РД 50-213-80. Руководящий нормативный документ. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами

 

Утверждены и введены в действие

Постановлением Государственного

комитета СССР по стандартам

от 14 августа 1980 г. N 4255

 

РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ

 

ПРАВИЛА

ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗОВ И ЖИДКОСТЕЙ

СТАНДАРТНЫМИ СУЖАЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ

 

РД 50-213-80

 

Взамен Правил 28-64

 

Срок введения установлен

с 1 июля 1982 года

 

Разработаны Казанским филиалом Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (КФ ВНИИФТРИ):

Директор Н.М. Хусаинов

Зам. директора по научной работе Н.Н. Антонов

Руководитель темы А.А. Тупиченков.

Исполнители: П.А. Гаршин, Б.В. Савиных, Р.Е. Смирнов, Б.Н. Нестеренко.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом природных газов (ВНИИГАЗ):

Директор А.И. Гриценко

Первый зам. директора З.Т. Галиуллин

Исполнитель А.П. Подкопаев.

Внесены Управлением метрологии Госстандарта:

Начальник Управления метрологии Л.К. Исаев.

Утверждены и введены в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 14.08.1980 N 4255.

 

Настоящие Правила регламентируют основы измерения расхода газов и жидкостей методом переменного перепада давления и общие технические требования к расходомерным устройствам, состоящим из расходомера (стандартного сужающего устройства, дифманометра, приборов для измерения параметров среды и соединительных линий) и прямых участков трубопроводов до и после сужающего устройства с местными сопротивлениями.

Положения настоящих Правил распространяются на расходомерные устройства как отечественного производства, так и импортные при условии применения в них углового или фланцевого способов отбора перепада давления на сужающем устройстве.

 

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

 

1.1. К стандартным (нормализованным) сужающим устройствам относятся диафрагмы, сопла, сопла Вентури и трубы Вентури, удовлетворяющие требованиям настоящих Правил и применяющиеся для измерения расхода вещества без их индивидуальной градуировки. Допускаются к эксплуатации дифманометры и приборы для измерения параметров среды, серийно выпускаемые промышленностью или опытным производством и удовлетворяющие требованиям действующих государственных стандартов или прошедшие государственную метрологическую аттестацию.

1.2. Правила устанавливают требования к выполнению расходомерных устройств при их разработке, проектировании, монтаже, эксплуатации и поверке.

1.3. Приведенные в Правилах положения справедливы при соблюдении следующих условий измерения:

а) характер движения потока в прямых участках трубопроводов до и после сужающего устройства должен быть турбулентным (см. табл. 5, п. 5.1.1 и п. 5.2.1), стационарным (см. приложение 1, ГОСТ 23868-79);

б) фазовое состояние потока не должно изменяться при его течении через сужающее устройство (жидкость не испаряется, растворенные в жидкости газы не выделяются, исключается конденсация водяного пара из газов с последующим выпадением жидкой фазы в трубопроводе вблизи сужающего устройства);

в) во внутренней полости прямых участков трубопроводов до и после сужающего устройства не скапливаются осадки в виде пыли, песка, металлических предметов и других видов загрязнений;

г) на поверхностях сужающего устройства не образуются отложения, изменяющие его конструктивные параметры и геометрию;

д) пар является перегретым; при этом для пара справедливы все положения, касающиеся измерения расхода газа.

1.4. Допускается измерять расход влажного пара диафрагмами при соотношении плотностей паровой  и жидкой  фаз  при массовой доле жидкого компонента в парожидкостной смеси не более 0,2 (в долях единицы).

Показание дифманометра в этом случае соответствует расходу сухой части влажного пара, в связи с чем диафрагмы следует рассчитывать по расходу и плотности паровой фазы.

1.5. Допустимые диапазоны значений диаметров трубопроводов D и относительных площадей сужающих устройств m должны находиться в пределах:

для диафрагм с угловым способом отбора перепада давления

 

,  ;* ;

 

;

 

для диафрагм с фланцевым способом отбора перепада давления

 

,

 

;

 

диаметр отверстия диафрагм независимо от способа отбора перепада давления ;

для сопел в случае измерения расхода газа

 

,

 

;

 

для сопел в случае измерения расхода жидкости

 

,

 

;

 

для сопел Вентури

 

,

 

;

 

диаметр отверстия сопел и сопел Вентури ;

для труб Вентури

 

,

 

.

 

--------------------------------

 ;* ; Для трубопроводов диаметром D  ; 1000 мм рекомендуется принимать значения  и расчетные соотношения, которые соответствуют диаметру D = 1000 мм.

 

1.6. В случае измерения расхода газа отношение абсолютных давлений на выходе и входе сужающего устройства должно быть больше или равно 0,75.

1.7. При измерении расхода газов и жидкостей допускается применять как угловой, так и фланцевый способы отбора перепада давления на диафрагмах и угловой способ отбора на соплах, соплах Вентури и трубах Вентури.

1.8. При выполнении расчетов, связанных с определением расхода вещества, следует пользоваться данными о физико-химических параметрах, приведенных в настоящих Правилах. При отсутствии в Правилах каких-либо параметров следует применять официальные данные, утвержденные Госстандартом или Государственной службой стандартных справочных данных (ГСССД), а также данные лабораторных анализов, выполняемых в соответствии с действующими стандартами.

 

2. УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

 

В настоящих Правилах приняты обозначения основных величин и их единицы измерения, указанные в табл. 1.

 

Таблица 1

 

─────────────────────────────────────────────┬───────────────┬─────────────

                  Величина                      Условное       Единица

                                               обозначение    измерения

─────────────────────────────────────────────┴───────────────┴─────────────

 Объемный расход                                             м3/ч

 Массовый расход                                            кг/ч

 Объемный расход, приведенный к нормальному                м3/ч

состоянию 

 Наибольший измеряемый объемный расход,                 м3/ч

приведенный к нормальному состоянию

 Наибольший измеряемый объемный расход                   м3/ч

 Средний измеряемый объемный расход,                     м3/ч

приведенный к нормальному состоянию

 Средний суточный расход                                  м3/сут

 Средний измеряемый расход                                 м3/ч

 Верхний предел измерений дифманометра:

