Пути повышения точности измерений объемов поставленного природного газа Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 531.733

Д.Б. Белов, канд. техн. наук, доц., (4872) 33-25-38, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

А.А. Игнатьев, зам. ген. директора, 8(985) 644-74-74, [email protected]

(Россия, Москва, ОАО «Газпром межрегионгаз Москва»)

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ОБЪЕМОВ ПОСТАВЛЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА

Рассматриваются пути повышения точности измерений объемов поставленного природного газа с помощью применения многократных измерений.

Ключевые слова: объем газа, точность измерений, многократные измерения.

В настоящее время для измерения количества природного газа, полученного от поставщика и реализованного конечным потребителям, применяются приборы учета, которые используют различные методики выполнения измерений:

1) при помощи сужающего устройства методом переменного перепада давления (косвенные измерения).

2) при помощи непрерывно движущегося тела — турбинные, ротационные и мембранные счетчики газа.

3) методы, основанные на физических явлениях: тепловые (анемо-метрические) и акустические (ультразвуковые).

На практике расходы газа свыше 4000 м /ч. в основном измеряются первым методом, менее 4000 м /ч. — вторым и третьим. Следует отметить, что приборы, использующие методы, основанные на физических явлениях, не имеют широкого применения и их доля в общем количестве используемых приборов учета газа чрезвычайно мала.

Таким образом, при больших расходах газа, т.е. у крупных потребителей (например, ТЭЦ, ГРЭС Энергосистемы, промышленные предприятия) установлены приборы учета, использующие метод переменного перепада давления. Прочие потребители используют турбинные, ротационные, мембранные счетчики газа.

При измерении объема и расхода газа с помощью механических счетчиков определить параметры газа, влияющие на погрешность его измерения, позволяет формула, по которой происходит вычисление объема, приведенного к стандартным условиям.

В соответствии с [1] и техническим описанием (инструкцией по эксплуатации) на тип газового счетчика показания счетчика пересчитывают по следующей формуле:

Tn • Vg • (P + Pb) =-n g у-ю-, (1)

n Pn • (273,15 + tg) • Kсж 440

где Vn - объем газа, приведенный к условиям по ГОСТ 2939-68, м3;

о

- объем газа при рабочих условиях, м (берется по показаниям счетчи-

/9

ка); Р - избыточное (рабочее) давление газа перед счетчиком, кгс/см ;

•Л

Ръ - среднее барометрическое давление, кгс/см" (для расчетов принимается от 1,022 до 1,033 кгс/см"); Рп - стандартное давление по ГОСТ 2939-68,

о

кгс/см ; Тп - стандартная температура по ГОСТ 2939-68, К; tg - среднее

значение рабочей температуры газа в зоне счетчика, °С; Ксж - коэффициент сжимаемости, определяемый расчетным путем по ГОСТ 30319.2-96 по измеренным значениям давления и температуры (при низком давлении газа Ксж = 0,9999; при среднем и высоком давлении Ксж = 0,98).

В соответствии с [1] для упрощения расчетов параметры Р9 и tg

принимаются как условно-постоянные величины и формула (1) принимает следующий вид:

r„=k-Vg, (2)

где k — коэффициент поправки.

При этом формула для коэффициента поправки, зависящего от давления и температуры газа, выглядит следующим образом:

t= 293,15.(P + P„)

1,033• (273,15 + tg)-Ксж v 7

Таким образом, точность измерения объема газа, приведенного к стандартным условиям, напрямую зависит от точности измерения объема газа при рабочих условиях, т.е. того объема, который фиксируют счетчики газа потребителей.

Одним из путей повышения точности измерений объема поставляемого газа в сложившейся ситуации (счетчики установлены в сети и эксплуатируются) является использование многократных измерений.

Если при многократных измерениях одним и тем же прибором максимальная погрешность составляет, например, Ау = ±0,04Vg, то при проведении десяти измерений (л? = 10) эта же погрешность составит:

+ 0 04 +0 04 Ау F =±0,0126F„,

ЛЛ? ^ Л/10 * 8

т.е. снизится более чем в три раза (в VÍ0 ).

