11. Приборы учета расхода газа

11.1. Назначение и состав приборов учета расхода газа

Существующие устройства учета расхода и количества газа можно классифицировать в соответствии с рис. 11.1 [18, 69, 70, 159, 169].

Классификация не является полной, поскольку, кроме перечисленных, реализуются и другие методы измерения расхода – корреляционные, поляризационные, по отклонению струи и т.д., пока не получившие широкого применения. Традиционно счетчиками газа считаются измерители расхода газа с регистрирующими устройствами. Это связано с тем, что раньше коммерческий учет осуществлялся путем измерения объема газа сужающими устройствами, турбинными и ротационными расходомерами с механическими и электромеханическими счетными устройствами. Измерение давления осуществлялось самопишущими манометрами, температуры – самопишущими термометрами. Усреднение показаний измерений давлений и температур осуществлялось каждые сутки – планиметрированием, а объем газа, прошедший за истекшие сутки, вычислялся вручную.

Основная погрешность измерения объема турбинными и ротационными счетчиками равна ±1,5%, измерения давления – ±1,0%, температуры – ±1,5%, погрешность планиметрирования – ±2,0%. Суммарная погрешность измерения температуры, давления и количества газа и приведения результатов к нормальным условиям по вышеприведенному алгоритму, как правило, значительно превышает 2,5%, которых требуют правила учета газа.

С 1996 г. в РФ активно развиваются и другие методы и устройства измерения расхода газа: ультразвуковые, электромагнитные, вихревые, оптические и т.д. Точность измерения повышается путем использования корректоров объема газа. Собранные в единый функциональный комплекс корректор, расходомер, датчики давления и температуры получили название измерительных комплексов (узлов) учета газа (УКУГ). Некоторые образцы изделий представлены на рис. 11.2.

Р и с. 11.1. Классификация измерителей расхода газа

а б в

Р и с. 11.2. Оборудование для измерения расхода газа: а – бытовой газовый счетчик G4; б – корректор ВКГ-2; в – измерительный комплекс с турбинным расходомером СГ-16М и корректором ЕК-260

Корректор объема газа – вычислитель, представляющий собой микропроцессорное устройство, к которому подключаются объемный счетчик газа, датчики давления и температуры. Корректор осуществляет приведение рабочего объема к нормальным (стандартным) условиям (t = 293,15 К=20 ºC, р = 0,1013 МПа =760 мм рт. ст.). Вычислитель может быть совмещен со счетчиком в одном корпусе или выполняться в качестве отдельного устройства, который и получил название корректора.

Различают коррекцию газа только по температуре, коррекцию по температуре и давлению, по температуре, давлению и сжимаемости – PTZ, а также одно– и многоканальную. Коррекция по температуре допускается, если давление в месте установки счетчика газа не превышает 4 кПа. В этом случае колебания давления не превышают 15 мбар и оно принимается как постоянная величина, а погрешность измерения находится в рамках 1,5%.

Суть коррекции погрешности расчета объема газа в стандартных условиях заключается во вводе поправки на температуру газа в зоне счетчика с погрешностью не более (0,5-1) °С в реальном масштабе времени или в течение времени, пока температура газа не изменилась более чем на 0,5 °С. Коррекция по давлению и сжимаемости производится на основе текущих показаний датчиков абсолютного и разностного давления, известных параметров сжимаемости газа. Одноканальные корректоры работают только с одним счетчиком газа, одним датчиком давления и одним термометром. Многоканальные корректоры могут поддерживать от двух до десяти расходомеров. Если на одном объекте установлено несколько счетчиков газа, то многоканальный корректор позволяет сократить стоимость средств измерений в несколько раз. Эффективность корректоров тем выше, чем с большей номенклатурой датчиков давления и температуры они сертифицированы. Схема подключения измерительной аппаратуры к трубопроводу на примере корректора РГ-К показана на рис. 11.3.

Р и с. 11.3. Схема подключения измерительной аппаратуры к газопроводу

Реализуются два подхода к оснащению узлов учета газа корректорами объема газа. Первый подход состоит в том, что узел учета газа комплектуется приборами от разных производителей. Недостаток подхода заключается в том, что межповерочные интервалы счетчика, корректора, датчиков температуры и давления могут не совпадать, т.е. такой измерительный комплекс или его отдельные части необходимо достаточно часто поверять. Преимущества – меньшая конечная стоимость комплекса. Второй подход состоит в установке на УКУГ измерительного комплекса как законченного заводского изделия, как правило, с одинаковыми межповерочными интервалами комплектующих. Такой принцип комплектования выгоден в случае полного отсутствия ранее установленных датчиков и расходомеров.