  для объемного расхода, приведенного                    м3/ч

  к нормальному состоянию

  для объемного расхода                                    м3/ч

 Абсолютное давление среды перед сужающим     P               кгс/см2

устройством в условиях измерения

 Барометрическое давление                                   кгс/см2

 Избыточное давление                                        кгс/см2

 Критическое давление                                       кгс/см2

 Псевдокритическое давление                                 кгс/см2

 Приведенное давление                                      кгс/см2

 Перепад давления среды при течении через                  кгс/см2

сужающее устройство

 Наибольший перепад давления при течении                  кгс/см2

среды через сужающее устройство,

соответствующий 

 Предельный номинальный перепад давления                   кгс/см2

дифманометра, т.е. номинальный перепад,

соответствующий  или верхнему

предельному значению выходного сигнала

дифманометра при подаче сжатого воздуха

в плюсовую камеру прибора, когда

минусовая камера сообщена с атмосферой

и температура прибора 20 °C

 Потеря давления в сужающем устройстве                      кгс/см2

 Допустимая потеря давления при расходе,                   кгс/см2

равном 

 Допустимая потеря давления при расходе,                   кгс/см2

равном 

 Давление водяного пара во влажном газе                    кгс/см2

при температуре t

 Наибольшее возможное давление водяного                  кгс/см2

пара во влажном газе при температуре t

 Давление насыщенного водяного пара                        кгс/см2

при температуре t

 Температура измеряемой среды перед           t или T         °C или К

сужающим устройством

 Критическая температура                                    К

 Приведенная температура                                   -

 Температура насыщенного водяного пара                     °C

 Коэффициент сжимаемости газа                 K               -

 Плотность среды в рабочих условиях                         кг/м3

 Плотность вещества над уравновешивающей                    кг/м3

жидкостью при давлении P и температуре

20 °C

 Плотность уравновешивающей жидкости при                    кг/м3

давлении P и температуре 20 °C

 Плотность уравновешивающей жидкости при                    кг/м3

атмосферном давлении и температуре 20 °C

 Плотность сухого газа (или сухой части                   кг/м3

влажного газа) в нормальном состоянии

 Плотность разделительной жидкости                         кг/м3

при атмосферном давлении и температуре

разделительных сосудов

 Плотность измеряемой среды при атмосферном                 кг/м3

давлении и температуре разделительных

сосудов

 Плотность измеряемой среды при давлении P                  кг/м3

и температуре разделительных сосудов

 Плотность сухой части влажного газа при                   кг/м3

ее парциальном давлении и температуре t

 Плотность водяного пара при его парциальном               кг/м3

давлении и температуре t

 Наибольшая возможная плотность водяного                 кг/м3

пара во влажном газе при давлении P

и температуре t

 Плотность насыщенного водяного пара при                   кг/м3

температуре t

 Плотность влажного газа в рабочих условиях                кг/м3

 Внутренний диаметр трубопровода перед        D               мм

сужающим устройством при температуре t

 То же, при 20 °C                                          мм

 Диаметр отверстия сужающего устройства       d                мм

при температуре t

 То же, при 20 °C                                            мм

 Внутренний диаметр вертикального                           мм

цилиндрического разделительного сосуда

 Относительная площадь сужающего устройства,          -

равная отношению площадей сечения отверстия

сужающего устройства и трубопровода при

рабочей температуре

 Местное ускорение свободного падения         g               м/с2

 Относительная влажность газа                               В долях

                                                              единицы

 Коэффициент расхода                                        -

 Коэффициент расхода диафрагм с угловым                    -

способом отбора перепада давления

 Коэффициент расхода диафрагм с фланцевым                  -

способом отбора перепада давления

 Поправочный множитель на расширение                        -

измеряемой среды (коэффициент расширения)

 Величина абсолютной эквивалентной                          мм

шероховатости стенок трубопровода

 Показатель адиабаты                          x               -

 Динамическая вязкость измеряемой среды                     кгс x с/м2

в рабочих условиях

 Кинематическая вязкость измеряемой среды     v               м2/с

в рабочих условиях

 Число Рейнольдса для диаметра D              Re              -

 Минимальное число Рейнольдса                            -

 Коэффициент коррекции расхода на влажность                 -

газа

 Поправочный множитель на тепловое                          -

расширение материала сужающего устройства

 То же, для материала трубопровода                          -

 Средняя квадратическая относительная                       %

погрешность результата измерения

 Предельная относительная погрешность                       %

результата измерения

 

Остальные обозначения указаны непосредственно в тексте.

 

3. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ РАСХОДА

 

3.1. Общие уравнения расхода

3.1.1. Массовый и объемный расход газов и жидкостей в общем виде вычисляют по формулам:

 

; (1)

 

. (2)

 

В этих формулах  измеряют в Па, d - в м. Для несжимаемой жидкости .

3.2. Уравнения расхода сухих газов

3.2.1. Объемный расход сухого, газа, приведенный к нормальным условиям, определяют по формуле

 

. (3)

 

3.2.2. Объемный расход сухого газа в нормальных условиях , принятых в отечественной практике, приводят к другим стандартным условиям, вводя поправочные множители из табл. 2.

 

Таблица 2

 

──────────────────────┬─────────┬─────────┬───────┬───────┬───────

  Условия приведения  │ 0 °C и  │ 15 °C и │20 °C и│15 °C и│20 °C и

объемного расхода газа│ 760 мм  │ 760 мм  │760 мм │ 1 бар │ 1 бар

                      │ рт. ст. │ рт. ст. │рт. ст.│      

──────────────────────┴─────────┴─────────┴───────┴───────┴───────

 0 °C и 760 мм рт. ст.  1,0       1,0549   1,0732  1,0688  1,0874

15 °C и 760 мм рт. ст.  0,9479    1,0      1,0174  1,0132  1,0308

20 °C и 760 мм рт. ст.  0,9318    0,9829   1,0     0,9959  1,0132

15 °C и 1 бар           0,9355    0,9869   1,0041  1,0     1,0174

20 °C и 1 бар           0,9196    0,9700   0,9869  0,9829  1,0

 

Примечание. Для пересчета расхода из заданных стандартных условий (левый столбец таблицы) в требуемые (верхняя строка таблицы) необходимый множитель находят на пересечении строк и столбцов. Например, чтобы заданный при 20 °C и 760 мм рт. ст. расход пересчитать в соответствующий при 0 °C и 760 мм рт. ст., необходимо его величину умножить на 0,9318.

 

3.2.3. Известный при рабочих условиях расход пересчитывают в расход при нормальных условиях по выражению

 

. (4)

 

3.3. Уравнения расхода влажных газов

3.3.1. Объемный расход сухой части влажного газа, приведенный к нормальным условиям, определяют по уравнению

 

. (5)

 

3.3.2. Расход влажного газа, известного в рабочем состоянии, пересчитывают в расход сухой части при нормальных условиях по выражению

 

, (6)

 

где  - объемный расход влажного газа при рабочих условиях.

3.3.3. Расход влажного газа в рабочем состоянии пересчитывают в расход его сухой части при тех же рабочих условиях по формуле

 

. (7)

 

3.4. Условие безкавитационного течения жидкостей

3.4.1. Условием безкавитационного течения жидкости через сужающее устройство является , где  и  - абсолютные давления в местах отбора перепада давления перед сужающим устройством и, соответственно, за ним.

Величину CL определяют по формуле

 

, (8)

 

где  - относительная растворимость газа в жидкости;

 - коэффициент сужения струи;

; .

3.4.2. Величину  вычисляют по формуле

 

, (9)

 

где  - коэффициент Генри;

 и  - молекулярные массы газа и жидкости соответственно;

 - плотность жидкости в рабочих условиях;

 - плотность газа в нормальных условиях.

Значения величии  для воды приведены в табл. 3.

3.4.3. Для сопел, сопел Вентури и труб Вентури , для диафрагм значения  определяют по рис. 1.

 

 

Рис. 1. Коэффициент сужения струи

 

Таблица 3

 

─────┬─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────

t, °C│                                     f  при °C, равной

                                           0

     ├────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────┬────────

        0       1       2       3       4       5       6       7        8      9

─────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────┴────────

  0   0,028845 0,028332 0,027813 0,027303 0,026775 0,026242 0,025704 0,025162 0,024626 0,024074

 10   0,023517 0,023191 0,022862 0,022530 0,022182 0,021857 0,021502 0,021158 0,020834 0,020462

 20   0,020108 0,019890 0,019670 0,019449 0,019225 0,018999 0,018771 0,018542 0,018310 0,018076

 30   0,017841 0,017691 0,017541 0,017388 0,017235 0,017080 0,016924 0,016773 0,016607 0,016454

 40   0,016285 0,016201 0,016117 0,016016 0,015930 0,015843 0,015741 0,015665 0,015561 0,015470

 50   0,015378 0,015330 0,015281 0,015216 0,015166 0,015116 0,015064 0,014997 0,014945 0,014892

 60   0,014838 0,014804 0,014780 0,014755 0,014729 0,014704 0,014678 0,014651 0,014623 0,014598

 70   0,014562 0,014556 0,014556 0,014556 0,014556 0,014557 0,014556 0,014555 0,014554 0,014552

 80   0,014550 0,014573 0,014596 0,014618 0,014642 0,014663 0,014685 0,014708 0,014730 0,014753

 90   0,014774 0,014816 0,014857 0,014899 0,014941 0,014984 0,015024 0,015066 0,015099 0,015149

 

В случае , что соответствует развитому кавитационному режиму, необходимо увеличивать давление  за сужающим устройством.

 

4. ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА ПРОМЫШЛЕННЫМИ

И ЛАБОРАТОРНЫМИ ДИФМАНОМЕТРАМИ

 

4.1. Расход, измеряемый кольцевыми, колокольными, сильфонными и мембранными дифманометрами, вычисляют по формулам:

для сухих газов

 

; (10)

 

для сухой части влажных газов

 

 (11)

 

или

 

; (12)

 

для жидкостей

 

, (13)

 

где  и  - коэффициенты коррекции расхода, см. п. 10.1.1 и 7.2.11 соответственно.

