Теория учета газа

Сегодня отечественный рынок промышленных счетчиков газа перенасыщен предложением. Что является не только благом, но и создает определенные трудности. В этих условиях не существует, а, возможно, и не должно существовать единого мнения относительно того, какие средства измерений использовать предпочтительнее.

В то же время практическая работа по согласованию технических условий с представителями газовых служб, проектно-монтажных организаций и рядовыми потребителями свидетельствует о том, что основная проблема зачастую состоит не в разнообразии подходов и мнений, а в элементарном дефиците информации по вопросам применения и эксплуатации. Это обстоятельство и натолкнуло на мысль сделать серию публикаций, которые разъяснили бы наиболее часто возникающие неясности в подборе оборудования, дискуссионные вопросы нормативной базы и нарисовали бы общую рыночную ситуацию, сложившуюся с измерительным газовым оборудованием.

Данная статья посвящена теоретическим вопросам, а также интересным моментам в истории развития счетчиков газа с начала XX в. до настоящего времени.

Обычно мы часто подменяем два понятия для обозначения средств измерений: «счетчик» и «расходомер». В чем же разница между этими терминами? Для разъяснений обратимся к одному из классиков теоретической школы -Кремлевскому П.П. В его работе «Расходомеры и счетчики количества» поясняется, что «прибор, служащий для измерения расхода вещества, называется расходомером, а прибор для измерения количества вещества счетчиком количества или просто счетчиком…».

Другим краеугольным камнем теории счетчиков и расходомеров является понятие «нормального», или «приведенного» объема. Понимание его создает основу для правильного подбора оборудования в соответствии с техническими условиями. При измерениях количества вещества, в особенности газов, плотность которых сильно зависит от давления и температуры, применяют коррекцию на величину t и P соответственно. Принято результаты измерения приводить к одним и тем же стандартным, или так называемым нормальным условиям. Ранее такими условиями были температура 0 ОC и давление 760 мм рт. ст., теперь же в соответствии с ГОСТ 2939-63: температура 20 ОC и давление 101325 Па (760 мм рт. ст.), что является более целесообразным. Отсюда в обиходе употребляется термин - «нормальный кубический метр» и соответствующее обозначение «нм3», что не соответствует ГОСТу, определяющему ставить индекс «п»(приведенный) или индекс «н» (нормальный) у буквы, обозначающей объем V или объемный расход Q.

Правила подбора любого счетчика, будь он отечественного или импортного производства -абсолютно одинаковы и не зависят от производителя. В технических условиях на узел учета, как правило, обозначают приведенные максимальный и минимальный расходы газа, а также пределы изменения давления, температурный диапазон измеряемой среды и эксплуатации. Как же грамотно подобрать счетчик? Можно воспользоваться таблицами пропускной способности либо программами автоматического подбора. Но если их нет под рукой, то необходимо определить рабочий расход при стандартном давлении 0,1 МПа, поскольку данный принцип заложен в основу классификации счетчиков газа. Для этого, принимая температуру газа за константу, необходимо приведенный расход разделить на абсолютное давление газа в трубопроводе в единицах кгс/см2: Qраб=Qприв./Pабс.

Приведем пример 1, начальные условия для которого следующие: максимальный приведенный расход газа составляет 800 м3/ч; минимальный приведенный расход газа - 40 м3/ч, давление газа в трубопроводе - 0,2 МПа.

Во-первых, определим абсолютное давление газа в трубопроводе по формуле Pабс=Ризб+Ратм, где Ризб - избыточное давление газа, Ратм - атмосферное давление.

В нашем примере Ризб=0,2 МПа, поскольку в технических условиях давление газа всегда дается в избыточных единицах, а Ратм=0,1 Μ а; отсюда Pабс=0,3 МПа.

Кроме того, для простоты вычислений переведем МПа в кгс/см 2 (1 МПа=10 кгс/см 2), соответственно Pабс=3 кгс/см2.

Определяем поочередно максимальное и минимальное значения рабочего расхода: Q™Ј=800/3=267 м3/ч, Qminраб=40/3=13 м3/ч.

Получив значения, пока отложим вычисления и поговорим о классификации счетчиков. Отечественный ГОСТ 28724-90 предусматривает следующие принципы классификации:

Х-ХХ-ХХХ,

где Х - название прибора; XX - условный проход счетчика; XXX - максимальный рабочий расход.

Приведем пример 2. СТГ 80-160 (соответственно СТГ - название счетчика, 80 - условный проход счетчика в мм, 160 - максимальный рабочий расход в м3/ч). Европейская система классификации отличается от российской. Согласно нормам стандартов СЭВ классифицировать счетчики принято по номинальному (60% от максимального) расходу, обозначаемому литерой G, строго соблюдая стандартный размерный ряд, единый для максимального и номинального расхода (...65, 100, 160, 250, 400, 650, 1000, 1600...).

Возьмем для примера счетчик одного из европейских производителей TZ/Fluxi DN 80 G 100 (TZ/Fluxi - название счетчика, DN 80 - условный проход счетчика в мм, G 100 - номинальный расход в м3/ч). Максимальный расход для данного счетчика составляет 160 м3/ч, т.е. это счетчики с сопоставимыми параметрами расхода. Указанная разница стандартов и обозначений нередко создает путаницу при замене производителя прибора в проекте. Хотя при обозначении бытовых мембранных счетчиков уже давно перешли на европейскую систему классификации.

