбір імпульсів тиску за допомогою отворів (табл. 13). Товщина диска діафрагми має бути меншою за 0,1 D (D — діаметр умовного проходу трубопроводу).
Камерні діафрагмискладаються з диска, прокладки та двох кільцевих камер. Кільцеві камери вимірюють тиск до та після діафрагми. Товщина диска дорівнює 3 мм для трубопроводів діаметром D< 150 мм и 6 мм для трубопроводов диаметром 150 < D < 400 мм.
Сопла можуть застосовуватись для труб діаметром не менше 50 мм. Схема сопла представлена на рис. 32. Верхня частина відповідає відбору імпульсів тиску за допомогою кільцевої камери, нижня - відбір проводиться за допомогою отворів. Випускають їх малими серіями.
Труба Вентурі має звуження, що поступово звужується, яке потім розширюється до початкового розміру. Внаслідок такої форми втрати тиску в ній менше, ніж у діафрагмах та соплах. Труба Вентурі складається з вхідного та вихідного конусів та циліндричної середньої частини (рис. 33).
Труба Вентурі називається довгою, якщо діаметр вихідного конуса дорівнює діаметру трубопроводу, і короткою, якщо він менший за діаметр трубопроводу.
Звужувальні пристрої — найпростіші дешеві надійні засоби вимірювання витрати. Градуювальна характеристика стандартних пристроїв, що звужують, може бути визначена розрахунковим шляхом, тому відпадає необхідність у зразкових витратомірах. Звужуючий пристрій є індивідуальним для кожного витратоміра.
З перерахованих пристроїв, що звужують найбільше застосування знайшли діафрагми, тому наведемо приклади розрахунку діафрагми для вимірювання витрати води і вологого повітря (газу).
Розрахунок пристрою, що звужує, полягає у визначенні розмірів його прохідного отвору.
1. Знаходимо добуток коефіцієнта витрати а на відношення площі прохідного перерізу діафрагм до площі трубопроводу а:
2. Розраховуємо критерії Рейнольдса, що відповідають розрахунковим та мінімальним витратам:
3. За твором ста за допомогою графіка (рис. 34) визначаємо значення а та а:
4. Розраховуємо втрати тиску від встановлення діафрагми
Фактичні втрати тиску від встановлення діафрагми менші за допустиме значення.
- Визначаємо діаметр проходу діафрагми при робочій температурі:
6. Знаходимо діаметр проходу при температурі 20 °С:
7. Перевіряємо розрахунок за формулою:
1. Визначаємо щільність вологого повітря:
2. Знаходимо орієнтовне значення твору ста, прийнявши коефіцієнт розширення е = 1:
- Розраховуємо критерій Рейнольдса для розрахункового та мінімального витрат повітря:
- За графіком (див. рис. 34) визначаємо орієнтовні значення а та а. Вони рівні відповідно 0,445 та 0,673.
- Знаходимо значення коефіцієнта розширення е за графіком (рис. 36) – е = 0,975.
- Уточнюємо значення твору а а 8 = 0,292. 0,975 = 0,287.
- За уточненим твором а а 8 визначаємо а і а (див. рис. 34):
Отримане значення менше від допустимого.
- Розраховуємо втрати тиску від пристрою, що звужує (див. рис. 35): AP d = 55 %;
10. Перевіряємо розрахунок за формулою
Однотипні пристрої диференціальні манометрита вторинні прилади можуть бути використані для різних умов виміру.
Витратоміриз пристроями, що звужують універсальні, вони застосовуються для вимірювання витрати практично будь-яких однофазних (іноді і двофазних) середовищ у широкому діапазоні тисків, температур, діаметрів трубопроводів.
Розрахунок витратомірів змінного перепаду тиску зводиться до визначення діаметра отвору та інших розмірів сопла або діафрагми, коефіцієнта витрати, динамічного діапазону вимірювання, що визначається числами Рейнольдса, перепаду тиску і втрат тиску на пристрої, що звужує, поправного множника на розширення, а також похибки вимірювання витрати газу. Для розрахунку повинні бути задані максимальний (граничний), середній та мінімальний витрати, діапазони зміни тиску та температури газу, внутрішній діаметр та матеріал вимірювального трубопроводу, склад газу або його щільність за нормальних умов, допустимі втрати тиску або граничний перепад тиску, що відповідає максимальній витраті, а також середній барометричний тиск у місці встановлення дифманометра-витратоміру.
Методика розрахунків.Перед початком розрахунку вибираємо типи та класи точності дифманометра-витратоміра, манометра та термометра. Розрахунок проводиться в такий спосіб.
1. Визначаємо округлений до трьох значущих цифр допоміжний коефіцієнт Зпри підстановці до неї значення максимальної (граничної) витрати Q н. пр, температури та тиску, щільності газу за нормальних умов ρ н, коефіцієнта стисливості Zта діаметра вимірювального трубопроводу D:
При знайденому значенні З можливі два види розрахунку: заданий перепад тиску або задані втрати тиску. Якщо встановлено граничний перепад тиску Δ р пр, то по номограмі рис. 11 визначаємо попереднє відносне звуження m (модуль) звужувального пристрою за знайденим коефіцієнтом Зі заданому граничному перепаду тиску на пристрої, що звужує Δ р пр, . Знайдене попереднє значення модуля mпідставляємо у формулу за визначенням тαта обчислюємо попередній коефіцієнт витрати α .
2. Обчислюємо з точністю до чотирьох значущих цифр допоміжний коефіцієнт mα
де ε - поправочний множник на розширення газу для верхнього граничного перепаду тиску дифманометра Δ р пр , ; Δ р пр, - Верхній граничний перепад тиску на пристрої, що звужує, кгс/м 2 .
3. Визначаємо уточнене значення модуля m із точністю до чотирьох значущих цифр за формулою
m = mα/α.
4. За уточненим значенням модуля mзнаходимо нове значення поправного множника на розширення е і обчислюємо різницю між спочатку обчисленим значенням ε та уточненим. Якщо ця різниця вбирається у 0,0005, то обчислені значення mі ε вважаються остаточними.
5. Визначаємо діаметр dотвори діафрагми при остаточно вибраному m
6. Знайдені значення коефіцієнтів витрати α , поправного множника на розширення ε , діаметра dотвори діафрагми, а також Δ р пр, р 1, Т 1, р ні Zвикористовуємо для визначення витрати газу та перевіряємо розрахунок граничної витрати газу Q н. пр. Отримане значення Q н. пр. не повинно відрізнятись від заданого більш ніж на 0,2 %. Якщо знайдене значення граничної витрати газу відрізняється від заданого більш ніж на 0,2 %, то розрахунок повторюється до отримання необхідної похибки розрахунку граничної витрати газу та параметрів діафрагми.
7. Визначаємо нові уточнені значення модуля m, діаметра dотвори діафрагми, а також коефіцієнта витрати α та повторно розраховуємо. Якщо уточнене розрахункове значення граничної витрати газу не відрізняється від заданого більш ніж на 0,2 %, то уточнені значення m, dі α , фіксуються в розрахунковому аркуші пристрою, що звужує.
8. Розраховуємо мінімальне та максимальне числа Рейнольдса та порівнюємо мінімальне число Рейнольдса з граничними значеннями
9. Визначаємо товщину діафрагми Еширину циліндричної частини діафрагми е ц, ширину кільцевої щілини з, а також розміри кільцевих камер aі b.
10. Вибираємо довжини прямих ділянок вимірювальних трубопроводів до та після діафрагми.
11. Розраховуємо похибку вимірювання витрати
Отримані дані фіксуються в розрахунковому листі пристрою, що звужує, і є основою для його виготовлення та монтажу.
