В ГРП для контроля работы оборудования и измерения параметров газа применяют следующие КИП:
- термометры для замера температуры газа;
- показывающие и регистрирующие (самопишущие) манометры для замера давления газа;
- приборы для регистрации перепада давлений на скоростных расходомерах;
- приборы учета расхода газа (газовые счетчики или расходомеры).
Все КИП должны подвергаться государственной или ведомственной периодической поверке и быть в постоянной готовности к выполнению измерений. Готовность обеспечивается метрологическим надзором. Метрологический надзор заключается в осуществлении постоянного наблюдения за состоянием, условиями работы и правильностью показаний приборов, осуществлении их периодической проверки, изъятии из эксплуатации пришедших в негодность и не прошедших проверки приборов. КИП должны устанавливаться непосредственно у места замера или на специальном приборном щитке. Если КИП монтируют на приборном щитке, то используют один прибор с переключателями для замера показаний в нескольких точках.
КИП присоединяют к газопроводам стальными трубами. Импульсные трубки соединяют сваркой или резьбовыми муфтами. Все КИП должны иметь клейма или пломбы органов Росстандарта.
КИП с электрическим приводом, а также телефонные аппараты должны быть во взрывозащищенном исполнении, в противном случае их ставят в помещении, изолированном от ГРП.
К наиболее распространенным видам КИП в ГРП относятся приборы, рассматриваемые далее в настоящем разделе.
Приборы для измерения давления газа подразделяются:
- на жидкостные приборы, в которых измеряемое давление определяется величиной уравновешивающего столба жидкости;
- пружинные приборы, в которых измеряемое давление определяется величиной деформации упругих элементов (трубчатые пружины, сильфоны, мембраны).
Жидкостные манометры используют для замера избыточных давлений в пределах до 0,1 МПа. Для давлений до 10 МПа манометры заполняют водой или керосином (при отрицательных температурах), а при измерении более высоких давлений — ртутью. К жидкостным манометрам относятся и дифференциальные манометры (дифманометры). Их применяют для замеров перепада давления.
Дифференциальный манометр ДТ-50 (рисунок ниже), Толстостенные стеклянные трубки прочно закрепляют в верхней и нижней стальных колодках. Вверху трубки присоединяют к камерам-ловушкам, предохраняющим трубки от выброса ртути в случае повышения максимального давления. Там же расположены игольчатые вентили, с помощью которых можно отключать стеклянные трубки от измеряемой среды, продувать соединительные линии, а также выключать и включать дифманометр. Между трубками расположены измерительная шкала и два указателя, которые можно устанавливать на верхний и нижний уровни ртути в трубках.
Дифференциальный манометр ДТ-50
а — конструкция; б — схема расположения каналов; 1 — вентили высокого давления; 2, 6 — колодки; 3 — камеры-ловушки; 4 — измерительная шкала; 5 — стеклянные трубки; 7 — указатель
Дифманометры можно использовать и как обычные манометры для замера избыточных давлений газа, если одну трубку вывести в атмосферу, а другую — в измеряемую среду.
Манометр с одновитковой трубчатой пружиной (рисунок ниже). Изогнутая пустотелая трубка, закреплена нижним неподвижным концом к штуцеру, с помощью которого манометр присоединяют к газопроводу. Второй конец трубки запаян и шарнирно связан с тягой. Давление газа через штуцер передается на трубку, свободный конец которой через тягу вызывает перемещение сектора, зубчатого колеса и оси. Пружинный волосок обеспечивает сцепление зубчатого колеса и сектора и плавность хода стрелки. Перед манометром устанавливают отключающий кран, позволяющий при необходимости снять манометр и заменить его. Манометры в процессе эксплуатации должны проходить государственную поверку один раз в год. Рабочее давление, измеряемое манометром, должно находиться в пределах от 1/3 до 2/3 их шкалы.
Манометр с одновитковой трубчатой пружиной
1 — шкала; 2 — стрелка; 3 — ось; 4 — зубчатое колесо; 5 — сектор; 6 — трубка; 7 — тяга; 8 — пружинный волосок; 9 — штуцер
Самопишущий манометр с многовитковой пружиной (рисунок ниже). Пружина выполнена в виде сплюснутой окружности диаметром 30 мм с шестью витками. Вследствие большой длины пружины ее свободный конец может перемещаться на 15 мм (у одновитковых манометров — только на 5-7 мм), угол раскручивания пружины достигает 50-60°. Такое конструктивное исполнение позволяет применять простейшие рычажные передаточные механизмы и осуществлять автоматическую запись показаний с дистанционной передачей. При подключении манометра к измеряемой среде свободный конец пружины рычага будет поворачивать ось, при этом перемещение рычагов и тяги будет передаваться оси. На оси закреплен мостик, который соединен со стрелкой. Изменение давления и перемещение пружины через рычажный механизм передаются стрелке, на конце которой установлено перо для записи измеряемой величины давления. Диаграмма вращается с помощью часового механизма.
