«Технические измерения и приборы» : «Расчет сужающего устройства» » Мы с АГНИ

метки: Измерение, Прибор, Технический, Погрешность, Расходомер, Коэффициент, Расход, Жидкость

Измерение расхода протекающей по трубопроводу жидкости, газа или пара за определенный отрезок времени или в каждый данный момент имеет большое значение для учета нефтепродуктов, газа и пара при отпуске их, а также для контроля и регулирова­ния технологических процессов бурения, добычи, транспорта и переработки нефти и газа. Объем или масса нефти, воды и газа, добываемые из каждой скважины, является не только учетным фактором, но представляет собой важнейший параметр, по кото­рому определяют ход разработки нефтяного месторождения и геолого-техническое состояние данной скважины. Режим эксплуатации газокомпрессорной скважины определяется объемом вещества и давлением, под которым в нее подается рабочий агент.

Технологический процесс подготовки нефти на промыслах (обезвоживание, обессоливание и стабилизация) протекает при определенных расходах сырой нефти, воды и химического реагента, значение которых необходимо контролировать и регулировать. Метод поддержания пластового давления нефтяного месторождения законтурным и внутриконтурным заводнением предусматривает закачку в пласт через нагнетательные скважины больших объемов воды, учет которых для контроля процесса заводнения обязателен. Технологический процесс гидравлического разрыва пласта возможен только при непрерывном контроле расхода и объема жидкости, закачиваемой в пласт.

Измерение расхода сырья, полуфабрикатов, реагентов и целевых продуктов является важнейшим условием управления технологическим процессом переработки нефти и газа.

1. Теоретическая часть

1.1. Определение и классификация методов расхода

Большое разнообразие и сложность требований, предъявляемых к расходомерам и счетчикам, явилось причиной разработки и создания значительного числа разновидностей этих приборов. При выборе надо исходить из свойств измеряемого вещества, его параметров, а также обоснованности требований к точности измерения, учитывая при этом как степень важности удовлетворения тем или другим требованиям, ток и сложность измерительного устройства и условия его эксплуатации и поверки.

Приборы, основанные на гидродинамических методах:

— переменного перепада давления (с сужающими устройствами и напорные трубки);

— обтекания (ротаметры, поплавковые, поршневые, и с поворотным крылом);

Курсовая работа введение экологические последствия добычи нефти газа

... устойчивый предполагает введение жестких экологических рамок для любого сценария экономического развития нефтедобывающего комплекса РФ. Целью данной работы является оценка экологических проблем нефтедобывающей ... нефтяных и газовых скважин продукция не представляет собой соответственно чистые нефть и газ. Из скважин вместе с нефтью поступают пластовая вода, попутный (нефтяной) газ, твердые частицы ...

— вихревые (струйные, вихревые).

Приборы с непрерывно движущимся телом:

— тахометрические (турбинные, камерные, барабанные, ротационные, мембранные объемные счетчики и др.);

— силовые (массомеры, в работе которых используется Кориолисов эффект, непосредственного взвешивания- щелевые или расходомеры постоянного уровня).

Приборы, основанные на различных физических явлениях:

-тепловые (калориметрические, с внешним нагревом, и термоанемометрические);

— акустические (ультразвуковые);

— электромагнитные;

— оптические (лазерно-доплеровские анемометры).

Приборы, основанные на особых методах:

— меточные;

— концентрационные.

Среди приборов, основанных на гидродинамических методах, исключительно широкое применение получили расходомеры с СУ, относящиеся к приборам переменного перепада давления. Для малых расходов жидкостей и газон служат ротаметры и поплавковые приборы, относящиеся к расходомерам обтекания. Весьма перспективны вихревые расходомеры.

Из приборов с непрерывно движущимся телом значительное применение находят различные разновидности тахометрических расходомеров: турбинные, шариковые и камерные (роторные, с овальными шестернями и др.), последние — в качестве счетчиков газа, нефтепродуктов и других жидкостей.

Среди разнообразных приборов, основанных на различных физических явлениях, чаще других применяют электромагнитные расходомеры для измерения расхода электропроводных жидкостей и ультразвуковые (разновидность акустических) для измерения жидкостей и частично газа. Реже встречаются тепловые для измерения малых расходов жидкостей и газов. [1]

1.2. Расходомеры Переменного перепада давления

Одним из наиболее распространенных средств измерений расхода жидкостей и газов (паров), протекающих по трубопроводам, являются расходомеры переменного перепада давления, состоящие из стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. В комплект расходомерного устройства также входят прямые участки трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями.

