Введение

Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.

Проектами наиболее сложных производств, особенно в чёрной металлургии, нефтепереработке, химии и нефтехимии, на объектах производства минеральных удобрений, энергетики и в других отраслях промышленности, предусматривается комплексная автоматизация ряда технологических процессов.

Средства автоматизации применяются также на объектах жилищного строительства и социально-бытового назначения в системах кондиционирования воздуха, дымоудаления, энергоснабжения.

Автоматизация технологического процесса в деревообработке, является также перспективной. Например, автоматизация сушильной камеры, где качество изделия зависит от точного и своевременного регулирования основных параметров.

Задание на курсовое проектирование

Дана лесосушильная камера периодического действия , загружаемая материалом, который перемещается вилочным погрузчиком. Процесс сушки в ней протекает переодично.

Для расчёта САР регулируемым параметром служит температура сушильного агента давление пара.

Статические и динамические характеристики объекта автоматизации

Для заданного объекта необходимо:

Разработать функциональную схему автоматизации, выбрать приборы и средства автоматизации, составить спецификации на приборы и средства автоматизации.

Произвести инженерный расчёт системы автоматического регулирования для заданного параметра.

Разработать принципиальную схему автоматического регулирования для заданного параметра

Разработать общий вид щита

Разработать принципиальную схему питания с расчётом и выбором аппаратов управления и защиты.

Функциональная схема автоматизации

При проектировании систем автоматизации технологических процессов в лесной и деревообрабатывающей промышленности все технические решения по автоматизации станков, агрегатов или отдельных участков технологического процесса отображается на схемах автоматизации.

Схемы автоматизации являются основным техническим документом, который определяет структуру и функциональные связи между технологическим процессом, приборами, средствами контроля и управления и отражает характер автоматизации технологических процессов.

При разработке схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующие основные задачи:

сбор и первичная обработка информации;

представление информации диспетчеру;

контроль отклонений технологических параметров;

автоматическое и дистанционное управление;

Расчёт сужающего устройства.

Данные для расчета сужающего устройства.

Внутренний диаметр трубопровода D 20 , мм
Абсолютное давление p, МПа
Массовый максимальный расход пара, Q м max , кг/ч
Материал диафрагмы
До диафрагмы имеется	Смешив. потоки
Материал трубопровода
Температура пара t, °C
Средний расход пара Q ср (0,5¸0,7)Q м. max = 0,68Q м. max , кг/ч
Минимальный расход Q min =(0,25¸0,33)Q м = 0,31 Q м кг/ч
Допустимая потеря давления р` п.д.. = (0,05¸0,1)р = 0,085 р, кПа

2. Динамическая вязкость пара:

Поправочный множитель на расширение металла К t:

Внутренний диаметр трубопровода: D = D 20 К t = 150 1,0029 = 150,435 мм

В зависимости от максимального контролируемого расхода пара Q м max выбирается ближайшее большее число из чисел ряда Q пр:

Q м max = 7000 Þ Q пр = 8000 кг/ч

Выбранное число является верхним пределом измерения по шкале дифманометра-расходомера или измерительного прибора:

Определяем расчётную допустимую потерю давления:

р` п.д. = 0,085 × 0,784 =0,067 МПа = 67 кПа

Определим вспомогательную величину:

По вычисленному значению С и заданной величине р п.д найдём по номограмме искомое значение Dр н и приближённое значение m:

Dр н = 100 кПа

Re гр сопла = 10,5 · 10 4

Определим поправочный множитель e на расширение пара по номограмме представленной в методическом пособии:

;

10. Вычисляем вспомогательную величину ma:

11. Определяем модуль m и коэффициент расхода a по величине ma:

12. Определяем потерю давления на диафрагме по формуле:

Определяем по найденному значению m расчётный диаметр отверстия сужающего устройства в рабочих условиях:

По найденному размеру d с учётом коэффициента линейного расширения материала диафрагмы Kt:

Производится проверка расчёта:

Определяем погрешность расчёта:

Необходимо внести исправления в расчёт, т. к. δ > 0,2 %. Принимаем внутренний диаметр трубопровода d = 73 мм и повторяем расчёт:

Расчёт и выбор регулирующего органа.

Регулирующие органы являются основной частью регуляторов. Они предназначены для изменения расхода вещества, отводимого или подводимого к объекту регулирования. РО представляют собой переменные гидравлические сопротивления, устанавливаемые в трубопроводе. Дросселирование протекающего потока осуществляется при изменении проходного сечения дроссельного органа с помощью затвора. Регулирующие клапаны работают нормально, если пределы регулирования составляют от 10% до 90% от значения коэффициента пропускной спосоности клапана. Чем больше рабочий ход затвора, тем более плавно происходит регулирование.

Исходные данные для расчёта

Внутренний диаметр паропровода D, мм
Абсолютное давление пара на входе р 0 , кПа
Максимальный расход пара G макс. , кг/ч
Длина трубопровода до РО, L1, м
Местные сопротивления до РО: Резкие повороты (n1 поворотов под углом a)
Конфузор под углом
Минимальный расход пара G мин, кг/ч
Длина паропровода после РО, L2, м
Абсолютное давление на выходе р к, кПа
Трубы паропровода – Сварные с коррозией
Давление р 2 после РО: р 2 = р 1 -(0,3¸0,4) (р 0 -р) = р 1 -0,32(р 0 -р);

Расчёт плотности перегретого пара по таблице представленной в методическом пособии:

ρ = 3,756 кг/м 3

Динамическая вязкость пара:

Определим число Рейнольдса, отнесённое к диаметру трубопровода при G min . Расчёт можно продолжить при условии Rе ³ 2000.

Определим коэффициент трения l для данного R e:

Определим суммарную длину трубопровода:

Определим среднюю скорость в паропроводе при G max:

Определим потери давления на трение в кПа в прямых участках паропровода при G max:

Определяем потери давления в местных сопротивлениях при G max.

В этом параграфе излагаются основные сведения о методике расчета сужающих устройств для измерения расхода жидкости, газа и пара 1. Расчет сужающего устройства производят на основании задания измеряемой среды и условий измерения, т. е. величин Если измеряемая среда - газ, то в задание необходимо включить состав газа в процентах по объему, влажность газа относительную или абсолютную, плотность сухой части влажного газа в нормальном состоянии и среднее местное барометрическое давление. На основании указанного задания определяют недостающие для расчета данные (§ 14-3, 14-5 и 14-6).

В задание для расчета сужающего устройства должны быть включены также необходимые сведения об участке трубопровода, где будет установлено сужающее устройство (§ 14-7). Если свойства измеряемой среды не позволяют осуществить непосредственное подключение дифманометра к сужающему устройству и требуют применения разделительных сосудов (§ 14-7), то эти сведения также должны быть включены в задание на расчет сужающего устройства.

В зависимости от задания и требований, предъявляемых к измерению расхода вещества, производят выбор типа сужающего устройства и дифманометра с отсчетным устройством или снабженного передающим преобразователем для работы в комплекте с вторичным прибором, с информационной или управляющей вычислительной машиной.

При измерении расхода вещества в пожаро- и взрывоопасном помещении дифманометры, потребляющие электроэнергию, должны удовлетворять требованиям соответствующих нормативных документов.

Давление среды, расход которой необходимо измерять, не должно превышать предельно допускаемого избыточного рабочего давления выбранного дифманометра.

Предельный номинальный перепад давления дифманометра необходимо выбирать из ряда чисел, установленного для данного прибора в соответствии с ГОСТ 18140-77. Для некоторых типов

дифманометров значения приведены в гл. 12. При этом необходимо иметь в виду, что чем больше выбранный перепад давления тем меньше будет значение сужающего устройства для измерения заданного расхода. При уменьшении повышается точность измерений и расширяется область измерений без поправки на влияние чисел Рейнольдса у диафрагм. В то же время при уменьшении сокращаются необходимые длины прямых участков трубопровода, уменьшается влияние отклонений действительного диаметра трубопровода от принятого при расчете и снижаются требования к точности установки сужающего устройства. Однако необходимо учитывать, что при уменьшении возрастает потеря давления в сужающем устройстве.

Если задана допускаемая потеря давления сужающем устройстве, то выбирают такое наибольшее значение а вместе с тем и (см. рис. 14-2-11), при которых потеря давления должна оставаться меньше допускаемой.

Верхний предел измерения дифманометра выбирается по заданному максимальному измеряемому расходу так, чтобы стандартное значение взятое из ряда, приведенного в § 12-1, было ближайшее большее по отношению к значению

Формулы, необходимые для расчета сужающего устройства, следуют из уравнений расхода (14-6-1) и (14-6-2). После преобразований получим:

В этих формулах наибольший перепад давления в сужающем устройстве при расходе При использовании колокольного с пружинным уравновешиванием, кольцевого с замкнутой кольцевой трубкой, мембранного или сильфонного дифманометра перепад давления принимают равным выбранному предельному номинальному перепаду давления При вычислении наибольшего перепада давления в сужающем устройстве по предельному номинальному перепаду давления поплавкового дифманометра необходимо учитывать плотность среды, находящейся над рабочей жидкостью прибора (§ 12-4 и 14-6).

Если по заданию измеряемая среда - жидкость, то поправочный множитель входящий в формулы (14-9-1) и (14-9-2), равен единице. При измерении расхода газа или пара для определения поправочного множителя 6 кроме известных величин необходимо значение

Расчет производится методом последовательных приближений.

