Устройство для измерения расхода газа на агнкс
Устройство для измерения расхода газа на АГНКС относится к измерительной технике и предназначено для измерения расхода природного сжатого газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) при заправке газобаллонного оборудования автомашин сжатым природным газом.
Устройство для измерения расхода газа определяет расход газа, проходящего через его мерную камеру, и входит в состав системы учета газа на АГНКС. Устройство позволяет устранить недостатки, влияющие на точность замера параметров газового потока в минимальном сечении, а именно, способствует созданию оптимального перепада давления в месте замера статического давления, который необходим для повышения точности оценки расхода газа на АГНКС. Оптимальный перепад давления в мерной камере создается 2 шайбами, одна из которых определяет минимальное сечение, аналогично трубке «Вентури», а вторая создает требуемый перепад давления для установленной 1-ой шайбы.
Полезная модель относится к измерительной технике и предназначена для измерения расхода природного сжатого газа на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС) при заправке газобаллонного оборудования автомашин сжатым природным газом.
Заправка газобаллонного оборудования автомашин осуществляется сжатым природным газом с рабочим давлением 20МПа из заправочной магистрали Ду 10-15 мм в газобаллонное оборудование (баллоны) автомашин с остаточным давлением в них 0,5-10 МПа.
Процесс заправки, в зависимости от количества баллонов в газобаллоном оборудовании и остаточного давления в них, является кратковременным и длится от 2 до 15 минут.
1. В магистральных газопроводах ГОСТ 8.586.1-2005 для определения расхода газа применяется диафрагма (принцип действия - перепад давлений) с различными контроллерами типа «Суперфлоу» или счетчиками турбинного действия типа «СГ».
Указанные устройства настраиваются и работают на стационарных режимах течения газового потока с небольшим изменяющимся интервалом перепада давлений (0,1-0,3). Недостаток данного способа применительно для АГНКС заключается в следующем:
- отсутствие стационарного течения газа в газозаправочной магистрали;
- невозможно использование механических турбинных счетчиков типа СГ:
а) по условиям прочности из-за возникающего большого крутящего момента при значительных кратковременных (2-15 минут, условия заправки) перепадах давления;
б) из-за несоответствия габаритных размеров счетчика (минимальный диаметр 50 мм) и диаметра газозаправочной магистрами (Ду=15 мм).
2. На АГНКС в системах учета расхода газа применяется массомер, основанный на корриолисовом ускорении («Система измерительная-управляюшая СИУ-01-Ех», изготовления ООО «НПО Ротор»). К недостаткам данного метода относится:
- зарубежное производство массомера;
- значительная стоимость массомера свыше 100000 рублей;
- большие эксплуатационные расходы при настройке и ремонте массомера.
3. «Способ определения расхода газа» (патент 
2225595). Способ включает измерение давление и температуры до преобразователя в виде трубы «Вентури» и давления или температуры в наиболее узком сечении преобразователя. Расход вычисляется путем проведения расчета с использованием закономерностей необратимого адиабатического процесса изменения состояния газа в преобразователе. В данном способе предполагается как можно в большим интервале использовать расчет расхода газа при критическом его истечении, поскольку указана площадь в начальном сечении с Ду=12 мм и площадь в критическом сечении с Ду=1,5 мм при заправке газа с давлением Р
=20 МПа в пустые автомобильные баллоны. К недостаткам способа можно отнести:
- при критическом истечении газа, при указанных геометрических параметрах в минимальном сечении сопла скорость потока (V) устанавливается равной местной скорости звука, где возникают скачки уплотнения и происходит потеря давления. При таком истечении в начальный момент заправки происходит резкое падение статического давления газа -Р на 10 МПа, затем выравнивание статического давления до значения равного полному давлению (скорость истечения равна 0). При интенсивных заправках автомашин на АГНКС такой процесс заправки приводит к частому сбою настройки датчика и соответственно к неточности расчета газа, а также к преждевременному выходу его из строя:
- процесс оценки величины потери давления сам по себе очень сложный и трудоемкий;
- оценка величины площади минимального сечения (Ду=1,5 мм), влияющая на точность расчета, так же сложена, так как десятые доли миллиметра влияют на точность расчета в предложенном алгоритме;
- при указанных геометрических параметрах (минимального сечения) процесс заправки автомашин возрастает по времени в 8 раз, что тоже немаловажный фактор на АГНКС.
