Ультразвуковые расходомеры газов фирмы GE Panametrics с накладными преобразователями

Расходомеры газов

До настоящего времени измерение расхода с использованием накладных ультразвуковых преобразователей, как правило, было ограничено только жидкими средами. Существующие технологии не позволяли применять накладные ультразвуковые преобразователи на металлических трубах с газом, и до сих пор считалось практически невозможным создание промышленного ультразвукового расходомера газов с накладными преобразователями.

Большой объем исследований, проведенный фирмой GE Panametrics, позволил решить эту задачу и создать промышленный расходомер газов GC868 с накладными ультразвуковыми преобразователями для измерения расхода газов при высоком и низком давлении в трубах из металлов или других материалов. Эта новейшая технология позволила расширить применение накладных ультразвуковых преобразователей в область измерения расхода газов.

Расходомер газа GC868

GC868 – полностью укомплектованная система с накладными ультразвуковыми преобразователями, предназначенная для измерения расхода большинства газов, включая следующие:

• Природный газ
• Сжатый воздух
• Горючие газы
• Агрессивные газы
• Токсичные газы
• Высокочистые газы
• Газы разделения воздуха
• Специальные газы
• Пар

GC868 может быть использован для измерения расхода практически любого газа. Особенно эффективно его применение при измерении расхода газов, вызывающих эрозию и коррозию; токсических, высокочистых или стерильных газов, а также в практических задачах, где врезка датчиков в трубу нежелательна. Отсутствие необходимости врезки в трубопровод позволяет существенно снизить затраты на монтаж. Прибор не имеет деталей, контактирующих с измеряемой средой, или движущихся узлов, что исключает необходимость его частого технического обслуживания. Монтаж накладных ультразвуковых преобразователями не вызывает потерь давления в трубопроводе. Расходомер GC868 имеет широкий динамический диапазон 100:1. Использование запатентованной времяимпульсной корреляционной технологии детектирования позволило получить достаточно высокую точность измерения - относительная погрешность менее 2%, а при увеличении времени усреднения может быть достигнута погрешность 1%.

Система GC868 включает в себя электронный блок, два новых ультразвуковых накладных преобразователя для газов, предусилитель и монтажные приспособления для установки преобразователей на трубопроводе. Прибор GC868 прошел большой объем испытаний, как в нашей стране, так и за рубежом, при измерении расхода в металлических трубах, содержащих воздух, водород, кислород и природный газ в широком диапазоне диаметров труб от 76 до 914 мм. В России эти испытания проводились на предприятиях Газпром, были проведены испытания расходомера GC868 на линии природного газа компании Уралтрансгаз (г. Челябинск), результаты которых приведены ниже. Испытания расходомера GC868 проводились на компрессорной станции, которая имела калибровочную установку с двумя ультразвуковыми 5-ти ходовыми расходомерами фирмы Instromet и одним турбинным расходомером этой же фирмы. Турбинный расходомер использовался как прибор коммерческого учета газа.

Анализ результатов испытаний осуществлялся путем сравнения показаний турбинного и ультразвукового расходомеров фирмы Instromet с показаниями расходомера GC868. При этом, сравнение выполнялось как для действительных значений расхода газа, так и для величин расхода, приведенного к нормальным условиям. Были проведены предварительные испытания прибора GC868 на различных объектах Молдоватрансгаза (г. Кишинев). В процессе испытаний осуществлялось измерение расхода природного газа в трубах диаметром от 150 до 400 мм при давлении примерно 40 атм. и температуре 20-25°С. Результаты этих испытаний были удовлетворительными, однако требуемая точность измерений не была достигнута из-за невысокого качества используемых на предприятиях труб (большая овальность, высокая степень коррозии и т.п.), а также отсутствия прямолинейных участков необходимой длины без существенных местных сопротивлений.

