CC BY
32TECHNICAL SCIENCES
FEATURES OF IMPLEMENTATION OF THE CALIBRATION CHARACTERISTICS OF A
TURBINE FLOW CONVERTER
Emets S.
Associated Professor, Candidate of technical sciences, Ufa State Petroleum Technological University, Ufa
Islamutdinova A.
Student,
Ufa State Petroleum Technological University, Ufa
ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ГРАДУИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБИННОГО
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ РАСХОДА
Емец С.В.
Доцент, кандидат технических наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Исламутдинова А.А.
Студент,
Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Abstract
The metrological accuracy of measuring the liquid flow rate, and, accordingly, the accuracy of commercial accounting of the entire measuring system, depend on the ways to implement the calibration characteristic in the flow calculator memory. This article presents one of the optimal methods for implementing the calibration characteristic of a turbine flow meter.
Аннотация
От способов реализации градуировочной характеристики в памяти вычислителя расхода зависит метрологическая точность измерения расхода потока жидкости и, соответственно, точность коммерческого учета всей измерительной системы. В данной работе представлен один из методов реализации гра-дуировочной характеристики турбинного расходомера.
Keywords: metering, turbine flow meter, calibration characteristic, universal viscosity curve.
Ключевые слова: учет, турбинный расходомер, градуировочная характеристика, универсальная кривая вязкости.
На сегодняшний день метрологические осо- яние на метрологические показатели всей измери-
бенности учета нефти интересуют широкий круг тельной системы, в том числе на суммарную по-
специалистов. Повышение точности измерения грешность, и поэтому заслуживает серьёзного рас-
расхода нефти является задачей, в решении кото- смотрения.
рой до сих пор остаются нерешенные вопросы Достаточно часто эта задача встречается при
технического и методического характера. использовании турбинных расходомеров. Турбин-
Самым распространенным способом измере- ный расходомер состоит из свободно вращающей-
ния количества прошедшей по трубе жидкости ся турбины или импеллера, установленного между
считается использование объемных расходомеров. двумя подшипниками внутри цилиндрического
Одной из основных метрологических характери- линейного корпуса. Поток протекающей жидкости
стик данных расходомеров является градуировоч- передает силу по касательной лопаткам импелле-
ная характеристика (ГХ), то есть количественная ра, вызывая вращение турбины [1, с.14]. Общий
зависимость результатов измерений от измеряемой вид данного расходомера представлен на рисунке
величины. Реализация ГХ оказывает сильное вли- 1.
Рисунок 1. Общий вид турбинного преобразователя расхода
Одна из основных метрологических характеристик турбинного расходомера - коэффициент преобразования, который характеризует количество выходных импульсов расходомера на один кубометр прошедшей через него жидкости. Согласно международным стандартам этот коэффициент называют К-фактором.
В общем случае К-фактор представляет собой не просто коэффициент пропорциональности между числом выходных импульсов и объемом прошедшей через расходомер жидкости, а сложную функциональную зависимость, которая формируется исходя из конструктивных особенностей счетчика и физико-химических свойств протекающего потока. Это является одной из основных
причин увеличения систематической погрешности преобразователя расхода [2, с. 44].
Самый простой способ реализации ГХ - линейная зависимость между входной и выходной величинами турбинного преобразователя, то есть, один и тот же К-фактор используется на весь диапазон измерения расхода. Однако в реальности добиться такой стабильной работы расходомера практически невозможно. Поэтому ГХ обычно представляют в виде ломаной, кривой линии или совокупности кривых линий.
Практическая градуировочная характеристика турбинного расходомера условно близка к гиперболической функции, как это представлено на рисунке 2.
Рисунок 2. Градуировочная характеристика турбинного расходомера
Однако, при увеличении масштаба ГХ в рабочем диапазоне, она может иметь очень сложную форму, что изображено на рисунке 3.
Q
Рисунок 3. Реальная ГХ турбинных расходомеров при увеличении масштаба
ГХ строится по нескольким точкам расхода измеряемой жидкости, полученным при реальной поверке/калибровке расходомера. Расходомер должен поверяться с несколькими различными
коэффициентов преобразования в каждой поверяемой точке. С метрологической точки зрения чем больше точек, тем ближе кривая к реальным данным. Но каждая точка требует определенных за-
расходами по диапазону расхода для получения трат при калибровке/поверке расходомера, поэто-
му необходимо заранее выбрать оптимальное количество точек. Также необходимо выбрать тип оптимальной кривой, иначе возникнут некорректные отклонения в каких-либо точках, что снова приведет к увеличению погрешности. То есть необходимо установить связь между типом кривой и другими параметрами.