4. Наиболее близким аналогом (прототипом) является «Способ определения расхода воздуха в магистрали и устройство для его измерения» (патент 1317402). Устройство содержит сужающее устройство в виде трубки «Вентури» со штуцерами отбора воздуха в широком и узком сечениях, присоединенные к этим штуцерам соответственно датчики давления, выходы которых подключены к входу блока вычисления расхода, производящего математические вычисления с извлечением квадратного корня из произведения давления и перепада давления.
К недостаткам данного устройства, применительно для АГНКС, можно отнести:
- требование сохранения узкого диапазона изменения давления и перепада давления газа в месте замеров параметров газового потока;
- настройка вычислительного блока к изменению перепада давления и давления газа.
Технической задачей, стоящей перед полезной моделью, является конструктивная разработка сужающего устройства на основе трубки «Вентури» для устранения вышеперечисленных недостатков, влияющих на точность расчета расхода газа, а именно:
- устранение скачков уплотнения;
- повышение надежности датчиков;
- повышение точности измерения датчиков;
- повышение скорости расчета;
- расширение диапазона измерения давления газа.
Согласно предложенной полезной модели решение поставленной технической задачи достигается тем, что в сужающее устройство в виде трубки «Вентури» со штуцерами отбора воздуха в широком и узком сечениях, присоединенные к этим штуцерам соответственно датчики давления, выходы которых подключены к выходу блока вычисления расхода, производящего математические вычисления, в мерную камеру устройства ввели две шайбы, первая из которых с отверстием диаметром 2,7-3,1 мм. выполнена с косым срезом, определяет минимальное сечение мерной камеры устройства, вторая шайба с отверстием диаметра, превышающим на 1-2 мм. диаметр сечения отверстия первой шайбы, устанавливается на выходе из мерной камеры устройства, организует оптимальное отношение давлений Р/Р, изменяющегося в процессе заправки в пределах от (1,3-1,2) до 1 в месте замера статического давления газа.
Предложенное решение устройства для измерения расхода газа на АГНКС (далее просто устройство) позволяет:
- устранить скачки уплотнения статического давления газа в месте замера;
- упростить математическую модель расчета;
- повысить надежность работы датчика статического давления за счет меньшего диапазона изменения давления Р;
- повысить точность измерения датчиков;
- расширить диапазон измерения давления газа;
- повысить точность оценки расхода газа применительно для АГНКС,
а устройство отличается:
- простотой изготовления;
- низкой себестоимостью;
- простотой настройки устройства в эксплуатации.
Устройство для измерения расхода газа на АГНКС Фиг.1 состоит: корпуса 1, передней втулки 2, шайбы с косым срезом 3, посадочного места для датчика статического давления 4, задней втулки 5, регулировочной шайбы 6, накидных гаек 7, соединительных штуцеров 8.
Работа устройства заключается в следующем. Масса (объем) компримированного сжатого природного газа, проходящего через устройство, вычисляется по зависимости Gг=f(P*, Р, Т*, Fм), («Прикладная газовая динамика» Г.Н. Абрамович, изд. Наука Москва 1969 г., гл.4, стр.222),
где:
Т*, Р*- полная температура и давление газового потока, измеряемые на входе в устройство;
Fм - площадь минимального сечения устройства;
Р - статическое давление газа, измеряемое в узком сечении. Путем измерения полного давления Р* и температуры газа Т* в магистрали к газозаправочной колонке, статического давления газа Р в мерной камере устройства. Проходя через минимальное сечение мерной камеры часть полной энергии газа переходит в кинетическую энергию, что обуславливает падение статического давления в данном месте замера и затем, по мере прекращением движения газового потока, выравнивание его до полного давления газа. Диаметр минимального сечения выбирается меньшим минимального диаметра газозаправочной магистрали газобаллонного оборудования автомашины, равным 2,7-3,1 мм. Необходимый перепад давления, изменяющийся в процессе заправки в пределах от (1,3-1,2) до 1, определяется для данной шайбы с косым срезом установкой в конце мерной камеры шайбы с диаметром отверстия, превышающим на 1-2 мм минимального диаметра мерной шайбы.
