авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Повышение точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станций

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФОКИН АНДРЕЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ

«Повышение точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станций»

Специальность: 25.00.19 - «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ».

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2007

Работа выполнена в Обществе с ограниченной ответственностью «Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ»

Научный руководитель: доктор технических наук

Засецкий Владимир Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Лопатин Алексей Сергеевич

кандидат технических наук

Перевезенцев Виктор Тимофеевич

Ведущая организация: ОАО «БЗМТО» Брянский завод металлических конструкций и технологической оснастки.

Защита состоится 31 октября 2007 г. в 12 часов 30 мин.

на заседании диссертационного совета Д 511.001.02 при ООО «ВНИИГАЗ» по адресу: 142717, Московская обл., Ленинский район, пос. Развилка, ООО «ВНИИГАЗ».

С содержанием диссертации можно ознакомиться в библиотеке ООО «ВНИИГАЗ».

Автореферат разослан «___» ___________2007г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук Курганова И.Н.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования.

1.Точность измерения расхода газа, особенно в условиях динамического возмущения потока газа на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станций имеет важное значение для повышения эффективной эксплуатации магистральных газопроводов. Пульсации давления, обусловленные в основном неравномерностью подачи нагнетателей, неустойчивостью работы агрегатов, срывными явлениями на них приводят к возникновению дополнительной погрешности, величина которой в зависимости от степени колебательности процесса может достигать 0,5….3,5%.

Появление ошибки из-за пульсаций давления опасно тем, что она не поддается учету при применении промышленно выпускаемых измерительных средств и часто приводит к взаимным притязаниям поставщиков и потребителей природного газа. Поэтому в условиях дефицита энергоносителей и повышения требований к точности их учета актуальной задачей является снижение дополнительной погрешности измерения расхода газа. Снижение колебаний давления в напорных газовых магистралях применением специальных гасителей затруднено тем, что они имеют большие габариты и массу. Для повышения точности измерения расхода пульсирующего потока газа необходимо создание устройств, обеспечивающих коррекцию показаний диафрагменных расходомеров. Однако разработка и внедрение корректирующих устройств не могут быть выполнены без проверки их эффективности на специальном стендовом оборудовании. Такое оборудование необходимо также для оценки влияния пульсаций давления на погрешность и других типов расходомеров, например вихревых. Используемые на практике стенды не удовлетворяют в полной мере предъявляемым к ним требованиям в части прецизионного задания статических параметров (давления, перепада давления), формирования акустических граничных условий, реализация заданного режима пульсирующего потока газа. Поэтому экспериментально-теоретическое обоснование методов повышения точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока газа на газораспределительных и газоизмерительных станциях является актуальной темой исследования.

Целью диссертационной работы является экспериментально-теоретическое обоснование методов повышения точности измерения расхода газа в условиях динамического возмущения потока на замерных узлах газораспределительных и газоизмерительных станциях.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи исследований:

1. Разработка математической модели для исследования точностных характеристик и дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров при динамических возмущениях потока газа в процессе эксплуатации.

2. Создание экспериментального оборудования и методов исследования точностных характеристик расходомеров в условиях пульсирующего потока газа, а также исследование дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров из-за пульсаций давления и на этой основе разработка мероприятий по повышению точности измерения расхода газа.

3. Разработка алгоритма и программы расчета стендового генератора для моделирования пульсаций потока газа.

4. Разработка математической модели, алгоритма и программы расчета статических характеристик нелинейных измерительных цепей диафрагменных расходомеров с учетом пульсаций давления на входе.

5. Создание методики теоретической и экспериментальной оценки погрешности диафрагменных расходомеров в условиях пульсирующего потока газа и реализация этой методики на разработанном стендовом оборудовании.

6. Разработка мерноприятий по повышению точности измерения пульсирующего расхода газа диафрагменными расходомерами.

Научная новизна работы.

- Создана математическая модель исследования характеристик диафрагменных расходомеров в условиях пульсирующего потока газа и обоснована структурная схема экспериментального стенда для ее реализации.

- Обоснована методика расчета пульсационных характеристик потока газа во временной и частотной областях спектра для моделирования реальных условий работы диафрагменных расходомеров.

- Разработаны методики определения погрешности измерения расхода газа на газораспределительных и газоизмерительных станциях с использованием созданного стендового оборудования и измерительно-обрабатывающего комплекса, которые повысят достоверность информации об учете транспортируемого газа.

Защищаемые положения

1.Математическая модель и структурная схема экспериментального стенда для исследования точностных характеристик и дополнительной погрешности диафрагменных расходомеров при динамических возмущениях потока газа в процессе эксплуатации.

2. Методика расчета пульсационных характеристик потока во временной и частотной областях пульсаций для моделирования реальных условий работы диафрагменных расходомеров на газораспределительных и газоизмерительных станциях с обеспечением прецизионного задания среднего давления, перепада давления на расходомере, коррекции спектра пульсаций при помощи резонаторов и согласующих дросселей.

