Градуировка и поверка измерительных приборов

Основные характеристики приборов определяются и про­цессе специальных испытаний, включающих градуировку, при которой находится зависимость между показаниями прибора и значениями измеряемой величины. По результатам испытаний составляют градуировочную характеристику прибора в виде таблиц, графиков или формул.

Для приборов, имеющих линейную статическую характери­стику, обычно используют заранее изготовленные шкалы и гра­дуировка состоит практически в регулировке отдельных эле­ментов с целью обеспечения наименьшей погрешности.

При нелинейности статической характеристики проводят ин­дивидуальную градуировку каждого прибора, в процессе кото­рой определяют основную и дополнительные погрешности приборов, а также значения поправок для исключения (умень­шения) систематических погрешностей. Если необходимо изба­виться и от погрешности обратного хода, градуировку осуществ­ляют раздельно при прямом и обратном ходах.

 

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

 

Контрольно-измерительными приборами называются устройства, предназначенные для измерения и контроля величин параметров технологических процессов и физико-химических характеристик продукции и окружающей среды.

При добыче нефти и газа оператору необходимо измерять и контролировать большое число параметров и показателей, таких как температура, давление, расход, состав, теплотворная способ­ность, плотность и температуры точек росы газа по воде и углево­дородам, а также содержание взрывоопасных и токсичных компо­нентов в окружающем воздухе. Эти параметры и показатели опре­деляют номенклатуру наиболее широко применяемых контрольно-измерительных приборов.

По характеру выполняемых функций контрольно-измеритель­ные приборы могут быть разделены на показывающие и регист­рирующие. Показывающие приборы отражают на соот­ветствующей шкале или иным способом величины контролируе­мых параметров. Регистрирующие приборы помимо это­го осуществляют автоматическую запись этих величин. Иногда ука­занные функции совмещаются с функциями сигнализации, регу­лирования и блокировки.

По способу применения различают стационарные и перено­сные контрольно-измерительные приборы. Стационарные приборы монтируют на определенном объекте. Они являются неотъемлемой частью технологического оснащения объекта. Пе­реносные приборы используют при необходимости прове­дения каждого конкретного измерения.

Выпускаемые отечественной промышленностью приборы вхо­дят в государственную систему приборов (ГСП). Государственная система приборов основана на комплексе унифицированных бло­ков, приборов и устройств.

На промыслах применяют электрические, пневматические и гидравлические приборы, которые различаются по виду энергии, используемой для формирования сигнала. Имеются также приборы и устройства, не требующие вспомогательных источников энер­гии. В них для образования сигналов используют энергию контро­лируемой среды. Все электрические и пневматические сигналы стандартизированы. Измерительные устройства приборов ГСП состоят из первичных преобразователей (датчиков) и вторичных измерительных приборов. В датчиках измеряемая величина преоб­разуется в электрический, пневматический или гидравлический сигнал. Во вторичном измерительном приборе поступивший от датчика сигнал преобразуется обычно в механическое перемеще­ние указателя и пишущего пера. В приборах без вспомогательной энергии действие контролируемой среды сразу преобразовывает­ся в перемещение стрелки или в механическое перемещение пи­шущего пера.

На промыслах используют как механические показывающие и самопишущие приборы (простые по конструкции и удобные при обслуживании), так и электрические. Преимущества электриче­ских приборов: возможность передачи показаний на большие расстояния, централизация и одновременность измерения многочис­ленных и различных по своей природе величин. Поэтому по способу отсчета измеряемой величины приборы можно разделить на показывающие и регистрирующие (записывающие) на месте ус-тановки прибора или дистанционно в диспетчерском пункте. В автоматизированных системах управления промыслом приборы при помощи специальных устройств сигнализируют (световой или зву­ковой сигнал), регулируют измеряемый параметр или отключают соответствующий участок технологической линии.

На скважинах и в технологических установках операторы измеряют и контролируют давление, разрежение, перепады давлений, температуры, расходы газа и жидкостей (конденсата и воды).