Сужающее устройство расходомера является первичным измерительным преобразователем расхода, в котором в результате сужения сечения потока измеряемой среды (жидкости, газа, пара) образуется перепад (разность) давления, зависящий от расхода. В качестве стандартных (нормализованных) сужающих устройств, применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла

Вентури и трубы — Вентури. В качестве измерительных приборов применяются различные дифференциальные манометры, снабженные показывающими, записывающими, интегрирующими, сигнализирующими и другими устройствами, обеспечивающими выдачу измерительной информации о расходе в соответствующей форме и виде.[2]

Средства для измерения основных технологических параметров (температура, ...

... давление уровнемер 1. Средства для измерения температуры В зависимости от принципа действия приборы для измерения температуры промышленные классифицируются по ... Основными видами средств измерений являются датчики, измерительные приборы, измерительные преобразователи и измерительные установки. Измерительным прибором (или просто прибором) называют средство измерений, ... жидкости увеличивается, давление ...

Измерительная диафрагма представляет собой диск, установленный так, что центр его лежит на оси трубопровода. При протекании потока жидкости или газа (пара) в трубопроводе с диафрагмой сужение его начинается до диафрагмы. На некотором расстоянии за ней под действием сил инерции поток сужается до минимального сечения, а далее постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и после нее образуются

зоны завихрения. Давление струи около стенки вначале возрастает из-за подпора перед диафрагмой. За диафрагмой оно снижается до минимума, затем снова повышается, но не достигает прежнего значения, так как вследствие трения и завихрений происходит потеря давления .

Таким образом, часть потенциальной энергии давления потока переходит в кинетическую. В результате средняя скорость потока в суженном сечении повышается, а статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством. Разность этих давлений (перепад давления) служит мерой расхода протекающей через сужающее устройство жидкости, газа или пара.

Давление по оси трубопровода, показанное штрихпунктирной линией, несколько отличается от давления вдоль стенки трубопровода только в средней части графика. Через отверстия производится измерение статических давлений до и после сужающего устройства.

В состав расходомера входят: преобразователь расхода, создающий перепад давления, дифференциальный манометр, измеряющий этот перепад, и соединительные трубки между преобразователем и дифманометром. В зависимости от принципа действия преобразователя расхода данные расходомеры подразделяются на шесть самостоятельных групп, внутри которых имеются конструктивные разновидности преобразователей (рис. 1).

Рис. 1. Первичные преобразователи расходомеров переменного перепада давления.

1.3. Требования к расходомерам и счетчикам

Эти требований многочисленны и разнообразны. Удовлетворить совместно все требования очень трудно, если не невозможно. Одни типы приборов в большей мере удовлетворяют одним требованиям, а другие — другим. Поэтому при выборе того или иного типа прибора следует исходить из сравнительной важности тех или других требований, предъявляемых к измерению расхода или количества в каждом конкретном случае.[5]

1. Высокая точность измерения. Это важнейшее требование, особенно когда надо измерить не мгновенный расход, а количество (массу или объем) прошедшего вещества. Если раньше погрешность измерения в 1,5-2 % считалась приемлемой, то теперь нередко требуется иметь погрешность не более 0,2-0.5 %. Эта весьма малая погрешность уже достигнута в камерных счетчиках жидкостей (лопастных, роликово-лопастных) и ряде других счетчиков. Но такие счетчики не предназначены для больших диаметров труб. Здесь преимущественно применяют расходомеры с сужающими устройствами. Для повышения их сравнительно ограниченной точности используют преобразователи давления, температуры или плотности, измерительные сигналы которых поступают в вычислительные устройства, вносящие коррекцию в показания расходомера — днфманометра. Имеются расходомеры с погрешностью всего 0,25-1,0% (тахометрические, вихревые, электромагнитные, ультразвуковые), но не все из них пригодны для больших трубопроводов.