Блок обліку газу
Призначений для комерційного обліку газу (вимірювання його витрати). Число ліній виміру залежить переважно від кількості вихідних газопроводів з ГРС. Технічне виконання блоків вимірювання витрати газу має відповідати «Правилам вимірювання витрати газів та рідин стандартними пристроями, що звужують» РД50-213-80.
Відношення площі отвору пристрою, що звужує F 0 доплощі поперечного перерізу газопроводу F Г називається модулем т(або відносною площею): m = F 0 / F Г.
На газопроводах як пристрій звуження застосовують діафрагму діаметром не менше 50 мм за умови, що її модуль має наступні межі:
m = 0,05-0,64 - для діафрагм з кутовим способом відбору перепаду тиску та газопроводів з D у = 500-1000 мм;
т = 0,04 - 0,56 - для діафрагм з фланцевим способом відбору перепаду тиску та газопроводів з D y = 50 -760 мм.
Мал. 27 - Графік температура-ентальпія природного газу
Чим менший модуль, тим вища точність вимірювання витрати газу, але при цьому більше втрати тиску Δр у діафрагмі.
Діаметр отвору діафрагми незалежно від способу перепаду тиску приймають d 12,5 мм, а відношення абсолютного тиску на виході з діафрагми і на вході в неї 0,75.
У газопроводі поблизу діафрагми необхідно дотримуватися таких умов:
1) має бути забезпечений турбулентний та стаціонарний рух потоку газу на прямих ділянках;
2) не повинні мати місце зміни фазового стану потоку газу, наприклад, конденсація парів з подальшим випаданням конденсату;
3) не повинні накопичуватися всередині прямих ділянок газопроводу опади у вигляді пилу, піску тощо;
4) не повинні утворюватися на діафрагмі відкладення (наприклад, кристалогідрати), що змінюють її конструктивні параметри.
Однак на внутрішній стінці газопроводу, в місці установки пристрою, що звужує, відкладення твердих кристалогідратів цілком можливо. І це призводить до появи суттєвої похибки вимірювання витрати газу та зниження пропускної спроможності трубопроводу, а також закупорки імпульсних ліній.
При проектуванні вузла обліку газу ГРС, що працює в режимі гідратоутворення, необхідно передбачити заходи, що унеможливлюють гідратоутворення. Попередити їх виникнення можна за допомогою підігріву газу, введення в газопровід інгібіторів, продувки пристрою, що звужує. У газопроводі слід передбачати отвір видалення опадів чи конденсату. Діаметр такого отвору не повинен перевищувати 0.08D 20 а відстань від нього до отвору для вимірювання перепаду тиску повинна бути не менше D 20 або знайдено по табл. 6. Осі цих отворів не слід розташовувати в одній площині через вісь труби.
Між місцевим опором на газопроводі та діафрагмою має бути пряма ділянка, під довжиною якої розуміють відстань між торцевими поверхнями діафрагми та місцевого опору (рис. 28). Кордоном місцевих опорів вважають:
1) для коліна - переріз, що проходить перпендикулярно до осі газопроводу через центр радіусу згину;
2) для вварних звужень та розширень - зварний шов;
3) для трійника під гострим кутом або розгалуженого потоку - переріз, розташований на відстані двох діаметрів від точки перетину осей трубопроводів;
4) для вварной групи колін - перетин, що знаходиться на відстані одного діаметра від зварного шва найближчою до діафрагми коліна.
Рис 28. Схема встановлення діафрагми 1 - манометр, 2 - термометр, 3 - місцевий опір
Відповідно до вимог Правил РД50-213-80 вимірювальна ділянка газопроводу повинна бути прямою і циліндричною, з круглим перерізом. 2D 20 ,причому в кожному з перерізів не менше ніж у чотирьох діаметральних напрямках Результати окремих вимірювань не повинні відрізнятися від середнього значення більш ніж на 0,3% Внутрішній діаметр ділянки на довжині 2D 20 після діафрагми може відрізнятися від внутрішнього діаметра ділянки до діафрагми не більше ніж на ±2%.
Граничні відхилення внутрішнього діаметра труб не повинні перевищувати відповідних граничних відхилень по зовнішньому діаметру, тобто ±0,8%. Допускається сполучення отворів фланця та трубопроводу по конусу, що має ухил у бік діафрагми не більше 1:10 та плавні округлення на кінцях.
Ущільнювальні прокладки між діафрагмою та фланцями не повинні виступати у внутрішню порожнину газопроводу. У разі встановлення діафрагми між насадними фланцями кінець газопроводу повинен безпосередньо примикати до неї.
Температуру за пристроєм, що звужує, вимірюють на відстані не менше 5 D 20 ,але не більше 10 D 20від заднього торця. Діаметр гільзи термометра не повинен перевищувати 0,13 D 20. Глибина занурення гільзи термометра (0,3 – 0,5) D 20.
Внутрішня кромка отвору для відбору тиску в газопроводі, у фланці та в камері не повинна мати задирок, рекомендується закруглити її по радіусу r = 0,ld отвору. Кут між осями отвору та камерної діафрагми 90°.
Розмір d(діаметр окремого отвору) при модулі т< 0,45 не должен превышать 0,03D 20 ,а при модулі m > 0,45 перебувати в межах 0,01 D 20 d< 0.02D 20.
Якщо відстань між колінами перевищує 15 D 20, кожне коліно вважається одиничним; якщо ж воно менше 15 D 20, то цю групу колін розглядають як одномісний опір цього типу. При цьому внутрішній радіус кривизни колін повинен дорівнювати діаметру трубопроводу або більше його. Скорочена довжина прямої ділянки перед діафрагмою для будь-якого типу опорів, крім гільзи термометра, має бути меншою за 10 D 20.
Витрата газу у загальному вигляді
де Q Mі Q V , -масовий та об'ємний витрати газового потоку; а -коефіцієнт витрати діафрагми; ξ- коефіцієнт розширення газу; d -діаметр отвору діафрагми; ΔP- перепад тиску на діафрагмі; ρ - Щільність газу.
Крім діафрагм для вимірювання витрати газу застосовуються пристрої, що звужують, в комплекті з дифманометрами, а також манометри.
Пристрій звужує швидкозмінний (УСБ). У комплекті з дифманометром цей пристрій (рис. 29) дозволяє вимірювати витрату газу, що транспортується через ГРС, вимірюючи перепад тиску, що виникає на діафрагмі, та реєструючи його дифманометром.
Мал. 29 - Пристрій звуження швидкозмінного УСБ 00.000.
1 - корпус: 2, 18 - петлі; 3 - фланець: 4, 16 - накладки: 5. 9 - прокладки: б - гайка ковпачкова: 7. 11 - кільця гумові: 8 - шпильки: 10 - діафрагма: 12 - пробки: 13 - манжета: 14 - патрубок: /5 - ручка: 17 - кришка: / 9-табличка.
Відбір тиску газу перед діафрагмою проводиться з порожнини Б плюсової камери, виконаної в корпусі камер, а за діафрагмою - з порожнини Умінусової камери у фланці (рис. 29). Здійснюється відбір тиску цих порожнин через отвори вище горизонтальної осі діафрагми (рис. 29) А-А,а статичного тиску - із порожнини Бчерез окремий отвір (рис. 29) Б-Б.
Герметичність між плюсової та мінусової камерами забезпечується рівномірним притисканням гумового кільця до площини фланця шпильками. Рух газу газопроводом викликає додаткове притискання діафрагми швидкісним натиском. Вікно для отримання діафрагми ущільнюється прокладкою. Попереднє підібгання прокладки забезпечується шпильками. При зростанні тиску у трубопроводі прокладка додатково підтискається до поверхні плюсової камери. Для того, щоб запобігти закушування прокладки різьбленням шпильки, передбачена мідна манжета.
Стик між фланцем і корпусом герметизується кільцем ущільнювача. Дренажні лінії розташовані у нижній частині УСБ. Імпульсні та дренажні лінії заглушуються технологічними пробками. Полегшити виконання монтажних та демонтажних робіт накладки з D y = 200 мм і вище дозволяють дві ручки.
