CC BY
104
МАШИНОСТРОЕНИЕ И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, ВОПРОСЫ МЕТРОЛОГИИ
УДК 681.121.842
М. М. Гильманов, В. А. Фафурин, И. А. Яценко,
Р. И. Ганиев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИСОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ФЛАНЦЕВ НА МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОТАЦИОННЫХ СЧЕТЧИКОВ
Ключевые слова: ротационный счетчик, расходомер.
В статье рассматриваются вопросы о применимости фланцевых соединений по ГОСТ 12820-80 для сопряжения счетчика газа RVG с измерительным трубопроводом, а также влияние их конструктивных особенностей на метрологические характеристики счетчика.
Keywords: rotary meter, flow meter.
Article describes flanges application according to GOST 12820-80for connecting RVG gas meter with pipe and effect of structural features on meter's metrological characteristics.
В настоящее время для учета расхода природного газа широко применяются ротационные счетчики. Достоинством данных счетчиков является удобство монтажа, прямой метод измерения объема газа, большой динамический диапазон и межповерочный интервал, отсутствие требования прямолинейных участков и другие. К недостаткам можно отнести необходимость установки фильтров, чувствительность роторов к ударной волне возникающей при резком открытии запорной арматуры, прекращения подачи газа при неисправности счетчика (заклинивание роторов), сравнительно небольшой максимальный расход.
Согласно ПР 50.2.019-2006 [1] перед пуском и после реконструкции узла учета газа необходимо провести проверку реализации методики измерения (далее МИ). При проведении данной проверки устанавливают наличие акта измерения внутреннего диаметра измерительного трубопровода, соответствие монтажа средств измерений требованиям технической документации и др.
На основании большого накопленного опыта проведения проверки реализации МИ сотрудниками метрологического центра ООО «СТП» на территории Республики Татарстан, а также соседних республиках и областях установлено, что наибольшее распространение получил ротационный счетчик газа RVG производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» г. Арзамас. Согласно руководству по эксплуатации на данный счетчик ЛГТИ.407273.001РЭ [2] допустимые отклонения внутренних диаметров счетчика и измерительного трубопровода ±10%. Исходя из этого для ротационного счетчика RVG, с условным проходом равным 50 мм допустимое отклонение будет составлять ±5 мм. Следует также обратить особое внимание на то, что в руководстве по эксплуатации требуется, чтобы при установке счетчика использовались ответные фланцы исполнения 1 по ГОСТ 12820 [3] или ГОСТ 12821 [4]. Практика показывает, что на наиболее распространенных газопроводах низкого и среднего
давления монтаж фланцев осуществляется по [3]. При рассмотрении варианта исполнения 1 плоского приварного фланца в соответствии с [3] видно, что фланец закрепляется по окружности трубопровода с применением двух сварных швов.
В связи с данной конструктивной особенностью, в месте сопряжения фланца со счетчиком, образуется уступ, обусловленный различием значений внутреннего диаметра фланца и счетчика. Внутренний диаметр фланца ёв и наружный диаметр трубопровода ён определяются исходя из таблицы 1 [3]. По данной таблице для трубопровода с условным проходом Ду50 размер ёв будет равен 59 мм, при сравнении с условным проходом счетчика 50 мм получаем отклонение, составляющее +18%.
В возникшей ситуации можно предположить, что измерительным трубопроводом является труба, выполненная в соответствии с «ГОСТ» и замеры нужно проводить не в сечении уступа, а в сечении самой трубы, однако в соответствии с приложением «А» [1] при
составлении акта измерений внутреннего диаметра измерительного трубопровода, замеры необходимо проводить непосредственно перед входом в счетчик и непосредственно после счетчика. Из этого следует, что монтаж фланцев по [3] заведомо не удовлетворяет требованиям [2], а УУГ с таким исполнением фланцев признается не соответствующими требованиям завода
изготовителя.
