Способ определения массового расхода газа Советский патент 1993 года по МПК G01F1/00 

Изобретение относится к приборостроению, з именно к расходоизмёрительной технике, и может применяться при измере- ни|1 массового или приведенного к нормаль- нЦм условиям объемного расхода и количества газа в газовой, химической про- мцшленности и в теплоэнергетике. Наибо- леЈ полно преимущества изобретения раскрываются в условиях переменного дав- газа в трубопроводах большого диаметра.

Известен способ измерения массового расхода среды (1), заключающийся в изме- перепада давления на гидравличе- CKOJM сопротивлении и объемного расхода (скорости) через него с последующим вычислением отношения этих величин.

Недостатком известного способа является низкая точность измерения вследствие низкой точности измерения перепада давления при значениях менее 30% от максимального допускаемого значения. Необходимость индивидуальной градуировки преобразователя объемного расхода и всего устройства в целом ограничивают область применения известного способа, поскольку капитальные затраты на создание комп-. лекса расходоизмерительных установок, охватывающих весь диапазон работы современных промышленных приборов, чрезвычайно высоки.

Известен способ определения массового расхода газа, заключающийся в измерении перепада давления на гидравлическом сопротивлении и плотности газа с последующим извлечением квадратного корня из произведения сигналов перепада давления и плотности. В качестве гидравлических сопротивлений наибольшее распространение при реализации известного способа получили стандартные сужающие устройства.

ел

N4 00

N

Недостатком известного способа является низкая точность измерения массового расхода газа вследствие повышенного влияния вязкости, температуры, промышленной вибрации на результаты измерения плотности, а следовательно, и массового расхода газа. Широкому распространению этого способа препятствует высокая стоимость плотномеров и отсутствие на местах эксплуатации метрологических установок их поверки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения массового расхода газа, описанный на стр. 14 (2), и заключающийся в измерении перепада давления на гидравлическом сопротивлении, измерении давления,температуры, влажности газа, определении состава газа и значения коэффи-. циента сжимаемости. На практике данный способ получил преимущественное распространение благодаря универсальности применения, удобству массового производства аппаратурных средств, реализующих способ, и отсутствию необходимости образо- вых расходомерных установок.

Недостатками известного способа являются низкая точность измерения вследствие того, что экспериментальные данные по составу газа получают по результатам периодических лабораторных анализов, а коэффициент сжимаемости определяют расчетным способом по значениям давления, температуры и составу газа, а также большое число информационных измерительных сигналов, приводящее к большому количеству аппаратурных средств его реализации.

Цель изобретения - повышение точности.

Цель изобретения достигается тем, что в способе определения массового расхода газа в трубопроводе, заключающемся в измерении величины перепада давления на гидравлическом сопротивлении.основного трубопровода, преобразование этой величины в аналоговый сигнал, по которому в вычислительном устройстве определяют значение массового расхода, производят измерение перепада давления в дополнительном, параллельном основному, трубопроводе, снабженном вторым и регулируемым гидравлическими сопротивлениями, куда направляют часть потока из основного трубопровода. Регулируют поток в дополнительном трубопроводе для поддержания на втором гидравлическом сопротивлении постоянного перепада давления, определяют величину частотного сигнала, пропорциональную величине обьемного

расхода по перепаду давления на втором и регулируемом гидравлических сопротивлениях, а значение массового расхода находят из выражения

5GM(K2 fiZpT/fQ) ( K2 )

У|ДГЛ+|ДР ,

(V

где fa - частота, пропорциональная объемному расходу через дополнительный параллельный трубопровод;

1Дрь 1Д|Ј -токовыесигналы перепадов давления соответственно на регулируемом и втором гидравлических сопротивлениях;

Ki, K2, KQ - предварительно определенные градуировочные коэффициенты, причем.

основного трубоM Api+ ApO

провода;

К2 л Q - дополнительного трубопровода;

1Др fa

KQ - второго гидравлического со- Q2

противления;

Gi, G2 - массовые расходы соответственно через основной и дополнительный параллельный трубопроводы при градуировке;

Q2 - объемный расход через второе гид- .равлическое сопротивление при градуировке;

р- плотность газа при градуировке. На чертеже представлена схема устройства, реализующая заявляемый способ определения массового расхода газа, причем

реализация способа осуществляется в автоматическом режиме.