Схема самопишущего манометра с многовитковой пружиной пружиной
1 — многовитковая пружина; 2, 4, 7 — рычаги; 3, 6 — оси; 5 — тяга; 8 — мостик; 9 — стрелка с пером; 10 — картограмма
Поплавковые дифференциальные манометры.
Широкое распространение в газовом хозяйстве нашли поплавковые дифманометры (рисунок ниже) и сужающие устройства. Сужающие устройства (диафрагмы) служат для создания перепада давления. Они работают в комплекте с дифманометрами, измеряющими создаваемый перепад давления. При установившемся расходе газа полная энергия потока газа складывается из потенциальной энергии (статического давления) и кинетической энергии, то есть энергии скорости.
До диафрагмы поток газа имеет начальную скорость ν1 в узком сечении эта скорость возрастает до ν2. после прохождения диафрагмы лоток расширяется и постепенно восстанавливает прежнюю скорость.
При возрастании скорости потока увеличивается его кинетическая энергия и соответственно уменьшается потенциальная энергия, то есть статическое давление.
За счет разности давлений Δp = pст1 — pст2 ртуть, находящаяся в дифманометре, перемещается из поплавковой камеры в стакан. Вследствие этого расположенный в поплавковой камере поплавок опускается и перемещает ось, с которой связаны стрелки прибора, показывающего расход газа. Таким образом, перепад давления в дроссельном устройстве, измеренный с помощью дифференциального манометра, может служить мерой расхода газа.
Поплавковый дифференциальный манометр
а — конструктивная схема; б — кинематическая схема; в — график изменения параметров газа; 1 — поплавок; 2 — запорные вентили; 3 — диафрагма; 4 — стакан; 5 — поплавковая камера; 6 — ось; 7 — импульсные трубки; 8 — кольцевая камера; 9 — шкала указателя; 10 — оси; 11 — рычаги; 12 — мостик пера; 13 — перо; 14 — диаграмма; 15 — часовой механизм; 16 — стрелка
Зависимость между перепадом давления и расходом газа выражается формулой
где V — объем газа, м 3 ; Δp — перепад давления, Па; К — коэффициент, постоянный для данной диафрагмы.
Значение коэффициента К зависит от соотношения диаметров отверстия диафрагмы и газопровода, плотности и вязкости газа.
При установке в газопроводе центр отверстия диафрагмы должен совпадать с центром газопровода. Отверстие диафрагмы со стороны входа газа выполняют цилиндрической формы с коническим расширением к выходу потока. Диаметр входного отверстия диска определяют расчетным путем. Входная кромка отверстия диска должна быть острой.
Нормальные диафрагмы могут применяться для газопроводов с диаметром от 50 до 1200 мм при условии 0,05 < m < 0,7. Тогда m = d 2 /D 2 где m — отношение площади отверстия диафрагмы к поперечному сечению газопровода; d и D — диаметры отверстия диафрагмы и газопровода.
Нормальные диафрагмы могут быть двух видов: камерные и дисковые. Для отбора более точных импульсов давления диафрагма размещается между кольцевыми камерами.
Плюсовый сосуд присоединяют к импульсной трубке, отбирающей давление до диафрагмы; к минусовому сосуду подводят давление, отбираемое после диафрагмы.
При наличии расхода газа и перепада давления часть ртути из камеры выжимается в стакан (рисунок выше). Это вызывает перемещение поплавка и соответственно стрелки, указывающей расход газа, и пера, отмечающего на диаграмме величину перепада давления. Диаграмма приводится в движение от часового механизма и делает один оборот в сутки. Шкала диаграммы, разделенная на 24 части, позволяет определить расход газа за 1 ч. Под поплавком помещается предохранительный клапан, который разобщает сосуды 4 и 5 в случае резкого перепада давления и тем самым предотвращает внезапный выброс ртути из прибора.
Сосуды сообщаются с импульсными трубками диафрагмы через запорные вентили и уравнительный вентиль, который в рабочем положении должен быть закрыт.
Силъфонные дифманометры (рисунок ниже) предназначены для непрерывного измерения расхода газа. Действие прибора основано на принципе уравновешивания перепада давления силами упругих деформаций двух сильфонов, торсионной трубки и винтовых цилиндрических пружин. Пружины — сменные, их устанавливают в зависимости от измеряемого перепада давлений. Основные части дифманометра — сильфонный блок и показывающая часть.