Объемные и скоростные счетчики количества и расхода жидкости, газа и пара

... у объемных счетчиков, поэтому ими измеряют количество чистых промышленных жидкостей, нефтепродуктов и сжиженных газов, т. е. жидкостей с широким диапазоном изменения вязкости. Кроме того, объемные счетчики обеспечивают высокую точность измерений (относительная погрешность ...

2. Высокая надежность. Это второе важнейшее требование. Оно оценивается временем, в течение которого прибор сохраняет работоспособность в достигнутую точность. Это время зависит от типа прибора и от условий его применения. Некоторые расходомеры и их элементы, не имеющие движущихся частей, могут надежно работать очень долго. Так, трубы Вентури, установленные на водопроводных линиях Санкт-Петербурга, исправно действуют более 60 лет. Но тахометрические расходомеры и счетчики с движущимся ротором имеют много меньший срок службы, зависящий от степени чистоты измеряемого вещества и его смазывающей способности. В технических условиях на некоторые турбинные расходомеры установлен шестилетний межповерочный срок нормальной работы.

3. Малая зависимость точности намерения от изменения плотности вещества. Лишь тепловые и силовые расходомеры, измеряющие массовый расход, обладают этим ценным свойством, У других типов приборов надо иметь устройства, автоматически вводящие коррекцию на изменение плотности или хотя бы температуры и давления измеряемого вещества. Это особенно необходимо при измерении расхода газа.

4. Быстродействие прибора или его высокие динамические характеристики. Это требование важно, когда расходомер применяют в системах автоматического регулирования и при измерении быстроменяющихся расходов. Быстродействие удобно оценивать значением постоянной времени Т прибора, т. е. временем, в течение которого его показания при скачкообразном изменении расхода от до изменяются приблизительно на две трети от значения . Имеется очень большая градация быстродействия от Т, измеряемого сотыми (и еще менее) долями секунды от турбинных, до Т, измеряемого десятками секунд у тепловых расходомеров.

Для улучшения быстродействия последних применяют особые (дифференцирующие) измерительные схемы. Расходомеры с сужающими устройствами занимают промежуточное положение. Их время Т тем меньше, чем короче соединительные трубки, чем меньше измерительный объем дифманометра и чем больше его предельный перепад давлений.

5. Большой диапазон изменения. У приборов с линейной характеристикой он равен 8-20 и более, а у расходомеров с СУ, имеющих квадратичную характеристику, он равен лишь 3-10. В случае необходимости его можно повысить до 16, подключая к СУ два дифманометра с разными .

6. Обеспеченность метрологической базой. Образцовые расходомерные установки, необходимые для градуировки и поверки различных расходомеров, сложны и дороги, особенно при больших поверяемых расходах. В стране их сравнительно немного, и предназначены они преимущественно для поверки расходомеров воды и водосчетчиков. Одни лишь расходомеры с СУ не требуют образцовых расходомерных установок, потому что для большинства их разновидностей были экспериментально установлены и нормированы их коэффициенты расходов и расширения в международном стандарте ИСО 5167 и других рекомендациях ИСО. На их основе выпускаются в отдельных странах Правила по применению расходомеров с СУ. Сказанное объясняет преимущественное применение расходомеров с СУ, потому что почти все остальные типы требуют для своей поверки образцовых установок. В связи с их отсутствием и сложностью транспортирования первичных преобразователей расхода, особенно больших размеров, весьма актуальна как разработка имитационных методов поверки (они уже разработаны для магнитных расходомеров), так и разработка методов поверки на месте установки расходомеров без их демонтажа (концентрационный, меточный и другие методы).

7. Очень большой диапазон расходов, подлежащих измерению. Для жидкости надо измерять расходы в пределах от до кг/ч, а для газов — в пределах от до кг/ч, т. е. расходы, отличающиеся на десять порядков. Особые трудности возникают при измерении как очень малых, так и очень больших расходов. Здесь нередко приходится применять особые методы измерения, например парциальный (при больших расходах).

Относительно проще измерять средние расходы.

8. Необходимость измерения расхода не только в обычных, но и в экстремальных условиях, при очень низкой или очень высокой температуре и давлении. Так, расход криогенных жидкостей, например сжиженного водорода, надо измерять при очень низких температурах (до—255 ), а расход перегретого пара сверхвысокого давления и расход расплавленных металлов теплоносителей — при температурах, достигающих +600 .