Устройство содержит основной трубопровод 1 с установленным в нем гидравлическим сопротивлением, выполненным,

например, в виде сопла 2, дополнительный параллельный трубопровод 3. В дополнительном параллельном трубопроводе 3 установлены преобразователь объемного расхода 4, являющийся одновременно вторым гидравлическим сопротивлением, стабилизатор перепада давления 5, являющийся одновременно регулируемым гидравлическим сопротивлением, и преобразователи перепада давления 6 и 7. Выходы

преобразователей объемного расхода 4 и перепада давления 6 и 7 соединены с входами вычислительного преобразователя 8, содержащего блок ввода постоянных значений 9 и индикатор 10. Позициями 11 и 12 обозначены соответственно вход и выход

дополнительного параллельного трубопровода 3.

Реализация способа осуществляется следующим образом,

Перед началом работы устройства в память вычислительного преобразователя 8 с помощью блока ввода постоянных значений 9 вводят индивидуальные значения градуи- ровочных коэффициентов Ki, K.2, KQ. До по- Явления расхода регулирующий элемент стабилизатора перепада давления 5 авто- матически занимает положение, обеспечивающее максимально возможный для преобразователя объемного расхода 4 рас- ход газа. Вычислительный преобразователь 8 производит корректировку смещения нуля преобразователя перепада давления 6, 7 и в случае необходимости преобразователя объемного расхода 4. В качестве преобра- зователя перепада давления может быть использован преобразователь Сапфир- 2;2ДД-Вн в качестве стабилизатора перепада давления - СПД (черт. 08870027), в качестве преобразователя объемного рас- хода - струйный автогенератор САГ-200 (черт. 08882096), в качестве вычислительного преобразователя - логической микропроцессорный контроллер Ломиконт Л-110. Все перечисленные аппаратурные средства разработаны в НИИТеплоприборе и выпускаются серийно. При возникновении расхода через устройство регулирующий элемент стабилизатора перепада давления 5 перераспределяет потоки газа по двум параллельным трубопроводам таким образом, чтобы перепад давления на втором гидравлическом сопротивлении, в качестве которого используется преобразователь объемного расхода 4, поддерживался близ- ким к постоянному значению, тем самым обеспечиваются оптимальные условия работы преобразователя перепада давления 7, Преобразователь объемного расхода 4 преобразует расход протекающего газа в пропорциональный электрический, например частотно-импульсный, сигнал fa. Преобразователи перепада давления 6 и 7 преобразуют воспринимаемые ими перепады давления в унифицированные токовые сигналы Др и tApfc. Сигналы TQ, lApi и IAr подаются на входы вычислительного преобразователя 8. Вычисление текущего значения массового расхода газа производится вычислительным преобразователем 8 по формуле (1). Результаты вычисления индицируются на экране индикатора 10, в качестве которого может использоваться, например,видеотерминал ВТА2000-15М.

В основу изобретения положено то, что падение давления на измерительном участке устройства, реализующего новый способ определения массового расхода газа, Д р« РСТ, следовательно, сжимаемостью газа можно пренебречь. Здесь рст - среднее значение статического давления газа в основном трубопроводе 1. Массовый расход через устройство G определяется очевидным соотношением

+ G2,

где Gi и G2 - массовые расходы газа соответственно через основной и дополнительный параллельный трубопроводы;

р- плотность газа.

Массовые расходы газа через трубопроводы 1 и II можно представить в виде

Gi KiY/(lApi +1ДрО.

G2 K2 (2)

Градуировочный коэффициент Кт может быть получен индивидуальной градуировкой первого гидравлического сопротивления или в случае применения стандартного сужающего устройства расчетным способом. Градуировочный коэффициент «2 определяется из индивидуальной градуировки дополнительно параллельного трубопровода 3 отдельно от основного трубопровода 1, что позволяет для типоразмериого ряда устройств, реализующих заявляемый способ, иметь единственную расходоизмеритель- ную установку, например, подобную усга- .новке УПСГ (черт. 08898144). Здесь под индивидуальной градуировкой дополнительного параллельного трубопровода 3 понимается градуировка гидравлического тракта, включающего собственно трубопровод, преобразователь объемного расхода 4- и стабилизатор перепада давления 5. Эта же расходоизмерительная установка позволяет определять индивидуальный градуиро- вочный коэффициент преобразователя объемного расхода 4 KQ. Плотность измеряемого газа можно представить как р G2/Ct2 -(Ка/Ко) IAfЈ/fa , тогда массовый расход газа через основной трубопровод 1 будет равен

Gi Ki /KQ VIAp (Др, + IAp,)/fQ.