3.Методика дифференциальной оценки погрешности диафрагменных расходомеров и ее составляющих, позволяющие оценивать их величины, а также рассчитывать колебания давления в характерных сечениях цепи, включая перепад давления на диафрагме, в стендовых условиях.

Практическая ценность работы

На основе результатов проведенных исследований:

1.Разработан пакет программ расчета пульсационных характеристик стендовых магистралей, который позволяет выбирать параметры узлов и магистралей стендового оборудования, при которых реализуется требуемый режим пульсаций давления.

2.Составлена схема программной коррекции показаний диафрагменных расходомеров по измеренному динамическому перепаду на диафрагме и математической модели газовой измерительной цепи.

3.Разработанны мероприятия, основанные на измерении динамического перепада давления на мерной диафрагме и на основе этих данных программная коррекция показаний расходомеров, которые позволятют повысить точность измерения расхода пульсирующего потока газа.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на научно- технических конференциях, включая:

-- 6-ю Научно-техническую конференцию, посвященную 75-летию Российского государственного университета нефти и газа им. И.М.Губкина «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», г. Москва, 26-27 января 2005г.;

-- 1-ю Научно-техническую конференцию, в рамках ХIV Конкурса молодежных разработок среди предприятий и организаций топливно-энергетического комплекса в 2005 году «ТЭК-2005».

-- 14-ю Научно-практическую конференцию молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности западной Сибири» г. Тюмень, 25-28 апреля 2006г.;

-- 2-ю Научно-практическую конференцию молодых ученых и специалистов «Инновационный потенциал молодых специалистов, как залог динамичного развития газовой промышленности» г. Москва, 28 сентября 2006 г.

-- 7-ю Научно-техническую конференцию «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России», Российский университет нефти и газа им. И.М.Губкина г. Москва, 29-30 января 2007г.

-- 7-ю Научно-техническую конференцию «Новые технологии в газовой промышленности», Российский университет нефти и газа им. И.М.Губкина г. Москва, 25-28 сентября 2007г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в т. ч.1 в издании входящем в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий» ВАК РФ.

Структура и состав работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Материал изложен на 187 страницах, включающих 93 рисунка, 15 таблиц и библиографию из 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, дается краткая характеристика диссертационной работы. Определены цели и задачи исследований,отражена научная новизна,практическая значимость результатов работы.

Первая глава посвящена обзорному анализу исследований влияния пульсаций давления на характеристику расходомеров, приведены схемы применяемых экспериментальных установок для исследования расходомеров в условиях пульсирующего потока газа, определены требования к стендовому оборудованию.

Теоретическим и экспериментальным исследованиям газовых диафрагменных расходомеров при наличии колебаний давления посвящено большое количество публикаций. Авторы, оценивая влияние пульсаций на погрешность измерения расхода, стремятся к расчленению ее на составляющие.

Основными источниками возникновения этой погрешности являются: нелинейное осреднение пульсаций перепада давления газа на сужающем устройстве, нелинейное осреднение пульсаций перепада давления в импульсных трубках, несоответствие коэффициента расхода сужающего устройства на установившемся режиме и при наличии пульсаций давления.

В работах Никифорова А.Н., Федорова А.В., Фафурина А.В., Гаптрахманова Р.Р., Сливы Е.С., зарубежных ученых Кобзы З., Grimpson J., Jeffery B.J., Torigoe Ippegi, Santo Taro, в отчетах Международной организации по стандартизации приведены результаты исследований погрешности измерения расхода газа, вызванной нелинейным осреднением пульсаций перепада давления на сужающем устройстве. Дана аппроксимирующая эмпирическая зависимость, связывающая погрешность измерения расхода газа с относительным действующим значением пульсаций перепада давления. Однако при этом не установлены границы применения этой зависимости для различных сочетаний фаз и гармоник полигармонического процесса. Результаты этих исследований зачастую неоднозначны, что связано, в основном, с несовершенством экспериментального оборудования.

Исследованиям однониточных пневмогидравлических измерительных цепей посвящены работы Шорина В.П., Гимадиева А.Г., Берестнева Г.И., в которых определены погрешности измерения среднего давления при наличии пульсаций рабочей среды, сформулированы требования к гасителям колебаний.

В работах Шумиловского Н.Н., Гаптрахманова Р.Р. и Фафурина А.В., Grimpson J., Hay N., Sauer H.J., Earies W.E., Zarek J.M. описаны установки, включающие источники сжатого газа, пульсатор, участки трубопроводов с испытуемым и контрольным расходомерами, гасители колебаний. Общим для многих установок является то, что один и тот же газ проходит через участок с пульсациями-с испытуемым расходомером и без пульсаций – с контрольным расходомером. Оценка влияния пульсаций давления на погрешность расходомера ведется по сравнению показаний испытуемого и контрольного расходомеров. Основными недостатками существующего стендового оборудования является то, что в них нельзя реализовать условия, близкие по режимным параметрам к реальным условиям эксплуатации расходомеров, не задаются акустические граничные условия на участке с испытуемым расходомером, обеспечивающие равномерную по частоте амплитуду колебаний давления, не выдерживаются постоянными средние составляющие пульсирующего давления и перепад давления на диафрагме.

