СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА Российский патент 2006 года по МПК G01F1/704 G01F1/34 G05D16/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных технологических процессах, где требуется контроль расхода газа.

Известен способ измерения расхода потока среды по изменению перепада давления при отклонении вспомогательной струи, вводимой в контролируемый поток под углом к нему, при этом скоростной напор струи поддерживают постоянным, а о расходе судят по перепаду давлений, обусловленному потерями выхода при непосредственном воздействии потока на эту струю (А.С. СССР №1195190, кл. G 01 F 1/00, 1980 г.).

Известный способ не обеспечивает точность измерения при значительном расходе газа.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ определения расхода газа, заключающийся в локальном введении в поток диффундирующего вещества и измерении параметра диффундирующего вещества, по которому судят о расходе газа. (Авт. Св. SU № 1696871 А1, кл. G 01 F 1/00, 1989 г.).

Известный способ не позволяет ограничить перерасход газа потребителем и не обеспечивает точность измерения при значительном расходе газа.

Техническая задача - устранение перерасхода газа потребителем, экономия газа, а также повышение точности измерения.

Положительный результат достигается тем, что в предлагаемом способе определения расхода газа, заключающемся в локальном введении в поток диффундирующего газа и измерении параметра диффундирующего газа, по которому судят о расходе газа, в отличие от ближайшего аналога, до точки введения диффундирующего газа задают скоростной напор потока, устанавливающий нулевой расход диффундирующего газа, определяют перепад давления в линии обратного тока потока, количество диффундирующего газа увеличивают при увеличении перепада давления и уменьшают при уменьшении перепада давления, при этом расход газа потребителем определяют по расходу диффундирующего газа.

На фиг.1 приведена схема газового потока предлагаемым способом.

На фиг.2 приведена схема устройства, реализующего способ.

На фиг.3 приведен график расхода газа, полученный по предлагаемому способу.

На фиг.4 приведен график расхода газа, полученный по существующему в цехе способу.

Увеличение точности измерения предлагаемым способом заключается в том, что измерение производят не всего контролируемого потока газа, а только диффундирующего газа, что значительно повышает точность измерения, особенно при значительных объемах потребления.

На фиг.1 приведена схема газового потока предлагаемым способом.

Допустим, что

А - измеряемый объем потока известным прибором, имеющий паспортную погрешность измерения S.

С - заданная регулятором потока струя скоростного напора с паспортной погрешностью W.

В - сечение скоростного напора диффундирующего вещества, измеряемое известным прибором с паспортной погрешностью S.

Пусть К - кратность сечения С по отношению к В, тогда, учитывая, что А=В+С, получаем:

С=А(К/К+1).

В=А(1/К+1).

Абсолютная погрешность измерения

потока А: AS,

потока С: A(K/K+1)W,

потока В: А(1/К+1)S,

тогда суммарная абсолютная погрешность равна

KW+S,

К+1.

Учитывая, что погрешность получаемого потока шайбы зависит от ее качества, допускаем, что W→0, получаем:

S

К+1.

Получаем, что погрешность измерения известным прибором предлагаемым способом уменьшается в К+1 раз.

На фиг.2 приведена схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит точку введения 1, размещенную так, что выведенный из потока 2 диффундирующий газ 3 истекает под углом к потоку заданного скоростного напора, формируемого регулятором потока 4. Диффундирующий газ проходит через предохранительный клапан 5 непрямого действия, пропускная способность которого зависит от перепада давления в линии 6 обратного тока потока.

Способ осуществляется следующим образом.

Поток 2 газа через регулятор потока 4, приобретая заданный скоростной напор потока, поступает в точки забора потребителя. Если расход газа потребителем соответствует установленному скоростному напору, то регистрационные приборы фиксируют нулевой расход диффундирующего в точку введения 1 газа 3, являющегося частью потока. При увеличении расхода газа потребителем (нарушение технологической дисциплины, открытие несанкционированных точек забора, появление утечек и т.д.) в линии 6 обратного тока потока давление уменьшается. Перепад давления в линии переводит клапан 5 в открытый режим. Диффундирующий газ 3 через клапан и точку введения 1 поступает в поток заданного скоростного напора, компенсируя перепад давления в линии обратного тока струи. По расходу диффундирующего газа судят об абсолютном расходе газа, а также об отклонении расхода от заданного (перерасходе). После проведения профилактических мероприятий, устранения причин перерасхода и, соответственно, снижения общего расхода давление в линии 6 обратного тока потока увеличивается, и уменьшаемая до нуля разница давлений в клапане 5 переводит его в закрытый режим.