В первом этапе расчета для определения можно задаться значением например, принять его равным для диафрагмы и для сопла или сопла Вентури, что соответствует

наиболее часто применяемым значениям Тогда, зная все необходимые величины можно по номограммам найти приближенное значение

Подставляя в формулу (14-9-1) или (14-9-2) найденное приближенное значение и значения других известных величин, определяют в первом приближении произведение По значению произведения находят по рис. 14-9-1 для диафрагмы и по рис. 14-9-2 - для сопла и сопла Вентури в первом приближении значение коэффициента расхода Значение соответствующее найденному определяют по формуле

Далее определяют число Рейнольдса (§ 14-3) при расходе, равном Если вычисленное значение для полученного модуля (см, рис. 14-3-7 и 14-3-8), то при принятых параметрах расходомера измерять расход данным методом невозможно. В случае расчет можно продолжить. Во всех случаях для повышения точности измерений желательно иметь (табл. 14-3-1).

Затем для полученного в первом приближении значения определяют поправочный множитель как было указано выше. Если то по известному значению необходимо найти поправочный множитель на шероховатость трубопровода по рис, 14-3-9 для диафрагмы и по рис. 14-3-10 для сопла и сопла Вентури. При расчете диафрагмы необходимо также определить поправочный множитель на недостаточную остроту входной кромки ее (рис. 14-3-11),

Полученные значения (для сопла и сопла Вентури позволяют найти во втором приближении коэффициент расхода и значение модуля по формуле

По подсчитанному значению находят соответствующие ему значения величин и определяют в третьем приближении по формуле

Затем по модулю находят значения и определяют Если коэффициент расхода отличается от только четвертым десятичным знаком, то вычисленное значение может считаться окончательным, т. е. принимают равным В противном случае продолжается дальнейшее уточнение модуля. Полученное окончательное значение служит для определения величин а также искомого значения диаметра отверстия сужающего устройства при которое подсчитывается (с четырьмя

Расходомеры переменного перепада состоят из устройств, образующих местное сужение в трубопроводе (сужающие устройства) и дифференциальных манометров перепада давления.

Принцип действия сужающих устройств заключается в следующем: при протекании потока жидкости, газа или пара в суженном сечении трубопровода часть потенциальной энергии давления переходит в кинетическую. Средняя скорость потока увеличивается, в результате чего в сужающем устройстве создается перепад давления, величина которого зависит от расхода вещества.

Сужающие устройства подразделяются на две группы: нормализованные и ненормализованные. К первой группе относятся диафрагмы, сопла, трубы Вентури. Диафрагмы и сопла устанавливают в трубопроводах круглого сечения диаметром не менее 50 мм, а трубу Вентури — в трубопроводе диаметром не менее 100 мм.

Ко второй группе сужающих устройств относятся сдвоенные диафрагмы, сопла с профилем размером 1/4 круга и другие устройства, которые применяют для измерения расхода вязких жидкостей при малых диаметрах трубопроводов.

Диафрагмы (рис. 31) бывают камерные А — отбор импульсов давления при помощи кольцевых камер и бескамерные Б — отбор импульсов давления при помощи отверстий (табл. 13). Толщина диска диафрагмы должна быть менее 0,1 D (D — диаметр условного прохода трубопровода).

Камерные диафрагмы состоят из диска, прокладки и двух кольцевых камер. Кольцевые камеры измеряют давление до и после диафрагмы. Толщина диска равна 3 мм для трубопроводов диаметром D < 150 мм и 6 мм для трубопроводов диаметром 150 < D < 400 мм.

Сопла могут применяться для труб диаметром не менее 50 мм. Схема сопла представлена на рис. 32. Верхняя часть соответствует отбору импульсов давления при помощи кольцевой камеры, нижняя — отбор производится при помощи отверстий. Выпускают их малыми сериями.

Труба Вентури имеет постепенно сужающееся сечение, которое затем расширяется до первоначального размера. Вследствие такой формы потери давления в ней меньше, чем в диафрагмах и соплах. Труба Вентури состоит из входного и выходного конусов и цилиндрической средней части (рис. 33).

Труба Вентури называется длинной, если диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, и короткой, если он меньше диаметра трубопровода.

Сужающие устройства — простые дешевые надежные средства измерения расхода. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств может быть определена расчетным путем, поэтому отпадает необходимость в образцовых расходомерах. Сужающее устройство является индивидуальным для каждого расходомера.

Из перечисленных сужающих устройств наибольшее применение нашли диафрагмы, поэтому приведем примеры расчета диафрагмы для измерения расхода воды и влажного воздуха (газа).

Расчет сужающего устройства заключается в определении размеров его проходного отверстия.

1. Находим произведение коэффициента расхода а на отношение площади проходного сечения диафрагм к площади трубопровода а:

2. Рассчитываем критерии Рейнольдса, соответствующие расчетному и минимальному расходам:

3. По произведению ста с помощью графика (рис. 34) определяем значение а и а:

4. Рассчитываем потери давления от установки диафрагмы

Фактические потери давления от установки диафрагмы меньше допустимого значения.

1. Определяем диаметр прохода диафрагмы при рабочей температуре:

6. Находим диаметр прохода при температуре 20 °С:

7. Проверяем расчет по формуле:

1. Определяем плотность влажного воздуха:

2. Находим ориентировочное значение произведения ста, приняв коэффициент расширения е = 1:

1. Рассчитываем критерий Рейнольдса для расчетного и минимального расходов воздуха:
2. По графику (см. рис. 34) определяем ориентировочные значения а и а. Они равны соответственно 0,445 и 0,673.
3. Находим значение коэффициента расширения е по графику (рис. 36) - е = 0,975.
4. Уточняем значение произведения а а 8 = 0,292 . 0,975 = 0,287.

1. По уточненному произведению а а 8 определяем а и а (см. рис. 34):

Полученное значение меньше допустимого.

1. Рассчитываем потери давления от сужающего устройства (см. рис. 35): AP d = 55 %;

10. Проверяем расчет по формуле

Однотипные по устройству дифференциальные манометры и вторичные приборы могут быть использованы для различных условий измерения.

Расходомеры с сужающими устройствами универсальны, они применяются для измерения расхода практически любых однофазных (иногда и двухфазных) сред в широком диапазоне давлений, температур, диаметров трубопроводов.

Лекция

Измерение расхода жидкостей, газа и пара

Вопрос №1

Общие сведения

При измерениях, связанных с учетом количества вещества, важнейшими исходными понятиями являются количество вещества и расход.

Количество вещества можно измерять либо в единицах.массы [килограмм (кг), тонна (т)], либо в единицах объема [кубический метр (м 3), литр (л)]. Расход есть количество вещества, протекающего через сечение трубопровода в единицу времени. В соответствии с выбранными единицами может производиться измерение либо массового расхода G M (единицы кг/с, кг/ч, т/ч), либо объемного расхода G 0 (единицы м 3 /с, л/с, м 3 /ч). Единицы массы и массового расхода дают более полные сведения о количестве или расходе вещества, чем единицы объема, так как объем вещества, особенно газов, зависит от давления и температуры. При измерении объемных расходов газов для получения сопоставимых значений результаты измерения приводят к определенным (так называемым нормальным) условиям. Такими нормальными условиями принято считать температуру t н = = 20 °С, давление Р н = 101,325 кПа (760 мм рт. ст.) и относительную влажность φ = 0. В этом случае объемный расход обозначается G н и выражается в объемных единицах (например, м 3 /ч).

В соответствии с ГОСТ-15528 измерительный прибор, служащий для измерения расхода вещества, называется расходомером, а прибор для измерения количества вещества - счетчиком количества (счетчиком). В каждом конкретном случае к этим терминам следует добавлять наименование контролируемой среды. Во многих случаях показания расходомеров суммируются во времени и используются, как и показания счетчиков, для определения количеств израсходованного газа, отпущенной горячей воды или пара при проведении коммерческих расчетов или определении экономических показателей работы оборудования. Эта особенность использования расходомеров и счетчиков обусловили специфику нормирования их метрологических характеристик. В отличие от рассмотренных средств измерений у расходомеров и счетчиков в большинстве случаев нормируется предел основной относительной погрешности, который может зависеть от величины измеряемого расхода. В связи с этим для расходомеров вводится понятие динамического диапазона, в пределах которого задан предел основной относительной погрешности и который характеризуется отношением верхнего предела измерения G в.п. к нижнему G н.п. , G в.п. /G н.п. .

При измерении расхода в поток в большинстве случаев вводится рабочее тело, что приводит к потере давления, величина которого для приборов нормируется, так же как и необходимые длины линейных участков трубопровода до и после расходомера. Последнее требование связано с зависимостью показаний расходомеров от профиля скоростей потока в трубе.

Верхние пределы измерения расходов выбираются из ряда: А = а · 10 n , где а - одно из чисел 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; n - целое число положительное или отрицательное, включая нуль.