Подобные условия создают дополнительные трудности для обеспечения надежного измерения расхода.

9. Широкая номенклатура измеряемых веществ. Вещества могут быть не только однофазными и однокомпонентными, но также многофазными и многокомпонентными. При этом надо учитывать как особые свойства вещества (агрессивность, абразивность, токсичность, взрывоопасность и т. д.), так и его параметры (давление, температура).

Особая задача — измерение расхода расплавленных металлов — теплоносителей. Между тем основные методы измерения расхода были разработаны для однофазных сред (для жидкости, газа и пара).

Теперь же все актуальнее становится задача измерения двухфазных и даже иногда трехфазных веществ. Имеются следующие основные разновидности двухфазных сред: гидросмесь пли пульпа-смесь жидкой и твердой фаз — это водогрунтовая смесь, целлюлозно-бумажная пульпа, гидротранспорт и т. п.; смесь газообразной и твердой фаз — это пылеугольное топливо, пневмотранспорт цемента и т. п.; смесь жидкости с газом — это нефтегазовая смесь и влажный насыщенный пар. Измерение их расхода очень важно, хотя и представляет определенные трудности. Пример трехфазной смеси — газированная пульпа, а трехкомпонентной — двухфазная смесь нефти, воды и газа.[7]

1.4 Уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли для идеальной жидкости

Уравнение Даниила Бернулли, полученное в 1738г., является фундаментальным уравнением гидродинамики. Оно дает связь между давлением P, средней скоростью υ и пьезометрической высотой z в различных сечениях потока и выражает закон сохранения энергии движущейся жидкости. С помощью этого уравнения решается большой круг задач.

Рассмотрим трубопровод переменного диаметра, расположенный в пространстве под углом β (рис.2).

Рис.2. Схема к выводу уравнения Бернулли для идеальной жидкости

Выберем произвольно на рассматриваемом участке трубопровода два сечения: сечение 1-1 и сечение 2-2. Вверх по трубопроводу от первого сечения ко второму движется жидкость, расход которой равен Q.

Для измерения давления жидкости применяют пьезометры — тонкостенные стеклянные трубки, в которых жидкость поднимается на высоту. В каждом сечении установлены пьезометры, в которых уровень жидкости поднимается на разные высоты.

Кроме пьезометров в каждом сечении 1-1 и 2-2 установлена трубка, загнутый конец которой направлен навстречу потоку жидкости, которая называется трубка Пито. Жидкость в трубках Пито также поднимается на разные уровни, если отсчитывать их от пьезометрической линии.

Пьезометрическую линию можно построить следующим образом. Если между сечением 1-1 и 2-2 поставить несколько таких же пьезометров и через показания уровней жидкости в них провести кривую, то мы получим ломаную линию (рис. 2).

Однако высота уровней в трубках Пито относительно произвольной горизонтальной прямой 0-0, называемой плоскостью сравнения, будет одинакова.

Если через показания уровней жидкости в трубках Пито провести линию, то она будет горизонтальна, и будет отражать уровень полной энергии трубопровода.

Для двух произвольных сечений 1-1 и 2-2 потока идеальной жидкости уравнение Бернулли имеет следующий вид:

Так как сечения 1-1 и 2-2 взяты произвольно, то полученное уравнение можно переписать иначе:

и прочитать так: сумма трех членов уравнения Бернулли для любого сечения потока идеальной жидкости есть величина постоянная.

С энергетической точки зрения каждый член уравнения представляет собой определенные виды энергии:

— z1 и z2 — удельные энергии положения, характеризующие потенциальную энергию в сечениях 1-1 и 2-2;

— — удельные энергии давления, характеризующие потенциальную энергию давления в тех же сечениях;

— — удельные кинетические энергии в тех же сечениях.

Следовательно, согласно уравнению Бернулли, полная удельная энергия идеальной жидкости в любом сечении постоянна.

Уравнение Бернулли можно истолковать и чисто геометрически. Дело в том, что каждый член уравнения имеет линейную размерность. Глядя на рис.10, можно заметить, что z1 и z2 — геометрические высоты сечений 1-1 и

2-2 над плоскостью сравнения;

• пьезометрические высоты;

— скоростные высоты в указанных сечениях.

В этом случае уравнение Бернулли можно прочитать так: сумма геометрической, пьезометрической и скоростной высоты для идеальной жидкости есть величина постоянная.