Метрологическим центром ООО «СТП» были проведены исследования с целью определения влияния уступов и переходов, расположенных непосредственно до и после ротационного счетчика газа RVG, на его показания. В качестве исследуемого счетчика был выбран счетчик газа ротационный RVG G40 c условным проходом 50 мм, производства ООО «ЭЛЬСТЕР Газэлектроника» и внесенный в Государственный реестр средств измерений под №16422-10. Максимальный
измеряемый расход счетчика ^шах) 65 м3/ч, минимальный (Ртт) 3,0 м3/ч. Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерений объема газа:
- в диапазоне расходов от Ршш до 0, ^шах ±2 %;
- в диапазоне расходов от 0, ^шах до Ртах ±1 %.
Исследования проводились с применением государственного первичного эталона единиц объемного и массового расходов газа ГЭТ 118-2006 находящимся в ФГУП «Всероссийский научноисследовательский институт расходометрии». Описание государственного первичного эталона приведено в ГОСТ Р 8.618-2006 [7].
Метрологические диапазоны расхода газа, воспроизводимые эталоном составляют:
- от 3 • 10-3 до 100 м3/ч (от 3,6’ 10-3 до 120 кг/ч) на исходной эталонной установке;
- от 2’до 1 • 104 м3/ч (от 2,4 до 1,2 104 кг/ч) на эталонной установке с набором эталонных критических сопел.
Исследовались следующие варианты конструкции участков трубопровода:
1. Исполнение 1 (рис. 1, 2) выполнено в виде двух приварных встык фланцев (поз. 1) Ду50 по [4], один плоский фланец (поз. 2) Ду80 по [3] и два концентрических перехода 89х3,5-57х3,5 (поз. 3) по ГОСТ 17378-2001 [5].
Рис. 1 - Плоский приварной фланец по ГОСТ 12820-80 с концентрическим переходом
2. Исполнение 2 (рис. 1, 2) выполнено аналогично исполнению 1 отличие заключается в замене двух приварных встык фланцев на два плоских фланца (поз. 4) Ду50 по [3].
Рис. 2 - Фотография общего внешнего вида для исполнений 1 и 2
3. Исполнение 3 (рис. 3) выполнено в виде двух прямолинейных участков трубы 57х3,5 (поз. 5) ГОСТ 10704-91 [6] и тремя плоскими приварными фланцами (поз. 4) Ду50 по [3]. Соединение фланцев с трубой выполнено таким образом, что в месте сопряжения фланца со счетчиком уступа не образуется.
4. Исполнение 4 выполнено аналогично исполнению 3, но с образованием уступа в месте сопряжения счетчика с фланцами. Данный вид конструкции выполнен в соответствии с требованиями [3].
Исполнение 3
150
150
12820-80 без уступа
В ходе исследований на государственном эталоне ГЭТ 118-2006, в помещении в среднем поддерживалась температура Т = 24°С, атмосферное давление Ратм = 100,05 кПа, влажность воздуха ф = 30%.
С низкочастотного датчика импульсов счетчика RVG считывалось определенное число импульсов, и фиксировался временной интервал их прохождения. Далее рассчитывался объемный расход по формуле:
ора6 = 360 • А,
ср
где N - число импульсов, Тср - время прохождения импульсов.
Для достоверного расчета погрешности счетчика объемный расход, измеренный эталонной установкой, приводился к условиям измерений исследуемого счетчика. Для этого измерялось значение перепада давления между входом в исследуемый счетчик и выходом с эталонной установки, а также температура, давление и влажность воздуха в помещении. Корректировка расхода проводилась по формуле:
1
О = О,
Т
у
1 -
АР
Рат.
Л
к
[293,1
где 020 - расход газа, воспроизводимый первичным эталоном; Т - температура воздуха в месте установки исследуемого счетчика; АР - перепад давления между входом в исследуемый счетчик и входом в эталонное сопло; Ратм - атмосферное давление в месте установки счетчика; кф -поправочный коэффициент учитывающий влажность воздуха.
Погрешность рассчитывалась по формуле: 100%,
О б - О
5 — . Раб '
О
эта..
где 2раб - рабочий расход счетчика; бэтал - расход по эталонной установке.