Существует большое разнообразие методов измерения расхода и конструктивных разновидностей расходомеров и счетчиков. Наибольшее распространение получили следующие разновидности расходомеров: переменного перепада давления с сужающими устройствами; постоянного перепада давления; тахометрические; электромагнитные; ультразвуковые; вихревые; массовые. Большинство выпускаемых в настоящее время расходомеров и счетчиков являются микропроцессорными приборами с широкими функциональными возможностями. Благодаря энергонезависимой памяти, измеренные значения суточных и месячных расходов веществ хранятся в течение 1-3 лет. Эта информация может вызываться на цифровой дисплей приборов, к их цифровому выходу могут подключаться ПК и принтеры. С использованием различных интерфейсов микропроцессорные расходомеры и счетчики соединяются с локальными компьютерными сетями, при этом информация от приборов может передаваться по телефонным и радиоканалам, оптическим кабелям.

Различные варианты передачи и приема цифровой информации от расходомеров и счетчиков осуществляются с использованием устройств сопряжения - адаптеров, модемов. Некоторые типы расходомеров имеют автономное питание от батарей и аккумуляторов, что позволяет устанавливать их в местах, где отсутствует электросеть или возникают перебои с подачей электричества

Вопрос №2

Измерение расхода жидкостей, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве

Основы теории измерения расхода по перепаду давления в сужающих устройствах Данный метод измерения расхода основан на зависимости перепада давления в неподвижном сужающем устройстве (СУ), устанавливаемом в трубопроводе, от расхода измеряемой среды. Это устройство следует рассматривать как первичный преобразователь расхода. Создаваемый в сужающем устройстве перепад давления измеряется дифманометром, который может быть показывающим со шкалой в единицах расхода. При необходимости дистанционной передачи показаний дифманометр снабжается преобразователем, который линией связи соединяется с вторичным прибором и другими устройствами. Метод измерения расхода является наиболее отработанным, сужающие устройства и дифманометры для них выпускают все крупнейшие приборостроительные фирмы мира. Для измерения расхода пара, газа, жидкостей в трубопроводах диаметром свыше 300 мм в основном используется этот метод.

Рассматриваемый принцип измерения заключается в том, что при протекании потока через отверстие сужающего устройства повышается скорость потока по сравнению со скоростью до сужения. Увеличение скорости, а следовательно, и кинетической энергии вызывает уменьшение потенциальной энергии и соответственно статического давления. Расход может быть определен при известной градуировочной характеристикепо перепаду давления Δр на сужающем устройстве, измеренному дифманометром. Использование рассматриваемого метода измерения требует выполнения определенных условий:

характер движения потока до и после сужающего устройства должен быть турбулентным и стационарным;

поток должен полностью заполнять все сечение трубопровода;

фазовое состояние потока не должно изменяться при его течении через сужающее устройство (пар является перегретым, при этом для него справедливы все положения, касающиеся измерения расхода газа);

во внутренней полости трубопровода до и после сужающего устройства не образуются осадки и другие виды загрязнений;

на поверхностях сужающего устройства не образуются отложения, изменяющие его геометрию.

Сужающие устройства условно подразделяются на стандартные, специальные и нестандартные. Стандартными называются сужающие устройства, которые рассчитаны, изготовлены и установлены в соответствии с руководящим нормативным документом ГОСТ 8.569.1-97. К числу специальных относятся стандартные диафрагмы для трубопроводов с внутренним диаметром менее 50 мм. Сужающие устройства, не относящиеся к этим двум группам, называются нестандартными. Градуировочная характеристика стандартных сужающих устройств определяется с помощью расчетов без индивидуальной градуировки. Этот момент обусловил широкое применение данного метода для измерения расходов воды, пара, газа в трубопроводах больших диаметров. Градуировочные характеристики нестандартных сужающих устройств определяются в результате индивидуальной градуировки.

Этому методу присущи следующие недостатки:

Узкий динамический диапазон, не превышающий трех-пяти при использовании одного дифманометра;

Диаметр трубопровода должен быть более 50 мм, в противном случае необходима индивидуальная градуировка;

значительные длины линейных участков;

наличие потери давления.

В качестве стандартных сужающих устройств для измерения расхода жидкостей, газов и пара используются диафрагмы, сопла и значительно реже трубы и сопла Вентури. Диафрагма (рис. 12.1, а) представляет собой тонкий диск с круглым отверстием, ось которого располагается по оси трубы. Передняя (входная) часть отверстия имеет цилиндрическую форму, а затем переходит в коническое расширение. Передняя кромка отверстия должна быть прямоугольной (острой) без закруглений и заусениц. Диапазон рабочих чисел Re зависит от относительного диаметра СУ и для диафрагмы он составляет от ".

Сопло (рис. 12.1, б) имеет спрофилированную входную часть, переходящую затем в цилиндрический участок диаметром d (его значение входит в уравнения расхода). Задняя торцевая часть сопла включает цилиндрическую выточку диаметром, большим d , для предохранения выходной кромки цилиндрической части сопла от повреждения. При измерении расхода стандартные сопла устанавливаются на трубопроводах диаметром не менее 50 мм, числа Re потока при этом должны составлять 2 · 10 4 ...10 7 .

Рис. 12.1. Стандартные сужающие устройства: а - диафрагма; б - сопло; в - сопло Вентури

Сопло Вентури (контур показан на рис. 12.1, в) содержит входную часть с профилем сопла, переходящую в цилиндри­ческую часть, и выходной конус (может быть длинным или укороченным). Минимальный диаметр трубопровода для стандартных сопл Вентури составляет 65 мм. Их используют в диапазоне чисел Re от 1,5 · 10 5 до 2 · 10 6 . На рис. 12.1 символами p 1 и р 2 отмечены точки отбора давлений, подаваемых на дифманометр.

Рассмотрим движение потока несжимаемой жидкости через сужающее устройство на примере диафрагмы (рис. 12.2). На рисунке показаны профиль потока, проходящего через диафрагму, а также распределение давления вдоль стенки трубы (сплошная линия) и по оси трубы (штрихпунктирная линия). После сечения А струя сужается и, следовательно, средняя скорость потока возрастает. Вследствие инерции струя продолжает сужаться и на некотором расстоянии после диафрагмы, место наибольшего сужения находится в сечении В. Увеличение скорости на участке АВ сопровождается уменьшением статического давления от первоначального значения р а до минимального значения р b .

После сечения В начинается расширение струи, которое заканчивается в сечении С. Этот процесс сопровождается уменьшением скорости и увеличением статического давления. В сечении С скорость примет первоначальное значение (как в сечении А), но давление р с будет меньше первоначального на р п , называемое потерей давления в сужающем устройстве. Наличие потери давления вызвано потерей энергии потока в мертвых зонах, находящихся до и за диафрагмой, из-за сильного вихреобразования в них. Для определения общей зависимости между расходом и перепадом давления предположим, что жидкость несжимаема (т.е. плотность жидкости не изменяется при прохождении через сужающее устройство), отсутствует теплообмен с окружающей средой, трубопровод горизонтален, нет потерь на сопротивление СУ, поле скоростей равномерное.

Рис. 12.2. Характер потока и распределение статического давления при установке в трубопроводе диафрагмы

Уравнение сохранения постоянства массового расхода (неразрывности) для несжимаемой жидкости, записанное для сечения A и на выходе диафрагмы, имеет вид:

где u D - начальная скорость потока в трубопроводе;

u d - скорость потока в отверстии СУ;

р - плотность среды;

G m - массовый расход.

Записанное для этих сечений уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения энергии для потока в трубе, имеет вид:

Обозначим в соответствии с ГОСТ 8569.2-97 относительный диаметр СУ черезранее квадрат этого отношения назывался относительной площадью или модулем т СУ. Используя (12.1), можно записать

тогда подставляя значение u D в (12.2), получаем:

Величина Е = 1/(1 - β 4) 0,5 называется коэффициентом скорости входа, f - минимальная площадь проходного сечения СУ. Рассчитанное по выражению (12.3) значение массового расхода получается завышенным из-за завышенного перепада давления на СУ, вызванного торможением потока, завихрениями на входе и выходе СУ. В связи с этим в уравнение (12.3) вводится коэффициент истечения С , меньший единицы.

Расчет массового расхода для несжимаемых сред производится по выражению

(12.4)

объемного

ранее произведение СЕ называлось коэффициентом расхода α.

Формулы (12.4), (12.5) справедливы для несжимаемых жидкостей. При измерении расхода газа, пара, воздуха их плотность после СУ снижается, объем увеличивается. При этом получается завышенное значение перепада, а следовательно, и расхода, для компенсации этого эффекта в формулы (11.4), (11.5) вводится коэффициент ε, меньший единицы и называемый коэффициентом расширения. Таким образом, расчетные соотношения для массового и объемного расхода сжимаемых сред имеют вид

(12.6)

объемного

(12.7)

Выражения (12.6), (12.7) являются основными уравнениями расхода, пригодными для сжимаемых и несжимаемых сред, для последних ε = 1. При определении по этим уравнениям расхода величины f , р, р, G m , G 0 имеют соответственно следующую размерность: м 2 , Па, кг/м 3 , кг/с, м 3 /с. Существующие конструкции сужающих устройств обеспечивают близкое к постоянным значения коэффициента истечения только в ограниченном интервале изменения чисел Рейнольдса (Re = uD / v , где v - кинематическая вязкость).

Значения С и е определены в результате экспериментальных исследований, проведенных на трубопроводах с гладкой внутренней поверхностью при распределении скоростей потока по сечению трубопровода, соответствующему установившемуся турбулентному режиму течения. В экспериментах использовались диафрагмы с острой входной кромкой.