Уравнение Бернулли для реальной жидкости

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости несколько отличается от уравнения

Дело в том, что при движении реальной вязкой жидкости возникают силы трения, на преодоление которых жидкость затрачивает энергию.

В результате полная удельная энергия жидкости в сечении 1-1 будет больше полной удельной энергии в сечении 2-2 на величину потерянной энергии (рис.3).

Потерянная энергия или потерянный напор обозначаются и имеют также линейную размерность.

Уравнение Бернулли для реальной жидкости будет иметь вид:

Рис.3. Схема к выводу уравнения Бернулли для реальной жидкости

Из рис.3 видно, что по мере движения жидкости от сечения 1-1 до сечения 2-2 потерянный напор все время увеличивается (потерянный напор выделен вертикальной штриховкой).

Таким образом, уровень первоначальной энергии, которой обладает жидкость в первом сечении, для второго сечения будет складываться из четырех составляющих: геометрической высоты, пьезометрической высоты, скоростной высоты и потерянного напора между сечениями 1-1 и 2-2.

Кроме этого в уравнении появились еще два коэффициента α1 и α2, которые называются коэффициентами Кориолиса и зависят от режима течения жидкости ( α = 2 для ламинарного режима, α = 1 для турбулентного режима ).

Потерянная высота складывается из линейных потерь, вызванных силой трения между слоями жидкости, и потерь, вызванных местными сопротивлениями (изменениями конфигурации потока)

С помощью уравнения Бернулли решается большинство задач практической гидравлики. Для этого выбирают два сечения по длине потока, таким образом, чтобы для одного из них были известны величины Р, ρ, g, а для другого сечения одна или величины подлежали определению. При двух неизвестных для второго сечения используют уравнение постоянства расхода жидкости υ₁ ω ₁ = υ₂ ω₂ .

2. Расчетная часть

2.1. Часть 1

Исходные данные

	55
	12
	25
	6,0

2.1.1. Определение верхнего предела измерения

Выбор верхнего (номинального) предела измерения расхода по шкале дифманометра – расходомера

где:

• число из нормального ряда: 1,0;
• 1,25;
• 1,6;
• 2,0;
• 2,5;
• 3,2;
• 4,0;
• 5,0;
• 6,3;
• 8,0

— целое положительное, отрицательное число или нуль.

— коэффициент истечения

При отборе по методу сужения струи значение коэффициента почти не зависит от в пределах рассматриваемой зоны и равно приблизительно 0,601, практическая независимость коэффициента от сохраняется также для углового и радиального отбора.

Зависимость коэффициента истечения от диафрагмы при отборах: 1 – радиальном, 2 – по методу суженой струи, 3 – угловом.

Относительная площадь СУ – относительный диаметр отверстия СУ, возведенный в квадрат:

Относительный диаметр отверстия СУ:

Определим диаметр ИТ при рабочих условиях. Материал трубопровода сталь.

Значение температурного коэффициента линейного расширения различных материалов для широкого диапазона температур могут быть рассчитаны с погрешностью 10% по формуле:

где — постоянные коэффициенты в соответствующих им диапазонах, приведенные в таблице В.1 (ГОСТ 8.563.1-97).

Отсюда:

где — масштабный коэффициент, значение которого приведены в таблице А.6 (ГОСТ 8.563.2 – 97), — измеряется в [м], — , — [кг/ч].

Для таких размерностей определим коэффициент .

		9382

Выберем стандартную диафрагму с угловым методом отбора давления.

2.1.2. Конструктивные размеры сужающего устройства

Длина цилиндрической части отверстия диафрагмы должна быть от 0,005D до 0,02D.

Толщина диафрагмы должна находится в пределах от до 0,05D.

Угол наклона F образующей конуса дожжен быть

Входная кромка G и выходные кромки H и l не должны иметь притуплений и заусенцев, заметных невооруженным глазом.

Входная кромка G должна быть острой, т.е. радиус ее закругления должен быть не более 0,05 мм. Это требование проверяют или внешним осмотром невооруженным глазом по отсутствию отражения светового луча от входной кромки (в этом случае радиус принимают равным 0,05 мм), или непосредственным измерением.