К узлам учета газа предъявляются требования, в основном соответствующие требованиям к теплосчетчикам, а также специфические, связанные с особенностями транспортировки и потребления газа. Это – обеспечение заданной точности и пропускной способности, малая инерционность при переменных нагрузках, низкая потеря давления на счетчике, возможность дистанционной передачи показаний, приведения рабочего объема к нормальным условиям, простота и удобство монтажа.

Счетчики газа по диапазонам расходов и назначению подразделяются на бытовые, коммунальные и промышленные. Требования к классу точности приборов учета определяются, в первую очередь, расходом газа: чем больше расход газа, тем выше класс точности. Например, на участках высокого и среднего давления сети ГРО (от 12 бар до 0,05 бар) рекомендуемый диапазон погрешности измерения находится в пределах 0,2-0,5% (приборы фирм Schlumberger, Elster, Dresser, Fisher-Rosemount). Для участков низкого давления устанавливается величина 1,5...3% (например, бытовые счетчики G1/.../6 производства ряда отечественных и зарубежных компаний).

Точность учета количества газа зависит от параметров первичного преобразователя расхода газа. ПИП должны отвечать требованиям по точности измерений, диапазону рабочих температур и давлений, по межповерочному интервалу, по стоимости монтажных и эксплутационных работ и по целому ряду других. Счетчики газа на основе мембранных (диафрагменных) расходомеров работают в диапазонах 0,006...4 м³/ч (бытовые), 0,016...40 м³/ч (коммунальные), 0,4...160 м³/ч (промышленные). Погрешность измерений мембранных счетчиков составляет 3% в диапазоне от C_min до 0,1 C_nom и 1,5% в диапазоне от 0,1C_nom до C_max. В диапазоне расходов 100...25000 м³/ч при давлении до 10 МПа обычно используют турбинные счетчики газа. Диапазон измерений этих счетчиков – 1:10, 1:20. Достоинства – высокая точность (1,5% в диапазоне 1:5), надежность и простота эксплуатации. Метрологические характеристики ротационных счетчиков не зависят от характера газового потока (его прямолинейности и однородности). Диапазон расходов – до 1:100. Погрешность измерений не превышает 1% в диапазоне расходов от 0,1C_max до C_max и 2% в диапазоне от C_min до 0,1C_max.

Для измерений больших расходов газа (свыше 2500 м³/ч) в основном применяют измерители на сужающих устройствах. Точность этого способа измерений зависит в основном от точности и надежности работы датчиков перепада давления. Пределы допускаемой относительной погрешности ультразвуковых счетчиков не превышают ±1,0% в диапазоне расходов от C_max до C_nom и ±2,0% в диапазоне расходов от C_nom до C_max при рабочем давлении газа не более 1600 кПа. Диапазон расходов – 0,1...1600 м³/ч, диапазоны измерений – 1:160; 1:250. Погрешность измерения вихревых расходомеров составляет 1,5% от текущего значения измеряемого расхода в диапазоне от C_min/C_max = 7/50...12000/54000 м³/ч при диаметрах трубопровода от 15 до 400 мм.

Имеются разработки интеллектуальных расходомеров, не требующих коррекции объема газа. Например, массовый расходомер 3095 MV фирмы Fisher-Rosemount вычисляет расход различных физических сред по соответствующим алгоритмам, включая уравнения по стандартам AGA, ASME и ISO. Это позволяет использовать один тип прибора на всех трубопроводах объекта. Прибор соединяет в себе датчики перепада давления, статического давления и температуры. Расходомер может подключаться к локальной сети нижнего уровня по протоколам HART и ModBase.

Развитые коммуникационные возможности приборов третьего и последующих поколений и возможности программного обеспечения позволяют с минимальными затратами создавать информационные системы диспетчерского контроля с использованием интерфейсов RS-485, RJ -45, USB и т.д., преобразователей интерфейсов, модемов, локальных, корпоративных и глобальных сетей. Кроме того, многие счетчики могут применяться в системе контроля оплаты потребленного газа. В частности, приборы GALLUS 2000 в системах предоплаты TALEXUS автоматически снимают показания счетчиков и прекращают подачу газа при отсутствии оплаты. При этом отпадает необходимость выставления счетов потребителям газа и появляется возможность организации многотарифного учета. Вариант построения системы учета и управления газоснабжением показан на рис. 11.4.

Р и с. 11.4. Структура системы учета и управления газоснабжением по показателям платы за потребляемый газ