Для геометрически подобных СУ при гидродинамическом подобии потоков измеряемой среды значения С одинаковы. Геометрическое подобие СУ состоит в равенстве отношений геометрических размеров СУ к диаметру трубопровода. Гидродинамическое подобие потоков имеет место при равенстве чисел Re. Значения коэффициентов истечения определялись во многих странах мира с использованием образцовых расходомерных установок, основанных на измерении массы G м или объема вещества G 0 , протекшего через СУ за фиксированный интервал времени. Коэффициент С рассчитывается по этим данным как отношение фактического расхода к теоретическому, рассчитанному по перепаду давления на СУ

Экспериментально коэффициент расширения e определяется на сжимаемой среде как отношение коэффициентов истечения сжимаемойсреды и несжимаемой при известных значениях

Поскольку для расчета сужающих устройств используются компьютерные программы, то экспериментально полученные значения С , ε описаны эмпирически. Коэффициент С выражен через две составляющие: С = C_K Re . Коэффициент С_ зависит только от B, a K Re меняется с изменением Re. Для диафрагмы с угловым отбором давления

(12.8) и (12.9)

Графики зависимостей СЕ = /(Re, (3) для диафрагм с угловым отбором давления, поскольку для диафрагм K Re зависит от способа отбора давления представлены на рис. 12.3 и в табл. 12.1. От него зависит также величина изменений K Re в области рабочих чисел Re. Если эти изменения у диафрагм с угловым отбором давления при β = 0,27...0,8 составляют соответственно 0,5...5 %, то при фланцевом отборе давления изменения составляют лишь 0,3...2 %. В таких же пределах меняется K Re у сопл, у сопл Вентури в рабочем диапазоне чисел Re С остается постоянным.

Поправочный множитель ε в общем виде зависит от β, показателя адиабаты æ и отношения Δр/р (р - абсолютное давление среды до сужающего устройства). Расчетное соотношение для ε определяется типом сужающего устройства и для диафрагмы независимо от способа отбора давления

Рис. 12.3. Зависимость СЕ для диафрагм с угловым отбором от Re и β:

1 ÷ 4 - β = 0,2; 0,4; 0,6; 0,8

Таблица 12.1

Таблица коэффициентов скорости входа Е и истечения С для диафрагм с угловым способом отбора давления

Таким образом, между расходом и перепадом давления в сужающем устройстве существует квадратичная зависимость, что позволяет дифманометры, измеряющие перепад давления градуировать в единицах расхода или получать пропорциональный расходу выходной сигнал. Такие дифманометры называются дифманометрами-расходомерами. Для получения равномерной шкалы расходомера в кинематическую или электронную схему дифманометров или вторичных приборов включаются различные типы устройств, извлекающих квадратный корень. В микропроцессорных дифманометрах помимо извлечения корня выполняется комплекс расчетных операций, связанных с учетом изменения плотности среды, коэффициента расширения и пр.

Необходимость извлечения квадратного корня является одним из недостатков метода измерения расхода по перепаду давления, обусловливающим суженный диапазон измерения расходомера, охватывающий обычно интервал 30... 100% максимального измеряемого расхода G в.п. Это означает, что использовать расходомер для измерения расходов в интервале 0...30 % его шкалы не рекомендуется, так как здесь не гарантируется достаточная точность измерения. Это вызвано тем, что в начале шкалы резко увеличивается относительная погрешность измерения перепада давленияДействительно, при уменьшении расхода отнапример, до 0,25 G в. п. в соответствии с (12.7) перепад давления в сужающем устройстве уменьшится в 16 раз, а при расходе - 100 раз, относительная погрешность измерения перепада также увеличивается соответственно в 16 и 100 раз. Точность расходомера обычно гарантируется только в пределах шкалы 30 ... 100%.

Реально существующая шероховатость трубопровода заостряет профиль скоростей и несколько увеличивает коэффициент истечения, особенно при малых диаметрах труб. Это учитывается умножением исходного коэффициента расхода на поправочный множитель К ш. Для всех типов сужающих устройств значение К ш увеличивается с уменьшением диаметра трубопровода и увеличением. Трубы диаметром D > 300 мм имеют малую относительную шероховатость (т.е. по свойствам приближаются к гладким), поэтому для них К ш = 1.

Изменение С , вызванное притуплением входной кромки диа­фрагмы, учитывается введением поправочного множителя К п на притупление входной кромки, значение которого зависит от диа­метра трубопровода и относительной площади диафрагмы. Значе­ние К п уменьшается с увеличением диаметра трубопровода иПри малых D и больших значениях β для диафрагм произведение К ш ·К п может превышать значение 1,03, причем в процессе эксплуатации это значение изменяется. Так, при загрязнении и коррозии трубопровода изменяется значение К щ, причем у диафрагм это влияние выражено сильнее, чем у сопл. Еще большие погрешности могут возникать при коррозии сужающего устройства или изменении его профиля за счет абразивных свойств среды, причем у диафрагм это также проявляется сильнее, чем у сопл. По этим причинам сужающие устройства должны изготавливаться из твердого коррозионно-стойкого материала.

Таким образом, общие уравнения расхода, учитывающие конкретные условия эксплуатации для диафрагм, имеют вид:

объемного

В уравнениях расхода для сопл и труб Вентури коэффициент К п отсутствует, т.е. К = 1. В показывающих дифманометрах - расходомерах и вторичных приборах, в которых отсутствуют вычислители, все величины, входящие в (12.11), (12.12), принимаются постоянными. В случае массового расхода

и

в случае объемного

В эксплуатационных условиях возможно изменение р, влияющее на коэффициенты k м , k 0 и градуировочную характеристику. Существенное изменение плотности среды обычно наблюдается при изменении температуры и давления газа. Если изменение плотности среды сопровождается изменением е, то в этом случае показания массового расходомера надо умножить на множитель

Расчет расходомеров переменного перепада давления сводится к определению диаметра отверстия и других размеров сопла или диафрагмы, коэффициента расхода, динамического диапазона из­мерения, определяемого числами Рейнольдса, перепада давления и потерь давления на сужающем устройстве, поправочного мно­жителя на расширение, а также погрешности измерения расхода газа. Для расчета должны быть заданы максимальный (предель­ный), средний и минимальный расходы, диапазоны изменения дав­ления и температуры газа, внутренний диаметр и материал изме­рительного трубопровода, состав газа или его плотность при нор­мальных условиях, допустимые потери давления или предельный перепад давления, соответствующий максимальному расходу, а также среднее барометрическое давление в месте установки дифманометра-расходомера.

Методика расчета. Перед началом расчета выбираем типы и классы точности дифманометра-расходомера, манометра и термо­метра. Расчет проводится следующим образом.

1. Определяем округленный до трех значащих цифр вспомога­тельный коэффициент С при подстановке в нее значения максимального (предельного) расхода Q н. пр , темпера­туры и давления, плотности газа при нормальных условиях ρ н , коэффициента сжимаемости Z и диаметра измерительного трубо­провода D :

При найденном значении С возможны два вида расчета: по заданному перепаду давления или по заданным потерям давления. Если задан предельный перепад давления Δр пр , то по номограмме рис. 11 определяем предварительное относительное сужение m (модуль) сужающего устройства по найденному коэффициенту С и заданному предельному перепаду давления на сужающем устройстве Δр пр , . Найденное предварительное значение модуля m подставляем в формулу по определению тα и вычисляем предварительный коэффициент расхода α .

2. Вычисляем с точностью до четырех значащих цифр вспомогательный коэффициент mα

где ε - поправочный множитель на расширение газа для верхнего предельного перепада давле­ния дифманометра Δр пр , ; Δр пр , - верхний предельный перепад дав­ления на сужающем устройстве, кгс/м 2 .

3. Определяем уточненное значение модуля m с точностью до четырех значащих цифр по формуле

m = mα/α .

4. По уточненному значению модуля m нахо­дим новое значение поправочного множителя на расширение е и вычисляем разность между первоначально вычисленным значени­ем ε и уточненным. Если эта разность не превышает 0,0005, то вычисленные значения m и ε считаются окончательными.

5. Определяем диаметр d отверстия диафрагмы при оконча­тельно выбранном m

6. Найденные значения коэффициентов расхода α , поправоч­ного множителя на расширение ε , диаметра d отверстия диафраг­мы, а также Δр пр , р 1 , Т 1 , р н и Z используем для определения расхода газа и проверяем расчет пре­дельного расхода газа Q н. пр . Полученное значение Q н. пр . не долж­но отличаться от заданного более чем на 0,2 %. Если найденное значение предельного расхода газа отличается от заданного бо­лее чем на 0,2 %, то расчет повторяется до получения требуемой погрешности расчета предельного расхода газа и параметров диа­фрагмы.

7. Определяем новые уточненные значения модуля m , диамет­ра d отверстия диафрагмы, а также коэффициента расхода α и повторно рассчитываем. Если уточненное расчетное значение предельного расхода газа не отличается от за­данного более чем на 0,2 %, то уточненные значения m , d и α , фик­сируются в расчетном листе сужающего устройства.

8. Рассчитываем минимальное и максимальное числа Рейнольдса и сравниваем минимальное число Рейнольдса с граничными значениями

9. Определяем толщину диафрагмы Е , ши­рину цилиндрической части диафрагмы е ц , ши­рину кольцевой щели с , а также размеры коль­цевых камер a и b .

10. Выбираем длины прямых участков измерительных трубо­проводов до и после диафрагмы.