Приборы для измерения избыточного давления называются манометрами. Их разновидности, служащие для измерения полного (абсолютного) давления, называются манометрами абсолютного давления; для измерения давления ниже атмосферного (вакуума) — вакуумметрами, для измерения избыточного давления и вакуума — мановакуумметрами, для измерения разности давлений (перепада) — дифференциальными манометрами, или дифманометрами. Приведем единицы измерения давления в системе СИ основная — ньютон на метр квадратный (Н/м²). Общеупотребительными в промысловой практике являются также дополнительные величины: килограмм-сила на сантиметр квадратный (кгс/см²), миллиметры ртутного и водного столба (мм рт. ст., мм вод. ст.).

По принципу действия приборы для измерения давления и разрежения подразделяются на следующие виды:

• жидкостные, давление или разрежение в которых уравнове­шивается массой столба жидкости;

• поршневые — давление уравновешивается силой (грузом, противодавлением), действующей на поршень определенного се­чения;

• пружинные — давление уравновешивается силой упругой деформации чувствительного элемента (мембраны, трубчатой пру­жины, сильфона и подобных устройств);

• комбинированные приборы, в которых применен смешан­ный принцип действия;

• электрические — основаны на изменении электрических свойств или преобразовании воздействия давления в электриче­ский параметр при помощи соответствующих датчиков.

По назначению приборы разделяются на рабочие (или техни­ческие), контрольные и образцовые.

Для измерения давлений от 0,05 до 200 МПа на промыслах используют, как правило, пружинные и электрические приборы. К пружинным приборам относятся приборы с трубчатой одновитковой пружиной (пружина Бурдона). Конструкция такого ма­нометра показана на рис. 87, а. Действие его основано на использовании зависимости между упругой деформацией одновитковой трубчатой пружины и внутренним давлением.

В показывающих манометрах чувствительным элементом слу­жит трубка овального или эллиптического сечения, согнутая в кольцо. Один конец трубки 10 соединен с ниппелем 6, предназ­наченным для подключения к источнику давления, а второй за­крыт заглушкой и заглушен.

 

Рис. 87. Конструкции пружинного (а) и мембранного (б) манометров:

1 — спиральная пружина; 2 — зубчатый сектор; 3 — шарнир; 4 — тяга;

5 — основание; 6 — ниппель; 7 — стрелка; 8 — шкала; 9 — корпус;

10— трубка; 11 — кронштейн; 12 — верхний фланец;

13 — нижний фланец; 14 — мембрана; 15 — стойка;

 

При воздействии давления на внутреннюю полость пружины сечение трубки 10 деформируется, трубка 10 стремится к развора­чиванию по направлению от центра, а ее свободный конец пере­мещается на величину, пропорциональную измеряемому давлению. При измерении вакуума трубка 10, наоборот, скручивается. Пере­мещение трубки 10 преобразуется во вращательное движение стрел­ки 7 при помощи передаточного механизма, состоящего из шарни­ра 3, тяги 4, зубчатого сектора 2 и шестерни. На оси шестерни закреплена стрелка 7. Устранение зазоров в шарнирных и зубчатых зацеплениях обеспечивается спиральной пружиной 1, укреплен­ной одним концом на оси, а другим на кронштейне 11. Поворот показывающей стрелки 7 отсчитывается по круговой шкале 8. Для обеспечения определенного угла поворота стрелки 7 передаточный механизм регулируют изменением положения точки крепления по­ворота (тяги 4)в прорези нижнего плеча зубчатого сектора. Газ под давлением подводится через ниппель 6, который имеет наружную резьбу для соединения прибора с объектом измерения. Ниппель 6 составляет одно целое с основанием 5 прибора. На основании 5 смонтирован весь измерительный механизм и в него впаяна пру­жина. Корпус 9 прибора круглой формы также крепится к основа­нию 5. На основании 5 установлена шкала 8 и вставлена застеклен­ная крышка. Под действием давления газа трубка 10 раскручивает­ся, тянет поводок тяги 4, вращает зубчатый сектор 2. Зубчатый сектор 2 вращает шестерню с насаженной на ее ось стрелкой 7. Стрелка 7 указывает на шкале 8 циферблата измеряемое давление. На шкалах технических и контрольных манометров нанесены значения давления в Н/м² (Па) или в кгс/см². Шкалы образцовых манометров разделены на 100 или 300 делений.