На основании проведенного анализа сформулированы требования к стендовому оборудованию, в котором на участке трубопровода с исследуемым расходомером должен реализовываться колебательный процесс со следующими параметрами: частота основной составляющей колебаний давления до 200Гц; относительная амплитуда основной составляющей колебаний давления на входе в расходомер и на его выходе до 5%; относительная амплитуда основной составляющей колебаний перепада давления на диафрагме до 50%; относительные амплитуды высших гармоник (по отношению к основной составляющей) не превышают 0,2…0,25.

Во второй главе на основе проведенного анализа стендового оборудования с учетом предъявляемых требований предложена функциональная схема стенда (рис.1), в которую входят источник сжатого газа, участок с испытуемым расходомером и генератором колебаний, блоки формирования граничных условий, контрольный расходомер, система управления регулирующими органами, система измерения статических и динамических параметров. Построение структурной схемы стенда (рис.2) базируется на принципе сравнения показаний установленных последовательно испытуемого расходомера в условиях пульсирующего потока газа и контрольного расходомера без пульсаций. В отличие от известных решений в схему дополнительно включены действующие раздельно задатчики среднего перепада давления на расходомере, среднего давления на его входе и устройства коррекции формы пульсаций. Для возбуждения колебаний выбран генератор сиренного типа. Так как требованиями к стендовому оборудованию жестко не регламентировано получение синусоидальной формы сигнала, в качестве прерывающего элемента генератора предложено использовать диск, помещенный в цилиндрический корпус.

 Принципиальная схема экспериментальной установки. -0

Рис.2. Принципиальная схема экспериментальной установки.

Подача газа, со стороны испытуемого расходомера (а) и контрольного (б): 1 – источник сжатого воздуха; 2 – ресивер; 3 – воздушный генератор; 4, 5 – дроссели; 6 – корректирующее устройство с дросселем; 7, 8 – испытуемый расходомер; 9 – задатчик перепада давления на испытуемом объекте; 10 – корректирующий дроссель; 11 – гаситель колебаний давления; 12 - контрольный расходомер; 13, 15 – дроссели; 14 – емкость.

Особенностью стендовых магистралей является то, что длины трубопроводов участка с испытуемым расходомером должны выбираться исходя из минимально допустимых длин прямых участков до и после сужающих устройств, определяемых ГОСТ. Однако длины этих трубопроводов имеют важное значение для формирования пульсационной картины на испытуемом расходомере. Кроме того, вследствие влияния отраженных волн в магистралях стенда могут наблюдаться усиления и ослабления колебаний давления. Для устранения этого недостатка предлагается для каждого трубопровода подбирать параметры корректирующего дросселя (16, рис.2) на входе в емкость (11)таким образом, что ее волновое сопротивление близко к волновому сопротивлению трубопровода.

Для выбора параметров основных элементов стенда в соответствии с требованиями на реализацию колебательного процесса в зоне испытуемого расходомера разработана математическая модель экспериментальной установки. Модель базируется на принципиальной ( рис.2) и расчетной схемах, на принятии определенных упрощающих допущений и уравнениях газовой динамики. Для описания неустановившегося движения газа в трубопроводах использованы уравнения газового потока с учетом потерь на трение, выведенные Чарным И.А. Уравнения для трубопроводов в частных производных преобразуются к конечно-разностным алгебраическим уравнениям. При описании дросселей использованы уравнения движения газа для докритического и сверхкритического режимов. Генератор колебаний представлен как дроссель переменного сечения, коэффициент расхода и площадь проходного сечения которого является функциями угла поворота прерывающего диска. Система уравнений решается методом итераций до тех пор, пока суммарная относительная разность двух последовательных приближений по расходу, давлению и плотности не станет меньше наперед заданной величины. Для задания начальных значений параметров предварительно решается система алгебраических уравнений элементов стендовой системы.

На основе рассчитанных интегральных характеристик стенда осуществляется выбор параметров основных узлов, при которых на участке с испытуемым расходомером реализуется заданный пульсационный режим.

Диаметр трубопровода основной магистрали ограничен сверху возможностями нагнетателя по созданию максимального расхода газа, снизу – влиянием подключения измерительной цепи расходомера на колебательный процесс в газопроводе. Предложено использовать наименьший из диаметров трубопроводов, широко применяемых в газовой промышленности D=50 мм. Давление на входе в стенд задано 315 МПа, в стендовых магистралях - 0,53 МПа, воздух на выходе стенда направляется в атмосферу.

Диаметр диска генератора d выбирается из условия обеспечения заданной амплитуды колебаний давления (перепада давления) на испытуемом расходомере. Заданный диапазон регулирования амплитуды колебаний давления реализуется при диаметре прерывающего диска генератора 30 мм. Для обеспечения плавного регулирования основной составляющей колебаний давления предусмотрен байпасный дроссель генератора с максимальным диаметром проходного сечения 50 мм.

На основе теоретических исследований определены эффективность применения и параметры корректирующих устройств в виде трубопровода – резонатора переменной длины на входе в испытуемый расходомер и корректирующего дросселя на выходе расходомера.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.