Кроме того, существует стандартный размерный ряд условных проходов промышленных счетчиков газа: ...25, 40, 50, 80, 100, 150... Отечественные производители приборов учета предпочитают в основном придерживаться его, за исключением, пожалуй, Ивано-Франковского завода «ПромПрилад» (Украина), имеющего в своей линейке счетчики с условным проходом 125 мм и расходом 800 м3/ч.

Вернемся к результатам вычислений в примере 1. Максимальный рабочий расход 267 м 3/ч попадает в интервал между 250 и 400 м3/ч. Счетчик подбирается по наибольшему из значений выбранного интервала.

Таким образом, уже известно, что нам необходим счетчик с максимальным расходом 400 м3/ч. Получаем:

Х-ХХ-400 (для российского счетчика), X-XX-G 250 (для импортного прибора).

На следующем этапе определяем условный проход счетчика. Эта позиция нередко уже обозначена в технических условиях как рекомендуемый диаметр газопровода. Допустим 80 или 100 мм. Использовать счетчик меньшего условного прохода, безусловно, предпочтительнее,

поскольку и стоимость самого прибора и всех монтажных работ существенно снижается. Однако не всегда в подобных ситуациях есть выбор. Например, на линейке счетчиков «Сигнал» такой выбор есть. В частности, есть счетчик СТГ 80-400 и СТГ 100-400. Данное техническое решение принято называть «больший расход на меньшем условном проходе», в указанном случае разработка принадлежит Actaris, GMBH. Отсюда: Х-80(100)-400.

Окончательный выбор счетчика связан с понятием динамического диапазона измерения. Речь идет о соотношении максимального и минимального рабочего расхода. Нам осталось определить попадает ли минимальный рабочий расход, вычисленный на основании данных технических условий, в интервал измерений конкретного прибора. Как правило, производитель приводит эти данные в руководстве по эксплуатации на оборудование. Например, минимальная граница рабочего расхода для счетчика СТГ 80-400 составляет 13 м3/ч, что не более полученного нами ранее значения О^б. а диапазон измеряемых расходов счетчика составляет 1:30.

Теперь несколько усложним задачу, добавив сезонные колебания давления газа. Примем, что в зимний период давление газа падает до 50 кПа или 0,05 МПа. В подобных ситуациях нужно определять значения рабочего расхода для каждого значения давления, а потом брать наименьшее из значений О^б и наибольшее из xраб, либо сразу вычислять значения для наиболее «жестких» условий эксплуатации, т.е. делить максимальный расход на минимальное давление и наоборот. Для примера 1 получим: раб=800/1,5=533 м3/ч, Q™Ј =40/3=13 м3/ч.

По максимальному расходу выбранный счетчик уже не подойдет. А поскольку полученное значение Qmaxраб=533 м3/ч попадает в интервал 400...650 м3/ч, то необходим счетчик с максимальным рабочим расходом 650 м3/ч (для импортного - обозначение G 400).

Безусловно, сезонные колебания давления газа негативно сказываются на метрологической точности измерений и стоимости коммерческого узла учета, поскольку требуются средства измерений с расширенным диапазоном измеряемых расходов применительно к счетчикам газа и измеряемых давлений применительно к корректорам по давлению и температуре. Как правило, в летний период потребление газа существенно падает в связи с отсутствием нужды в отоплении, а зимой потребление, напротив, возрастает, а давление газа соответственно падает. В ряде случаев, если не позволяет диапазон счетчика, то приходится ставить два счетчика газа на один узел учета. Например, мембранный счетчик на лето и турбинный счетчик на зиму. К сожалению, производители не могут себе позволить изготовить счетчик, охватывающий любой (достаточно широкий) диапазон. Существующие технологии таковы, что стандартом для мембранных счетчиков газа является диапазон 1:160; для большинства ротационных -1:30, 1:50, 1:100; для турбинных счетчиков -1:30; для вихревых - 1:50, 1:100; для ультразвуковых - 1:30, 1:50, 1:100. В общем случае определиться с типом оборудования возможно, предварительно определив диапазон рабочих расходов на основании технических условий.

Теперь вернемся к примеру 1, диапазон составляет 1:20. Поэтому с большой долей вероятности подойдет турбинный счетчик, более дешевый и менее капризный в эксплуатации. Если же диапазон расходов выше 1:30, Вам следует остановиться на ротационном, вихревом либо ультразвуковом счетчике газа. Следует, однако, иметь в виду общую закономерность, что чем шире диапазон и соответственно точнее механика ротационного счетчика, точнее пьезоэлектрические датчики вихревых приборов, тем лучше должна быть газоподготовка, специально подобранная запорная арматура, «мягкий» пуск газа, повышенные требования к эксплуатирующему персоналу и пр.

Все вышесказанное позволяет утверждать, что нет плохих либо хороших счетчиков: у каждого прибора есть своя рыночная ниша.