Накладка призначена для збільшення жорсткості та центрування кришки, а петля служить для встановлення кришки в робоче положення.
Манометри диференціальні сильфонні самописні (ДСС).Використовують для вимірювання витрати газу на ГРС перепаду тиску в стандартних пристроях, що звужують.
Чутливою частиною цих дифманометрів є сильфонний блок, принцип дії якого заснований на залежності між перепадом тиску, що вимірюється, і пружною деформацією гвинтових циліндричних пружин, сильфонів і торсійної трубки. Схема самописного сильфонного дифманометра та пристрій сильфонного блоку наведено на рис. 30.
Сильфонний блок має дві порожнини (+ та -), розділені основою 8 і двома вузлами сильфонів 5 та //. Обидва сильфони жорстко з'єднані між собою штоком 12, виступ якого впирається важіль 7, закріплений на осі 2. Виведення осі з порожнини робочого тиску здійснюється за допомогою торсійної трубки /, внутрішній кінець якої зварений з віссю 2. азовнішній - з основою торсійного виведення. Кінець штока 12 за допомогою втулки з'єднаний з блоком діапазонних гвинтових циліндричних пружин 10. Рух штока важелем 7 перетворюється на поворот осі 2, який через систему важелів сприймається стрілкою самопишучого або показує приладу. Внутрішня порожнина сильфонів та основи, до якої вони приєднані, заповнена рідиною, що складається з 33% чистого гліцерину та 67% дистильованої води. Температура замерзання такої суміші 17°С.
Обидва сильфони мають спеціальні клапанні пристрої, що надійно утримують при односторонніх навантаженнях рідину від перетікання із сильфону. Клапанний пристрій складається з конуса на денці сильфона та гумового кільця, що ущільнює. 6. При односторонньому перевантаженні конічний клапан сильфона з кільцем ущільнювача сідає на конусне сідло основи і перекриває прохід перетоку рідини з сильфона, оберігаючи його від руйнування.
Для зменшення впливу температури на показання приладів внаслідок зміни об'єму рідини сильфон 5 має компенсатор температурний. Кожному номінальному перепаду тиску відповідає певний пружинний діапазонний блок 9.
Регулювання сильфонних дифманометрів здійснюється шляхом зміни довжини поводків, що регулюються. Установка стрілки витрати на нуль досягається зміною кута нахилу важеля. 4. Нульовому положенню приладу відповідає кут нахилу, що дорівнює 28". Верхня межа вимірювання регулюють зміною довжин тяги 3.
Блок одоризації
Для своєчасного виявлення витоків газу в з'єднаннях газопроводу, в сальниках запірної та регулюючої арматури, в з'єднаннях контрольно-вимірювальної апаратури і т. д. до природного газу необхідно додавати речовини з неприємним різким запахом, звані одорантом. В якості такого застосовують етилмеркаптан, пенталарм, каптан, сульфан та ін.
Мінімальна кількість одоранту в газі має бути такою, щоб у приміщенні відчувалася присутність газу при концентрації, що дорівнює 1/5 нижньої межі вибуховості, що відповідає природному газу 16 г одоранту на 1000 м 3 газу.
В даний час як одорант застосовують синтетичний етилмеркаптан, що має ту ж хімічну формулу C 2 H 5 SH і є дефіцитом. Замість нього використовують розроблений ВНДІГАЗом одорант СПМ (ТУ 51-81-88), який являє собою суміш низькокиплячих меркаптанів: 30% етилмеркаптану і 50-60% з-і н.-пропілмеркаптанів і 10-20% ізобутилмеркаптанів. Промислові випробування одоранту СПМ показали, що ефективність його вища, ніж етилмеркаптан при одній і тій же нормі витрати: 16 г на 1000 м 3 газу.
За кордоном як одоранти широко застосовують суміші меркаптанів С 3 - С 4 . Встановлено, що вони хімічно стабільніші, ніж етилмеркаптан.
Взимку вона зазвичай більша, ніж улітку. У початковий період експлуатації новозбудованого газопроводу норма одоризації також недостатня.
Для одоризації газу застосовують одоризатори крапельного типу (ручні), універсальний УОГ-1 та автоматичний АОГ-30.
Одоризаційна установка крапельного типу.Є універсальною, але застосовується переважно при витратах газу понад 100000 м/год. Одоризаційна установка складається з (рис. 33) видаткової ємності 5 із запасом одоранту, що є циліндричною посудиною з рівнемірною трубкою 13, яка служить для визначення кількості одоранта, що знаходиться в ємності, та його витрати в одиницю часу: оглядового вікна /6 та відповідної обв'язки з імпульсними трубками та вентилями; підземної ємності 7 для зберігання одоранту та вентилів 8, 10 для підключення шлангів при переливі одоранту з витратної ємності до підземної.
Універсальний одоризатори газу типу УОГ-1 (рис. 34). При проходженні основного потоку газу через витратомірну діафрагму, де створюється перепад тиску, під дією якого при з'єднанні плюсової і мінусової порожнин діафрагми утворюється відгалужений потік газу. Цей потік протікає через інжекторний дозатор, в якому використовується як поток, що ежектує.
Останній, проходячи через дозатор по кільцевому зазору, створює в ньому розрідження, під дією якого в газопровід з відгалуженим потоком через фільтр і камеру поплавця з паралельно розташованих ємностей (витратної і вимірювальної, що має рівнемірне скло і шкалу для контролю витрати одоранту в одиницю часу) надходить одорант.
Камера поплавця призначена для ліквідації впливу рівня одоранту на дозування. З цією метою камеру поплавця і дозатор розташовують таким чином, щоб сопло, через яке одорант надходить в дозатор, збігалося з рівнем одоранту, підтримуваним в камері поплавця за допомогою поплавця. При заповненні камери поплавок одорантом переміщається вниз і відкриває клапан. При нормальній роботі дозатора поплавок здійснює коливальний рух з амплітудою 3-5 хв і частотою, пропорційною витраті одоранту.
Для того щоб зменшити витрату одоранту, дозатор забезпечений клапаном, який на заданий час перекриває надходження одоранта в інжектор. Клапан керується за допомогою мембран. При подачі імпульсного тиску в порожнину А(див. рис. 35) клапан перекриває прохід одоранту; при скиданні тиску з порожнини Амембрана під впливом тиску одоранта повертається у вихідне положення і клапан відкриває прохід одоранту.
Задатчик тиску в порожнині Адозатора служить система управління, що складається з реле часу, регульованої ємності та клапана.
Газ із вихідного газопроводу надходить у вузол підготовки газу для живлення пневмосистеми одоризатора. Вузол підготовки складається з фільтра, редуктора та манометра. Газ у цьому вузлі очищається, тиск редукується до тиску живлення, що дорівнює 2 кгс/см 2 .
Циклічність подачі команди на клапан дозатора регулюється переміщенням поршня ємності, що регулюється; відношення часу всього циклу до часу відкритого положення клапана – дроселем за допомогою секундоміра та манометра.