2.2. Часть 2

Измеряемая среда перегретый пар

Расход максимальный, 200000 кг/ч

Расход средний, кг/ч 170000

Расход минимальный, кг/ч 140000

Давление, 12

Температура, 380

Диаметр труб. внутр., мм 90

Материал труопров. Ст

2.2.1. Определение верхнего предела измерения

Выбор верхнего (номинального) предела измерения расхода по шкале дифманометра – расходомера:

где:

• число из нормального ряда: 1,0;
• 1,25;
• 1,6;
• 2,0;
• 2,5;
• 3,2;
• 4,0;
• 5,0;
• 6,3;
• 8,0;

— целое положительное, отрицательное число или нуль.

2.2.2. Расчет и выбор сужающих устройств

Определим число Рейнольдса, которое характеризует отношение силы инерции к силе вязкости потока:

где — масштабный коэффициент, значения которого приведены в таблице А.6 (ГОСТ 8.563.2 – 97).

— измеряется в [м], — , — [кг/ч].

Для таких размерностей определим коэффициент .

Динамическая вязкость перегретого пара равна

Плотность перегретого пара равна

— коэффициент истечения

Коэффициент истечения определяют по уравнению Штольца:

где

— отношение расстояния от входного торца диафрагмы до оси

отверстия для отбора давления перед диафрагмой к диаметру ИТ;

— отношение расстояния от выходного торца диафрагмы до оси отверстия для отбора давления за диафрагмой к диаметру ИТ.

В уравнении значения и принимают равными:

для углового отбора давления

Следовательно:

Поправочный коэффициент на число рассчитывается:

Следовательно:

Зависимость коэффициента истечения от диафрагмы при отборах: 1 – радиальном, 2 – по методу суженой струи, 3 – угловом.

Относительная площадь СУ:

Относительный диаметр отверстия СУ:

Откуда:

Выберем стандартную диафрагму с угловым методом отбора давления. Стандартные диафрагмы применяют при следующих условиях:

— диафрагмы с угловым отбором давления:

при

при

2.2.3 Расчет потери напора

Потеря давления представляет собой разность статических давлений у стенки ИТ:

— измеренного перед СУ в месте, где становится пренебрежимо малым

влияние давления (приблизительно 1D), обусловленного торможением входящего потока непосредственно у диафрагмы.

— измеренного за СУ в месте, где можно считать полностью законченным процесс восстановления статического давления, обусловленного расширением струи (приблизительно 6D за СУ).

Потерю давления можно определить по графику:

Зависимость потерь давления от m в различных сужающих устройствах: 1- диафрагма; 2 – сопло; 3- короткое сопло Вентури; 4 – длинное сопло Вентури 5 – длинное сопло Вентури

При

Отсюда можно определить перепад давления

Значение выбираем из ряда нормальных перепадов давлений по ГОСТ 18140-84:

Верхний предел измерения выбираем из ряда нормальных значений, построенному по закону , где и — параметры ряда (ГОСТ 18140-84), учитывая что максимальный массовый расход:

2.2.4. Расчет поправочного коэффициента на шероховатость

Шероховатость трубопровода при определении ее влияния на коэффициент истечения СУ оценивают по эквивалентной шероховатости . Для расчета диафрагмы в качестве материала ИТ была выбрана сталь 12МХ. Примем внутреннюю поверхность трубопровода новая сварная. Для такого состояния поверхности значение эквивалентной шероховатости (ГОСТ 8.563.1-97 таблица Б.1).

Коэффициент на шероховатость внутренней поверхности ИТ при относительной шероховатости определяют по формуле

где

при

для диафрагм

2.2.5. Расчет коэффициента на притупление входной кромки диафрагмы

Поправочный коэффициент на притупление входной кромки при определяют по формуле

где — средний за межповерочный интервал радиус закругления входной кромки диафрагмы.

где — межповерочный интервал, годы;

При этом следует иметь в виду, при

— начальное значение радиуса закругления входной кромки диафрагмы. Если экспериментальное определение начального радиуса закругления не представляется возможным, то его принимают равным 0,05мм.