Многократное измерение одним прибором не может быть одномоментным, поэтому необходимо использовать несколько приборов. В этом случае может возникнуть другая задача - средства измерений могут иметь один класс точности, но разные величины поправок. Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Теоретически при использовании одного средства измерений поправка О является величиной постоянной. При использовании различных

величин поправок необходима процедура рандомизации, т.е. перевод поправок в разряд случайных величин.

Рассмотрим на примере учет поправок при однократных и многократных измерениях одним прибором, а также при многократном измерении расхода газа несколькими приборами с различными по величине поправками ©.

С теоретических позиций результат измерения [2] выражается с помощью формулы

V = Уизм +0)±I ■ Бу, (4)

где Уизм - показание средства измерения; © - поправка, определенная при метрологической аттестации средства измерения; г ■ Бу - ширина доверительного интервала результата измерения.

Допустим вначале, что используется газовый счетчик G и при метрологической аттестации установлено, что его относительная погрешность составляет 4 % от измеряемой величины объема, а поправка составляет +0,04 от показаний прибора, т.е. 0 = +0,04Уизм.

Результат однократного измерения, например, при показании средства измерения Уизм = 2500 м , запишется следующим образом:

у = (Уизм + 0,04УИзм) ± г ■ Бу. (5)

Подставим необходимые величины в формулу (5).

В данном случае относительная ширина доверительного интервала, соответствующая доверительной вероятности Р = 0,95, при нормальном законе распределения вероятности равна 1,96, т.е. г = 1,96.

Оценка среднего квадратического отклонения определяется как % = 4% ■ уизм = 4%-2500 = 33,33 м3. у 3 ■ 100% 3 ■ 100%

Таким образом, в численном значении результат измерения составит:

V = (2500 + 0,04 ■ 2500) ± 1,96 ■ 33,33 = (2600 ± 65,33) м3.

Результат измерения с вероятностью Р = 0,95 будет находиться в интервале 2534,671 ... 2665,33 м3.

Допустим далее, что выполнено многократное измерение (п = 9) со следующими результатами, полученными при экспериментальных измерениях объема газа: Уизм = 2480; 2560; 2530; 2580; 2470; 2480; 2508; 2510; 2510 м3.

п ' 3

Среднее значение измеренного объема уизм = ХУизм i /п = 2514,22 м

I=1

Результат многократного измерения в этом случае запишется следующим образом:

^ = (^изм+0,04 VmM)±t-^f. (6)

л/п

Подставим в формулу (6) необходимые величины:

V = (2514,22 + 0,04 • 2514,22) ± 2,306• = (2614,79 ± 28,56) м3,

л/9

т.е. результат измерения с вероятностью Р - 0,95 будет находиться в интервале 2586,23 ... 2643,35 м3.

Сравнивая полученный результат с предыдущим, можно сделать вывод, что доверительный интервал результата многократного измерения уменьшился в 2,3 раза. И хотя данный показатель меньше ожидаемого значения л/9 =3, преимущество многократного измерения бесспорно. Отличие ожидаемого результата от полученного объясняется только ограниченным числом измерений (/7 = 9), которое вынуждает использовать распределение вероятности Стьюдента, а не нормированное нормальное. Оно дает меньшее значение относительной ширины доверительного интервала i, поскольку вводит дополнительный параметр — число измерений (число степеней свободы).

Обобщая изложенное, можно рекомендовать многократные измерения для повышения качества измерений объемов поставленного газа за счет увеличения их точности. Данный вывод справедлив и для других учетных параметров количества отпущенного газа.

Список литературы

1. ПР 50.2.019-96 «Количество природного газа. Методика выполнения измерений при помощи турбинных и ротационных счетчиков».

2. Шишкин И.Ф. Метрология, стандартизация и управление качеством: учебник для вузов / под ред. акад. Н.С. Соломенко. М.: Изд-во стандартов, 1990. 342 с.

D.B. Belov, А.А. Ignatev

WAYS OF INCREASE OF ACCURACY OF MEASUREMENTS OF VOLUMES PUT NATURAL GAS

Ways of increase of accuracy of measurements of volumes of the put natural gas by means of application of repeated measurements are considered.

Key words: gas volume, accuracy of measurements, repeated measurements.

Получено 14.12.11