Нижче наведено технічні характеристики одоризаторів УОГ-1 та АОГ-30
| Технічна характеристика універсального одоризатора УО Г-1 | ||
| Робочий тиск газу, кгс/см 2 ............ 2-12 | ||
| Перепад тиску на діафрагмі, кгс/см 2 при максимальній витраті газу 0.6 | ||
| Пропускна здатність по одоранту, см 3 /ч. 57-3150 | ||
| Максимальна витрата газу на харчування установки, м 3/год 1 | ||
| Точність одоризації, % ±10 | ||
| Температура оточуючого повітря. ° С. . . . | .... Від -40 до 50 | |
| Габаритні розміри, мм: довжина ............. | .... 465 | |
| ширина................. | .... 150 | |
| висота. | . . 800 | |
| Маса, кг................... | . . 63 | |
| Технічна характеристика автоматичної одоризаційної установки АОГ-30 | ||
| Робочий тиск газу, кгс/см 2 ............ | 2-12 | |
| Пропускна здатність по одоранту, см/год. | ||
| Відношення найбільшої витрати газу, що одорується, до найменшого..................... Номінальна кількість ходів плунжера насоса в 1 хв. Точність одоризації, % ................ | 5:1 Від 4 до 12 ±10 | |
| Максимальна витрата газу на харчування установки, м3/год | ||
| Температура навколишнього повітря, °С........ | Від -40 до 50 | |
Блок одоризації.Складається з дозатора одоранта, камери поплавця, оглядового вікна, фільтра одоранта, вентиля, крана кульового, фільтра, редуктора, манометрів, реле часу, регульованої ємності та клапана.
Дозатор одоранту(Рис. 35). Являє собою інжектор, куди одорант подається через сопло 1, а потік газу, що ежектує, - по кільцевому зазо
ру. Ущільнення камер дозатора виконується гумовими кільцями 3.
Робота дозатора із системою управління перекриттям потоку одоранту здійснюється за допомогою клапана 5 та сідла 4. Пружина 8 забезпечує герметичність перекриття клапана 5 з сідлом 4. Тиском у порожнині Аздійснюється закриття сідла під дією переміщення мембрани 7. При скиданні тиску з порожнини Аклапан 5 повертається у вихідне положення. Під впливом тиску одоранту переміщається мембрана 6.
Дозатор має муфту 9, за рахунок обертання якої змінюється зазор Тміж соплом 1 та змішувачем 10. Розмір зазору Тзмінюється при таруванні дозатора за продуктивністю, після закінчення якої положення муфти 9 фіксується контргайкою 2.
Поплавцева камера(Рис. 36). Складається з корпусу з кришкою, усередині якого розміщений герметично запаяний поплавець, прикріплений до штока за допомогою шплінту. Шток забезпечений золотником, який сідає на сідло у верхньому положенні. У кришці на кронштейні встановлено датчик сигналізації. У прорізі датчика перемішується прапорець, який, перетинаючи робочу зону датчика, викликає спрацьовування.
Оглядове вікно(Рис. 37). Складається з корпусу, втулки та скляної трубки. Герметизація елементів оглядового вікна здійснюється за допомогою гумових кілець ущільнювачів.
Фільтр одоранту(Рис. 38). Являє собою циліндричний корпус з кришкою, в яку вкручена касета з сітчастим денцем. Касета заповнена фільтруючим елементом – скловатою. Кришка герметизується кільцем ущільнювача. Нижня частина корпусу використовується як відстійник і має вентиль для зливу відстою.
Мал. 39. Реле часу.
/ - дросель: 2 - проміжне кільце: 3, 5 - мембрани: 4 -
шток: б - кришка: 7 - фланець: 8 - гвинт: 9 - напрямні: 10 -
пружина: 11 - клапан: 12 - кнопка запуску
Реле часу(Рис. 39). Тиск газу подається в порожнину, утворену проміжним кільцем та двома мембранами, які жорстко з'єднані гвинтами через фланець та кільце зі штоком. Шток має осьовий та радіальний отвори. Під дією пружини шток знаходиться у верхньому положенні і упирається у фланець.
Газ через осьовий отвір у штоку та дросель надходить у порожнину, утворену кришкою та мембраною, на яку і тисне. Шток перемішується вниз та відкриває клапан скидання. Для запуску реле часу передбачено кнопку.
Регульована ємність(Рис. 40). Складається з корпусу, кришок, поршня, гвинта та колії ущільнювачів. Призначена для регулювання подачі одоранту до газопроводу.
Клапан(Рис. 41). Основними елементами його є мембрани, які мають різні афективні площі та утворюють дві порожнини: Л і б, з'єднані між собою клапаном через регулюючий дросель. Прохідний переріз дроселя регулюється голкою. Голка переміщається за допомогою гвинта з маховиком. На лицьовій стороні маховика є шкала. Двома гвинтами покажчик шкали укріплений на корпусі клапана.
Вимірювальна ємність (рис. 42). Є циліндричною посудиною з рівнемірною скляною трубкою, з шкалою 2. Скляна трубка захищена кожухом та ущільнюється гумовими кільцями.
Пропорційний одоризатори газу ОГП-02.Призначений для автоматичного введення одоранту (етилмеркаптану) в потік природного газу (пропорційно до його витрати), щоб надати газу специфічний запах, який сприятиме виявленню витоків. Одоризатор ОГП-02 може експлуатуватися на відкритому повітрі в холодному помірному кліматі на об'єктах, з умовним тиском 16 кгс/см 2 і з витратою газу від 1000 до 100 000 м 3 /год.
Одоризатор складається (рис. 43) з дозатора та контрольної ємності. У дозаторі розміщено сопло та регулятор рівня одоранту. Усередині контрольної ємності знаходяться поплавці з нержавіючої сталі, штанга, на верхній частині якої закріплений магніт. По зовнішній поверхні трубки ковзає магнітний покажчик рівня одоранту.
Принцип роботи одоризатора ОГП-02 ось у чому (рис. 43, 44). Одорант надходить із контрольної ємності через вентиль доти, доки рівень його не перекриє нижню кромку регулятора рівня. У дозаторі за допомогою регулятора рівня та технологічної обв'язки ємностей підтримується постійний, заданий рівень одоранту. Подача його в газопровід здійснюється за рахунок перепаду тиску на витратомірній діафрагмі за допомогою перетікання газу з камери плюс по імпульсній трубці, соплі, збірнику, трубками через камеру мінус в газопровід. Потік газу із сопла, проходячи через шар одоранту, виносить пари та дрібні крапельки його до збірки, а з нього – до газопроводу.
Поповнення дозатора одорантом здійснюється з витратної та контрольної ємності при відкритому вентилі.
Налаштування одоризатора на необхідний ступінь одоризації газу здійснюється за рахунок зміни товщини шару одоранту над верхнім кінцем сопла регулятором рівня, так і потоку газу через сопло вентилем.
Витрати одоранту в будь-який момент часу за певний інтервал (15-30 хв) можна виміряти за допомогою контрольної ємності, закривши вентиль. Одоризатор на витрату одоранту пропорційно витраті газу налаштовується двічі: при переході із зимової витрати газу на літній і навпаки.
Надалі витрата одоранту залежно від зміни витрати газу регулюється автоматично.
Технічне обслуговування одоризатора ОГП-02 зводиться до періодичної заправки робочої ємності одорантом та подальшого запуску одоризатора в роботу.
Мал. 44. Схема одоризатора газу ОГП-02.
/ - Дозатор: // - Робоча (витратна) ємність. /// - Контрольна ємність. 1 - 10 - вентилі.
Блок перемикання
Призначений, по-перше, захисту системи газопроводів споживача від можливого високого тиску газу; по-друге, для подачі газу споживачеві, минаючи ГРС, по байпасній лінії із застосуванням ручного регулювання тиску газу під час ремонтних та профілактичних робіт станції.
Блок перемикання складається з кранів на вхідному та вихідному газопроводах, обвідної лінії та запобіжних клапанів. Як правило, цей блок повинен розташовуватися в окремій будівлі або під навісом, що захищає його від атмосферних опадів.
Запобіжні клапани.На газопроводі монтують два запобіжні клапани, один з яких є робочим, інший – резервним. Застосовують клапани типу CППK (спеціальний повнопідйомний запобіжний клапан) (рис. 45; табл. 10) та ППК (пружинний повнопідйомний запобіжний клапан). Між запобіжними клапанами ставлять триходовий вентиль типу КТРП, завжди відкритий на один із запобіжних клапанів. Між газопроводом і клапанами арматура, що відключає, встановлюватися не повинна. Межі налаштування запобіжних клапанів повинні перевищувати номінальний тиск газу на 10%.