4.2. Расход, измеряемый поплавковыми дифманометрами, определяют по формулам:

для сухих газов

 

; (14)

 

для сухой части влажных газов

 

; (15)

 

для жидкостей

 

. (16)

 

4.3. Расход, измеряемый лабораторным U-образным или чашечным дифманометром, находят по формулам:

для дифманометра без разделительного сосуда

 

; (17)

 

для дифманометра с разделительным сосудом

 

, (18)

 

где  - разность высот столбов уравновешивающей жидкости U-образного дифманометра или отсчет по шкале чашечного дифманометра при температуре прибора, мм;

 - внутренний диаметр измерительной трубки дифманометра, мм;

 - плотность уравновешивающей жидкости при давлении P и температуре t, кг/м3;

 - плотность вещества над уравновешивающей жидкостью при давлении P и температуре t, кг/м3.

При измерении расхода жидкости вместо  следует подставлять .

 

5. КОЭФФИЦИЕНТ РАСХОДА

 

5.1. Коэффициент расхода диафрагм

5.1.1. Коэффициент расхода диафрагм с угловым способом отбора  и острой входной кромкой, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью

 

 

в диапазоне чисел Рейнольдса  определяют по формуле

 

. (19)

 

Значения  выбирают в зависимости от m:

 

;

 

;

 

.

 

Значения коэффициентов расхода диафрагм , вычисленные по формуле (19), приведены в Приложении 1.

Значения величин k для различных условий эксплуатации трубопроводов приведены в табл. 4.

 

Таблица 4

 

───────────────────┬───────────────────────────────────────┬───────────────

     Вид труб и    │ Состояние поверхности труб и условия       k, мм

     материал                   эксплуатации             

───────────────────┴───────────────────────────────────────┴───────────────

 Цельнотянутые       Технически гладкие                     0,0015 - 0,0100

трубы из латуни,     Находящиеся в эксплуатации без         0,03

меди, свинца        отложений на внутренней поверхности

 Алюминиевые         Технически гладкие                     0,015 - 0,06

                     Находящиеся в эксплуатации без         0,03

                    отложений на внутренней поверхности

 Цельнотянутые       Новые, не бывшие в эксплуатации        0,02 - 0,10

стальные трубы       Изготовленные волочением в холодном    0,03

                    состоянии

                     Очищенные после многих лет             до 0,04

                    эксплуатации

                     Битумизированные                       до 0,04

                     Изготовленные горячим волочением       0,05 - 0,10

                     Паропроводы перегретого пара при       0,10

                    наличии деаэрации и химической очистки

                     Паропроводы насыщенного пара при       0,20

                    наличии деаэрации и химической очистки

                     Паропроводы, работающие периодически,  0,50

                    и конденсатопроводы с открытой системой

                    конденсата

                     Конденсатопроводы, работающие          1,00

                    периодически, и водяные теплопроводы

                    при отсутствии деаэрации и химической

                    очистки

                     Трубопроводы водяных систем отопления  0,20

                     Водяные и теплопроводы при наличии     0,15

                    деаэрации и химической очистки

                     Газопроводы после одного года          0,12

                    эксплуатации

                     Газопроводы после нескольких лет       0,12 - 0,22

                    эксплуатации

                     Газопроводы после нескольких лет       0,15 - 1,00

                    эксплуатации в различных условиях

                    (корродированные или с небольшими

                    отложениями)

                     Воздухопроводы сжатого воздуха         0,80

                     Водопроводные трубы, находившиеся в    1,20 - 1,50

                    эксплуатации

                     Умеренно корродированные трубы         0,40

                     С небольшими отложениями накипи        0,40

 Цельносварные       Новые или старые трубы в хорошем       0,04 - 0,10

стальные трубы      состоянии

                     Новые трубы битумизированные           0,05

                     Новые трубы спирально сварные          0,10

                     Трубы, бывшие в эксплуатации, битум    0,10

                    частично растворен, корродированные

                     Трубы с гальваническим покрытием       0,13

                     Трубы, бывшие в эксплуатации,          0,15

                    равномерная коррозия

                     Магистральные газопроводы после многих 0,50

                    лет эксплуатации

                     Магистральные газопроводы после 20 лет 1,10

                     Трубы, загрязненные в процессе         0,95 - 1,00

                    эксплуатации на воде, но не

                    корродированные

                     Трубы со слабыми отложениями           1,50

                     Значительно корродированные трубы      2,00

 Оцинкованные        Новые трубы с чистой оцинковкой        0,07 - 0,10

стальные трубы       Трубы с обычной оцинковкой             0,10 - 0,15

 Трубы оцинкованные  Новые трубы                            0,15

из листовой стали    Трубы, бывшие в эксплуатации           0,18

 Чугунные трубы      Новые трубы                            0,25 - 1,00

                     Новые, битумизированные                0,10 - 0,15

                     Асфальтированные трубы                 0,12 - 0,30

                     Трубы, бывшие в эксплуатации,          1,1 - 1,5

                    корродированные

                     Трубы с отложениями на внутренней      1,0 - 1,5

                    поверхности

                     Трубы, очищенные после многих лет      0,3 - 1,5

                    эксплуатации

                     Сильно корродированные трубы           до 3,0

 Асбоцементные       Новые трубы с изоляцией                0,03

трубы                Новые трубы без изоляции               0,05 - 0,10

                     Средние трубы                          0,60

 Стеклянные трубы    Чистое стекло                          0,0015 - 0,0100

 

5.1.2. Коэффициенты расхода диафрагм с угловым способом отбора , и с диаметром отверстия менее 125 мм определяют путем умножения величины , рассчитанной по формуле (19), на поправочный множитель на притупление входной кромки .

Коэффициенты расхода диафрагм, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью k/D, превышающей указанную в п. 5.1.1, определяют умножением , рассчитанного по формуле (19), на поправочный множитель на шероховатость трубопровода .

В случае одновременного учета обоих поправочных множителей уравнение для определения коэффициента расхода принимает вид

 

. (20)

 

Значения  определяют по формуле

 

, (21)

 

где

 

;

 

a = 0 - при c  ; 0,3;

 

;

 

b = 1 - при c  ; 0,3;

 

.

 

Значения  определяют по формуле

 

, (22)

 

где

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Значения  можно определять также по Приложению 2.

Если входная кромка диафрагмы острая, .

5.1.3. Коэффициент расхода диафрагм с фланцевым способом отбора  и острой входной кромкой, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью

 

 

в диапазоне чисел Рейнольдса  (табл. 5) определяют по формуле

 

. (23)

 

Таблица 5

 

─────┬────────────────────────────────────────────────────────────

                              4

  m                 Re    x 10  для D, мм, равного

                      min

     ├──────┬──────┬──────┬───────┬───────┬───────┬───────┬───────

       50    75  │ 100    150    200    250    375    700

─────┴──────┴──────┴──────┴───────┴───────┴───────┴───────┴───────

 0,05  0,32   0,47   0,63    0,95    1,26    1,58    2,36    4,79

 0,09  0,57   0,85   1,13    1,70    2,27    2,84    4,25    8,62

 0,16  1,01   1,51   2,02    3,02    4,03    5,04    7,50   15,32

 0,25  1,58   2,36   3,15    4,73    6,30    7,88   11,18   20,94

 0,36  2,27   3,40   4,54    0,80    9,07   11,34   17,01   34,48

 0,49  3,09   4,63   6,17    9,26   12,35   15,44   23,15   46,92

 0,56  3,53   5,29   7,06   10,58   14,11   17,64   26,46   53,63

 

Значения постоянных  и  определяют следующим образом:

 

 

. (26)

 

Значения коэффициентов расхода , вычисленные по формуле (23), приведены в Приложении 3.

5.2. Коэффициент расхода сопел и сопел Вентури

5.2.1. Коэффициент расхода сопел и сопел Вентури, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью

 

 

в диапазоне чисел Рейнольдса  определяют по формуле

 

. (27)

 

Значения  выбирают в зависимости от m:

 

;

 

.

 

5.2.2. Коэффициенты расхода сопел и сопел Вентури, устанавливаемых в трубопроводах с относительной шероховатостью k/D, превышающей указанную в п. 5.2.1, определяют по формуле

 

. (28)

 

Значения  определяют по формуле

 

 (29)

 

или по Приложению 4.