Испытания расходомеров

Проводились испытания расходомера GC868 на предприятиях различных фирм во Франции Roquette (г. Лиль). Первые испытания были проведены на объекте фирмы Roquette (г. Лиль). Измеряемая среда – природный газ при давлении 26,6 бара и температуре 5°С. Трубопровод был выполнен из углеродистой стали наружным диаметром 114, 3 мм (4 дюйма) и толщиной стенки 6 мм. В качестве образцового прибора использовался установленный на объекте расходомер переменного перепада давления с сужающим устройством типа диафрагма.

При этом показания образцового прибора составляли 11960 нормальных м3/час, а расходомера GC868 – 11832 нормальных м3/час. Погрешность измерения составила примерно –1% при введенной поправке на число Рейнольдса К=0,92. Следующие испытания проводились на предприятиях фирмы ASCOMETAL. В этом случае прибор GC868 использовался для измерения расхода воздуха КИП и А при давлении 7,8 бара и температуре 30°С в трубопроводе из углеродистой стали диаметром 193,5 мм и тол-щиной стенки 5,5 мм. Погрешность измерения расходомера GC868 по сравнению с вихревым расходомером, установленным на трубопроводе выше по течению, не превышала +1% при поправке на число Рейнольдса К=0,94.

Также были проведены испытания прибора GC868 по измерению расхода газообразного азота на предприятии VOEST (Австрия). При этом измерения расхода проводились на трубе из углеродистой стали диаметром 115,0 мм (4 дюйма) с толщиной стенки 4,21 мм при давлении 13,88 мм и температуре 45°С. На этой же трубопроводной линии на расстоянии 20D от GC868 был установлен расходомер переменного перепада давления фирмы McCrometer с V-конусом. Показания расходомера GC868 были примерно на 2% выше показаний расходомера с V-конусом при поправке на число Рейнольдса К=0,94. На этом же предприятии было также проведена гидрофобизация и измерение расхода воздуха КИП и А в трубопроводе из углеродистой стали 20 диаметром 275 мм с толщиной стенки 7,0 мм при давлении 6,5 бара и температуре 27°С. Расход в этом трубопроводе также измерялся с помощью расходомера переменного перепада давления фирмы McCrometer с V-конусом.

В целом, анализ результатов испытаний показал, что для получения погрешности измерений расхода в пределах указанных в технических характеристиках прибор GC868, необходимо очень внимательно подходить к выбору места установки накладных ультразвуковых преобразователей на трубопроводе – соблюдать все требования, связанные с необходимой длиной прямых участков, отсутствием значимых местных гидравлических сопротивлений (колен, фланцевых соединений и т.п.). Последние, в частности, могут привести к отражению ультразвукового сигнала. Кроме того, необходима тщательная подготовка поверхности трубы в месте установки ультразвуковых преобразователей. Существенное значение также имеет коррозия как внутренней, так и наружной поверхности трубы.

Расположение преобразователей и точность измерений

Точность измерения расходомера GC868 определяется, главным образом, расположением и корректной установкой ультразвуковых преобразователей на трубе. При планировании места установки преобразователей необходимо использовать следующие рекомендации:

• Ультразвуковые преобразователей должны быть размещены таким образом, чтобы длины прямых участков трубопровода до точки измерения и после нее, соответственно, составляли 20 диаметров против направления движения потока и не менее 10 диаметров по потоку. Кроме того, на этих участках трубопроводов должны отсутствовать такие источники турбулентности, как клапаны, фланцы, отводы. Также должны быть исключены источники завихрения, уклоны или низкие участки трубопровода, где возможно накопление конденсата.
• Размещать преобразователи необходимо в горизонтальной плоскости на боковых поверхностях горизонтальной трубы, где это возможно. Конденсат или другие вещества, которые накапливаются внизу трубы, могут привести к значительному ослаблению ультразвукового сигнала. Если доступ к трубе ограничен, и необходимо расположить ультразвуковой преобразователь вверху трубы, то сместите преобразователи, как минимум, на 10° от вертикальной оси так, чтобы исключить влияние отражения пучка ультразвуковых импульсов от вещества, скопившегося на дне трубы.