Конструкция узлов учета расхода газа

Природный газ является основным органическим топливом в России. Его доля в энергетическом балансе страны превышает 50%. Учет поступающего потребителям газового топлива производится узлами учета расхода газа. Самые простые устройства — счетчики — устанавливают в жилых домах, расход газа в которых невелик. Многие коммунально-бытовые объекты — магазины, офисные здания — потребляют больше. Ну а промышленные и сельскохозяйственные предприятия, тепловые электростанции (ТЭС), котельные сжигают газа много. Классификация узлов учета расхода газа в зависимости от пропускной способности представлена в таблице 1.

Таблица 1

Пропускная способность во многом определяет конструкцию узлов учета расхода газа. При небольших расходах нет смысла монтировать дорогое устройство, обеспечивающее высокую точность измерения и температурною коррекцию. По этой причине бытовые счетчики устроены проще других. Большинство не учитывает температуру газа при определении расхода.

А вот многие коммунально-бытовые и тем более промышленные узлы корректируют результаты учета в зависимости от параметров среды: температуры и давления. Любой газ является сжимаемой средой. Изменение давления и температуры приводит к изменению объема одного и того же количества частиц газа. Ведь в горелках сгорают молекулы газа. При низких температурах определенное количество этих молекул занимает меньше объема. С увеличением температуры объем растет. Давление также влияет. Чем оно больше, тем больше молекул умещается в ограниченном объеме.

Рис.1 Стандартные условия

Для коммерческих расчетов давление и температуру приводят к стандартным условиям (рис.1): абсолютное давление 0,101325 МПа (760 мм.рт.ст.), температура 20 ℃ (293,15 К). По этой причине промышленные и многие коммунально-бытовые объекты оснащают не просто счетчиками, а узлами учета расхода газа. Кстати: стандартные условия были определены ГОСТ 2939-63 «Газы. Условия определения объема», которым руководствуются уже более 60 лет.

Узлы учета расхода газа

В состав оборудования узла учета газа входят (рис.2):

• собственно счетчик (или расходомер), который считает объемы газа, проходящие через него в фактическом его состоянии;

• датчик температуры газа;

• датчик давления газа;

• вычислитель (корректор), который пересчитывает потребленный газ к стандартным условиям;

• аппаратура, которая передает информацию о потребленных объемах газа поставщику газа, обеспечивает архивирование и хранение данных.

Рис.2 Узел учета газа на раме

Счетчики

Основа любого узла учета газа – счетчик (расходомер). Техническое средство, предназначенное для измерения, регистрации и отображения (индикации) объема газа при рабочих условиях, который потом надо привести к стандартным. Для этого служат дополнительные устройства – датчики температуры и давления. А пересчет производят корректоры (вычислители). В зависимости от типоразмера счетчика состав дополнительных устройств может отличаться.

Для измерения расхода природного газа на коммунально-бытовых и производственных объектах применяют следующие способы:

• измерение по перепаду давления на сужающем устройстве или осредняющей напорной трубке.

• ротационные (роторные) счетчики;

• акустические расходомеры;

• вихревые расходомеры;

• турбинные счетчики;

• диафрагменные (мембранные) счетчики.

Рекомендуемые области применения счетчиков в зависимости от диаметра газопровода и давления газа приведены в таблице 2.

Таблица 2

Конструкция счетчиков

По методу измерения счетчики (расходомеры) подразделяют на объемные и переменного перепада давления (рис.3).

Рис.3 Классификация типов счетчиков

Принцип работы объемных счетчиков (расходомеров)

Самыми первыми устройствами, применяемыми для учета газа при коммерческих расчетах, были диафрагменные счетчики. Проводить газ для освещения домов в Лондоне стали в 1820-х годах. Сначала приборы учета были не обязательны. Но потом появились газовые бойлеры (водонагреватели) и кухонные плиты. Расход газа увеличился. Газовые компании начали использовать счетчики для учета потребления газа. Самыми удобными оказались диафрагменные счетчики (рис.4).

Рис.4 Газовый счетчик, выпускавшийся в 1850-х годах

Принцип работы диафрагменных счетчиков основан на перемещении подвижных перегородок измерительных камер под давлением измеряемого газа. Каждое движение учитывается счетным механизмом. Эти устройства также именуются мембранными (рис.5) или объемными счетчиками. Диафрагменные счетчики применяются при небольших расходах газа в жилых домах и на коммунально-производственных объектах на газопроводах низкого давления.

Рис.5 Мембранный счетчик газа ВК-G4 Elster

В ротационных счетчиках имеются восьмиобразные роторы, расположенные в измерительной камере, имеющей калиброванный объем. Роторы вращаются под действием потока газа, при этом они отсекают и пропускают определенное количество газа. Вращение роторов передается на счетный механизм, регистрирующий количество оборотов, и, соответственно, объем прошедшего газа. Ротационные счетчики находят применение в быту, на коммунальных и производственных объектах.

Рис.6 Турбинный счетчик газа TRZ G400

В турбинных счетчиках (рис.6) поток газа вращает турбину. Скорость вращения пропорциональна объемному расходу. Количество оборотов через магнитную муфту передается на счетный механизм.

Вихревой метод основан на зависимости частоты образования и срыва вихрей, возникающих при обтекании тел, размещенных в потоке, от расхода измеряемого газа. Сенсор улавливает завихрения, которые электронным блоком преобразуются в единицы измерения расхода. Вихревые расходомеры (рис.7) применяют на газопроводах среднего и высокого давления.

Рис.7 Вихревой расходомер серии YEWFLO

Ультразвуковой способ основан на зависимости времени распространения ультразвуковых колебаний через поток измеряемого газа. По направлению потока ультразвук движется быстрее, против потока — медленнее. Причем чем больше скорость газа (а значит и расход), тем больше эта разница. Ультразвуковые расходомеры (рис.8) применяются на газопроводах среднего и высокого давления внутренним диаметром от 100 до 1400 мм.

Рис.8 Ультразвуковой расходомер Q.Sonic max

Принцип действия струйного газового счетчика основан на измерении частоты колебания струи газа, проходящей через генераторный элемент. Частота прямо пропорциональна объемному расходу, протекающего через устройство формирования перепада давления. Газовый поток проходит через сужающее устройство — сопло, вызывая автоколебания пьезоэлемента, который генерирует электрические импульсы. Они имеют определенную частоту, зависящую от расхода газа. Она служит основой для расчета пройденного через счетчик объема газа.

Принцип работы расходомеров переменного перепада

Метод измерения основан на зависимости перепада давления, создаваемого препятствием, установленным в трубопроводе, от расхода измеряемого газа. В газопровод устанавливается сужающее устройство — дисковая диафрагма со сквозным отверстием. Она ограничивает поток, а измерение разницы давлений перед ней и после нее позволяет определять расход газа.

Рис.9 Учет расхода газа установкой напорной трубки

Другим устройством для создания перепада давления служит напорная трубка, которая устанавливается поперек потока газа (рис.9). В ней сформированы две камеры, в каждой из которых имеются отверстия, диаметр и расположение которых вычисляются. Отверстия расположены навстречу потоку и воспринимают давление. Перепад давлений, образующийся в трубке, воспринимается дифманометром и преобразуется в электрический сигнал.

Метод переменного перепада давления рекомендуется применять на узлах учета большой и средней производительности при отсутствии резких динамических изменений потребления газа. 

 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