Принципиальная схема сильфонного дифманометра
1 — сильфонный блок; 2 — плюсовый сильфон; 3 — рычаг; 4 — ось; 5 — дроссель; 6 — минусовый сильфон; 7 — сменные пружины; 8 — шток
Сильфонный блок состоит из сообщающихся между собой сильфонов, внутренние полости которых заполнены жидкостью. Жидкость состоит из 67% воды и 33% глицерина. Сильфоны связаны между собой штоком 8. В сильфон 2 подводится импульс до диафрагмы, а в сильфон 6 — после диафрагмы.
Под действием более высокого давления левый сильфон сжимается, вследствие чего жидкость, находящаяся в нем, через дроссель перетекает в правый сильфон. Шток, жестко соединяющий донышки сильфонов, перемещается вправо и через рычаг приводит во вращение ось, кинематически связанную со стрелкой и пером регистрирующего и показывающего прибора.
Дроссель регулирует скорость перетекания жидкости и тем самым снижает влияние пульсации давления на работу прибора.
Для соответствующего предела измерения применяют сменные пружины.
Счетчики газа. В качестве счетчиков могут использоваться ротационные или турбинные счетчики.
В связи с массовой газификацией промышленных предприятий и котельных, увеличением видов оборудования возникла необходимость в измерительных приборах с большой пропускной способностью и значительным диапазоном измерений при небольших габаритных размерах. Этим условиям в большей мере удовлетворяют ротационные счетчики, в которых в качестве преобразовательного элемента применяются 8-образные роторы.
Объемное измерение в этих счетчиках осуществляется вследствие вращения двух роторов за счет разности давлений газа на входе и на выходе, Необходимый для вращения роторов перепад давления в счетчике составляет до 300 Па, что позволяет использовать эти счетчики даже на низком давлении. Отечественная промышленность выпускает счетчики РГ-40-1, РГ-100-1, РГ-250-1, РГ-400-1, РГ-600-1 и РГ-1000-1 на номинальные расходы газа от 40 до 1000 м 3 /ч и давление не более 0,1 МПа (в системе единиц СИ расход 1 м 3 /ч = 2,78*10 -4 м 3 /с). При необходимости можно применять параллельную установку счетчиков.
Ротационный счетчик РГ (рисунок ниже) состоит из корпуса, двух профилированных роторов, коробки зубчатых колес, редуктора, счет ного механизма и дифференциального манометра. Газ через входной патрубок поступает в рабочую камеру. В пространстве рабочей камеры размещены роторы, которые под действием давления протекающего газа приводятся во вращение.
Схема ротационного счетчика типа РГ
1 — корпус счетчика; 2 — роторы; 3 — дифференциальный манометр; 4 — указатель счетного механизма
При вращении роторов между одним из них и стенкой камеры образуется замкнутое пространство, которое заполнено газом. Вращаясь, ротор выталкивает газ в газопровод. Каждый поворот ротора передается через коробку зубчатых колес и редуктор счетному механизму. Таким образом учитывается количество газа, проходящего через счетчик.
Ротор подготавливают к работе следующим образом:
- снимают верхний и нижний фланцы, затем роторы промывают мягкой кистью, смоченной в бензине, поворачивая их деревянной палочкой, чтобы не повредить шлифованную поверхность;
- затем промывают обе коробки зубчатых колес и редуктор. Для этого заливают бензин (через верхнюю пробку), проворачивают роторы несколько раз и сливают бензин через нижнюю пробку;
- закончив промывку, заливают масло в коробки зубчатых колес, редуктор и счетный механизм, заливают соответствующую жидкость в манометр счетчика, соединяют фланцы и проверяют счетчик путем пропускания через него газа, после чего замеряют перепад давления;
- далее прослушивают работу роторов (должны вращаться бесшумно) и проверяют работу счетного механизма.
При техническом осмотре следят за уровнем масла в коробках зубчатых колес, редукторе и счетном механизме, замеряют перепад давления, проверяют на плотность соединения счетчиков. Счетчики устанавливают на вертикальных участках газопроводов так, чтобы поток газа направлялся через них сверху вниз.
Турбинные счетчики.
В этих счетчиках колесо турбины под воздействием потока газа приводится во вращение; число оборотов колеса прямо пропорционально протекающему объему газа. При этом число оборотов турбины через понижающий редуктор и магнитную муфту передается на находящийся вне газовой полости счетный механизм, показывающий суммарный объем газа, прошедший через прибор при рабочих условиях.