5.3. Коэффициент расхода труб Вентури

5.3.1. Коэффициенты расхода труб Вентури (см. п. 9.5) определяют по формуле

 

, (30)

 

где C - коэффициент истечения (см. табл. 6).

 

Таблица 6

 

────────────┬────────────┬─────────────────────┬────────────┬──────────────

 Тип трубы  │ Допустимый │   Диапазон чисел      Значение     Средняя

Вентури (см.│ диапазон m │    Рейнольдса Re    │коэффициента│квадратическая

 п. 9.5.2)                                   │истечения C │ погрешность

                                                         │ коэффициента

                                                         │ C, сигма , %

                                                                  с

────────────┴────────────┴─────────────────────┴────────────┴──────────────

                                5         5

     А       0,15 - 0,50  1 x 10  - 2 x 10         0,980          2,5

                                5         6

             0,15 - 0,50  2 x 10  - 2 x 10         0,985          1,5

                                6

             0,15 - 0,50  2 x 10                   0,985          2,0

                                5           5

     Б       0,10 - 0,60  1 x 10  - 1,5 x 10       0,976          1,5

                                  5         5

             0,10 - 0,60  1,5 x 10  - 2 x 10       0,982          1,0

                                5         6

             0,10 - 0,60  2 x 10  - 2 x 10         0,984          0,7

                                6

             0,10 - 0,60  2 x 10                   0,984          1,0

                                5           5

     В       0,10 - 0,60  1 x 10  - 1,5 x 10       0,977          2,5

                                  5           5

             0,10 - 0,60  1,5 x 10  - 2,0 x 10     0,992          1,5

                                5         6

             0,10 - 0,60  2 x 10  - 2 x 10         0,995          1,0

                                6

             0,10 - 0,60  2 x 10                   0,995          1,5


 

6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКОВ ИЗМЕРЯЕМОЙ СРЕДЫ

 

6.1. Определение абсолютного давления

6.1.1. Абсолютное давление P потока среды определяют как сумму избыточного  и барометрического  давлений:

 

.

 

6.1.2. Избыточное давление следует измерять через отдельное цилиндрическое отверстие:

при угловом способе отбора перепада давления - непосредственно у входной плоскости сужающего устройства в углу, образуемом последним со стенкой трубопровода (при камерном отборе - в корпусе камеры);

при фланцевом способе отбора перепада давления - на расстоянии  от входной плоскости сужающего устройства (п. 9.1.12).

6.1.3. Избыточное давление среды измеряют с помощью манометра или дифманометра, которые могут быть показывающими, регистрирующими или с дистанционной передачей показаний.

6.1.4. Барометрическое давление измеряют в месте расположения расходомера.

6.1.5. Барометрическое давление может быть принято постоянным, если отклонения текущих значений абсолютного давления, вызванные изменением барометрического давления, не превышают 0,5%.

6.1.6. Допускается непосредственно измерять абсолютное давление среды с помощью измерительных преобразователей абсолютного давления.

6.1.7. При выполнении расчетов, связанных с переводом давления из одной системы единиц измерения в другую, рекомендуется пользоваться соотношениями, приведенными в табл. 7.

 

Таблица 7

 

─────────────┬─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────

   Единица                           Числовое значение единицы измерения

  измерения  ├─────────────┬───────────────┬──────────────┬──────────────┬─────────────┬───────────

                  Па            бар           атм.        кгс/см2    │ мм рт. ст.  │мм вод. ст.

─────────────┴─────────────┴───────────────┴──────────────┴──────────────┴─────────────┴───────────

                              -5                        -5             -5         -3

Па            1,0           10              0,98692 x 10   1,01972 x 10   7,5 x 10      0,10197

               5

бар           10            1,0             0,98692        1,01972        750,075       10197

                          3

атм.          101,048 x 10  1,01325         1,0            1,0332         760,00        10341

                          3

кгс/см2 (ат)  98,0665 x 10  0,980665        0,96784        1,0            735,56        1018

                                       -3              -3             -3

мм рт. ст.    133,322       1,3332 x 10     1,3158 x 10    1,3595 x 10    1,0           13,595

                                         -4            -5    -4                      -2

мм вод. ст.   9,80665       0,980665 x 10   9,6784 x 10    10             7,3556 x 10   1,0


 

.

 

6.2. Определение перепада давления в сужающем устройстве

6.2.1. При угловом способе отбора перепад давления измеряют как разность между статическими давлениями, взятыми непосредственно у плоскостей сужающего устройства в углах, образуемых последними со стенкой трубопровода. При фланцевом способе отбора перепад давления измеряют как разность между статическими давлениями, взятыми на расстоянии  и  до и после сужающего устройства (п. 9.1.12).

6.2.2. Наибольший перепад давления в сужающем устройстве, к которому подключен дифманометр без разделительных сосудов, определяют по выражениям:

при измерении расхода газа плотностью  дифманометром с ртутным заполнением

 

; (31)

 

при измерении расхода газа плотностью  дифманометром с масляным заполнением или ртутным дифманометром, над которым находится вещество (кроме воды) плотностью 

 

; (32)

 

для дифманометров, заполненных ртутью, над которой находится вода

 

; (33)

 

при измерении расхода вещества плотностью  дифманометром с ртутным заполнением или вещества плотностью  дифманометром с масляным заполнением, а также колокольными, кольцевыми, сильфонными и мембранными дифманометрами

 

. (34)

 

6.2.3. Наибольший перепад давления в сужающем устройстве, к которому подключен дифманометр с вертикальными цилиндрическими разделительными сосудами, вычисляют по формулам:

при применении поплавковых дифманометров

 

, (35)

 

где V - объем жидкости, перетекающей из разделительного (или уравнительного) сосуда в дифманометр при изменении расхода от нуля до , мм3;

при применении кольцевых и сильфонных дифманометров

 

. (36)

 

Уравнение (36) в применении к кольцевым дифманометрам справедливо при условии

 

, (37)

 

где S - площадь радиального сечения кольцевой трубки, мм2.

В уравнениях (35) и (36) знак перед вторым членом, а в выражении (37) знак под корнем принимают таким, чтобы этот член и подкоренное выражение были положительными.

6.2.4. Перепад давления в сужающем устройстве, измеряемый лабораторным U-образным или чашечным дифманометрами, вычисляют по формулам:

при подключении дифманометра без разделительных сосудов

 

; (38)

 

при подключении дифманометра с цилиндрическими разделительными сосудами

 

. (39)

 

6.3. Определение температуры потока

6.3.1. Абсолютную температуру потока среды находят как сумму

 

T = 273,15 + t. (40)

 

6.3.2. Измерение температуры среды производят на прямом участке трубопровода до или за сужающим устройством. При измерении температуры до сужающего устройства расстояние от последнего до гильзы термометра выбирают по Приложению 5. Измерение температуры за сужающим устройством производят на расстоянии не менее , но не более  от его заднего торца.

6.3.3. Температуру среды измеряют с помощью термометров, которые могут быть показывающими, регистрирующими или с дистанционной передачей показаний.

6.3.4. Диаметр гильзы термометра должен быть не более . Глубина погружения гильзы термометра должна составлять .

6.3.5. В многониточных системах, имеющих одинаковые геометрические размеры трубопроводов и сужающих устройств, температуру и давление допускается измерять только в одном из трубопроводов, если значения этих параметров в каждом из последних отличаются не более чем на 1/4 погрешности их измерения.

6.4. Определение плотности сухих газов

6.4.1. Газы и их смеси являются сухими, когда их относительная влажность при нормальных условиях находится в пределах .

6.4.2. Плотность газового потока должна быть измерена или определена в процессе измерения расхода газа. Приемлем любой метод измерения, обеспечивающий получение достоверных данных по плотности газа при нормальных или рабочих условиях.

Отбор проб газа для измерения его плотности допускается производить как перед, так и за сужающим устройством. Расстояние от сужающего устройства до точки отбора проб газа выбирают так же, как и для гильзы термометра (см. п. 6.3.2).

Плотность сухих газов и их смесей определяют лабораторными методами или аналитическим расчетом по известному компонентному составу смеси.