Манометры технические (МТ) имеют погрешность от 1 до 6 % от максимального показания шкалы. Работают они в условиях тряс­ки, вибрации при температуре окружающей среды от —50 до + 60 ^оС. Манометры контрольные (МК) предназначены для проверки ис­правности действия технических манометров. Допустимая погреш­ность составляет ±1 % предела измерения. Манометры образцовые (МО) служат для проверки других манометров, имеют высокий класс точности (0,16; 0,25; 0,4; 0,6%) и используются для прове­дения точных измерений.

Приборы с многовитковой пружиной относятся к техничес­ким приборам и используются в качестве самопишущих. Принцип действия их основан на изменении деформации многовитковой пружины под действием давления. Применяют манометры геликсные (МГ), манометры самопишущие трубчатые многовитковые (МСТМ), манометры трубчатые самопишущие (МТС).

Манометры мембранные (ММ) применяют при измерении давлений газа, содержащего агрессивные примеси. В качестве чув­ствительного элемента в них используется упругая пластина — мембрана, которая одновременно выполняет функцию раздели­теля (рис. 87, б). В нижний фланец 13 ввинчен штуцер, которым манометр подключают к источнику давления. Между фланцами 12 и 13 закреплена мембрана 14. Передаточный механизм прибора со стрелкой собран в корпусе. Давление, действующее снизу, вызы­вает прогиб мембраны вверх, перемещение стойки 15 и всех эле­ментов передаточного механизма, аналогичного по устройству однотрубчатым манометрам.

К электрическим приборам относятся электроконтактные манометры (ЭКМ), которые используют для сигнализации или позиционного регулирования давления. На шкале показаний дав­ления в плоскости перемещения показывающей стрелки имеют­ся два передвижных контакта. К контактам и стрелке подведен электрический ток. В электрическую схему вне манометра вклю­чено устройство светового или звукового предупреждения. В схе­му может быть включено и реле для управления задвижкой или краном с электроприводом. Когда показывающая давление стрелка не касается контактов, цепь разорвана. Если давление достигает заданного предельного, стрелка манометра сомкнётся с контак­том, цепь замкнется и включится либо сигнал, либо привод зад­вижки. В первом случае оператор должен соответствующим обра­зом отрегулировать давление, во втором это произойдет автома­тически.

Для измерения перепадов давления применяют поплавковые, мембранные и сильфонные дифференциальные манометры. Диф­ференциальные поплавковые манометры (ДПМ) состоят из трех основных частей: измерительной, передаточного механизма от поплавка к стрелке прибора, пневматического датчика для дис­танционной передачи показания или управления процессом.

Поплавковый дифференциальный манометр (рис. 88, а) имеет два металлических сосуда 8 и 11, соединенных трубкой 10. В «плю­совом» сосуде 8 большого диаметра давление выше, чем в «мину­совом» сосуде 11. Под действием перепада давлений ртуть из плю­сового сосуда 8 вытесняется в минусовый сосуд 11. Поплавок 7 при этом опускается. Перемещение поплавка 7 механическим (пнев­матическим или электрическим) способом передается счетному устройству прибора. В приборе используется механический преоб­разователь перемещения поплавка 7 с помощью рычага 6, кото­рый поворачивает ось 4, выведенную из сосуда с давлением через уплотнительную муфту 5. Эта ось через редуктор вращает стрелку прибора.

Рис. 88. Конструкция дифференциальных манометров:

а — поплавкового: 1 — запорные вентили; 2 — уравнительные вентили;

3 и 9 — пробки; 4 — ось; 5 — муфта уплотнительная; 6 — рычаг;

7 — поплавок; 8 — сосуд большого диаметра (плюсовой); 10 — трубка;

11 — сосуд малого диаметра (мину­совой); 6 — мембранного:

1 — запорные вентили; 2 — импульсные трубки; 3 — индукционные катушки; 4 — плунжер; 5 — стержень; 6 — мембранные коробки;

При электрическом способе преобразования на поплавке 7 монтируется шток из немагнитного материала и сердечника. Пе­ремещение сердечника внутри немагнитной трубки вызывает из­менение электродвижущей силы, которое регистрируется с по­мощью вторичного прибора. Для получения разных пределов из­мерения при одном и том же ходе поплавка 7 делают минусовые сосуды различного диаметра и высоты. Верхняя часть дифманометра имеет вентильную головку, состоящую из двух запорных 1 и одного уравнительного 2 вентилей. Запорные вентили 1 служат для отключения сосудов прибора от источника давления, переда­ющегося через импульсные трубки. При открытии уравнительно­го вентиля 2 плюсовой и минусовой сосуды сообщаются.

