Способ определения массового расхода газа

Способ определения массового расхода газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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,

СОЛ.)3 СОВЕ ГСКИХ

COl ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (я)s G 01 F 1/00

ГОСУДАРСТВЕНРЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГOCllATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4884007/10 (22) 20.11.90 (46) 15.02.93, Бюл. N. 6 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения "НИИтеплоприбор" (72) А, В. Бойко, С. А. Золотаревский и И. Н..

Иванов (55) Кабза 3. Математическое моделированИе расходомеров с сужающими устройства ли. Л,: Машиностроение, 1981, с. 14, рис. 4, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССОВОГО

РАСХОДА ГАЗА (57) Использование: при измерении массового расхода в газовой, химической проИзобретение относится к приборостроенИю, а именно к расходоиэмерительной технике, и может применяться при измерении массового или приведенного к нормальнМм условиям объемного расхода и количества газа в газовой, химической промышленности и в теплоэнергетике. Наиболеф полно преимущества изобретения раскрываются в условиях переменного давления газа в трубопроводах большого диаметра.

Известен способ измерения массового расхода среды (1), заключающийся в измерел ии перепада давления на гидравлическом сопротивлении и объемного расхода (скОрости) через него с последующим вычислением отношения этих величин.

Недостатком известного способа является низкая точность измерения вследствие ни кой точности измерения перепада давления при значениях менее 30% от макси„„5U„„1795287 Al мышленности 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, мального допускаемого значения. Необходимость индивидуальной градуировки преобразователя объемного расхода и всего устройства в целом ограничивают область применения известного способа, поскольку капитальные затраты на создание комплекса расходоизмерительных установок, охватывающих весь диапазон работы современных промышленных приборов, черезвычайно 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.

1795287

20

30

55

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 коэффициента сжимаемости. На практике данный способ получил преимущественное распространение благодаря универсальности применения, удобству массового производства аппаратурных средств, реализующих способ, и отсутствию необходимости образовых расходомерных установок.

Недостатками известного способа являются низкая точность измерения вследст вие 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 объемного расхода по перепаду давления на втором и регулируемом гидравлических сопротивлениях, а значение массового расхода находят из выражения

G=(2 ЯЛО)((1(! О Kz ) где fa — частота, пропорциональная объемному расходу через дополнительный параллельный трубопровод;

Ihp, I5p — токовые сигналы перепадов давления соответственно на регулируемом и втором гидравлических сопротивлениях;

К, Кг, Ka — предварительно определенные градуировочные коэффициенты, причем

Gi

Ki — основного трубо р(I + I ) провода;

Сг fa

Кг= — дополнительного трубопровода;

fa

Ka = — — второго гидравлического соОг противления;

Gi, бг — массовые расходы соответственно через основной и дополнительный параллельный трубопроводы при градуировке;

Ог — объемный расход через второе гидравлическое 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 соответствен но вход и выход

1795287

10

45

55 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 градуировочных коэффициентов К1, Kz, Кг!. До появления расхода регулирующий элемент стабилизатора перепада давления 5 автоматически занимает положение, обеспечивающее максимально возможный для преобразователя объемного расхода 4 расход газа. Вычислительный преобразователь

8 производит корректировку смещения нуля преобразователя перепада давления 6, 7 и в случае необходимости преобразователя объемного расхода 4, В качестве преобразователя перепада давления может быть использован преобразователь Сапфир22ДД-Вн в качестве стабилизатора перепада давления — СПД (черт. 08870027), в кэчестве преобразователя обьемного рэсхода — струйный эвтогенератор САà — 200 (черт. 08882096), а качестве вычислительного преобразователя — логической микропроцессорный контроллер Ломиконт Л вЂ” 110.

Все перечисленные аппэратурные средства разработаны в НИИТеплоприборе и выпускаются серийно. При возникновен::и 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 близким к постоянному значению, тем самым обеспечиваются оптимальные условия рэботы преобразователя перепада давления

7, Преобразователь объемного расхода 4 преобразует расход протекающего газа в пропорциональный электрический, например частотно-импульсный, сигнал fa, Преобразователи перспада давления 6 и 7 преобразуют воспринимаемые ими перепады давления в унифицированные токовые сигналы l и (Лр, Сигналы та, !Лр и !Ьр подэются нэ входы вычислительного преобрэзовэтеля 8. Вычисление текущего значения массового расхода газа производится вычислительным преобразователем 8 по формуле (1). Результаты вычисления инди цируются на экране индикатора 10, в качестве которого может использоваться, например, видеотерминэл ВТА2000 — 15M.

