Измерение расхода газа по перепаду давления

При измерении расхода по перепаду давления на пути потока жидкости или газа устанавливают сужающее устройство, которое и создает перепад давления среды по причине уменьшения площади сечения трубопровода. При этом часть потенциальной энергии потока переходит в кинетическую. Скорость в месте сужения повышается, а давление становится меньше давления до сужения. С увеличением расхода среды разность давлений растет.

Рис.1 Установка диафрагмы

На газопроводе между фланцами устанавливают диафрагму (шайбу) с острыми кромками (рис.1). Это тонкий диск со сквозным круглым отверстием, ось которого располагается по оси трубы. Отбор давления происходит через кольцевые камеры. Другой способ отбора давления — фланцевый, когда отверстия сверлят в самих фланцах.

Рис. 2 Диафрагма ДБС

Часто применяемые диафрагмы ДБС (рис.2) могут устанавливаться и при кольцевом, и при фланцевом отборе давления. Их монтируют на трубопроводах условным проходом от 300 до 1600 мм и условным давлением до 4,0 МПа. Диафрагмы ДБС изготавливают из нержавеющей конструкционной стали 12Х18Н10Т.

Рис.3 Конструкция диафрагмы

В верхней части диафрагмы 1 имеется ушко 2, служащее для установки между фланцами (рис.3). Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а затем переходит в коническое расширение. Передняя кромка отверстия должна быть прямоугольной (острой) без закруглений и заусениц.

Принцип работы расходомера с диафрагмой

В состав расходомера входят преобразователь расхода, создающий перепад давления, и дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад. От сужающего устройства к дифманометру идут соединительные трубки.

Принцип действия диафрагмы основан на законе Бернулли. При прохождении газа через отверстие диафрагмы его скорость увеличивается, а давление за диафрагмой уменьшается. Перепад давления повышается с увеличением расхода. Следовательно, измеряя перепад давления при помощи дифманометра, можно определить расход газа.

Рис.4 Подключение дифманометра

На сегодняшний день для измерения перепада давления на камерной диафрагме используются системы автоматического сбора данных на базе АСУ ТП.

Перепад давления от диафрагмы к дифманометру отбирают через импульсные трубки (рис.4). При измерении расхода газа дифманометр лучше располагать выше суживающего устройства. Импульсные трубки должны иметь уклон к газопроводу и подключаться к верхней точке сужающего устройства. На газопроводах с условным проходом от 50 до 500 мм чаще всего применяют камерные диафрагмы. Толщина диска камерной диафрагмы может быть равной 2,5; 3; 6 или 8 мм.

Давления у камерной диафрагмы отбирают через две кольцевые камеры, которые служат для выравнивания давления. Кольцевые камеры соединяются с внутренней полостью газопровода кольцевой щелью или группой равномерно распределенных по окружности отверстий.

Рис.5 Монтаж сужающего устройства на газопроводе

Диафрагму располагают на прямом участке газопровода без выступающих швов, штуцеров, гильз для термометров и других сопротивлений, влияющих на поток. Расходомеры с сужающими устройствами имеют большие габариты (рис.5). Перед диафрагмой необходим прямой участок протяженностью не менее 10 D, после нее — не менее 4 D. При установке диафрагмы уплотнительные прокладки между камерами и фланцами не должны выступать внутрь трубопровода. Входная кромка диафрагмы должна быть острой, без закруглений, вмятин, заусенцев.

Расходомеры на базе диафрагм конструктивно просты. Они не имеют подвижных частей и встроенных электромагнитных датчиков, измеряют расход среды высокого давления на трубопроводах большого диаметра. Есть у них и недостатки: узкий динамический диапазон по расходу 1:3, значительные погрешности измерений 1…3% и высокие потери давления. Но благодаря несложной конструкции и простоте эксплуатации многие расходомеры с использованием диафрагм, установленные десятки лет назад, до сих пор исправно функционируют.

Расходомеры с осредняющей напорной трубкой

Осредняющая напорная трубка, используя скоростной напор среды, преобразует его в перепад давлений. При этом определяется разница между полным давлением, отбираемым на стороне набегающего потока, и статическим давлением, отбираемым на противоположной стороне трубки.

Использование осредняющих напорных трубок в качестве первичного преобразователя сокращает потери давления в трубопроводе, присущие измерительным комплексам с диафрагмами.

Принцип работы расходомера с осредняющей напорной трубкой

Рис.6 Расходомер Метран 3051SFA

Расходомеры переменного перепада давления Метран 3051SFA (рис.6) предназначены для измерений объёмного и массового расходов, массы и объёма жидкости, газа, пара, а также объёма и объёмного расхода газа, приведенного к стандартным условиям.

Осредняющая напорная трубка Аnnubar 485 имеет T-образный профиль (рис.7). Она изготавливается из легированной стали или титана и устанавливается фронтальной частью навстречу потоку, пересекая его по всему сечению.

Рис. 7 Принцип работы осредняющей напорной трубки

В центре фронтальной поверхности профиля, по всей его длине симметрично относительно центра оси трубопровода расположены щелевидные пазы, воспринимающие давление торможения, которое передается в «плюсовую» камеру Р1. С тыльной стороны по всей длине трубки расположены отверстия, воспринимающие давление разрежения, которое передается в «минусовую» камеру Р2.

Разность давлений Р1 и Р2 является перепадом давления ΔР = Р1-Р2, пропорциональным расходу. В трубке предусмотрена гильза для установки термометра сопротивления, что обеспечивает измерение температуры газа без дополнительной врезки в трубопровод.

Также как и при установке диафрагм, при монтаже напорных трубок необходимо соблюдать длины прямых измерительных участков до и после места монтажа. В простых случаях необходимы прямые участки 7DN до и 3DN после установки расходомера. При отсутствии прямолинейных участков необходимой длины используют струевыпрямители.

 Автор статьи: Вершилович Владислав Адамович

- Место работы - ООО «Газпром газораспределение Нижний Новгород»

- Автор популярных книг и учебных пособий по устройству и эксплуатации газового оборудования

Пройдите курсы по промышленной безопасности
И получите удостоверение

Подробности здесь