6.4.3. При лабораторном определении плотности сухих газов и их смесей предпочтительно применение пикнометрического метода.

6.4.4. Плотность смесей сухих газов при нормальных условиях расчетным методом по известному компонентному составу смеси определяют по формулам:

при известной молярной  концентрации компонентов смеси

 

; (41)

 

при известной массовой  доле компонентов смеси

 

, (42)

 

где  - число молей i-го компонента смеси;

M - число молей смеси;

 - массовая доля i-го компонента смеси;

g - масса смеси газов;

 - плотность i-го компонента смеси при нормальных условиях.

6.4.5. Плотность сухого газа в рабочих условиях при известной плотности в нормальных условиях вычисляют по уравнению

 

. (43)

 

6.5. Определение плотности влажных газов

6.5.1. Влажные газы и их смеси характеризуются наличием в них водяного пара. Газы и их смеси считаются влажными, если значение их относительной влажности при нормальных условиях лежит в пределах .

6.5.2. Плотность влажного газа  в общем случае определяют как сумму плотностей его сухой части и водяного пара при их парциальных давлениях и температуре

 

. (44)

 

6.5.3. Плотность сухой части влажного газа в рабочих условиях находят по выражениям:

в общем случае

 

; (45)

 

в состоянии насыщения

 

. (46)

 

Если рабочая температура t газа не превышает температуру насыщения  водяного пара, соответствующую рабочему давлению P, то  и . Значения  и  определяют по Приложению 6.

6.5.4. Плотность водяного пора во влажном газе в рабочих условиях определяют по формулам:

в общем случае

 

;(47)

 

в состоянии насыщения

 

, (48)

 

где  - плотность водяного пара при нормальных условиях  ;* ;.

--------------------------------

 ;* ; Расчетная величина, физически не реализуемая.

 

6.5.5. Плотность влажного газа (смеси газов) при P и t, исходя из выражений (44) - (48), вычисляют по уравнениям:

в общем случае

 

; (49)

 

для насыщенного влажного газа

 

. (50)

 

6.5.6. Влажность газа зависит от температуры и давления и оценивается абсолютной или относительной влажностью.

Абсолютная влажность - количество водяного пара, содержащегося в единице объема или массы газа.

Относительную влажность газа (в долях единицы) определяют как отношение парциального давления водяного пара, содержащегося во влажном газе, к максимально возможному его парциальному давлению при данной температуре или как отношение плотности водяного пара во влажном газе к наибольшей возможной плотности пара при одних и тех же P и T

 

. (51)

 

6.5.7. Относительная влажность зависит от параметров состояния P и T газов (смесей газов). Если относительная влажность  задана для условий  и , отличающихся от рабочих условий P и T, то относительную влажность для рабочих условий определяют по формуле

 

, (52)

 

где ,  - соответственно плотность и парциальное давление водяного пара при температуре T и давлении P;

,  - то же, при  и .

При  влажный газ пересыщен водяными парами. При этом водяной пар будет конденсироваться до тех пор, пока  не примет значения, равного 1, которое в данном случае и принимают в качестве расчетного.

6.5.8. Абсолютную влажность газа в относительную пересчитывают по уравнениям:

при абсолютной влажности , выраженной массой водяного пара (в кг) в 1 кг сухого газа

 

; (53)

 

при абсолютной влажности , выраженной массой водяного пара (в кг) в 1 м3 сухого газа в нормальных условиях

 

; (54)

 

при абсолютной влажности , выраженной массой водяного пара (в кг) в 1 м3 влажного газа

 

. (55)

 

Плотность перегретого водяного пара определяют по Приложению 7.

6.5.9. Относительную влажность газа при известном влагосодержании a (м3/м3) определяют по формуле

 

. (56)

 

Относительную влажность газа при известной температуре определяют по формуле

 

. (57)

 

6.6. Определение плотности жидкостей

6.6.1. Плотность жидкостей должна быть измерена или определена (см. п. 1.8) в зависимости от давления и температуры.

6.6.2. Если известна плотность  жидкости при некоторой температуре , отличной от рабочей температуры t, то плотность  при температуре t вычисляют по формуле

 

, (58)

 

где  - средний коэффициент объемного теплового расширения жидкости в интервале от  до t, .

Плотность воды в зависимости от давления определяют по Приложению 8.

6.7. Определение коэффициента расширения газа

6.7.1. Коэффициент расширения газа, учитывающий изменение плотности газа при прохождении его через сужающее устройство, определяют по выражениям:

для диафрагм с угловым и фланцевым отбором 

 

; (59)

 

для сопел, сопел Вентури и труб Вентури

 

; (60)

 

, (61)

 

где  и P - в кгс/см2.

6.7.2. Значения коэффициента расширения газа, рассчитанные по уравнениям (59) для диафрагм с угловым и фланцевым отбором  и (60) для сопел, сопел Вентури и труб Вентури, приведены соответственно в таблицах Приложений 9 и 10.

6.8. Определение показателя адиабаты газа

6.8.1. Значение показателя адиабаты газа зависит от его свойств и параметров состояния - давления и температуры.

6.8.2. Значения показателя адиабаты различных газов приведены в Приложениях 11, 12 и 13.

6.8.3. Показатель адиабаты смеси газов при давлениях, близких к атмосферному (1 ат +/- 3%), определяют по выражению

 

, (62)

 

где  - показатель адиабаты i-го компонента смеси газов при рабочих условиях;

 - молярная концентрация i-го компонента смеси газов.

6.8.4. В диапазонах давлений от 0 до 80 кгс/см2 и температур от -25 до +80 °C показатель адиабаты метана определяют по формуле

 

. (63)

 

Значения показателя адиабаты метана, вычисленные по этой формуле, приведены в Приложении 11 и имеют погрешность .

6.9. Определение псевдокритических и приведенных параметров газа

6.9.1. Псевдокритические давление и температуру смеси газов определяют по формулам:

 

; (64)

 

, (65)

 

где  и  - критические значения давления и температуры i-го компонента смеси газов соответственно (принимают по Приложению 14);

 - молярная концентрация i-го компонента смеси газов.

6.9.2. Псевдокритические параметры  и  смесей природных газов, не содержащих  и , определяют по Приложению 15 в зависимости от значения плотности газа при нормальных условиях.

Псевдокритические параметры  и  смесей природных газов, содержащих  и , определяют по формулам:

 

; (66)

 

, (67)

 

где  и  - молярные концентрации  и  в долях единицы.

6.9.3. Приведенное давление и приведенную температуру определяют по формулам:

 

; (68)

 

. (69)

 

6.10. Определение коэффициента сжимаемости газов

6.10.1. Коэффициент сжимаемости учитывает отклонение свойств реальных газов и их смесей от свойств идеальных газов.

6.10.2. Коэффициенты сжимаемости некоторых индивидуальных газов в зависимости от температуры и давления могут быть определены по графикам Приложения 16.

6.10.3. Коэффициент сжимаемости смесей природных газов плотностью  определяют по Приложению 17 в зависимости от псевдоприведенного избыточного давления  (кгс/см2), псевдоприведенной температуры  (°C), плотности  и содержания  и .

6.10.4. Псевдоприведенные избыточное давления и температуру природных газов определяют по формулам:

 

; (70)

 

, (71)

 

где  и  - комплексные коэффициенты приведения избыточного давления и температуры соответственно.

6.10.5. Комплексные коэффициенты приведения избыточного давления и температуры природных газов определяют по формулам:

для смесей газов, не содержащих  и 

 

; (72)

 

; (73)

 

для смесей газов, содержащих  и  (  и  - молярные концентрации в мольных %  и  соответственно)

 

; (74)

 

. (75)

 

Значения  и , рассчитанные по формулам (74) и (75), приведены в таблицах Приложения 18, допускающих интерполяцию.

6.10.6. Если смесь газов не содержит  и  и имеет плотность , то комплексные коэффициенты приведения  и  и, следовательно,  и  (  и t - рабочие значения избыточного давления и температуры).

В этом случае коэффициент сжимаемости K определяют по соответствующим значениям  и t .

Если смесь газов имеет плотность , не равную 0,7228 кг/м3, или если смесь газов содержит  или , или же  и  одновременно, то коэффициенты приведения не равны единице (  и ). В этом случае по формулам (72) - (75) определяют  и . По найденным значениям  и  вычисляют  и  и определяют соответствующее им значение K по Приложению 17.