В основу изобретения положено то, что падение давления нэ измерительном участке устройствэ, реализующего новый способ определения массового расхода газа, .

Л р«рот, следовательно, сжимаемостью газа можно пренебречь, Здесь рс — среднее значение статического давления газа в основном трубопроводе 1, Массовый расход через устройство G определяется очевидным соотношением

G=G! + 62, где G> и 62 — массовые расходы гэза соответственно через основной и дополнительный параллельный трубопроводы; р- плотность газа.

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

6 =К р(Лр Лр), 62 = К2!Лф/т0 (2)

Градуировочный коэффициент К1может быть получей индивидуальной градуировкой первого гидравлического сопротивления или в случае применения стандартного сужающего устройства расчетным способом, Градуировочный коэффициент К2 определяется из индивидуальной градуировки дополнительно параллельного трубопровода 3 отдельно от основного трубопровода 1, что позволяет для типорэзмерно о ряда устройств, реализующих заявляемый способ, иметь единственную расходоизмерительную установку, например, подобную уста.новке УПСГ (черт, 08898144). Здесь под индивидуальной градуировкой дополнительного параллельного трубопровода 3 понимается градуировка гидравлического тракта, включающего собственно трубопровод, преобразователь объемного расходэ 4. и стабилизатор перепада давления 5, Эта же расходоизмерительная устэновка позволяет определять индивидуальный градуировочный коэффициент преобразователя обьемного расхода 4 Ка. Плотность измеряемого газа можно представить как р==62/02 = (К2/КО) !Лф/fa, тогдэ мэссовый расход газа через основной трубопровод 1 будет равен

Gi Ki %7 а l ß, + l )ifa.

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 нэ втором гидравлическом сопротив1795287

+ ), лении обеспечивается поддержанием его близким к постоянному значению вблизи верхнего предела измерения. Ограничение регулируемым гидравлическим сопротивлением величины перепада давления благоприятно сказывается на работе преобразователя обьемного 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, градуировочные коэффициенты которых определяются расчетным способом. Это крайне важно для устройств коммерческого и технологического учета больших расходов газа, например, в магистральных трубопроводах ввиду черезвычайно 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 хаФормула 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 целью 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 поддержания 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 рактеристик устройства, Поскольку стабилизатор перепада давления 5 поддерживает параметры потока в пределах ограниченного диапазона, то выход из строя преобразо5 вателя объемного расхода 4 может быть зафиксирован сравнением сигнала с эталонным, полученным при градуировке. Нестабильные показания преобразователя перепада давления 7 характеризуют либо

10 его собственную поломку, либо выход из строя стабилизатора перепада давления 5.

Переключив вход преобразователя перепада давления 6 с выхода 12 дополнительного параллельного трубопровода 8 на вход 11, 15 можно судить о работоспособности преобразователей перепада давления 6 и 7, сравнивая их сигналы.

Таким образом, в процессе эксплуатации работоспособность каждого аппаратур20 ного средства устройства, реализующего заявляемый способ, может быть проконтролирована без их демонтажа.

Применение способа не ограничивается изменением массового расхода газа.

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

GM= (Kz «Г /fa) (К1 « а Kz ) где fa — частота, пропорциональная обьемному расходу через дополнительный параллельный трубопровод;

1Др, I+z — токовые сигналы перепадов давления соответственно на регулируемом и втором гидравлических сопротивлениях;

К, Kz и Ка — предварительно определенные градуировочные коэффициенты, причем

Gl Ф @ + ««) новного трубопровода;

Gz fg

Kz= -коэффициент дополнительного трубопровода, Ко = — — коэффициент второго гидравС1

0z лического сопротивления;

G1. Gz — массовые расходы соответственно ерез основной и дополнительный па10

1795287

Составитель С.Золотаревский

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М,Петрова

Редактор

Заказ 423 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 раллельный трубопроводы при градуировке;

Qz — объемный расход через второе гидравлическое сопротивление при градуировке; р — плотность газа при градуировке.