Вплив фізичних параметрів природного газу на динаміку процесів в кільцевій решітці турбінного лічильника

Abstract

У статті вперше визначено критерії для можливості калібрування турбінного лічильника при зміні параметрів природного газу в процесі експлуатації. Доведено, що метрологічні характеристики лічильника, який калібровано на плинному середовищі, відрізняються від паспортних при зміні середовища, в якому він експлуатації. При зміненні тиску, температури та інших фізичних параметрів потоку показники лічильника знаходитись в межах визначеної похибки, за умови рівності чисел Рейнольдса для потоку плинного середовища, що перетікає через кільцеву решітку турбіни. Показано, що у випадку рівності чисел Рейнольдса, відносна похибка лічильника залишається сталою незалежно від виду середовища. Пропонується відношення обертової швидкості потоку до осьової складової швидкості для кільцева турбінної решітки використати як основний критерій подібності, який не залежить від термодинаміних параметров та фізичних властивостей плинного середовища, а залежить від конструкції кільцевої решітки турбіни та технічного стану лічильника (коефіцієнту тертя в підшипниках, чистоти вхідного фільтра та проточної частини). На експериментальному стенді проведено серію досліджень на базі турбінного лічильника SM-RI-XKG1000, DN200. При цьому об’ємна витрата лічильника змінювалась від 80 м3 /год до 1600 м3 /год при зміненні величини тиску на вході від 100 кПа до 700 кПа. Результати теоретичних розрахунків та експериментальних досліджень при сталих значеннях числа Рейнольдса представлено у вигляді залежності частоти обертання турбінного лічильника від тиску. Виявлено, що лічильник, який передбачено для роботи в зоні низьких тисків, бажано калібрувати на середовищі його експлуатації при реальних перепадах тиску та температури. Доведено, що регламентоване ДСТУ EN 12261:2006. «Лічильники газу турбінні. Загальні технічні умови», положення, яке дозволяє проводити калібрування лічильника на повітрі (газі) до величини абсолютного тиску в 4 бари при атмосферному тиску (±100 мбар) підлягає корегуванню. З метою підвищення якості та достовірності обліку природного газу, калібрування лічильників, що експлуатуються при абсолютному тиску до 5 бар, необхідно проводити на реальному газовому середовищі з врахуванням діапазону зміни тиску та температури робочого середовища. Калібрування лічильників природного газу, що передбачено для роботи в газовому середовищі з тиском, що перевищує 5 бар можливо на іншому плинному середовищі за умови дотримання відповідного числа Рейнольдса.

In the article criteria of possible turbine flow meters calibrations with natural gas, parameters fluctuations are determined Article presents experimentation results of natural gas parameters influence on processes that occur in turbine flow meters. In the article criteria of possible turbine flow meters calibrations with natural gas, parameters fluctuations are determined. It is known that metrological parameters of the turbine flow meter in operating systems will deter from certificated values. With pressure, temperature or other fluctuations of a flow physical parameters the flow meter's results will occur within of an error space determined by Reynolds number equation for current flow passing through turbine grille. With Reynolds numbers constant aspect ratio the relative error of a flow meter will stay irrelevant of type of the environment. It is suggested to use value as a criterion that is not affected by thermodynamic parameters and physical characteristics of an environment but of turbine grille model and mechanical state of a flow meter. Turbine flow meter SM-RI-X-KG1000, DN200 was used for experiment with flow volume varies of 80 m3 /h to 1600 m3 /h and pressure varies of 100 kPa to 700. Results of theoretical calculations and experimental research data for Reynolds number ratio is shown on a graph of a turbine flow meter speed on pressure dependency. It is determined that the flow meter designed for the low-pressure environment should be calibrated for actual range of operating environment pressure and temperature values. ДСТУ EN 12261:2006. «Лічильники газу турбінні. Загальні технічні умови», that allows usage of gas flow meter designed for a 100mbar environment in setting up with 4bar of absolute gas pressure should be corrected. For improving quality and precision of gas flow measurement, calibration of gas flow meters, designed for 5bar of absolute gas pressure, should be performed in an actual working environment keeping in mind range of realistic pressure and temperature fluctuations. Calibrations of gas flow meters that designed for gas pressure environment exceeding 5bar could be performed with an environment that keeps defined Reynolds numbers ratio constant

В статье впервые определены критерии для возможности калибрования турбинного счетчика при изменении параметров природного газу в процессе эксплуатации. Доказано, что метрологические характеристики счетчика, который калиброван на текущей среде, отличаются от паспортных при изменении среды, в которой он эксплуатируется. При изменении давления, температуры или других физических параметров потока показатели счетчика находятся в диапазоне назначенной ошибки при условии равенства чисел Рейнольдса для потока текущей среды, проходящей через кольцевую решетку турбины. Показано, что при равенстве чисел Рейнольдса, относительная ошибка счетчика остается постоянной независимо от вида среды.Предлагается отношение окружной скорости потока к осевой составляющей скорости для кольцевой турбинной решетки использовать как основной критерий подобия, который не зависит от термодинамических параметров и физических свойств текущей среды, а зависит от конструкции кольцевой решетки турбины и технического состояния счетчика (коэффициента трения в подшипниках, чистоты входного фильтра и проточной части). На экспериментальному стенде проведено серию исследований на базе турбинного счетчика SM-RI-XKG1000, DN200. При этом объёмный расход счетчика изменялся от 80 м3 /час до 1600 м3 /час при изменении величины давления на входе от 100 кПа до 700 кПа. Результаты теоретических расчетов и экспериментальных исследований при постоянных величинах числа Рейнольдса представлено в виде зависимости частоты вращения турбинного счетчика от давления. Выявлено, что счетчик, который предназначен для работы в зоне низких давлений, желательно калибровать на среде его эксплуатации при реальных перепадах давления и температуры. Доказано, что положение, определенное ДСТУ EN 12261:2006. «Лічильники газу турбінні. Загальні технічні умови», разрешающее тарироваться счетчик на воздухе (газе) при атмосферном давлении (±100 мбар) при его роботе на природном газе до величины абсолютного давления в 4 бара, подлежит коррекции. З целью повышения качества и достоверности учета природного газа, калибровка счетчиков, которые эксплуатируют при абсолютном давлении до 5 бар, необходимо проводить в реальной газовой среде с учетом диапазона изменения давления и температуры рабочей среды. Калибровка счетчиков природного газа, которые предназначены для роботы в газовой среде с давлением, которое превышает 5 бар, возможна на другой текущей среде при условии поддержания назначенного числа Рейнольдса.