Приведенные в Приложении 17 коэффициенты сжимаемости природных газов имеют погрешность .

6.11. Определение вязкости газов

6.11.1. Вязкость газов зависит от их свойств и параметров состояния - температуры и давления. С увеличением температуры и давления вязкость газов увеличивается, причем температура оказывает преобладающее влияние по сравнению с давлением.

6.11.2. Динамическую вязкость газов при нормальном давлении определяют по Приложению 19. Зависимость коэффициента вязкости  некоторых газов от температуры и давления приведена в Приложении 20.

6.11.3. Динамическую вязкость смеси газов при рабочих условиях находят следующим образом:

вычисляют динамическую вязкость каждого компонента смеси  при рабочей температуре и атмосферном давлении по формуле

 

, (76)

 

где  - молекулярный вес компонента;

 - потенциал Штокмайера, А;

 - интеграл столкновений, определяемый в зависимости от безразмерной температуры . Значения величин , ,  и  - см. Приложения 21 и 22;

определяют динамическую вязкость смеси при рабочей температуре и атмосферном давлении по выражению

 

; (77)

 

определяют приведенные давление  и температуру  смеси по п. 6.9.3;

по графику Приложения 23 находят отношение  в зависимости от  и  (  - вязкость при  и t);

по найденным значениям  и  динамическую вязкость смеси газов при рабочих условиях определяют как произведение

 

. (78)

 

При , следовательно .

В этом случае динамическую вязкость смеси газов при рабочих условиях определяют по выражению (77).

Погрешность изложенного метода определения динамической вязкости смеси газов составляет .

6.11.4. Динамическую вязкость смеси природных газов с погрешностью  вычисляют по формуле

 

. (79)

 

6.11.5. Кинематическую вязкость определяют по формуле

 

. (80)

 

Соотношения единиц измерения динамической и кинематической вязкости приведены в табл. 8 и 9.

 

Таблица 8

 

───────────┬──────────────────────────────────────────────────────

  Единица           Числовое значение единицы измерения

 измерения ├───────────┬──────────────┬─────────────┬─────────────

           │кгс x с/м2 │  кгс x ч/м2     Па x с      Пуаз (П)

───────────┴───────────┴──────────────┴─────────────┴─────────────

                                   -4

кгс x с/м2  1,0         2,7778 x 10    9,80665       98,066

                                                   5             6

кгс x ч/м2  3600        1,0            0,35304 x 10  0,35304 x 10

                                   -5

Па x с      0,10197     2,8325 x 10    1,0           10

                                   -6

дин x с/м2  0,010197    2,8325 x 10    0,1           1,0

 

.

 

Таблица 9

 

───────────┬──────────────────────────────────────────────────────

  Единица           Числовое значение единицы измерения

 измерения ├─────────────────┬─────────────────┬──────────────────

                  м2/с             м2/ч             см2/с

───────────┴─────────────────┴─────────────────┴──────────────────

                                                  4

м2/с        1,0               3600              10

                       -4

м2/ч        2,7778 x 10       1,0               2,7778

              -4

см2/с       10                0,3600            1,0

 

.

 

Примечание. Для пересчета заданной единицы физической величины (левый столбец таблицы) в требуемую (верхняя строка таблицы) необходимый множитель находят на пересечении строк и столбцов. Например, чтобы выразить в пуазах заданную в кгс x ч/м2 вязкость, ее значение необходимо умножить на .

 

Кинематическую вязкость газовых смесей при нормальных условиях в зависимости от суммарного содержания углекислого газа и тяжелых углеводородов (кроме метана)  и содержания водорода  в процентах по объему определяют по Приложению 24, динамическую вязкость водяного пара - по Приложению 25.

6.12. Определение вязкости жидкостей

6.12.1. Значения вязкости воды в зависимости от давления и температуры приведены в Приложении 26.

6.12.2. Кинематическую и динамическую вязкость жидкостей выбирают по соответствующим таблицам в зависимости от давления и температуры.

6.12.3. При отсутствии табличных данных значения вязкости жидкостей следует определять по экспериментальным данным или расчетным путем.

6.13. Определение числа Рейнольдса

6.13.1. Число Рейнольдса является безразмерным критерием гидродинамического подобия потоков и представляет собой отношение сил инерции к силам вязкости потока.

6.13.2. Число Рейнольдса для диаметра D определяют по выражениям:

при известном объемном расходе в рабочих условиях

 

; (81)

 

при измерении  в кгс x с/м2 или

 

 

при измерении v в м2/с и  в Па x с;

при известном расходе сухого газа в нормальном состоянии

 

; (82)

 

при известном расходе сухой части влажного газа в нормальном состоянии

 

. (83)

 

6.14. Определение параметров потока по результатам планиметрирования диаграмм регистрирующих приборов

6.14.1. При измерении регистрирующими приборами параметры потока за данный промежуток времени определяют в результате обработки диаграмм приборов пропорциональными, корневыми или полярными планиметрами.

6.14.2. Пропорциональные планиметры используют для планиметрирования дисковых диаграмм с равномерными шкалами, корневые планиметры - для планиметрирования дисковых диаграмм с неравномерными шкалами, полярные планиметры - для планиметрирования ленточных диаграмм с равномерными шкалами.

6.14.3. Планиметрическое число  получают посредством отделения запятой двух первых значащих цифр трехзначного отсчета, снятого с показаний пропорционального планиметра в результате планиметрирования диаграммы. Планиметрическое число  получают посредством отделения запятой одной первой значащей цифры трехзначного отсчета, снятого с показаний корневого планиметра в результате планиметрирования диаграммы.

6.14.4. Среднее за данный промежуток времени значение параметра , определяемого в результате планиметрирования стопроцентной диаграммы пропорциональным планиметром, вычисляют по выражению

 

, (84)

 

где  - верхний предел шкалы измерений регистрирующего прибора (в единицах измеряемого параметра).

При обработке диаграммы дифманометра с записью перепада давления среднее его значение  за данный промежуток времени вычисляют по формуле

 

, (85)  ;* ;

 

где  - предельное значение перепада давления, соответствующее верхнему пределу шкалы измерения дифманометра.

Среднее за данный промежуток времени значение квадратного корня из перепада давления определяют по выражению

 

. (86)  ;* ;

 

--------------------------------

 ;* ; Формулы (85) и (86) справедливы для отечественных планиметров.

 

6.14.5. Показания равномерных ленточных диаграмм обрабатывают по результатам отсчета по полярному планиметру и записывают в виде четырехзначного числа с последующим отделением запятой первых трех значащих цифр: первую цифру берут по стрелке диска (1 деление = 100 см2), вторую и третью - с барабанчика (десятки и единицы), четвертую - по нониусу (десятые доли). Значение отсчета определяет площадь в см2 планиметрируемой части ленточной диаграммы.

6.14.6. Диаграмму планиметрируют не менее трех раз. Окончательный отсчет есть среднее арифметическое чисел отсчетов, полученных при каждом планиметрировании.

6.14.7. Приведенная погрешность  результата планиметрирования диаграмм в соответствии с ГОСТ 18248-72 составляет: при обработке диаграмм пропорциональным планиметром +/- 0,20; при обработке диаграмм корневым планиметром +/- 0,30 для диапазона шкалы диаграмм от 0 до 33% и +/- 0,20 для диапазона шкалы диаграмм от 33 до 100%; при обработке диаграмм полярным планиметром 0,5% значения измеряемой планиметром площади.

 

7. РАСЧЕТ СРЕДНЕГО СУТОЧНОГО РАСХОДА

 

7.1. Исходные данные

7.1.1. Действительное значение расхода вещества определяют, исходя из рабочих условий измерения, действительных параметров потока, действительных геометрических размеров сужающего устройства и характеристик применяемых средств измерения.

7.1.2. Для расчета среднего суточного расхода должны быть известны значения следующих средних суточных физико-химических параметров потока: компонентный состав смеси газов или ее плотность при нормальных или рабочих условиях, а для чистого индивидуального газа или жидкости - плотность при нормальных или рабочих условиях, абсолютное давление среды, температура среды, относительная (или абсолютная) влажность газа при рабочих или нормальных условиях, перепад давления на сужающем устройстве.