Следовательно:

2.2.6. Определение действительного расхода

Уравнение массового расхода в общем случае имеет вид (ГОСТ 8.563.1 – 97 пункт 5.3):

E – коэффициент скорости входа

2.2.7. Выбор дифманометра

Выбор дифманометра, работающего в комплекте с сужающим устройством, в основном сводится к определению номинального перепада давления согласно стандартной шкале перепадов. Если потеря давления в сужающем устройстве не имеет значения, перепад выбирают таким, что бы модуль был равен 0,2, так как большее уменьшение модуля (следовательно, повышения перепада давления), как правило, нецелесообразно. Если же задана допустимая потеря давления в сужающем устройстве, то принимают такое наибольшее значение номинального перепада давления дифманометра, при котором потеря давления еще остается меньше допустимой.

Выберем манометр дифференциальный показывающий ДСП-160-М1.

Дифференциальный манометр (дифманометры) предназначены для измерения:

а) расхода жидких и газообразных сред по методу переменного перепада давления в стандартных сужающих устройствах (расходомеры);

б) разности давлений жидких и газообразных сред (перепадомеры);

в) уровня жидких сред, находящихся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением (уровнемеры).

Технические характеристики:

Предельно допускаемые рабочие избыточные давления

0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3

Предельные номинальные перепады давлений

ГОСТ 18140-84

Класс точности

Верхние пределы измерений

а) дифманометров – расходомеров выбираются из ряда , где а – одно из чисел ряда, n – целое (положительное или отрицательное) число или нуль.

Температура окружающей среды

-40…+70

Относительная влажность

2.2.8. Расчет погрешностей

1. Погрешность коэффициента истечения СУ – не исключенную методическую систематическую погрешность определяют по формуле:

определяют в соответствии с 7.2.4, 7.2.9, 7.5.1.4, 7.5.2.3, 8.1.4.3, В.3.5, В.3.6, В.4.5, ГОСТ 8.563.1.

при

Если экспериментально определить коэффициент гидравлического трения в ИТ невозможно, то определять шероховатость допускается по таблице Б.1. В этом случае погрешность определения поправочного коэффициента на шероховатость рассчитывают по формуле:

Поправочный коэффициент на шероховатость внутренней поверхности ИТ при относительной шероховатости определяют по формуле:

Считаем, что наименьшие длины прямых участков ИТ между СУ и любыми ближайшими к нему МС удовлетворяют условиям п.п. 7.2.1 и 7.2.2 ГОСТ 8.563.1-97. Тогда

Согласно условиям 7.5.1 ГОСТ 8.563.1 – 97 считаем ИТ перед СУ цилиндрическим на длине 2D, т.е любой диаметр в любой плоскости отличается не более чем на 0,3% от среднего значения D. Тогда

Считаем, что смещение оси отверстия СУ удовлетворяет условиям п. 7.5.2.3 ГОСТ 8.563.1 – 97. Тогда

Считаем, что длина цилиндрической части отверстия диафрагмы и толщина диафрагмы удовлетворяют условиям п. 8.1.4.1 ГОСТ 8.563.1-97. Тогда

В соответствие с пунктом В.4. ГОСТ 8.563.1 – 97

Тогда не исключённая методическая систематическая погрешность коэффициента истечения СУ примет вид:

1. Погрешность измерения d и D являются не исключенными систематическими погрешностями. Значение , а
2. Систематическую и случайную составляющие погрешности измерений перепада давления вычисляют по формулам:

Систематическую составляющую погрешности измерений перепада давления принимаем равную 0, т.е

Случайную составляющую погрешности измерений перепада давления берем по классу точности. Возьмем класс точности 0,25, т.е

Значения коэффициентов чувствительности, входящих в эти формулы, для ряда случаев приведены в таблице 8 ГОСТ 8.563.2.

4. Составляющие погрешности измерений плотности при рабочих условиях вычисляют следующим образом:

— если плотность измеряют плотномером, то и определяют по паспортным данным или протоколу поверки;

— если плотность рассчитывают косвенным методом, то в общем случае:

где — методическая погрешность расчета плотности; и — составляющие погрешности определения компонентного состава среды (для однокомпонентной среды их принимают равными нулю);

• коэффициенты влияния.

— если измеряют объемный расход при стандартных условиях и плотность зависит от , то расчет погрешностей и выполняют без учета погрешностей и .

Систематическую составляющую погрешности измерений плотности при рабочих условиях примем равную 0, т.е .