На рис. 4, представлена зависимость
погрешности счетчика от изменения расхода.
2
гй
£1
и
О
2
Г>
1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 70
0 исполне е и н
> исполнение 2 исполнение 3 исполнение 4
8
расход, м3/ч
Рис. 4 - Точки зависимость погрешности счетчика КУО от расхода
Как видно из рисунка 4 при превышении и занижении допустимого расхода на счетчике погрешность выходит за допустимые границы.
Отметим, что незначительное превышение максимально допустимого расхода увеличивает погрешность
измерения до 4%. Исходя из этого, при эксплуатации данного типа счетчика, следует строго придерживаться граничных значений расхода установленных
производителем. На наш взгляд следует провести дополнительные исследования в области верхней границы измерения расхода счетчика [8].
Опыт проведения проверок реализации МИ показывает, что существует практика расширения диапазона измерения расхода счетчиков. Например, у счетчика ЯУв в65 был расширен диапазон измерения расхода с 1:20 до 1:100. При этом нет достаточных оснований считать, что были проведены какие-либо работы по модернизации самого счетчика, кроме того, отсутствуют протоколы калибровки в расширенном диапазоне.
С целью определения работоспособности счетчика в большем диапазоне расходов был проведен эксперимент с заданием расхода меньше минимального. Как видно из рисунка 4
метрологические характеристики счетчика при данном расходе значительно превышают допустимые пределы. На основании этого можно предположить, что для расширения диапазона расхода счетчиков необходимо проводить их модернизацию, на заводе изготовителе, а также калибровку, при этом данные виды работ необходимо зафиксировать документально.
Анализ результатов исследований показывает, что для всех четырех исполнений присоединительных участков погрешность измерения расхода находится в допустимых границах (рисунок 4). Кроме того, разница в погрешности определения расхода для всех четырех исполнений присоединительных участков является не существенной и не зависит от измеряемого расхода. Исходя из этого, можно сделать вывод о применимости монтажа фланцев по ГОСТ 12820 и ГОСТ 12821 при сопряжении с ротационным счетчиком ЯУв.
Литература
1. Правила метрологии: ПР 50.2.019-2006 ГСОЕИ. Методика выполнения измерений при помощи турбинных, ротационных и вихревых счетчиков, Введ. 01.06.2007. - М.: Стандартинформ, 2006. - 33 с.
2. ЛГТИ.407273.001РЭ «Руководство по эксплуатации. Счетчик газа ротационный ЯУО (016 - 0400)».
3. ГОСТ 12820 - 80 Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 0,1 до 2,5 МПа (от 1 до 25 кгс/см2), Введ. 01.01.83. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1992. - 12 с.
4. ГОСТ 12821 - 80 Фланцы стальные приварные встык на Ру от 0,1 до 20,0 МПа (от 1 до 200 кгс/см2), Введ. 01.01.83. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1992. - 27 с.
5. ГОСТ 17378 - 2001 (ИСО 3419-81) Детали
трубопроводов бесшовные приварные из углеродистой и низколегированной стали. Переходы. Конструкция, Введ. 27.05.2002. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. - 14 с.
6. ГОСТ 10704 - 91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент, Введ. 01.01.1993. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1993. - 11 с.;
7. ГОСТ Р 8.618 - 2006 ГСОЕИ. Государственная поверочная схема для средств измерений объемного и массового расходов газа, Введ. 01.06.2006. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2006. - 7 с.
8. Фафурин В.А. Расчет корректирующего коэффициента ультразвукового расходомера / Фафурин В.А., Галеев М.К. // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т.14, №23. - С. 152-156.
4
0
^-1
о
4
© М. М. Гильманов - вед. инж. отдела метрологической экспертизы ООО «СТП»; [email protected]; В. А. Фафурин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. САУТП КНИТУ, к^и@уаш!ех.т;И. А. Яценко - техн. дир. ООО «СТП»; Р. И. Ганиев - канд. техн. наук, ст. препод. каф. САУТП КНИТУ.