11. Рассчитываем погрешность измерения расхода

Полученные данные фиксируются в расчетном листе сужающего устройства и являются основой для его изготовления и мон­тажа.

Блок учета газа

Предназначен для коммерческого учета газа (измерения его расхода). Число линий измерения зависит в основном от числа выходных газопроводов из ГРС. Техническое выполнение блоков измерения расхода газа должно соответствовать «Правилам изме­рения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими ус­тройствами» РД50-213-80.

Отношение площади отверстия сужающего устройства F 0 к пло­щади поперечного сечения газопровода F Г называется модулем т (или относительной площадью): m = F 0 /F Г .

На газопроводах в качестве сужающего устройства применяют диафрагму диаметром не менее 50 мм при условии, что ее модуль имеет следующие пределы:

m = 0,05-0,64 - для диафрагм с угловым способом отбора перепада давления и газопроводов с D у = 500-1000 мм;

т = 0,04 - 0,56 - для диафрагм с фланцевым способом отбора перепада давления и газопроводов с D y = 50 -760 мм.

Рис. 27 - График температура-энтальпия природного газа

Чем меньше модуль, тем выше точность измерения расхода газа, но при этом больше потери давления Δр в диафрагме.

Диаметр отверстия диафрагмы независимо от способа перепада давления принимают d ≥ 12,5 мм, а отношение абсолютного давления на выходе из диафрагмы и на входе в нее ≥0,75.

В газопроводе вблизи диафрагмы необходимо соблюдать следу­ющие условия:

1) должно быть обеспечено турбулентное и стационарное дви­жение потока газа на прямых участках;

2) не должны иметь место изменения фазового состояния потока газа, например конденсация паров с последующим выпадением конденсата;

3) не должны скапливаться внутри прямых участков газопровода осадки в виде пыли, песка и т. п.;

4) не должны образовываться на диафрагме отложения (напри­мер, кристаллогидраты), изменяющие ее конструктивные параметры.

Однако на внутренней стенке газопровода, в месте установки сужающего устройства, отложение твердых кристаллогидратов впол­не возможно. И это приводит к появлению существенной погрешности измерения расхода газа и снижению пропускной способности тру­бопровода, а также к закупорке импульсных линий.

При проектировании узла учета газа ГРС, работающего в режиме гидратообразования, необходимо предусмотреть меры, исключающие гидратообразование. Предупредить их возникновение можно с по­мощью подогрева газа, ввода в газопровод ингибиторов, продувки сужающего устройства. В газопроводе следует предусматривать отверстие для удаления осадков или конденсата. Диаметр такого отверстия не должен превышать 0.08D 20 , а расстояние от него до отверстия для измерения перепада давления должно быть не менее D 20 или найдено по табл. 6. Оси этих отверстий не следует распо­лагать в одной плоскости, проходящей через ось трубы.

Между местным сопротивлением на газопроводе и диафрагмой должен быть прямой участок, под длиной которого понимают расстояние между торцевыми поверхностями диафрагмы и мес­тного сопротивления (рис. 28). Границей местных сопротивлений считают:

1) для колена - сечение, проходящее перпендикулярно к оси газопровода через центр радиуса изгиба;

2) для вварных сужений и расширений - сварной шов;

3) для тройника под острым углом или разветвляющегося по­тока - сечение, расположенное на расстоянии двух диаметров от точки пересечения осей трубопроводов;

4) для вварной группы колен - сечение, находящееся на рас­стоянии одного диаметра от сварного шва ближайшею к диафрагме колена.

Рис 28. Схема установки диафрагмы 1 - манометр, 2 - термометр, 3 - местное сопротивлние

В соответствии с требованиями Правил РД50-213-80 измери­тельный участок газопровода должен быть прямым и цилиндричес­ким, с круглым сечением Действительный внутренний диаметр участка перед диафрагмой определяют как среднее арифметическое результатов измерений в двух поперечных сечениях непосредственно у диафрагмы и на расстоянии от нее 2D 20 , причем в каждом из сечений не менее чем в четырех диаметральных направлениях Результаты отдельных измерений не должны отличаться от среднего значения более, чем на 0,3% Внутренний диаметр участка на длине 2D 20 после диафрагмы может отличаться от внутреннего диаметра участка до диафрагмы не более чем на ±2%.

Предельные отклонения по внутреннему диаметру труб не должны превышать соответству­ющих предельных отклонений по наружному диаметру, т. е. ±0,8%. Допускается сопряжение отверстий фланца и трубопровода по конусу, имеющему уклон в сторону диафрагмы не более 1:10 и плавные скругления на концах.

Уплотнительные прокладки между диафрагмой и фланцами не должны выступать во внутреннюю полость газопровода. При уста­новке диафрагмы между насадными фланцами конец газопровода должен непосредственно примыкать к ней.

Температуру за сужающим устройством измеряют на расстоянии не менее 5D 20 , но не более 10D 20 от его заднего торца. Диаметр гильзы термометра не должен превышать 0,13D 20 . Глубина погру­жения гильзы термометра (0,3 - 0,5)D 20 .

Внутренняя кромка отверстия для отбора давления в газопроводе, во фланце и в камере не должна иметь заусенцев, рекомендуется ее закруглить по радиусу r = 0,ld отверстия. Угол между осями отверстия и камерной диафрагмы 90°.

Размер d (диаметр отдельного отверстия) при модуле т < 0,45 не должен превышать 0,03D 20 , а при модуле m > 0,45 находиться в пределах 0,01D 20 d < 0.02D 20 .

Если расстояние между коленами превышает 15D 20 , то каждое колено считается единичным; если же оно меньше 15D 20 , то данную группу колен рассматривают как одноместное сопротивление данного типа. При этом внутренний радиус кривизны колен должен быть равен диаметру трубопровода или больше его. Сокращенная длина прямого участка перед диафрагмой для любого типа сопротивлений, кроме гильзы термометра, должна быть менее 10D 20 .

Расход газа в общем виде

где Q M и Q V , - массовый и объемный расходы газового потока; а - коэффициент расхода диафрагмы; ξ- коэффициент расши­рения газа; d - диаметр отверстия диафрагмы; ΔP - перепад давления на диафрагме; ρ - плотность газа.

Помимо диафрагм для измерения расхода газа применяются су­жающие устройства в комплекте с дифманометрами, а также ма­нометры.

Устройство сужающее быстросменное (УСБ). В комплекте с дифманометром это устройство (рис. 29) позволяет измерять расход газа, транспортируемого через ГРС, измеряя перепад давления, возникающий на диафрагме, и регистрируя его дифманометром.

Рис. 29 - Устройство сужающее быстросменное УСБ 00.000.

1 - корпус: 2, 18 - петли; 3 - фланец: 4, 16 - накладки: 5. 9 - прокладки: б - гайка колпачковая: 7. 11 - кольца резиновые: 8 - шпильки: 10 - диафрагма: 12 - пробки: 13 - манжета: 14 - патрубок: /5 - ручка: 17 - крышка: /9 -табличка.

Отбор давления газа перед диафрагмой производится из полости Б плюсовой камеры, выполненной в корпусе камер, а за диафраг­мой - из полости В минусовой камеры во фланце (рис. 29). Осуществляется отбор давления из этих полостей через отверстия выше горизонтальной оси диафрагмы (рис. 29) А- А, а статического давления - из полости Б через отдельное отверстие (рис. 29) Б-Б.

Герметичность между плюсовой и минусовой камерами обеспе­чивается равномерным прижатием резинового кольца к плоскости фланца шпильками. Движение газа по газопроводу вызывает до­полнительное прижатие диафрагмы скоростным напором. Окно для извлечения диафрагмы уплотняется прокладкой. Предварительное поджатие прокладки обеспечивается шпильками. При возрастании давления в трубопроводе прокладка дополнительно поджимается к поверхности плюсовой камеры. Для того чтобы предотвратить закусывание прокладки резьбой шпильки, предусмотрена медная ман­жета.

Стык между фланцем и корпусом герметизируется Уплотнитель­ным кольцом. Дренажные линии расположены в нижней части УСБ. Импульсные и дренажные линии заглушаются технологическими пробками. Облегчить выполнение монтажных и демонтажных работ накладки с D y = 200 мм и выше позволяют две ручки.

Накладка предназначена для увеличения жесткости и центровки крышки, а петля служит для установки крышки в рабочее положение.

Манометры дифференциальные сильфонные самопишущие (ДСС). Используют для измерения расхода газа на ГРС по перепаду давления в стандартных сужающих устройствах.

Чувствительной частью этих дифманометров является сильфон­ный блок, принцип действия которого основан на зависимости между измеряемым перепадом давления и упругой деформацией винтовых цилиндрических пружин, сильфонов и торсионной трубки. Схема самопишущего сильфонного дифманометра и устройство силь­фонного блока приведены на рис. 30.

Сильфонный блок имеет две полости (+ и -), разделенные основанием 8 и двумя узлами сильфонов 5 и //. Оба сильфона жестко соединены между собой штоком 12, в выступ которого упирается рычаг 7, закрепленный на оси 2. Вывод оси из полости рабочего давления осуществляется при помощи торсионной трубки /, внутренний конец которой сварен с осью 2. а наружный - с основанием торсионного вывода. Конец штока 12 при помощи втулки соединен с блоком диапазонных винтовых цилиндричес­ких пружин 10. Движение штока рычагом 7 преобразуется в поворот оси 2, который через систему рычагов воспринимается стрелкой самопишущего или показывающего прибора. Внутренняя полость сильфонов и основания, к которому они присоединены, заполнена жидкостью, состоящей из 33% чистого глицерина и 67% дистиллированной воды. Температура замерзания такой смеси 17°С.