Предложенное устройство в составе системы учета газа на АГНКС проходит испытания на АГНКС ООО «Газпром трансгаз Самара». Имеются положительные результаты эксплуатации.
Устройство для определения расхода газа на АГНКС входит в систему учета газа на АГНКС.
Система учета газа Фиг.2 состоит из следующих основных частей:
- Устройство для измерения расхода газа на АГНКС 3 (4 шт.), преобразователь комплекса сигналов (ПКС) 1 шт., измеритель полного давления 1 (1 шт.), измеритель статического давления 4 (4 шт.), измеритель температуры газа 2 (4 шт.), ПЭВМ.
Измеритель полного давления 1 устанавливается в штатном стакане трубопровода, идущего от аккумуляторов газа до газораздаточных колонок (ГЗК). Измеритель статического давления газа 4 устанавливается в устройстве 3, установленном в трубопроводе, подходящем к газозаправочной колонке (ГЗК). Термопреобразователь сопротивления 2 устанавливается в стакане трубопровода, подходящем к ГЗК. Измерителем полного и статического давления в рассматриваемой системе учета расхода газа с применением устройства являются датчики избыточного давления взрывозащищенные типа МИДА-ДИ-01-Вн, измерителем температуры - термопреобразователь сопротивления ТСМУ 015-02.60.
Работа системы учета газа происходит следующим образом. Значения давлений и температура газа в виде электрических сигналов поступают на вход ПКС (Фиг.2). Выходной сигнал из ПКС по инерфейсу RS-232 поступает в ПЭВМ, на дисплее ПЭВМ отображается текущая информация о полном, статическом давлении и температуре газа. Перед началом заправки (отсутствие скорости газового потока) полное и статическое давление газа равны. В начале заправки с клавиатуры ПЭВМ через ПКС подается сигнал на открытие электрической задвижки 5 (Фиг.2) ГЗК. Из аккумуляторов газа по трубопроводам через устройство сжатый природный газ поступает в баллоны автомашины. В самом узком сечении устройства возникает максимальная скорость движения газового потока, в результате статическое давление газового потока падает и по мере снижения скорости потока возрастает (Р*=Р+V 2/2000). В ПЭВМ по специальному алгоритму расчета расхода газа обрабатываются значения параметров и на дисплее отображается текущая информация о количестве заправленного газа (в кг), его стоимости, величин полного, статического давлений и температуры сжатого газа. При достижении равенства полного и статического давлений (прекращении движения газа) происходит закрытие задвижки в автоматическом режиме, при этом подается сигнал на кассовый аппарат и пробивается кассовый чек с указанием объема и стоимости отпущенного газа.
Устройство для измерения расхода газа на АГНКС, содержащее сужающее устройство в виде трубки «Вентури» со штуцерами отбора воздуха в широком и узком сечениях, присоединенные к этим штуцерам соответственно датчики давления, выходы которых подключены к выходу блока вычисления расхода, производящего математические вычисления, отличающееся тем, что в мерную камеру устройства ввели две шайбы, первая из которых с отверстием диаметром 2,7-3,1 мм выполнена с косым срезом, определяет минимальное сечение мерной камеры устройства, вторая шайба с отверстием диаметра, превышающим на 1-2 мм диаметр сечения отверстия первой шайбы, устанавливается на выходе из мерной камеры устройства, организует оптимальное отношение давлений Р*/Р, изменяющегося в процессе заправки в пределах от (1,3-1,2) до 1 в месте замера статического давления газа.