Случайную составляющую погрешностей измерений плотности при рабочих условиях вычислим по формуле:

где плотность жидкого аммиака при рабочих условиях, а берем по последнему разряду плотности , тогда

5. Относительную погрешность измерений расхода рассчитывают по формуле (ГОСТ 8.563.2 – 97 пункт 9.4.2).

Случайную составляющую погрешности измерений расхода в общем случае при раздельных измерениях параметров рассчитывают по формуле:

где , — случайные составляющие погрешности измерений параметров из списка независимых источников погрешности измерений расхода и их коэффициенты влияние по 9.2.6.

К случайным не зависимым источникам относят в общем случае перепад давления на СУ, абсолютное давление и температуру среды и в зависимости от применяемых методов и средств определения теплофизических свойств среды – плотность при рабочих условиях, плотность при стандартных условиях и компонентный состав среды.

Например, при измерениях расхода воды, плотность и вязкость которой рассчитывают по измеренным значениям давления и температуры, в формулу включают случайные составляющие погрешности перепада давления, абсолютного давления и температуры потока.

При автоматическом и полуавтоматическом измерениях расхода случайную составляющую погрешности вычислительного устройства рекомендуется определять совместно с преобразователями.

Не исключенную систематическую составляющую погрешности измерений расхода и общем случае при раздельных измерениях параметров рассчитывают по формуле:

где — не исключенные составляющие погрешности измерений параметров из списка независимых источников погрешности измерений расхода, методические погрешности используемых зависимостей для расчета свойств среды и характеристик СУ и их коэффициенты влияния по (9.2.6);

— составляющие погрешности.

При автоматическом и полуавтоматическом измерениях расхода не исключенную систематическую составляющую погрешности определяют по формуле при условии замены погрешностей контролируемых параметров, значения которых автоматически учитывают вычислительным комплексом, на систематическую погрешность этого комплекса.

С учетом значений, приведенных в таблице 5, формулы примут вид:

— при измерениях объемного или массового расхода жидкости;

;

Следовательно:

12	0,689

Вывод

Измерение расхода сырья, полуфабрикатов, реагентов и целевых продуктов является важнейшим условием управления технологическим процессом переработки нефти и газа. При измерениях, связанных с учетом количества жидкости, газа и пара используются приборы (устройства), называемые расходомерами и счетчиками, которые по принципу действия аналогичны.

Использование того или иного типа расходомера обусловлено свойствами измеряемой среды, условиями эксплуатации, экономической целесообразностью и другими факторами. Применение различных расходомеров для технологических процессов выдвигает повышенные требования к их метрологическим и надежностным характеристикам. К таким требованиям, в первую очередь, относятся высокая точность измерений, независимость показаний расходомеров от давления и температуры, расширение диапазонов измерения, повышение безотказности в работе и сроков службы.

Среди используемых расходомеров широкое применение получили средства переменного перепада давления, в основе которых лежат сужающие устройства. На основе этих приборов разработаны и усовершенствуются многие современные измерительные микропроцессорные комплексы, которые позволяют повысить точность определения расхода и сравнительно просто учитывать влияние различных параметров измеряемых сред на результаты измерений.

При выполнение курсовой работы были освоены основные теоретические сведения о технических средствах измерения расхода и получены практические навыки расчета сужающих устройств. Был осуществлен выбор вторичного прибора.

Список литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/tehnicheskie-izmereniya-i-priboryi/

1. Исакович Р. Я. Технологические измерения и приборы. М., «Недра», 1970.
2. Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л., Машиностроение, 1975.
3. Родионов В. Д., Терехов В. А., Яковлев В. Б. Автоматизация технологических процессов и производств. М.: Высшая школа, 1989.
4. Клюева А. С. Автоматизация технологических процессов и производств. М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1983.
5. Лутошкин Г. С. Сбор и подготовка нефти, газа и воды. М.: Недра, 1979.
6. Справочник инженера по контрольно-измерительным приборам и автоматике.: М.: «Инфра-Инженерия», 2008;
   1. Ситдикова И.П., Каюмова А.И. Технические измерения и приборы: Методическое руководство к подготовке и защите курсовых работ. -Альметьевск: Альметьевский государственный нефтяной институт, 2009
   2. ГОСТ 8.563.1-1997. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. М.: ИПК Издательство стандартов, 1999.