Применяют поплавковые дифманометры не­скольких типов. Дифманометр ДП-280 — показывающий при­бор. Приборы моделей ДП-410 и ДП-610 снабжены устройства­ми для записи расхода на дисковой диаграмме. Привод диаг­раммы в модели ДП-410 осуществляется часовым механизмом, в модели ДП-610— синхронным двигателем, работающим от сети переменного тока. Полный оборот диаграммы совершается за сутки. Поплавковые дифманометры ДП-430 и ДП-630 обес­печивают одновременную запись расхода и статического давле­ния. Для определения суммарного расхода поплавковые дифма­нометры снабжают интегрирующим устройством (модели ДП-781 и ДП-712). Пределы измерения статического давления у дифманометров ДП-430 и ДП-630 составляют 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10,0 и 11,0 МПа.

Пределы измерения перепадов давлений — от 40 мм рт. ст. до 0,1 МПа, погрешность приборов 1,0— 1,5 %. После установки дифманометра и опрессовки импульсных трубок сбрасывают давле­ние и через отверстие заливают ртуть. Чтобы определить, всплыл ли предохранительный клапан, расположенный под поплавком 7, и проходит ли ртуть из камеры высокого давления в сменный сосуд, открывают отверстие для слива ртути. Если ртуть будет вы­текать из отверстия, значит предохранительный клапан всплыл. Ртуть, вытекающую при проверке, необходимо вновь залить в камеру высокого давления.

Дифманометр включают в следующей последовательности. Сна­чала открывают уравнительный вентиль 2, затем запорные венти­ли 1. После этого уравнительный вентиль 2 закрывают.

Отключают дифманометр следующим образом. Открывают урав­нительный вентиль 2, после чего закрывают вентили на входе в прибор, а затем у источника давления.

При работе прибора необходимо периодически заполнять перья чернилами и один раз в 5 — 6 дней проверять нулевое положение стрелок. При проверке нулевого положения необходимо плотно зак­рыть запорные вентили, а потом открыть уравнительный вентиль 2.

Поплавковые дифманометры надежны в работе, однако их экс­плуатация осложняется в связи с использованием ртути, пары которой очень токсичны. Поэтому современным решением явля­ется применение безртутных дифманометров, в основном мемб­ранных.

Мембранные дифманометры ДМ (рис. 88, б) — бесшкальные приборы, преобразующие разность давлений в электрическую ве­личину, измеряемую вторичным прибором. Чувствительный элемент — мембранный блок, состоящий из двух коробок 6, каждая из которых сварена из двух мембран одинакового профиля. Внут­ренние полости коробок заполнены дистиллированной водой с глицерином, они сообщаются между собой. Центр верхней мемб­раны через стержень 5 связан с плунжером 4, который может пе­ремещаться внутри индукционных катушек 3. Газ под давлением поступает в камеры прибора по импульсным трубкам 2, имею­щим запорные вентили 1. Под действием разности давлений в плюсовой (нижней) и минусовой (верхней) камерах нижняя ко­робка сжимается, жидкость из нее перетекает в верхнюю короб­ку, вызывая перемещения сердечника. Измеряемая разность дав­лений уравновешивается силами упругой деформации мембран­ных коробок 6. При односторонних перегрузках коробки не по­вреждаются, так как обе мембраны складываются по профилю, вытесняя при этом всю жидкость во вторую коробку.

Дифманометры типа ДМПК (мембранные, пневматические, компенсационные) — первичные бесшкальные приборы, пред­назначенные для непрерывного измерения контролируемого пе­репада давления и преобразования его в пропорциональное дав­ление сжатого воздуха. На промыслах применяют дифманометры ДМПК-100 и ДМПК-ЮОА, рассчитанные на статическое давле­ние до 10 МПа. Приборы состоят из измерительного узла и пнев-мопреобразователя. Измерительные узлы подобны приборам ДМ и состоят из двух мембранных коробок, заполненных жидкостью (раствор глицерина в дистиллированной воде). В дифманометре ДМПК-ЮОА предусмотрена защита от агрессивной среды в поме­щении, где установлен прибор, путем продувки сжатого воздуха через защитный кожух.