У процесі експлуатації клапани слід випробувати на спрацювання один раз на місяць, а в зимовий час – один раз на 10 днів із записом в оперативному журналі. Перевірку та регулювання запобіжних клапанів проводять двічі на рік. про що роблять відповідний запис у журналі.
На шток запобіжного скидного клапана СППК4Р (рис. 45), з одного боку, діє тиск газу з вихідного газопроводу, з другого - зусилля стиснутої пружини. Якщо тиск газу на виході з ГРС перевищить заданий, то газ, долаючи зусилля стиснутої пружини, піднімає шток і з'єднує вихідний газопровід з атмосферою. Після зниження тиску газу у вихідному газопроводі шток під дією пружини повертається у вихідне положення, перекриваючи прохід газу через сопло клапана, роз'єднуючи таким чином вихідний газопровід з атмосферою. Залежно від тиску настройки запобіжні клапани комплектують змінними пружинами (табл. 11). Таблиця 11 - Вибір пружин для запобіжних клапанів типу СППК та ППК
| Клапан | Тиск налаштування, кгс/см | Номер пружини | Клапан | Тиск налаштування. кгс/см 2 | Номер пружини |
| 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 |
Таблиця 12 - Габаритні та приєднувальні розміри, мм, та маса клапанів типу ППК4
Крім клапанів типу СППК широко застосовують пружинні запобіжні фланцеві клапани типу ППК-4 (рис. 46. Табл. 12) на умовний тиск 16 кгс/см 2 . Клапани цього типу забезпечені важелем для примусового відкриття та контрольного продування газопроводу. Пружина регулюється регулювальним гвинтом.
Тиск газу з газопроводу надходить під запірний клапан, який утримується в закритому положенні пружиною через шток. Натяг пружини регулюється гвинтом. Кулачковий механізм дозволяє проводити контрольну продування клапана: поворотом важеля зусилля через валик, кулачок і направляючу втулку передається на шток. Він піднімається, відкриває клапан і відбувається продування, яке вказує, що клапан працює і скидний трубопровід не засмічений.
Клапани ППК-4, залежно від номера встановленої пружини, можуть налаштовуватися на спрацьовування в діапазоні тисків від 0,5 до 16 кгс/см 2 (табл. 13).
Пропускна здатність запобіжних клапанів G. кг/год:
G - 220Fp 
.
де F-переріз клапана, см, що визначається для повнопідйомних клапанів при h ≥ 0,25dзалежно F = 0,785d 2; для неповнопідйомних при h≥ 0,05d - F = 2,22dh; d -внутрішній діаметр сідла клапана, см; h- Висота підйому клапана, см; р -абсолютний тиск газу, кгс/см 2; Т -абсолютна температура газу, К; М -молекулярна вага газу, кг.
Для скидання газу атмосферу необхідно застосовувати вертикальні труби (колонки, свічки) висотою щонайменше 5 м рівня землі; які виводять за огорожу ГРС на відстань не менше ніж 10 м. Кожен запобіжний клапан повинен мати окрему вихлопну трубу. Допускається об'єднання вихлопних труб у загальний колектор від кількох запобіжних клапанів з однаковим тиском газу. При цьому загальний колектор розраховують на одночасне скидання газу через усі запобіжні клапани.
Крани.Крани, що встановлюються в блоках перемикання, а також на інших ділянках газопроводів ГРС, розрізняються за видами приводів (табл. 14).
1) кран типу 11с20бк та 11с20бк1 - з важелевим приводом (рис. 47, табл. 15);
2) кран типу 11с320бк та 11с320бк1 - з черв'ячним приводом (редуктором) (рис. 48; табл. 16);
3) кран типу 11с722бк та 11с722бк1 - з пневмоприводом (рис. 49; табл. 17);
4) кран типу 11с321бк1 - для безколодезної установки (рис. 50; табл. 18);
5) кран типу 11с723бк1 – для безколодезної установки (рис. 51 табл. I9)
Мал. 47. Крани 1c20бк та 11с20бк1.
1 – корпус; 2 - пробка; 3 - нижня кришка: 4 - регулювальний гвинт; 5 - шпиндель 6 - зворотний клапан для змащування: 7 - мастильний болт. 8 - важіль: 9 – сальник.
Мал. 48. Крани 11с320Бк та 11с320бк1.
1 корпус: 2 - пробка: 3 - нижня кришка; 4 - регулювальний гвинт: 5 - черв'ячний сектор: б - хробак. 7 - маховик: 8 - мастильний болт: 9 - зворотний клапан: 10 - корпус редуктора: 11 – сальник. 12 - шпиндель: 13 - кришка.
Мал. 49. Крани 11с722бк (а) та 11с722бк1 (б)з D у 50 та 80 мм.
/ - корпус: 2 - пробка: 3 - п'ята; 4 - кулька. 5 - настановний гвинт; 6 - стяжний болт: 7 - ковпачок; 8 - нижня кришка: 9 - сальникове набивання: 10 - шпиндель: 11 - кронштейн: 12 - важіль; 13 - Вілка: 14 - шток: 15 - пневмопривід; 16 - мультиплікатор: 17 - Кінцевий вимикач; 18 - ніпель. / - Виконання фланцевих краної 1с722бкс D у 50, 80, 100 мм.
 | Мал. 50 Кран 11с321бк1 |
Усі перераховані крани виготовляють з кінцями як для фланцевого з'єднання (позначення закінчується літерами "бк"), так і під приварювання (позначення закінчується літерами та цифрою "бк1"). Корпус крана виконують із сталі, а пробку – із чавуну. Крани монтують при температурі навколишнього середовища від -40 до 80°.
На кранах з обводом встановлюють прохідний кран D у = 150 мм для полегшення відкривання основного крана шляхом вирівнювання тиску з обох боків від затвора. Кран обвідний з'єднується з корпусом основного крана обвідними трубами.
Кран з пневмоприводом складається з вузла крана, пневмоприводу та мультиплікатора. У разі потреби керування краном здійснюється вручну за допомогою маховика. Пневмопривід шарнірно з'єднаний з корпусом крана та забезпечує зворотно-поступальний рух штока та поворот важеля, жорстко пов'язаного зі шпинделем шпонкою. Положення штока регулюється вилкою, шарнірно з'єднаною з важелем.
На кришці редуктора встановлений кінцевий вимикач, що вимикає електричний струм у ланцюзі управління при кінцевих положеннях пробки крана.
Мультиплікатор призначений для подачі спеціального мастила в порожнину під верхньою кришкою, а також у канавки корпусу та пробки. Мастило забезпечує герметичність і полегшує поворот
пробки. Для наповнення мультиплікатора спеціальним мастилом, у міру його витрачання, застосовується пневматичний нагнітач мастила.
Вузол крана складається з наступних основних деталей: корпусу, пробки, нижньої кришки та регулювального гвинта, який підтискає пробки до ущільнення корпусу. Кран з важільний (ручний) привод складається з вузла крана, редуктора або рукоятки.
Основним вузлом триходових кранів, що використовуються на ГРС, є запірний, що складається з корпусу, пробки та редуктора.
6) На ГРС застосовують також і кульові крани (рис. 52), переваги яких перед іншими в простоті конструкції, прямоточності, низькому гідравлічному опорі, сталості взаємного контакту поверхонь ущільнювачів. Відмінні риси кульових кранів від інших:
1) корпус та пробка крана завдяки сферичній формі мають
менші габаритні розміри та масу, а також більшу міцність;
2) конструкція кранів зі сферичним затвором менш чутлива до неточностей виготовлення і забезпечує набагато кращу герметичність, так як поверхня контакту поверхонь ущільнювальних корпусу і пробки повністю оточує прохід і герметизує затвор крана;
3) виготовлення цих кранів менш трудомістким. У кульових кранах з кільцями з пластмаси відпадає необхідність притирання ущільнювальних поверхонь. Зазвичай пробку хромують або полірують.