Оба сильфона имеют специальные клапанные устройства, на­дежно удерживающие при односторонних перегрузках жидкость от перетекания из сильфона. Клапанное устройство состоит из конуса на донышке сильфона и уплотняющего резинового кольца 6. При односторонней перегрузке конический клапан сильфона с Уплотни­тельным кольцом садится на конусное седло основания и перекры­вает проход перетоку жидкости из сильфона, предохраняя его от разрушения.

Для уменьшения влияния температуры на показания приборов вследствие изменения объема жидкости сильфон 5 имеет темпера­турный компенсатор. Каждому номинальному перепаду давления соответствует определенный диапазонный пружинный блок 9.

Регулировка сильфонных дифманометров осуществляется путем изменения длины регулируемых поводков. Установка стрелки расхода на нуль достигается изменением угла наклона рычага 4. Нулевому положению прибора соответствует угол наклона, равный 28". Верхний предел измерения регулируют изменением длин тяги 3.

Блок одоризации

Для своевременного обнаружения утечек газа в соединениях газопровода, в сальниках запорной и регулирующей арматуры, в соединениях контрольно-измерительной аппаратуры и т. д. к при­родному газу необходимо добавлять вещества с резким неприятным запахом, называемые одорантом. В качестве такового применяют этилмеркаптан, пенталарм, каптан, сульфан и др., чаще всего - этилмеркаптан (его химическая формула C 2 H 5 SH), который пред­ставляет собой бесцветную прозрачную жидкость со следующими основными физико-химическими свойствами:

Минимальное количество одоранта в газе должно быть такое, чтобы в помещении ощущалось присутствие газа при концентрации, равной 1/5 нижнего предела взрываемости, что соответствует для природного газа 16 г одоранта на 1000 м 3 газа.

В настоящее время в качестве одоранта применяют синтетический этилмеркаптан, имеющий ту же химическую формулу C 2 H 5 SH и являющийся дефицитом. Вместо него используют разработанный ВНИИГАЗом одорант СПМ (ТУ 51-81-88), который представляет собой смесь низкокипящих меркаптанов: 30% этилмеркаптана и 50-60% изо-и н.-пропилмеркаптанов и 10-20% изобутилмеркаптанов. Промышленные испытания одоранта СПМ показали, что эффективность его выше, чем этилмеркаптана при одной и той же норме расхода: 16 г на 1000 м 3 газа.

За рубежом в качестве одорантов широко применяют смеси меркаптанов С 3 - С 4 . Установлено, что они химически более ста­бильны, чем этилмеркаптан.

Зимой она обычно больше, чем летом. В начальный период эксплуатации вновь построенного газопровода норма одоризации также бывает недостаточной.

Для одоризации газа применяют одоризаторы капельного типа (ручные), универсальный УОГ-1 и автоматический АОГ-30.

Одоризационная установка капельного типа. Является универ­сальной, но применяется в основном при расходах газа более 100000 м /ч. Одоризационная установка состоит из (рис. 33) рас­ходной емкости 5 с запасом одоранта, представляющей собой ци­линдрический сосуд с уровнемерной трубкой 13, которая служит для определения количества одоранта, находящегося в емкости, и его расхода в единицу времени: смотрового окна /6 и соответству­ющей обвязки с импульсными трубками и вентилями; подземной емкости 7 для хранения одоранта и вентилей 8, 10 для подключения шлангов при переливе одоранта из расходной емкости в подземную.

Универсальный одоризатор газа типа УОГ-1 (рис. 34). При прохождении основного потока газа через расходомерную диафрагму, на которой создается перепад давления, под действием которого при соединении плюсовой и минусовой полостей диафрагмы обра­зуется ответвленный поток газа. Этот поток протекает через инжекторный дозатор, в котором используется в качестве эжектирующего потока.

Последний, проходя через дозатор по кольцевому зазору, создает в нем разрежение, под действием которого в га­зопровод с ответвленным потоком через фильтр и поплавковую камеру из параллельно расположенных емкостей (расходной и из­мерительной, имеющей уровнемерное стекло и шкалу для контроля расхода одоранта в единицу времени) поступает одорант.

Поплавковая камера предназначена для ликвидации влияния уровня одоранта на дозирование. С этой целью поплавковую камеру и дозатор располагают таким образом, чтобы сопло, через которое одорант поступает в дозатор, совпадало с уровнем одоранта, под­держиваемым в поплавковой камере с помощью поплавка. При заполнении камеры одорантом поплавок перемещается вниз и открывает клапан. При нормальной работе дозатора поплавок совер­шает колебательное движение с амплитудой 3-5 мин и частотой, пропорциональной расходу одоранта.

Для того чтобы уменьшить расход одоранта дозатор снабжен клапаном, который на заданное время перекрывает поступление одоранта в инжектор. Клапан управляется посредством мембран. При подаче импульсного давления в полость А (см. рис. 35) клапан перекрывает проход одоранту; при сбросе давления из полости А мембрана под действием давления одоранта возвращается в исходное положение и клапан открывает проход одоранту.

Задатчиком давления в полости А дозатора служит система управления, состоящая из реле времени, регулируемой емкости и клапана.

Газ из выходного газопровода поступает в узел подготовки газа для питания пневмосистемы одоризатора. Узел подготовки состоит из фильтра, редуктора и манометра. Газ в этом узле очищается, давление редуцируется до давления питания, равного 2 кгс/см 2 .

Цикличность подачи команды на клапан дозатора регулируется перемещением поршня регулируемой емкости; отношение времени всего цикла ко времени открытого положения клапана - дросселем с помощью секундомера и манометра.

Ниже приведены технические характеристики одоризаторов УОГ-1 и АОГ-30

Техническая характеристика универсального одоризатора УО Г- 1
Рабочее давление газа, кгс/см 2 ............ 2-12
Перепад давления на диафрагме, кгс/см 2 , при макси­мальном расходе газа 0.6
Пропускная способность по одоранту, см 3 /ч.. 57-3150
Максимальный расход газа на питание установки, м 3 /ч 1
Точность одоризации, % ± 10
Температура окружающего воздуха. ° С. . . .	.... От -40 до 50
Габаритные размеры, мм: длина.............	.... 465
ширина.................	.... 150
высота.................	. . 800
Масса, кг...................	. . 63
Техническая характеристика автоматической одоризационной установки АОГ-30
Рабочее давление газа, кгс/см 2 ............	2-12
Пропускная способность по одоранту, см /ч....
Отношение наибольшего расхода одорируемого газа к наименьшему..................... Номинальное число ходов плунжера насоса в 1 мин. Точность одоризации, %................	5:1 От 4 до 12 ±10
Максимальный расход газа на питание установки, м 3 /ч
Температура окружающего воздуха, °С........	От -40 до 50

Блок одоризации. Состоит из дозатора одоранта, поплав­ковой камеры, смотрового окна, фильтра одоранта, вентиля, крана шарового, фильтра, редуктора, манометров, реле времени, регули­руемой емкости и клапана.

Дозатор одоранта (рис. 35). Представляет собой инжектор, куда одорант подается через сопло 1, а эжектирующий поток газа - по кольцевому зазо

ру. Уплотнение камер дозатора выполняется резиновыми кольцами 3.

Работа дозатора с системой управления перекрытием потока одоранта осуществляется с помощью клапана 5 и седла 4. Пружина 8 обеспечивает герметичность перекрытия клапана 5 с седлом 4. Давлением в полости А осуществляется закрытие седла под действием перемещения мембраны 7. При сбросе давления из полости А клапан 5 возвращается в исходное положение. Под действием давления одоранта перемещается мем­брана 6.

Дозатор снабжен муфтой 9, за счет вращения которой изменяется зазор Т между соплом 1 и смесителем 10. Размер зазора Т изменяется при тарировании дозатора по производительности, после окончания которой положение муфты 9 фиксируется контргайкой 2.

Поплавковая камера (рис. 36). Состоит из корпуса с крышкой, внутри которого размещен герметично запаянный поплавок, при­крепленный к штоку с помощью шплинта. Шток снабжен золотником, который садится на седло в верхнем положении. В крышке на кронштейне установлен датчик системы сигнализации. В прорези датчика перемешается флажок, который, пересекая рабочую зону датчика, вызывает его срабатывание.

Смотровое окно (рис. 37). Состоит из корпуса, втулки и стек­лянной трубки. Герметизация элементов смотрового окна осущес­твляется с помощью резиновых уплотнительных колец.

Фильтр одоранта (рис. 38). Представляет собой цилиндрический корпус с крышкой, в которую ввернута кассета с сетчатым доныш­ком. Кассета заполнена фильтрующим элементом - стекловатой. Крышка герметизируется уплотнительным кольцом. Нижняя часть корпуса используется в качестве отстойника и имеет вентиль для слива отстоя.

Рис. 39. Реле времени.

/ - дроссель: 2 - промежуточное кольцо: 3, 5 - мембраны: 4 -

шток: б - крышка: 7 - фланец: 8 - винт: 9 - направляющие: 10 -

пружина: 11 - клапан: 12 - кнопка запуска

Реле времени (рис. 39). Давление газа подается в полость, образованную промежуточным кольцом и двумя мембранами, ко­торые жестко соединены винтами через фланец и кольцо со штоком. Шток имеет осевое и радиальное отверстия. Под действием пружины шток находится в верхнем положении и упирается во фланец.