Возможен также альтернативный вариант реализации способа, по которому диффундирующий газ не выводится из потока, а вводится внешний диффундирующий газ, например азот, с давлением не меньше давления рабочего потока. В этом случае перерасход газа будет соответствовать расходу азота. Естественно, энергоемкость полученной смеси уменьшится в точках забора, что заставит потребителя оперативно устранять причины перерасхода.

Пример конкретного осуществления способа.

Промышленные испытания заявляемого способа осуществляли в условиях ККЦ ОАО «ММК». В трубопроводе природного газа D=300 мм установили регулятор потока и на расстоянии по 3 м от регулятора вырезали отверстия и врезали в них концы трубы D=100 мм. В трубе установили клапан давления, отрегулированный на давление 1,8 атм, и прибор, регистрирующий расход газа.

По нормам определили расчетную суточную потребность в газе цехом. Для производства 70 ковшей стали необходимо 800 тыс.куб.м природного газа.

Потребление газа в течение суток непрерывно, поэтому установили регулятор потока на скоростной напор 33 тыс.куб.м в час.

В течение суток мы получили график (фиг.3) расхода газа в трубе D=100 мм. Из графика видно, что в цехе

- с 3 ч до 8 ч имелся перерасход газа в 1000 куб.м в час с общим перерасходом 5000 куб.м;

- с 11 ч до 13 ч имелся перерасход с 1500 куб.м в час с общим перерасходом 3000 куб.м.

В качестве сравнения приводим график (фиг.4) расхода газа существующим в ККЦ способом.

Анализ работы цеха за сутки показал, что имелся перерасход газа с 3 ч до 8 ч из - за несанкционированного его потребления для отопления ремонтных будок, а с 11 ч до 13 ч - аварийный ремонт м/к траверсы крана №14.

Данный способ позволяет вести контроль и над другими энергоносителями - паром, водой, мазутом, электроэнергией и т.д.

Естественно, для более точного определения перерасхода, регулятор потока настраивается графиком расхода, поэтому графики перерасхода будут выглядеть намного сложнее - в виде синусоиды низкочастотных колебаний. И для ее анализа подойдут математические методы, применяемые, например, при изучении колебаний.

Способ позволяет также производить полное или частичное диффундирование другим газом, например, нейтральным азотом. Применение кислородосодержащих газов и других окислителей недопустимо. Применение азота в качестве диффундирующего вещества позволит получить экономию газа в объеме его перерасходной части. Так, например, по ККЦ каждый процент замещения азотом природного газа по объему дает экономический эффект 231 тыс.руб. в год.

В контролируемый газовый поток, поступающий потребителю, локально вводят диффундирующий газ (например, азот). До точки введения диффундирующего газа формируют поток заданного скоростного напора. Определяют перепад давления в линии обратного тока потока. Увеличивают количество диффундирующего газа при увеличении перепада давления и уменьшают при уменьшении перепада давления. По расходу диффундирующего газа судят об абсолютном расходе потребляемого газа. Изобретение устраняет перерасход газа потребителем и повышает точность измерения. 4 ил.

Способ определения расхода газа, заключающийся в локальном введении в поток диффундирующего газа и измерении параметра диффундирующего газа, по которому судят о расходе газа, отличающийся тем, что до точки введения диффундирующего газа задают скоростной напор потока, устанавливающий нулевой расход диффундирующего газа, осуществляют контроль перепада давления в линии обратного тока потока, количество диффундирующего газа увеличивают при увеличении перепада давления и уменьшают при уменьшении перепада давления, при этом расход газа потребителем определяют по расходу диффундирующего газа.