Кроме того должны быть известны данные по пределам диапазонов шкалы измерений регистрирующих приборов, типам и характеристикам установленных на них диаграмм.

7.2. Расчет среднего суточного объемного расхода газов

7.2.1. Средний суточный объемный расход сухого газа, измеряемый диафрагмами с угловым способом отбора , определяют по формулам:

при применении расходомеров с равномерными стопроцентными диаграммами

 

; (87)

 

при применении расходомеров с неравномерными стопроцентными диаграммами

 

, (88)

 

где  - постоянная расходомерного устройства, учитывающая характеристики дифманометра, конструктивные параметры прямых участков трубопровода и сужающего устройства;

 и  - планиметрические числа, полученные по отсчету пропорционального или корневого планиметров соответственно;

 - коэффициент коррекции расхода на число Рейнольдса;

 - коэффициент коррекции расхода сухого газа на давление и температуру;

 - коэффициент коррекции расхода на плотность газа в нормальных условиях;

 - коэффициент коррекции расхода на сжимаемость газа.

Приведенные в Правилах уравнения для расчета среднего суточного расхода являются справедливыми при условии, если попарные отклонения (в %) измеряемых параметров среды (давления, температуры и т.д.) от их средних значений не превосходят удвоенной суммы погрешностей их измерения.

7.2.2. Постоянную расходомерного устройства определяют по формуле

 

, (89)

 

где  - коэффициент расхода диафрагм, определяемый по формуле (19) или (20) или по Приложению 1 при .

7.2.3. Для определения коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса вначале вычисляют расход вещества  при его действительных рабочих параметрах и допущении, что  (в этом случае , а , где  - коэффициент расхода при ). По величине расхода  определяют число Рейнольдса . Определяют действительное число Рейнольдса

 

, (90)

 

где

 

;

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Коэффициент коррекции на число Рейнольдса определяют по выражению

 

. (91)

 

7.2.4. Коэффициент коррекции расхода  определяют по Приложению 27 или 28 или по формуле

 

. (92)

 

7.2.5. Коэффициент коррекции расхода  определяют по Приложению 29 или по формуле

 

. (93)

 

7.2.6. Коэффициент коррекции расхода  определяют по Приложению 30 или по формуле

 

. (94)

 

7.2.7. Средний суточный объемный расход сухой части влажного газа, измеряемый диафрагмами с угловым способом отбора , определяют по формулам:

при применении расходомеров с равномерными стопроцентными диаграммами

 

 (95)

 

или

 

;

 

при применении расходомеров с неравномерными стопроцентными диаграммами

 

 (96)

 

или

 

,

 

где  - постоянная расходомерного устройства;

 - коэффициент коррекции расхода сухой части влажного газа на давление и температуру;

 - коэффициент коррекции расхода сухой части влажного газа на плотность газа в рабочих условиях;

 - коэффициент коррекции расхода на влажность газа.

7.2.8. Постоянную расходомерного устройства определяют по формуле

 

, (97)

 

где  - коэффициент расхода диафрагм при  (см. п. 7.2.2).

7.2.9. Коэффициент коррекции расхода  определяют по формуле

 

. (98)

 

7.2.10. Коэффициент коррекции расхода  определяют по формуле

 

. (99)

 

7.2.11. Коэффициент коррекции расхода  определяют по Приложению 31 или по формуле

 

. (100)

 

7.2.12. Средний суточный объемный расход сухого газа, измеряемый диафрагмами с фланцевым способом отбора , определяют по формулам:

при применении расходомеров с равномерными стопроцентными диаграммами

 

; (101)

 

при применении расходомеров с неравномерными стопроцентными диаграммами

 

. (102)

 

где  - постоянная расходомерного устройства;

 - коэффициент коррекции расхода на число Рейнольдса.

7.2.13. Постоянную расходомерного устройства  определяют по формуле

 

, (103)

 

где  - коэффициент расхода диафрагм, определяемый по формуле (23) или Приложению 3 при .

7.2.14. Коэффициент коррекции расхода  для диафрагм с фланцевым способом отбора перепада давления определяют аналогично п. 7.2.3. После определения ,  и коэффициента расхода , соответствующего , вычисляют действительное число Рейнольдса

 

, (104)

 

где

 

;

 

;

 

;

 

;

 

,

 

параметры  и  определяют в соответствии с (24) - (26), коэффициент коррекции на число Рейнольдса определяют по выражению

 

. (105)

 

7.2.15. Средний суточный объемный расход сухой части влажного газа, измеряемый диафрагмами с фланцевым способом отбора , определяют по формулам (95) и (96) при замене в них значений  и  на  и  соответственно. Значение  определяют по формуле (97) при замене  на соответствующее значение .

7.2.16. Средний суточный объемный расход газа, измеряемый соплами, соплами Вентури и трубами Вентури, вычисляют по формулам:

при применении расходомеров с равномерными стопроцентными диаграммами

 

; (106)

 

при применении расходомеров с неравномерными стопроцентными диаграммами

 

, (107)

 

где  - постоянная расходомерного устройства;

 - коэффициент коррекции расхода на число Рейнольдса.

7.2.17. Постоянную расходомерного устройства определяют по формуле

 

, (108)

 

где  - коэффициент расхода, определяемый для сопел и сопел Вентури по формулам (27) или (28) при , для труб Вентури - по формуле (30).

7.2.18. Коэффициент коррекции расхода  для сопел и сопел Вентури определяют аналогично п. 7.2.3. После определения ,  и коэффициента расхода , соответствующего , вычисляют действительное число Рейнольдса

 

, (109)

 

где

 

;

 

;

 

;

 

;

 

.

 

Определяют коэффициент коррекции расхода на число Рейнольдса

 

. (110)

 

Для труб Вентури .

7.3. Расчет среднего суточного объемного расхода жидкостей

7.3.1. Средний суточный объемный расход жидкости вычисляют по формулам:

при применении расходомеров с равномерными стопроцентными диаграммами

 

; (111)

 

при применении расходомеров с неравномерными стопроцентными диаграммами

 

, (112)

 

где  - постоянная расходомерного устройства, определяемая в зависимости от типа отбора  и сужающего устройства в соответствии с пп. 7.2.2, 7.2.13 или 7.2.17;

 - коэффициент коррекции расхода на число Рейнольдса, определяемый в зависимости от типа отбора  и типа сужающего устройства в соответствии с пп. 7.2.3, 7.2.14 или 7.2.18.

 

8. ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА

 

8.1. Определение погрешности измерения расхода

8.1.1. При оценке погрешности измерения расхода допускают следующие упрощения:

составляющие погрешности не имеют корреляционной связи и считаются независимыми друг от друга;

закон распределения составляющих погрешностей принимают нормальным (закон Гаусса);

предельную погрешность измерения принимают равной максимальной погрешности однократного измерения при доверительной вероятности 0,95, при этом ;

составляющей или совокупностью составляющих погрешностей, равных или менее 30% результирующей погрешности, пренебрегают.

8.1.2. При принятых в п. 8.1.1 допущениях средние квадратические относительные погрешности намерения расхода вычисляют по формулам:

для сухих газов при расчете  по формуле (10)

 

; (113)

 

для сухой части влажных газов при расчете  по формуле (12)

 

; (114)

 

для жидкостей

 

, (115)

 

где , , ...,  - средние квадратические относительные погрешности величин , , ..., . В формулах (113) - (115) составляющие погрешности  и  опущены ввиду их малости. Погрешность расходомера в формулах (113) - (115) указана от максимального расхода. Если погрешность расходомера будет дана от максимального перепада давления, то в указанных формулах  необходимо заменить на .

8.1.3. Средние квадратические относительные погрешности коэффициентов расхода сужающих устройств вычисляют по формулам:

для диафрагм с угловым способом отбора  при определении  по формуле (19)

 

; (116)

 

; (117)

 

для диафрагм с угловым способом отбора  при определении  по формуле (20)

 

, (118)

 

где

 

;

 

;

 

;

 

 рассчитывают по соотношениям (116) или (117) в зависимости от значения m.