Кульові крани відрізняє від інших велику різноманітність конструкцій. Можна виділити два основних типи кранів: з плаваючою пробкою та з плаваючими кільцями.
Кульові крани типу KШ-10 та КШ-15 призначені для відключення трубопроводів, технологічного, контрольного та запобіжного обладнання.
Герметичність запірного вузла (кульова пробка-сідло) забезпечується щільним охопленням частини сферичної поверхні кульової пробки сідлом з деяким натягом за рахунок здатності матеріалу сідла деформуватися при скріпленні деталей крана стяжними болтами. Матеріалами для виготовлення сідла можуть бути фторопласт, вініпласт, гума або інші, що мають властивості пластичної деформації, близькі до властивостей названих матеріалів. У разі зношування ущільнювальних поверхонь сідла та втрати герметичності запірним вузлом конструкція крана передбачає можливість відновлення герметичності за рахунок видалення однієї або двох прокладок, встановлених з двох сторін між корпусом та кришкою.
Олексинським заводом «Тяжпромарматура» освоєно серійний випуск кульових кранів з D y - 50, 80, 100. 150. 200. 700, 1000. 1400 мм на ру - 80 кгс/см 2 модернізованої конструкції з пробкою в опорах і ущільнювачів (поліуретану або інших матеріалів з високою зносостійкістю).
Корпуси кранів з D y - 50 - 200 мм штамповані, з фланцевим роз'ємом, а з D у = 700. 1000. 1400 мм - цільнозварні, із штампованих напівсфер (рис. 53). Блоки керування (БУЕП-5; ЕПУУ-6), що застосовуються в кранах, не вимагають додаткової обв'язки в умовах експлуатації, оскільки мають вбудовану клемну коробку і кінцевий вимикач. Безбалонна конструкція приводів значно скоротила витрати дефіцитної гідрорідини для гідросистеми кранів. Крім того, в кранах використані ручні гідравлічні насоси принципово нової конструкції.
Мал. 52. Кран кульовий КШ без мастила.
1- корпус: 2 - кульовий затор (поворотний затвор). 3 - сідло: 4 - шпиндель; 5 - кришка (фланги): б - рукоятка: 7 - прокладка ущільнювача: 8. 9 - ущільнювальні гумові кільця: 10 - болт: 11 - прокладка
Завод виготовляє такі шарові крани:
МА39208 - D У 50, 80, 100, 150, 200 мм; р у 80 кгс/см 2; з ручним та пневмоприводом
МА39003 - D у 300 мм; р у 80 кгс/см 2; з ручним та пневмоприводом MA39113 - D у 400 мм; р у 160 кгс/см 2; з пневмогідроприводом
MA39I12 - D у 1000 мм; p у 80 та 100 кгс/см 2
MA39183 - D у 700 і 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
Крани кульові МА39208 з ручним керуванням D y – 50, 80, 100, 150 мм; р у 80 кгс/см 2 призначені для застосування як запірний пристрій на трубопроводах, що транспортують природний газ (табл. 20). У конструкції кранів велика кількість оригінальних пристроїв. Вузол крана D y 50, 80. 100. 150 мм складається з двох компактних штампованих напівкорпусів з одним роз'ємом, наявність одного роз'єму зменшує ймовірність розгерметизації вузла крана щодо зовнішнього середовища. Герметизація центрального роз'єму здійснюється гумовим ущільненням спеціальної форми.
Конструкція запірного органу виконана за схемою «пробка в опорах», з підшипниками, що самозмазують, ковзання з металофторопласту. Ущільнення затвора з поліуретану, який
Мал. 53. Кульовий кран із пневмогідроприводом.
1- корпус крана: 2 - редуктор ручний: 3 - маховик; 4 - труби колони. 5 - подовжувач; 6 - колона: 7 - трубопровід для подачі герметика в ущільнення: 8 - гідропривід: 9 - масляні балони
Таблиця 20- Габаритні, приєднувальні розміри, мм, та маса кульових кранів
| 0, | p У | Про | D 1 | А | L | З | Н | H, | маса, кг | ||
| з пневмогідроприводом | з ручним 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) | - | |||||
| - | - | ||||||||||
| - | - |
Примітка. Розміри та маса в дужках - для кранів надземної установки
запресований у металеве сідло. М'які поліуретанові ущільнення затвора мають високу зносостійкість, стійкість до абразивного зносу, ерозійностійкість і забезпечують надійну герметичність затвора у всіх діапазонах тисків. Підібування сідел до затвора здійснюється за рахунок тиску середовища, що транспортується, і зусилля пружин, службовців для надійної герметичності затвора при низьких тисках. Крани виготовляються з ручним приводом, що є важелем. Нижче наведено технічну характеристику крана.
Стандартні пристрої звуження можуть застосовуватися в комплекті з дифманометрами для вимірювання витрати і кількості рідин, газів і пари в круглих трубопроводах (за будь-якого їх розташування).
При необхідності використання пристроїв, що звужують, на трубопроводах малого діаметра вони повинні піддаватися індивідуальному градуювання, тобто.
Експериментальне визначення залежності
Найпоширенішими є вісім варіантів типів СУ: діафрагми з кутовим, фланцевим та трирадіусним способами відбору тиску, сопла ІСА 1932, труби Вентурі з обробленою та необробленою конічною частиною короткі та довгі, сопла Вентурі короткі та довгі. Стандартні діафрагми застосовуються при дотриманні умови 0,2 та сопла Вен-
тури - при. Конкретний тип пристрою звуження вибирається при розрахунку в залежності від умов застосування, необхідної точності, допустимої втрати тиску.
Для дотримання геометричної подібності СУ повинні бути виготовлені відповідно до вимог стосовно найбільш поширених пристроїв, що звужують - діафрагм, зображених на рис. 12.4. Торці діафрагми мають бути плоскими та паралельними один одному. Шорсткість торця в межах D повинна бути не більше, вихідний торець повинен мати шорсткість у межах 0,01 мм. Якщо діафрагма служить для вимірювання витрати потоку в обох напрямках, то обидва торці повинні оброблятися з шорсткістю не більше, конічне розширення в цьому випадку відсутнє і кромки з обох сторін повинні бути гострими з радіусом закруглення не більше 0,05 мм. Якщо радіус заокруглення вбирається у 0,0004d, то поправочний множник на неостроту вхідний кромки приймається рівним одиниці. Примм ця умова виконується. Шорсткість поверхні отвору не повинна перевищувати
Мал. 12.4. Способи відбору тиску:
а – через окремі отвори; б – з кільцевих камер (кутові методи); в - через отвори у фланцях (фланцевий метод при l1 = l2 = 25,4 мм, трирадіусний - при l1 = D та l2 = 0,5D)
Товщина діафрагми Е повинна перебувати в межах до 0,05D, товщина визначається за умови відсутності деформації під впливом Δpв за певної межі плинності матеріалу. Якщо дійсна товщина діафрагми менша за розрахункову, то до похибки визначення коефіцієнта закінчення (12.18) додається похибка δЕ.
Довжина циліндричної частини отвору діафрагми повинна бути в межах від 0,005D до 0,02D, якщо товщина перевищує останню цифру, то з боку вихідного торця робиться конічна поверхня з кутом конусності 45 ± 15°.