Газ через осевое отверстие в штоке и дроссель поступает в полость, образованную крышкой и мембраной, на которую и давит. Шток перемешается вниз и открывает клапан сброса. Для запуска реле времени предусмотрена кнопка.

Регулируемая емкость (рис. 40). Состоит из корпуса, крышек, поршня, винта и уплотнительных колеи. Предназначена для регу­лирования подачи одоранта в газопровод.

Клапан (рис. 41). Основными элементами его являются мембраны, которые имеют разные аффективные площади и образуют две полости: Л и б, соединенные между собой клапаном через регули­рующий дроссель. Проходное сечение дросселя регулируется иглой. Игла перемещается с помощью винта с маховиком. На лицевой стороне маховика имеется шкала. Двумя винтами указатель шкалы укреплен на корпусе клапана.

Измерительная емкость (рис. 42). Представляет собой цилиндрический сосуд с уровнемерной стеклянной трубкой, снаб­женной шкалой 2. Стеклянная трубка защищена кожухом и уплот­няется резиновыми кольцами.

Пропорциональный одоризатор газа ОГП-02. Предназначен для автоматического ввода одоранта (этилмеркаптана) в поток приро­дного газа (пропорционально его расходу), чтобы придать газу специфический запах, который будет способствовать обнаружению утечек. Одоризатор ОГП-02 может эксплуатироваться на открытом воз­духе в умеренно холодном климате на объектах, с условным давлени­ем 16 кгс/см 2 и с расходом газа от 1000 до 100 000 м 3 /ч.

Одоризатор состоит (рис. 43) из дозатора и контрольной емкости. В дозаторе размещены сопло и регулятор уровня одоранта. Внутри контрольной емкости находятся поплавок из нержа­веющей стали, штанга, на верхней час­ти которой закреплен магнит. По внеш­ней поверхности трубки скользит маг­нитный указатель уровня одоранта.

Принцип работы одоризатора ОГП-02 заключается в следующем (рис. 43, 44). Одорант поступает из контрольной емкости через вентиль до тех пор, пока уровень его не перекроет нижнюю кромку регулятора уровня. В дозаторе с помощью регулятора уровня и технологической обвязки ем­костей поддерживается постоянный, заданный, уровень одоранта. Подача его в газопровод осуществляется за счет перепада давления на расходо­мерной диафрагме с помощью пере­тока газа из камеры «плюс» по им­пульсной трубке, соплу, сборнику, по трубкам через камеру «минус» в га­зопровод. Поток газа из сопла, проходя через слой одоранта, выносит пары и мелкие капельки его в сборник, а из него - в газопровод.

Пополнение дозатора одорантом осуществляется из расходной и контрольной емкости при открытом вентиле.

Настройка одоризатора на требуемую степень одоризации газа осуществляется за счет изменения как толщины слоя одоранта над верхним концом сопла регулятором уровня, так и потока газа через сопло вентилем.

Расход одоранта в любой момент времени за определенный интервал (15-30 мин) можно измерить с помощью контрольной емкости, закрыв вентиль. Одоризатор на расход одоранта пропор­ционально расходу газа настраивается два раза: при переходе с зимнего расхода газа на летний, и наоборот.

В дальнейшем расход одоранта в зависимости от изменения расхода газа регулируется автоматически.

Техническое обслуживание одоризатора ОГП-02 сводится к пе­риодической заправке рабочей емкости одорантом и последующему запуску одоризатора в работу.

Рис. 44. Схема одоризатора газа ОГП-02.

/ - дозатор: // - рабочая (расходная) емкость. /// - контрольная емкость. 1 - 10 - вентили.

Блок переключения

Предназначен, во-первых, для защиты системы газопроводов потребителя от возможного высокого давления газа; во-вторых, для подачи газа потребителю, минуя ГРС, по байпасной линии с при­менением ручного регулирования давления газа во время ремонтных и профилактических работ станции.

Блок переключения состоит из кранов на входном и выходном газопроводах, обводной линии и предохранительных клапанов. Как правило, этот блок должен располагаться в отдельном здании или под навесом,защищающем его от атмосферных осадков.

Предохранительные клапаны. На газопроводе монтируют два предохранительных клапана, один из которых является рабочим, другой - резервным. Применяют клапаны типа CППK (специаль­ный полноподъемный предохранительный клапан) (рис. 45; табл. 10) и ППК (пружинный полноподъемный предохранительный кла пан). Между предохранительными клапанами ставят трехходовой вентиль типа КТРП, всегда открытый на один из предохранительных клапанов. Между газопроводом и клапанами отключающая арма­тура устанавливаться не должна. Пределы настройки предохрани­тельных клапанов должны превышать номинальное давление газа на 10%.

В процессе эксплуатации клапаны следует опробовать на сра­батывание один раз в месяц, а в зимнее время - один раз в 10 дней с записью в оперативном журнале. Проверку и регулировку предохранительных клапанов проводят два раза в год. о чем делают соответствующую запись в журнале.

На шток предохранительного сбросного клапана СППК4Р (рис. 45), с одной стороны, действует давление газа из выходного газо­провода, а с другой - усилие сжатой пружины. Если давление газа на выходе из ГРС превысит заданное, то газ, преодолевая усилие сжатой пружины, поднимает шток и соединяет выходной газопровод с атмосферой. После снижения давления газа в выходном газопроводе шток под действием пружины возвращается в исходное положение, перекрывая проход газа через сопло клапана, разобщая таким образом выходной газопровод с атмосферой. В зависимости от давления настройки предохранительные клапаны комплектуют сменными пружинами (табл. 11). Таблица 11 - Выбор пружин для предохранительных клапанов типа СППК и ППК

Клапан	Давление настройки, кгс/см	Номер пружины	Клапан	Давление настройки. кгс/см 2	Номер пружины
СППК4Р-50-16	1.9-3.5		ППК4-50-16	1,9-3,5
	3.5-6.0			3,5-6,0
СППК4Р-80-16	2.5-4.5			6,0-10,0
	4.5-7,0			10,0- 16,0
СППК4Р-100-16	1 ,5-3,5		ППК4-80-16	2,5-4,5
	3,5-9,5			4,5-7,0
СППК4Р-150-16	1,5-2,0			7.0-9.5
	2,0-3,0			9.5-13.0
	3,0-6,5		ППК4-100-16	1.5-3.5
СППК4Р-200-16	0,5-8,0			3.5-9.5
				9.5-20
			ППК4-150-16	2.0-3.0
				3.0-6.5
				6.5-11.0
				11 - 15,0

Таблица 12 - Габаритные и присоединительные размеры, мм, и масса клапанов типа ППК4

Помимо клапанов типа СППК широко применяют пружинные предохранительные фланцевые клапаны типа ППК-4 (рис. 46. табл. 12) на условное давление 16 кгс/см 2 . Клапаны этого типа снабжены рычагом для принудительного открытия и контрольной продувки газопровода. Пружина регулируется регулировочным винтом.

Давление газа из газопровода поступает под запорный клапан, который удерживается в закрытом положении пружиной через посредство штока. Натяжение пружины регулируется винтом. Ку­лачковый механизм позволяет производить контрольную продувку клапана: поворотом рычага усилие через валик, кулачок и направ­ляющую втулку передается на шток. Он поднимается, открывает клапан и происходит продувка, которая указывает, что клапан работает и сбросной трубопровод не засорен.

Клапаны ППК-4 в зависимости от номера установленной пру­жины могут настраиваться на срабатывание в диапазоне давлений от 0,5 до 16 кгс/см 2 (табл. 13).

Пропускная способность предохранительных клапанов G. кг/ч:

G - 220Fp .

где F- сечение клапана, см, определяемое для клапанов полно­подъемных при h ≥ 0,25d по зависимости F = 0,785d 2 ; для неполноподъемных при h ≥ 0,05d - F = 2,22dh ; d - внутренний диаметр седла клапана, см; h - высота подъема клапана, см; р - абсолютное давление газа, кгс/см 2 ; Т - абсолютная температура газа, К; М - молекулярная масса газа, кг.

Для сброса газа в атмосферу необходимо применять вертикаль­ные трубы (колонки, свечи) высотой не менее 5 м от уровня земли; которые выводят за ограду ГРС на расстояние не менее 10 м. Каждый предохранительный клапан должен иметь отдельную вы­хлопную трубу. Допускается объединение выхлопных труб в общий коллектор от нескольких предохранительных клапанов с одинако­выми давлениями газа. При этом общий коллектор рассчитывают на одновременный сброс газа через все предохранительные клапаны.

Краны. Устанавливаемые в блоках переключения, а также на других участках газопроводов ГРС краны различаются по видам приводов (табл. 14).

1) кран типа 11с20бк и 11с20бк1 - с рычажным приводом (рис. 47, табл. 15);

2) кран типа 11с320бк и 11с320бк1 - с червячным приводом (редуктором) (рис. 48; табл. 16);

3) кран типа 11с722бк и 11с722бк1 - с пневмоприводом (рис. 49; табл. 17);

4) кран типа 11с321бк1 - для бесколодезной установки (рис. 50; табл. 18);

5) кран типа 11с723бк1 - для бесколодезной установки (рис. 51 табл. I9)

Рис. 47. Краны 1c20бк и 11с20бк1.