Дифманометры унифицированной системы ГСП выполняют следующие функции: пневматические ДМ-П преобразуют пере­пад давления и расход газа в пневматический сигнал дистанцион­ной передачи; электрические ДМ-Э преобразуют давление газа, а ДМ-ЭР преобразуют расход газа в пропорциональный сигнал по­стоянного тока; частотные ДМ-Ч преобразуют перепад давления и расход газа в частоту переменного тока дистанционной переда­чи. Чувствительным элементом приборов служит резинотканевая мембрана. Дифманометры построены по блочному принципу с использованием унифицированных преобразователей ДС-П(Э). Конструкция приборов позволяет настраивать их на различные пределы изменения. Дифманометры всех типов работают в комп­лекте с вторичными приборами.

 

Для измерения температуры вещества используют термометры. По принципу действия различают:

• термометры расширения, основанные на использовании свойства вещества изменять свой объем при изменении темпера­туры;

• манометрические термометры, в которых использован эф­фект изменения давления вещества в замкнутом сосуде при изме­нении температуры; термометры сопротивления, в основу кото­рых положено свойство вещества изменять электрическое сопро­тивление при изменении температуры;

• термоэлектрические пирометры, действующие по принципу регистрации величины термоэлектродвижущей силы, возникаю­щей в термопаре при изменении температуры;

• пирометры излучения, основанные на использовании луче­испускательной способности тел при изменении температуры.

Жидкостные стеклянные термометры применяют для измере­ния температур от —100 до +650 °С. В зависимости от формы ниж­ней части термометры расширения разделяются на прямые (тип А) и угловые (тип Б) с углом изгиба 90 или 135° (рис. 89, а, б). Разновидностью стеклянных жидкостных термометров являются электроконтактные термометры (рис. 89, в).

Они устроены так же, как обычные, но имеют два или три конца впаянных в футляр платиновой проволоки. Один из концов впаян в нижней части капилляра, а другие — на уровнях тех значений температуры, о достижении которых требуется сигнализировать исходя из условий данного технологического процесса. При изменении темпера­туры столбик жидкости, поднимаясь или опускаясь, замыкает контакты между концами платиновой проволоки, посылая элект­рический сигнал о заданной предельной температуре.

Рис. 89. Жидкостные стеклянные термометры:

а — прямой; б — угловой; в — электроконтактный;

 

В манометрических термометрах (рис. 90) в качестве датчика используют устройство, состоящее из стального или латунного термобаллона 1, практически не деформирующегося под действием давления, помещенного в защитную гильзу 2 с зажимом 3. Термо­баллон 1 соединен с чувствительным элементом — полой спиралью 5 вторичного прибора (манометра) стальной или медной капиллярной трубкой 4. Термобаллон 1 заполняют жидкостью или газом. Если термобаллон 1 заполнен азотом, термометр называют газовым; если спиртом или ксилолом — жидкостным; если низкокипящей жидкостью — паровым.

При изменении температуры в месте установки термобаллона 1 изменяется давление находящегося в нем вещества. Это изменение давления через капиллярную трубку 4 передается чувствительному элементу вторичного прибора, шкала которого отградуирована. Манометрические термометры обладают большой инерционностью, их показания могут запаздывать на 40 — 80 с. Поэто­му эти термометры можно применять для контроля температур, изменение которых происходит достаточно медленно.

 

Термометры сопротивления разделяются на платиновые (ТСП), медные (ТСМ) и полупроводниковые (термисторы).

Медные термометры сопротивления представляют собой цилиндрический стер­жень из изоляционного материала, на который намотана медная эмалированная проволока диаметром 0,1 мм. К концам проволоки припаяны медные выводы, которые присоединены к контактам головки термометра. Стержень с проволокой помещен в металли­ческую арматуру. В платиновых термометрах в качестве чувстви­тельного элемента используют платиновую проволоку диаметром 0,05 — 0,07 мм или ленту, поперечное сечение которой составляет 0,002-0,005 мм².