Відбір тисків р1 і р2 при кутовому способі здійснюється через окремі циліндричні отвори (рис. 12.4, а), або з двох кільцевих камер, кожна з яких з'єднується з внутрішньою порожниною трубопроводу кільцевою щілиною або групою рівномірно розподілених по колу отворів (рис. 12.4). б). Конструкція добірних пристроїв для діафрагм та сопл однакова. Звужувальні пристрої з кільцевими камерами зручніші в експлуатації, особливо за наявності місцевих збурень потоку, оскільки кільцеві камери забезпечують вирівнювання тиску по колу труби, що дозволяє більш точно вимірювати перепад тиску при скорочених прямих ділянках трубопроводу
При фланцевому та трирадіусному способах відбору тиску перепад вимірюється через окремі циліндричні отвори, розташовані на відстані у першому випадку 
мм, а в другому від площин діафрагми (рис. 12.4, в). Коефіцієнт закінчення залежить від способу відбору тиску.
При установці звужувальних пристроїв необхідно дотримуватися ряду умов, що впливають на похибку вимірювань.
Звужуючий пристрій у трубопроводі повинен розташовуватися перпендикулярно до осі трубопроводу. Для діафрагм неперпендикулярність має перевищувати 1°. Вісь пристрою, що звужує, повинна збігатися з віссю трубопроводу. Зміщення осі отвору пристрою звуження щодо осі трубопроводу не повинно перевищувати 
Якщо зміщення осі перевищує зазначене значення, але менше, то до похибки коефіцієнта закінчення (12.18) додають δех = 0,3%. Якщо зміщення осі перевищує зазначене граничне значення, то встановлення СУ не допускається.
Ділянка трубопроводу довжиною 2D до і після звужувального пристрою має бути циліндричною, гладкою, на ньому не повинно бути ніяких уступів, а також помітних оку наростів і нерівностей від заклепок, зварювальних швів тощо. Трубопровід вважається циліндричним, якщо відхилення діаметра не перевищує його середнього значення. В іншому випадку, якщо на відстані lh до СУ висота уступу h задовольняє двом умовам
то похибки коефіцієнта закінчення додають δh = 0,2%.
Важливою умовою є необхідність забезпечення течії потоку, що встановився, перед входом в звужуючий пристрій і після нього. Такий потік забезпечується наявністю прямих ділянок трубопроводу певної довжини до і після пристрою. На цих ділянках не повинні встановлюватись жодні пристрої, які можуть спотворити гідродинаміку потоку на вході або виході пристрою, що звужує. Довжина цих ділянок повинна бути такою, щоб спотворення потоку, що вносяться колінами, вентилями, трійниками, змогли згладитися до підходу потоку до пристрою, що звужує. При цьому необхідно мати на увазі, що більш істотне значення мають спотворення потоку перед пристроєм, що звужує, і значно менше - за ним, тому засувки
Таблиця 12.2
Найменші відносні довжини лінійної ділянки до діафрагми
| № | Найменування місцевого опору | Коефіцієнти | Р | |||||||||
| ак | До | ск | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,75 | 0,8 | ||
| 1 | Засувка, рівнопрохідний кульовий кран | 11,5 | 82 | 6,7 | 12 | 12 | 12 | 13 | 15 | 19 | 24 | 30 |
| 2 | Корковий кран | 14,5 | 30,5 | 2,0 | 16 | 18 | 20 | 23 | 26 | 30 | І | 34 |
| 3 | Запірний кран, вентиль | 17,5 | 64,5 | 4,1 | 18 | 18 | 19 | 22 | 26 | а | 38 | 44 |
| 4 | Заслінка | 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 | Симетричне різке звуження | 30,0 | 0,0 | 0,0 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 |
| 7 | Дифузор | 16,0 | 185 | 7,2 | 16 | 16 | 17 | 18 | 21 | 31 | 40 | Е4 |
| 8 | Симетричне різке розширення | 47,5 | 54,5 | 1,8 | 51 | 54 | 58 | 64 | 70 | 77 | 80 | 84 |
| 9 | Поодиноке коліно | 10,0 | 113 | 5,2 | 10 | 11 | 11 | 14 | 18 | 28 | 36 | 46 |
і вентилі, що особливо регулюють, рекомендується встановлювати після СУ. Довжина Lк прямої ділянки перед пристроєм, що звужує, залежить від відносного діаметра β, діаметра трубопроводу D і виду місцевого опору, розташованого до прямої ділянки,
Постійні коефіцієнти, які від виду місцевого опору. Їхня величина та найменші значення Lк1/D для дев'яти типів місцевих опорів наведені в табл. 12.2.
Так, для виду місцевого опору «Засувка, повнопрохідний кульовий кран» при, 
Довжина прямої ділянки L2 після звужувального пристрою залежить тільки від числа 
і при = 0,8 Допускається зменшення довжини прямих ділянок перед СУ до величини, що викликає додаткову похибку δL, яка не перевищить ±1%. Похибка підсумовується значенням δс0 і розраховується за формулою
де відношення дійсної довжини прямої ділянки до розрахункової. Похибка відповідає
Допускається скорочення довжини лінійної ділянки після СУ вдвічі, але при цьому додаткова похибка до коефіцієнта закінчення становитиме
Необхідно, щоб контрольоване середовище заповнювало весь поперечний переріз трубопроводу, причому фазовий стан речовини не повинен змінюватися при проходженні через пристрій, що звужує. Конденсат, пил, гази або опади, що виділяються з контрольованого середовища, не повинні накопичуватися поблизу пристрою, що звужує.
Дифманометр підключається до пристрою, що звужує, двома сполучними лініями (імпульсними трубками) внутрішнім діаметром не менше 8 мм. Допускається довжина з'єднувальних ліній до 50 м, однак через можливість виникнення великої динамічної похибки не рекомендується використовувати лінії довжиною понад 15 м.
Для правильного вимірювання витрати перепад тиску на вході дифманометра повинен дорівнювати перепаду тиску, що розвивається пристроєм, що звужує, тобто. перепад від пристрою, що звужує, до дифманометра повинен передаватися без спотворення.
Це можливо у випадку, якщо тиск, створюваний стовпом середовища в обох трубах, буде однаковим. У реальних умовах це рівність може порушуватися. Наприклад, при вимірюванні витрати газу причиною цього може бути накопичення конденсату в неоднаковій кількості в сполучних лініях, а при вимірюванні витрати рідини, навпаки, накопичення газових бульбашок, що виділяються. Щоб уникнути цього, з'єднувальні лінії повинні бути або вертикальними, або похилими з ухилом не менше 1:10, причому на кінцях похилих ділянок повинні бути конденсато-або газозбірники. Крім того, обидві імпульсні трубки слід розташовувати поруч, щоб уникнути неоднакового нагріву або охолодження їх, що може призвести до неоднакової щільності рідини, що заповнює їх, і, отже, до додаткової похибки. При вимірі витрати пари важливо забезпечити рівність та сталість рівнів конденсату в обох імпульсних трубках, що досягається застосуванням зрівняльних судин.
До одного пристрою, що звужує, може бути підключено кілька дифманометрів. При цьому допускається підключення з'єднувальних ліній одного дифманометра до сполучних ліній іншого.
При вимірюванні витрати рідини дифманометр рекомендується встановлювати нижче пристрою, що звужує 1, що виключає попадання в сполучні лінії і дифманометр газу, який може виділитися з протікає рідини (рис. 12.5, а).
Мал. 12.5. Схема з'єднувальних ліній при вимірюванні витрати рідини з установкою дифматометра нижче (і) і вище (б) пристрою, що звужує:
1 - пристрій, що звужує; 2 – запірні вентилі; 3 - продувний вентиль; 4 – газозбірники;
5 - розділові судини
Для горизонтальних і похилих трубопроводів з'єднувальні лінії повинні підключатися через запірні вентилі 2 до нижньої половини труби (але не в нижній частині), щоб уникнути попадання в лінії газу або опадів з трубопроводу. Якщо дифманометр все ж таки встановлюється вище звужувального пристрою (рис. 12.5 б), то в найвищих точках з'єднувальних ліній необхідно встановлювати газозбірники 4 з продувними вентилями. Якщо сполучна лінія складається з окремих ділянок (наприклад, при обході будь-якої перешкоди), то газозбірники встановлюються у найвищій точці кожної ділянки. При встановленні дифманометра вище звужуючого пристрою трубки поблизу останнього прокладаються з U-подібним вигином, що опускається нижче трубопроводу не менше ніж на 0,7 м для зменшення можливості попадання газу з труби в сполучні лінії. Продування з'єднувальних ліній здійснюється через вентилі 3.