Отсюда с учетом (2) массовый расход через устройство G может быть найден по формуле (1).

Применение изобретения позволяет определять массовый расход с высокой точностью, что достигается отсутствием необходимости определения влажности, состава и коэффициента сжимаемости газа. Высокая точность измерения перепада давления на втором гидравлическом сопротивлении обеспечивается поддержанием его близким, к постоянному значению вблизи верхнего предела измерения. Ограничение регулируемым гидравлическим сопротивлением величины перепада давления благоприятно сказывается на работе преобразователя объемного расхода 4, поскольку ограничивается и диапазон измерения объемного расхода.

Кроме этого, достоинством данного технического решения является возможность поэлементной градуировки и поверки каждого преобразователя из комплекта прибора и возможность использовать стандартные сужающие устройства, градуи- ровочные коэффициенты которых определяются расчетным способом. Это крайне важно для устройств коммерческого и технологического учета больших расходов газа, например, в магистральных трубопроводах ввиду чрезвычайно высокой стоимости метрологических стендов,

Существенным достоинством заявляемого технического решения является высокая надежность регистрации метрологических отказов поскольку выход из строя элементов устройства может быть зафиксирован в процессе эксплуатации, а замена элементов не снижает метрологических характеристик устройства. Поскольку стабилизатор перепада давления 5 поддерживает параметры потока в пределах ограниченного диапазона, то выход из строя преобразователя объемного расхода 4 может быть зафиксирован сравнением сигнала с эталонным, полученным при градуировке. Нестабильные показания преобразователя перепада давления 7 характеризуют либо

его собственную поломку, либо выход из строя стабилизатора перепада давления 5. Переключив вход преобразователя перепада давления 6 с выхода 12 дополнительного параллельного трубопровода 3 на вход 11,

можно судить о работоспособности преобразователей перепада давления 6 и 7, сравнивая их сигналы.

Таким образом, в процессе эксплуатации работоспособность каждого аппаратурного средства устройства, реализующего заявляемый способ, может быть проконтролирована без их демонтажа.

Применение способа не ограничивается изменением массового расхода газа.

Способ может применяться при измерении массового расхода пара, жидкостей, суспензий и т.д., причем для измерения расхода жидкости полностью снимается ограничение по сжимаемости среды.

Использование: при измерении массового расхода в газовой, химической промышленности и в теплоэнергетике. Сущность изобретения: параллельно основному трубопроводу, содержащему первое гидравлическое сопротивление, устанавливают дополнительный трубопровод, содержащий второе и регулируемое гидравлическое сопротивление, куда направляют часть потока из основного трубопровода, регулируют поток в дополнительном трубопроводе для поддержания на втором гидравлическом сопротивлении постоянного перепада давления, преобразуют определяемую величину объемного расхода и перепада давления в аналоговые сигналы, используя которые вычисляют величину массового расхода. 1 ил,

Формула изобретения

Способ определения массового расхода газа, заключающийся в измерении величины перепада давления на гидравлическом сопротивлении основного трубопровода, преобразование этой величины в аналоговый сигнал, по которому в вычислительном устройстве определяют значение массового расхода, отличающийся тем, что, с целыо повышения точности, измерение перепада давления производят в дополнительном параллельном основному трубопроводе, снабженном вторым и регулируемым гидравлическими сопротивлениями, куда направляют часть потока из основного трубопровода, регулируют поток в дополнительном трубопроводе для под- . держания на втором гидравлическом сопротивлении постоянного перепада давления, определяют величину частотного сигнала, пропорциональную величине объемного расхода по перепаду давления на втором и регулируемом гидравлических сопротивлениях, а значение массового расхода находят из выражения

GM(K2 iZjt/fa)(Ki/V| QK2)

VlApi + 1Др + %/1АрГ ,

где fa - частота, пропорциональная объемному расходу через дополнительный параллельный трубопровод;

Дрь 1Др - токовые сигналы перепадов давления соответственно на регулируемом и втором гидравлических сопротивлениях;

Ki, K2 и KQ- предварительно определенные градуировочные коэффициенты, причем

GI

Ki

M Api + Ли)

гс.- коэффициент основного трубопровода;

К2 -г-- -коэффициент дополни Ар2

тельного трубопровода;

коэффициент второго гидравлического сопротивления;

Gi. G2 - массовые расходы соответственно через основной и дополнительный параллельный трубопроводы при градуировке;

AV / #9

Q2 - объемный расход через второе гидравлическое сопротивление при градуировке: р- плотность газа при градуировке.