Рис. 90. Конструкция манометрического термометра:

1 — термобаллон; 2 — гильза; 3 — зажим; 4 — капиллярная трубка;

5 — полая спираль;

Термометры сопротивления выпускаются с неподвижными и подвижными штуцерами (рис. 91), с помощью которых их кре­пят на оборудовании. При изменении температуры в месте уста­новки термометра изменяется сопротивление его чувствительно­го элемента, что фиксируется вторичным прибором (милливольт­метром). Обычно термометры сопротивления используют как дат­чики предельных температур, заданных для контролируемого технологического процесса. Термометры сопротивления применяют для измерения температур от —200 до +650 °С.

 

Основной элемент термоэлектрических пирометров — термо­пара. Термопара — это два спаянных между собой разнородных проводника (металлических или полупроводниковых), образующих электрическую цепь, в которой при изменении температуры воз­никает термоэлектродвижущая сила, обусловленная диффузией свободных электронов из одного проводника в другой и от более нагретой части проводника к менее нагретой. В комплект термо­электрического пирометра (рис. 92) входят термопара 4, соеди­нительные провода 1 и электроизмерительный прибор 2. Два про­водника, составляющие термопару, имеют один общий спай 3, называемый горячим, или рабочим концом термопары. Двумя дру­гими (холодными) концами термопара 4 соединительными про­водами подключена к электроизмерительному прибору 2. Элект­роизмерительный прибор 2 (милливольтметр или магнитоэлект­рический гальванометр), отградуированный в градусах Цельсия или Кельвина, воспринимает электродвижущую силу, соответ­ствующую величине температуры в точке нахождения горячего конца термопары.

Рис. 91. Термометры сопротивления:

а — с неподвижным штуцером; б — с подвижным штуцером;

 

 

Рис. 92. Схема термоэлектри­ческого пирометра:

1 — соединительные провода; 2 — электроизмерительный прибор;

3— горячий спай; 4 — термопара;

 

Используют также аналого-цифровые преобра­зователи, позволяющие передавать измеряемую информацию в компьютер.

В зависимости от материалов, применяемых для термоэлектро­дов, с помощью термоэлектрических пирометров можно изме­рять температуру в от —50 до +2500 °С.

Пирометры излучения по принципу действия разделяются на оптические (с исчезающей нитью) и радиационные. В основу оп­тического пирометра положен метод сравнения яркости двух на­гретых тел. Излучение нагретого тела через систему оптических элементов направляют на раскаленную нить лампы таким обра­зом, чтобы нить лампы была видна наблюдателю через светофильтр в окуляре на фоне раскаленного тела. Изменяя реостатом напря­жение, подаваемое на лампу, добиваются одинаковой яркости свечения нити лампы и раскаленного тела (нить как бы исчезает на фоне тела). При одинаковой яркости свечения нити и тела их температуры совпадают. Теперь достаточно определить температу­ру нити. Поскольку эта температура пропорциональна напряже­нию, подаваемому на лампу, ее определяют вольтметром, отграду­ированным в градусах Цельсия или Кельвина. Работа радиацион­ного пирометра основана на определении температуры нагретого тела по его тепловому излучению, которое преобразуется комп­лектом термопар. Пирометры излучения применяют только для измерения высоких температур.

 

Контроль за расходом газа относится к числу наиболее важных функций операторов, обслуживающих объекты сбора, подготов­ки и транспортирования газа, поскольку этот показатель во мно­гом определяет правильность и эффективность технологических процессов, а также служит одним из основных критериев выпол­нения планов добычи и распределения газа по потребителям. Рас­ходом называется количество газа, проходящего по трубопроводу в единицу времени. При этом количество газа может выражаться в единицах объема или единицах массы. В нефтегазопромысловой практике расход газа обычно выражают в единицах объема, отне­сенных к единице времени.

Для измерения расхода газа применяют приборы, которые назы­ваются расходомерами. Приборы, суммирующие расход газа (т.е. оп­ределяющие количество газа, проходящего по трубопроводу за оп­ределенный отрезок времени), называются газовыми счетчиками.