При вимірюванні витрати агресивних середовищ у з'єднувальних лініях можливо ближче до звужувального пристрою встановлюються розділові судини 5. Сполучні лінії між роздільною судиною і дифманометром, частково і сама посудина заповнені нейтральною рідиною, щільність якої більша за щільність агресивного середовища. Решта судини та лінії до пристрою, що звужує, заповнені контрольованим середовищем. Отже, поверхня розділу контрольованого середовища та розділової рідини знаходиться всередині судини, причому рівні розділу в обох судинах повинні бути однаковими.
Роздільна рідина вибирається таким чином, щоб вона хімічно не взаємодіяла з контрольованим середовищем, не змішувалася з нею, не давала відкладень і не була агресивною по відношенню до матеріалу судин, сполучних ліній та дифманометра. Найчастіше в якості розділової рідини використовуються вода, мінеральні олії, гліцерин, водогліцеринові суміші.
При вимірі витрати газу дифманометр рекомендується встановлювати вище звужувального пристрою, щоб конденсат, що утворився в сполучних лініях, міг стікати в трубопровід (рис. 12.6 а). Сполучні лінії потрібно підключати через запірні вентилі 2 до верхньої половини пристрою, що звужує, їх прокладку бажано проводити вертикально. Якщо вертикальна прокладка з'єднувальних ліній неможлива, то їх слід прокладати з нахилом у бік трубопроводу або конденсатозбірників 4. Подібні вимоги повинні виконуватися і при розташуванні дифманометра нижче пристрою, що звужує (рис. 12.6, б). При вимірюванні витрати агресивного газу до сполучних ліній повинні включатися розділові судини.
Мал. 12.6. Схема з'єднувальних ліній при вимірюванні витрати газу з установкою дифманометра вище (я) і нижче (б) пристрою, що звужує:
1 - пристрій, що звужує; 2 – запірні вентилі; 3 - продувний вентиль; 4 - конденсатозбірник
Мал. 12.7. Схема, що пояснює призначення зрівняльних конденсаційних судин при вимірі витрати пари:
а-в - стадії вимірювання різниці тисків
При вимірі витрати перегрітої водяної пари неізольовані сполучні лінії виявляються заповненими конденсатом. Рівень конденсату та його температура в обох лініях повинні бути однаковими за будь-якої витрати.
Для стабілізації верхніх рівнів конденсату в обох сполучних лініях поблизу пристрою, що звужує, встановлюються зрівняльні конденсаційні судини. Призначення зрівняльних судин можна пояснити за допомогою рис. 12.7. Припустимо, що за відсутності зрівняльних судин і деякі витрати пара рівень конденсату в обох імпульсних трубках однаковий. При збільшенні витрати на пристрої, що звужує, збільшується перепад тиску, що змушує нижню мембранну коробку стискатися, а верхню розтягуватися (рис. 12.7, б). Через зміну обсягів коробок у нижню, «плюсову» камеру дифманометра буде затікати конденсат з «плюсової» імпульсної трубки, що призведе до зниження рівня в ній на величину h. З верхньої, «мінусової» камери дифманометра конденсат виштовхуватиметься в імпульсну трубку і паропровід, але висота стовпа конденсату залишиться незмінною. Різниця рівнів конденсату, що утворилася, створює перепад тиску hρg, що зменшує перепад тиску 
в звужувальному пристрої. Отже, на дифманометр діятиме перепад, тобто. показання витратоміра будуть заниженими. Неважко помітити, що абсолютна похибка виміру зростатиме зі збільшенням змін витрати.
Вочевидь, що похибка можна знизити зменшенням h. Для цього на кінцях імпульсних трубок встановлюють зрівняльні конденсаційні судини (рис. 12.8) – горизонтально розташовані циліндри великого перерізу. Так як переріз цих судин велике, витікання з них конденсату мало змінить його рівень, так що перепад Δpд, що вимірюється дифманометром, можна вважати рівним перепаду 
в звужувальному пристрої.
Мал. 12.8. Схема з'єднувальних ліній при вимірюванні витрати пари з установкою дифманометра нижче (а) і вище (б) пристрою, що звужує:
1 - пристрій, що звужує; 2 – зрівняльні судини; 3, 4 - запірні та продувальні вентилі;
6.1. Завдання
на курсову роботу з дисципліни
«Управління, сертифікація та інноватика»
на тему: "Розрахунок вимірювального пристрою витрати середовища"
1) Розрахувати діаметр нормальної діафрагми, виготовленої зі сталі марки 1Х18Н9Т, для вимірювання масової витрати середовища методом змінного перепаду тиску відповідно до вихідних даних, зазначених у табл. 1. Номер варіанта вибирається за останньою цифрою шифру студента.
2) Виконати на аркуші формату А2 креслення вузла установки діафрагми у вимірювальному трубопроводі та схему компонування вимірювального пристрою для вимірювання перепаду тиску.
Таблиця 6.1
Вихідні дані для розрахунку
|
Діаметр трубопроводу при температурі 20 ° C, D 20 мм |
Абсолютний тиск середовища, p, МПа |
Температура вимірюваного середовища, t, °C |
Максимальна витрата середовища Q max кг/год |
Середня витрата середовища, Q ср, кг/год |
Допустима втрата тиску, мм вод. ст. |
Вимірюване середовище |
Матеріал трубопроводу |
|
6.2. Порядок розрахунку пристрою звуження
Подаються вихідні дані за заданим варіантом:
а) вимірюване середовище – …;
б) найбільша вимірювана масова витрата, кг/год;
в) середня вимірювана масова витрата, кг/год;
г) абсолютний тиск середовища перед пристроєм, що звужує, кгс/см 2 (прийняти 1 кгс/см 2 = 0,1 МПа);
д) температура середовища перед пристроєм, що звужує, °C;
е) внутрішній діаметр вимірювального трубопроводу перед пристроєм, що звужує, при температурі 20 °C: D 20 = … мм;
ж) допустима втрата тиску при витраті, що дорівнює Q max = = мм вод. ст.;
з) матеріал трубопроводу – сталь марки …
6.2.1. Визначення відсутніх для розрахунку даних
1. Щільність середовища за робочих умов (визначається за табл. П.1 або П.2):
r = … кг/м 3 .
2. Динамічна в'язкість середовища (для води – табл. П.3, для пари – рис. П.1):
m = … кгс×с/м 2 .
3. Поправочний множник на теплове розширення матеріалу трубопроводу (рис. 2):
4. Внутрішній діаметр трубопроводу у робочих умовах:
, мм.
5. Показник адіабати (визначається для водяної пари за графіком – рис. п.3):
6.2.2. Вибір звужувального пристрою та дифманометра
6. Як звужувальний пристрій вибираємо нормальну камерну діафрагму, виготовлену зі сталі 1Х18Н9Т.
7. Для вимірювання перепаду тиску приймаємо дифманометр або перетворювач перепаду тиску (вказати тип і модель дифманометра або перетворювача перепаду тиску – див. табл. П.4, або П.5, або П.6 – на вибір).
8. Верхня межа вимірювання дифманометра (вибирається за стандартним рядом, див. рекомендації у додатку):
Q п = …, кг/год.
6.2.3. Розрахунок
9. Граничний номінальний перепад тиску дифманометра (вибирається за стандартним рядом, див. рекомендації у додатку):
= …, кгс/см2 = …, кгс/м2.
10. Допоміжна величина ma:
,