1 - корпус; 2 - пробка; 3 - нижняя крышка: 4 - регулировочный винт; 5 - шпиндель 6- обратный клапан для смазки: 7 - смазочный болт. 8 - рычаг:9 - сальник.

Рис. 48. Краны 11с320Бк и 11с320бк1.

1- корпус: 2 - пробка: 3 - нижняя крышка; 4- регулировочный винт: 5 - червячный сектор: б - червяк. 7 - маховик: 8 - смазочный болт: 9 - обратный клапан: 10 - кор­пус редуктора: 11 - сальник. 12 - шпиндель: 13 - крышка.

Рис. 49. Краны 11с722бк (а) и 11с722бк1 (б) с D у 50 и 80 мм.

/ - корпус: 2 - пробка: 3 - пята; 4 - шарик. 5 - установочный винт; 6 - стяжной болт: 7 - колпачок; 8 - нижняя крышка: 9 - сальниковая набивка: 10 - шпиндель: 11 - кронштейн: 12 - рычаг; 13- ви лка: 14 - шток: 15 - пневм опривод; 16 - мультипликатор: 17 - конечный выключатель; 18 - ниппель. /- исполнение фланцевых кранои 1с722бкс D у 50, 80, 100 мм.

Рис. 50 Кран 11с321бк1

Все перечисленные краны изго­тавливают с концами как для флан­цевого соединения (обозначение оканчивается буквами «бк»), так и под приварку (обозначение оканчи­вается буквами и цифрой «бк1»). Корпус крана выполняют из стали, а пробку - из чугуна. Краны мон­тируют при температуре окружаю­щей среды от -40 до 80° С.

На кранах с обводом устанав­ливают проходной кран D у = 150 мм для облегчения открывания основ­ного крана путем выравнивания давления по обе стороны от затвора. Обводный кран соединяется с кор­пусом основного крана обводными трубами.

Кран с пневмоприводом состоит из узла крана, пневмопривода и мультипликатора. В случае необхо­димости управление краном осущес­твляется вручную с помощью ма­ховика. Пневмопривод шарнирно со­единен с корпусом крана и обеспечивает возвратно-поступательное движение штока и поворот рычага, жестко связанного со шпинделем шпонкой. Положение штока регулируется вилкой, шарнирно соеди­ненной с рычагом.

На крышке редуктора установлен конечный выключатель, от­ключающий электрический ток в цепи управления при конечных положениях пробки крана.

Мультипликатор предназначен для подачи специальной смазки в полость под верхней крышкой, а также в канавки корпуса и пробки. Смазка обеспечивает герметичность и облегчает поворот

пробки. Для наполнения мультипликатора специальной смазкой, по мере ее расходования, применяется пневматический нагнетатель смазки.

Узел крана состоит из следующих основных деталей: корпуса, пробки, нижней крышки и регулировочного винта, который поджи­мает пробки к уплотнению корпуса. Кран с рычажным (ручным) приводом состоит из узла крана, редуктора или рукоятки.

Основным узлом трехходовых кранов, используемых на ГРС, является запорный, состоящий из корпуса, пробки и редуктора.

6) На ГРС применяют также и шаровые краны (рис. 52), преимущества которых перед другими в простоте конструкции, прямоточности, низком гидравлическом сопротивлении, постоянстве взаимного контакта уплотнительных поверхностей. Отличительные особенности шаровых кранов от других:

1) корпус и пробка крана благодаря сферической форме имеют

меньшие габаритные размеры и массу, а также большую прочность;

2) конструкция кранов со сферическим затвором менее чувст­вительна к неточностям изготовления и обеспечивает гораздо лучшую герметичность, так как поверхность контакта уплотнительных по­верхностей корпуса и пробки полностью окружает проход и герме­тизирует затвор крана;

3) изготовление этих кранов менее трудоемко. В шаровых кранах с кольцами из пластмассы отпадает необходимость п притирке уплотнительных поверхностей. Обычно пробку хромируют или по­лируют.

Шаровые краны отличает от других большое разнообразие кон­струкций. Можно выделить два основных типа кранов: с плавающей пробкой и с плавающими кольцами.

Шаровые краны типа KШ-10 и КШ-15 предназначены для отключения трубопроводов, технологического, контрольного и пред­охранительного оборудования.

Герметичность запорного узла (шаровая пробка-седло) обеспе­чивается плотным охватом части сферической поверхности шаровой пробки седлом с некоторым натягом за счет способности материала седла деформироваться при скреплении деталей крана стяжными болтами. Материалами для изготовления седла могут быть фторо­пласт, винипласт, резина или другие, обладающие свойствами плас­тической деформации, близкими к свойствам названных материалов. В случае износа уплотнительных поверхностей седла и утраты герметичности запорным узлом конструкция крана предусматривает возможность восстановления герметичности за счет удаления одной или двух прокладок, установленных с двух сторон между корпусом и крышкой.

Алексинским заводом «Тяжпромарматура» освоен серийный вы­пуск шаровых кранов с D y - 50, 80, 100. 150. 200. 700, 1000. 1400 мм на р у - 80 кгс/см 2 модернизированной конструкции с пробкой в опорах и уплотнением из эластомерного материала (полиуретана или других материалов с высокой износостойкостью).

Корпуса кранов с D y - 50 - 200 мм штампованные, с фланцевым разъемом, а с D у = 700. 1000. 1400 мм - цельносварные, из штампованных полусфер (рис. 53). Применяемые в кранах блоки управления (БУЭП-5; ЭПУУ-6) не требуют дополнительной обвязки в условиях эксплуатации, так как имеют встроенную клеммную коробку и конечный выключатель. Безбаллонная конструкция при­водов значительно сократила расход дефицитной гидрожидкости для гидросистемы кранов. Кроме того, в кранах применены ручные гидравлические насосы принципиально новой конструкции.

Рис. 52. Кран шаровой КШ без смазки.

1- корпус: 2 - шаровая пробка (поворотный затвор). 3 - седло: 4 - шпин­дель; 5 - крышка (фланги): б - рукоятка: 7 - уплотнительная прокладка: 8. 9 - уплотнительные резиновые кольца: 10 - болт: 11 - прокладка

Завод изготавливает следующие шаровые краны:

МА39208 - D У 50, 80, 100, 150, 200 мм; р у 80 кгс/см 2 ; с ручным и пневмоприводом

МА39003 - D у 300 мм; р у 80 кгс/см 2 ; с ручным и пневмоприводом MA39113 - D у 400 мм; р у 160 кгс/см 2 ; с пневмогидроприводом

MA39I12 - D у 1000 мм; p у 80 и 100 кгс/см 2

MA39183 - D у 700 и 1400 мм: р у 80 кгс/см 2

МА39096 - Dу 1200 мм; р у 80 кгс/см 2

МА39095 - D у 1400 мм; р у 80 кгс/см 2

МА39230 - D у 50. 80. 100. 150. 200 мм; p у 200 кгс/см 2

Краны шаровые МА39208 с ручным управлением D y - 50, 80, 100, 150 мм; р у 80 кгс/см 2 предназначены для применения в качестве запорного устройства на трубопроводах, транспортирующих приро­дный газ (табл. 20). В конструкции кранов большое число ориги­нальных устройств. Узел крана D y 50, 80. 100. 150 мм состоит из двух компактных штампованных полукорпусов с одним разъемом, наличие одного разъема уменьшает вероятность разгерметизации узла крана относительно внешней среды. Герметизация центрального разъема осуществляется резиновым уплотнением специальной формы.

Конструкция запорного органа выполнена по схеме «пробка в опорах», с самосмазывающими подшипниками скольжения из металлофторопласта. Уплотнение затвора из полиуретана, который

Рис. 53. Шаровой кран с пневмогидроприводом.

1- корпус крана: 2 - редуктор ручной: 3 - маховик; 4 - труба колонны. 5 - удлинитель; 6 - колонна: 7 - трубопровод для подачи герметика в уплотнение: 8 - гидропривод: 9 - масляные баллоны

Таблица 20- Габаритные, присоединительные размеры, мм, и масса шаровых кранов

0,	p У	О	D 1	А		L	С	Н	H,	Масса, кг
с пневмогидроприводом	с руч­ным приво­дом
	80- 160	190- 205					2155 (360)			580 (470)
							2215 (440)			820 (650)
	80- 125		386-398				2420 (625)	2815 (1020)	-	1475- 1480	-
							2530 (935)	3670 (2055)	3570 (1975)	4000 (3600)	3800 (3400)
							2610 (1015)	3970 (2375)	-	5560 (5110)	-
	80- 100		978- 988				2480 (1180)	4010 (2770)	-	10815 (10020)	-
									-		-
									-		-

Примечание. Размеры и масса в скобках - для кранов надземной установки

запрессован в металлическое седло. Мягкие полиуретановые уплот­нения затвора обладают высокой износоустойчивостью, стойкостью к абразивному износу, эрозионностойкостью и обеспечивают на­дежную герметичность затвора во всех диапазонах давлений. Поджатие седел к затвору осуществляется за счет давления транспор­тируемой среды и усилия пружин, служащих для надежной гер­метичности затвора при низких давлениях. Краны изготавливаются с ручным приводом, представляющим собой рычаг. Ниже приведена техническая характеристика крана.