По принципу действия расходомеры подразделяются на следу­ющие разновидности:

• диафрагменные расходомеры переменного перепада давле­ния на установленном внутри трубопровода сужающем устрой­стве;

• расходомеры обтекания, в которых чувствительным элемен­том служит какое-либо тело (поплавок, шарик, поршень); под действием напора потока поплавок перемещается на величину, зависящую от расхода;

• тахометрические расходомеры, в которых поток вращает крыльчатки или турбины, при этом скорость вращения служит мерой расхода.

Наиболее широкое применение получили диафрагменные рас­ходомеры. Такой расходомер состоит из сужающего устройства (диафрагмы), устанавливаемого внутри трубопровода измеритель­ного прибора (дифференциального манометра), и соединитель­ных линий. Принцип действия прибора основан на измерении перепада давления в сужающем устройстве. Вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую энергию средняя скорость потока газа в суженном сечении повышается, в результате чего статическое давление в данном сечении становит­ся меньше статического давления перед сужающим устройством.

Величина перепада давления тем больше, чем больше расход про­текающего вещества. Перепад давления фиксируется дифферен­циальным манометром и характеризует расход газа в данный мо­мент времени. Перепад давления в диафрагме измеряют через от­дельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые ка­меры, каждая из которых соединена с внутренней полостью тру­бопровода кольцевой щелью (сплошной или прерывистой) или группой равномерно распределенных по окружности отверстий. Кольцевую камеру выполняют либо непосредственно в теле сужа­ющего устройства, либо в каждом из фланцев, между которыми оно зажимается, либо в специальной промежуточной детали — корпусе.

Наиболее часто встречающиеся виды камер для измерения рас­хода газа с помощью диафрагм показаны на рис. 93. Стандартная диафрагма представляет собой тонкий металлический диск с круг­лым отверстием, имеющим со стороны входа потока острую кром­ку, а на выходе фаску под углом 30 — 45°. Диафрагма камерная нормальная (ДКН) помещается между двумя кольцевыми каме­рами (см. рис. 93, а).

Каждая из камер соединена с потоком кольцевой щелью или группой равномерно распределенных по окружности отверстий. Диафрагма бескамерная дисковая нормальная (ДДН) устанавли­вается между фланцами трубопровода (см. рис. 93, б). Перепад давления измеряется через отдельные цилиндрические отверстия. ДДН применяют при давлениях в трубопроводе не более 2,5 МПа.

Диафрагмы используют в трубопроводах диаметром не менее 50 мм. Толщина диафрагмы составляет 0,1 диаметра. На диафраг­мах заводского изготовления выбиты знаки «+» со стороны высо­кого давления, «—» — со стороны низкого, а на торце показано стрелкой направление потока.

 

 

Рис. 93. Виды сужающих устройств:

а — камерная диафрагма; б — бескамерная диафрагма;

в — сопло Вентури;

 

В случае, когда необходимо уменьшить потери напора в расхо­домере, применяют сопла Вентури (см. рис. 93, в). По сравнению с диафрагмами эти устройства более износостойкие, сложнее в изготовлении и при монтаже. Неправильная установка сужающих устройств может привести к существенным погрешностям. Поэто­му специальными правилами предусмотрена детальная регламен­тация всех условий монтажа. Строгие требования предъявляются к соосности отверстия и трубопровода, отклонение допускается не более 0,01 диаметра.

Особенно осторожно надо обращаться с диском диафрагмы, чтобы не повредить острую кромку отверстия (со стороны знака «+»). Оператору необходимо помнить, что после расточки вход­ную кромку нельзя дополнительно обрабатывать ни напильни­ком, ни наждачной бумагой. Прокладки во фланцах должны точ­но соответствовать размерам камер или торцевых поверхностей. Если прокладки будут выступать во внутреннее сечение трубо­провода, показания приборов будут значительно искажаться. Со­единительные линии должны быть герметичными и теплоизоли­рованными для предохранения от источников теплоты и замерза­ния. Соединительные линии подключают к трубопроводу при из­мерениях расходов газа и пара сверху, при измерении расхода жидкости — снизу.

На промыслах в качестве тахометрических расходомеров при­меняют скоростные (с вращающимся устройством) и ротацион­ные счетчики.