Исходя из вышесказанного, можно сказать, что точность турбинного расходомера сильно зависит от критериев К-фактора, к которым можно отнести:
- чувствительность к диапазону расхода (К-фактор меняется с изменением расхода, данный критерий должен быть учтен при работе расходомера);
- чувствительность к параметрам измеряемого продукта (турбинные расходомеры чувствительны к параметрам нефти, например, к вязкости).
Одним из способов уменьшения чувствительности турбинного преобразователя расхода к вязкости перекачиваемой жидкости является построение «универсальной кривой вязкости» (и^С), так как кинематическая вязкость - это ключевой па-
раметр жидкости, влияющий на производительность турбинного расходомера.
Объемный расход в реальном времени получается с учетом измерения рабочей температуры для определения рабочей кинематической вязкости путем обращения к таблице соответствия температуры и вязкости перекачиваемого продукта. Частота измеряется непосредственно с расходомера и делится на кинематическую вязкость. Это соотношение частоты и вязкости используется для определения «правильного» К-фактора для конкретной рабочей температуры и вязкости.
На рисунке 4 показаны градуировочные характеристики жидкости с различной вязкостью.
Производительность турбинного расходомера является функцией числа Рейнольдса, которое само по себе является характеристикой существующих условий потока. Это обусловлено тем, что мера ламинарного или турбулентного характера потока характеризует число Рейнольдса. Числитель в числе Рейнольдса напрямую связан с импульсом, которым обладает жидкость.
Рисунок 4. Влияние вязкости на ГХ турбинного расходомера
Знаменатель представляет собой абсолютную вязкость жидкости и, следовательно, напрямую связан со сдвиговыми силами, существующими в жидкости. Следовательно, число Рейнольдса представляет собой отношение импульса к вязким силам [3].
UVC представляет собой график зависимости чувствительности измерителя (количество импульсов на единицу объема) от числа Рейнольдса. Он отражает совокупное влияние скорости, плотности и абсолютной вязкости, действующих на измеритель. Последние два объединяются в один параметр с помощью кинематической вязкости.
Результатом этого графика является одна непрерывная кривая, охватывающая диапазон воз-
можных измерительных частот и вязкостей (рис.
5).
Данный метод является очень мощным инструментом для точного определения расхода с помощью турбинных расходомеров. Однако у него есть ограничения, о которых следует помнить. Основное ограничение заключается в том, что оно применимо, в основном, в линейном диапазоне турбинных расходомеров. Другое ограничение метода UVC состоит в том, что, хотя он компенсирует вязкость (которая может быть вызвана изменениями температуры и/или давления), он не компенсирует другие эффекты температуры и давления, например, расширение корпуса расходомера.
Рисунок 5. Универсальная кривая вязкости
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Данилов А.А. Метрологическое обеспечение измерительных систем. - Главный метролог, 2004, №1.
2. Калугин А.П. Характерные особенности объемных расходомеров-счетчиков жидкости с
турбинными преобразователями расходов. М.: Экспозиция, 2007.
3. A. Trigas Practical Aspects of Turbine Flow Meters [Электронныйресурс]. -
URL: https://www.trigasfi. de/wp-content/uploads/2019/10/FI-UVC-Principles_E.pdf.
MODELING OF HYDRODYNAMIC PROCESSES OF OIL CUSTODY TRANSFERING METERING SYSTEM BASED ON THE METHOD OF ELECTROHYDRAULIC ANALOGY
Emets S.
Candidate of technical sciences, associated Professor, Ufa State Petroleum Technological University, Ufa
Tregubova L. Student,
Ufa State Petroleum Technological University, Ufa
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА НЕФТИ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ АНАЛОГИЙ
Емец С.В.
Кандидат технических наук, доцент, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Трегубова Л.А.
Студент,
Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Abstract
Creating simulators of technological objects with the ability to generate field-level signals that correspond to the real object as much as possible is an urgent task. The article considers the possibility of applying the method of electrohydraulic analogy for modeling the hydrodynamic processes of the oil custody transfer metering system in order to obtain the calculated values of technological parameters.
Аннотация
Создание имитаторов технологических объектов с возможностью генерации сигналов полевого уровня, максимально соответствующих реальному объекту, является актуальной задачей. Рассматривается возможность применения метода электрогидравлических аналогий для моделирования гидродинамических процессов системы измерения количества и показателей качества нефти с целью получения расчетных значений технологических параметров.
Keywords: the method of electrohydraulic analogy, oil custody transfer metering system, sensing line, measuring and computing complex.
Ключевые слова: метод электрогидравлических аналогий, система измерения количества и показателей качества нефти, измерительная линия, измерительно-вычислительный комплекс.