В скоростных счетчиках, в основном это глубинные дебитомеры, в поток газа помещено вращающееся устройство (турбина или вертушка), скорость вращения которого пропорциональна скорости потока газа и расходу. Значение суммарного расхода получают, связывая подвижную часть прибора через редуктор со счетным механизмом. В ротационных счетчиках (PC) газа в кор­пусе находятся два ротора, которые под действием потока газа вращаются и соприкасаются с боковыми поверхностями друг друга и одновременно с внутренней поверхностью корпуса. Рас­ход проходящего газа измеряют за счет периодического отсека­ния определенных объемов, заключенных в серповидных полос­тях между роторами и корпусом. Выведенный из корпуса вал ротора связан с редуктором, а через него — со счетным меха­низмом.

 

 

Запорные устройства

К запорным устройствам относятся трубопроводная арматура (краны, задвижки, вентили), гидравлические задвижки и затво­ры, а также быстродействующие (отсечные) устройства с пневма­тическим или магнитным приводом.

 

Запорные устройства должны обеспечивать: герметичность отключения;

минимальные потери давления в открытом положении; удобство обслуживания и ремонта.

Принципиальные схемы работы различных запорных устройств приведены на рис. 94.

 

Запирающий орган (затвор) крана (см. рис. 94, а) представляет собой пробку, вращающуюся в корпусе вокруг своей оси. В шаро­вых кранах пробка имеет шарообразную форму, а в остальных — форму усеченного конуса. Имеющиеся в пробке сквозное отвер­стие в шаровых кранах круглое, а в остальных — щелевидное. Для полного открытия пробку необходимо повернуть на 90^о.

 

Проход в задвижке (см. рис. 94, 6) перекрывается затвором, име­ющим форму плоского диска или клина и передвигающимся в плоскости, перпендикулярной направлению движения газа. Для полного открытия затвор выдвигают на расстояние, равное услов­ному диаметру прохода D_r

 

Вентильный затвор (см. рис. 94, в) перемещается вдоль оси сед­ла, и для полного открытия его достаточно поднять на 1/4 D_y.

 

В гидрозатворе и гидравлической задвижке (см. рис. 94, г, д) затвором служит вода, высота столба которой Н = h₂ – h₁ должна превышать максимальное давление (300 мм вод. ст.) в газопроводе.

 

Привод к затворам запорных устройств может быть ручным, механическим, пневматическим и гидравлическим, электричес­ким и электромагнитным.

На газопроводах наиболее часто используют краны и задвиж­ки, значительно реже — вентили с ручным приводом, гидрозатворы и гидравлические задвижки.

Автоматизация процесса сжигания газа обусловила примене­ние вентилей и клапанов с электромагнитным приводом.

Арматура и соединительные части трубопроводов характеризу­ются условным и рабочим давлением.

Под условным давлением (р_у) понимается наибольшее избыточ­ное рабочее давление, при котором обеспечивается длительная работа арматуры, при температуре среды 20 ^оС.

 

Рис. 94. Принципиальные схемы работы запорных устройств:

а — кран; 6 — задвижка; в — вентиль; г — гидрозатвор;

д — гидравлическа задвижка; 1 — корпус; 2 — запирающий орган;

3 — трубка для заливки воды; 4 — плунжер;

 

Под рабочим (р_р) понимается наибольшее избыточное давле­ние, при котором обеспечивается длительная работа арматуры, при рабочей температуре проводимой среды.

Под пробным (Р_пр) понимается избыточное давление, при ко­тором арматура должна подвергаться гидравлическому испытанию на прочность и плотность водой при температуре не выше 100 ^оС.

Запорные устройства, устанавливаемые на газопроводах, дол­жны соответствовать газовой среде.

В зависимости от условий эксплуатации (давления газа и тем­пературы) на газопроводах применяют запорные устройства, из­готовленные:

из серого чугуна (Р<0,6 МПа; t >-30°C):

бронзы или латуни (Р < 0,6 МПа; t > -30 °С); углеродистой стали (Р < 1,6 МПа;

t >-40°C); легированной стали (Р < 1,6 МПа; t <-40 ^оC).

Краны. Применяемые на газопроводах краны различают по спо­собу присоединения — муфтовые, цапковые, фланцевые и с кон­цами под приварку; форме затвора — конические, цилиндриче­ские и сферические (шаровые); способу уплотнения — натяжные и сальниковые; проходу в пробке — полнопроходные и суженные; применению смазки — со см