При получении отрицательной величины ,  или при  D  ; 300 мм следует принимать  или .

Погрешности  и  возникают из-за допустимых отклонений диаметров d и D (см. пп. 9.1.6, 9.1.7 и 10.1.2). Значения  составляют: для диафрагм, сопел и сопел Вентури  при  и  при m  ; 0,4; для труб Вентури  при всех допустимых значениях m. Значение  равно 0,15. Для диафрагм с фланцевым способом отбора 

 

; (119)

 

; (120)

 

для сопел и сопел Вентури при определении  по формуле (27)

 

; (121)

 

; (122)

 

для сопел и сопел Вентури при определении  по формуле (28)

 

, (123)

 

где ;

 рассчитывают по соотношениям (121) или (122) в зависимости от значения m.

При получении отрицательной величины  или при  следует полагать ;

для труб Вентури

 

, (124)

 

где  - погрешность коэффициента истечения (см. табл. 6);

для сопел, устанавливаемых в трубопроводах диаметром 

 

, (125)

 

где  - погрешность коэффициента расхода данного сопла в случае его установки в трубопроводе диаметром 50 мм.

При измерении расхода влажного пара

 

, (126)

 

где  - погрешность коэффициента расхода данного сужающего устройства в случае измерения расхода перегретого пара.

8.1.4. Перечисленные в п. 8.1.3 погрешности коэффициентов расхода арифметически суммируются с абсолютными значениями погрешностей  и , , определяемыми в соответствии с требованиями пп. 9.1.5, 10.3.2 и 10.4.

8.1.5. Средние квадратические относительные погрешности коэффициентов расширения сужающих устройств вычисляют по формулам:

для диафрагм с угловым и фланцевым способом отбора 

 

, (127)

 

где

 

;

 

(только для диафрагм с угловым способом отбора );

 

для сопел, сопел Вентури и труб Вентури

 

, (128)

 

где

 

;

 

;

 

;

 

 - погрешность определения показателя адиабаты газа.

8.1.6. Средние квадратические относительные погрешности коэффициентов коррекции расхода на число Рейнольдса (см. пп. 7.2.3, 7.2.14 и 7.2.18) вычисляют по выражениям:

 

; (129)

 

; (130)

 

; (131)

 

где  - погрешность определения вязкости среды.

8.1.7. Среднюю квадратическую относительную погрешность коэффициента коррекции расхода на влажность газа (см. п. 7.2.11) определяют по формуле

 

, (132)

 

где  - погрешность определения относительной влажности газа;

 - погрешность определения давления водяного пара;

 - погрешность определения наибольшего возможного давления водяного пара.

8.1.8. Средние квадратические относительные погрешности дифманометров вычисляют по формулам:

для показывающих дифманометров с классом точности по расходу

 

, (133)

 

где Q - значение расхода в рабочей точке шкалы дифманометра;

 - класс точности прибора;

для показывающих дифманометров с классом точности по перепаду давления

 

, (134)

 

где  - класс точности прибора;

для регистрирующих дифманометров

 

; (135)

 

; (136)

 

, (137)

 

где  и  - приведенные погрешности корневого и пропорционального планиметров соответственно;

 и  - абсолютные погрешности хода диаграммы дифманометров с классом точности по расходу и по перепаду давления соответственно.

8.1.9. Среднюю квадратическую относительную погрешность измерения плотности в нормальных условиях определяют по формулам:

при измерении плотности газов пикнометрическим методом

 

, (138)

 

где , ,  и  - абсолютные погрешности измерения массы пикнометра с воздухом в г, вместимости пикнометра в дм3, барометрического давления в мм рт. ст. и температуры окружающей среды в °C соответственно;

V - вместимость пикнометра в дм3;

при вычислении плотности по известному компонентному составу смеси газов

 

, (139)

 

где  - погрешность определения плотности i-го компонента при нормальных условиях;

 - погрешность определения концентрации  i-го компонента;

при определении  по табличным значениям

 

, (140)

 

где  - максимальная абсолютная погрешность величины , равная половине единицы разряда последней значащей цифры в табличном значении .

8.1.10. Среднюю квадратическую относительную погрешность определения плотности жидкости в рабочих условиях вычисляют по формуле

 

, (141)

 

где ,  и  - максимальные абсолютные погрешности величин ,  и t соответственно.

8.1.11. Средние квадратические относительные погрешности измерения давления и температуры определяют по формулам:

показывающими манометрами и термометрами соответственно

 

; (142)

 

; (143)

 

, (144)

 

где  - значение верхнего предела шкалы измерений манометра;

 - диапазон шкалы измерений термометра;

 и  - классы точности манометра и термометра.

Погрешность измерения абсолютного давления

 

; (145)

 

погрешность измерения барометрического давления

 

, (146)

 

где  - максимальная абсолютная погрешность измерения барометрического давления, кгс/см2;

регистрирующими манометрами и термометрами соответственно:

избыточного давления

 

; (147)

 

абсолютного давления

 

; (148)

 

температуры

 

, (149)

 

где  и  - абсолютные погрешности хода диаграммы манометра и термометра.

8.1.12. Средние квадратические погрешности коэффициента сжимаемости некоторых индивидуальных газов, приведенных на графиках Приложения 16, составляют для:

метана ;

этана:

;

;

;

;

пропана:

;

;

;

н-бутана:

;

;

изо-бутана:

;

;

двуокиси углерода:

;

;

;

;

;

;

азота:

.

8.1.13. Среднюю квадратическую относительную погрешность коэффициента сжимаемости природных газов в диапазоне температур от -25 °C до +80 °C и давлений от 0 до 80 кгс/см2 рассчитывают по формуле

 

, (150)

 

где  и  - погрешности определения молярной концентрации азота и углекислого газа соответственно;

 - погрешность табличных значений коэффициента сжимаемости.

 

9. ТРЕБОВАНИЯ К СТАНДАРТНЫМ СУЖАЮЩИМ УСТРОЙСТВАМ

 

9.1. Общие требования к исполнению и установке

9.1.1. Конструкция сужающего устройства и способ его крепления должны обеспечивать возможность периодического осмотра с целью проверки соответствия сужающего устройства требованиям настоящих Правил.

9.1.2. Материал сужающего устройства должен быть коррозионно- и эррозионностойким по отношению к протекающему потоку и с известным коэффициентом температурного расширения в рабочем диапазоне температур.

9.1.3. Неперпендикулярность входного торца сужающего устройства к его оси не должна превышать 1,0°.

9.1.4. Неплоскостность (волнистость) поверхности входного торца сужающего устройства, характеризуемая высотой волн, не должна превышать .

9.1.5. Смещение оси отверстия сужающего устройства относительно оси трубопровода  не должно превышать

 

.

 

Когда значение  находится в пределах

 

, (151)

 

вводят дополнительную погрешность , которую арифметически добавляют к погрешности коэффициента расхода.

9.1.6. Действительный диаметр цилиндрической части отверстия сужающего устройства определяют как среднее арифметическое результатов измерений не менее чем в четырех равноотстоящих друг от друга диаметральных направлениях. Результаты отдельных измерений не должны отличаться от среднего значения более чем на 0,05%.

Для стандартных сопел, сопел Вентури и труб Вентури диаметр определяют в начале и конце цилиндрической части отверстия.

9.1.7. При изготовлении и периодических поверках сужающих устройств предельная относительная погрешность измерения диаметра отверстия не должна превышать: для диафрагм, сопел и сопел Вентури +/- 0,02; для труб Вентури +/- 0,10.

9.1.8. Уплотнения должны быть изготовлены и установлены таким образом, чтобы они не заходили ни внутрь трубы, ни в отверстия для отбора давления. Толщина уплотнений не должна превышать .

9.1.9. Перепад давления при угловом способе отбора следует измерять через отдельные цилиндрические отверстия или через две кольцевые камеры, каждая из которых соединена с внутренней полостью трубопровода кольцевой щелью (сплошной или прерывистой) или группой равномерно распределенных по окружности отверстий (рис. 2, а, б). При применении отдельных отверстий наилучшие результаты обеспечивает установка устройства в обойму.

 

 

Рис. 2. Виды отводов при угловом способе

отбора перепада давления для диафрагм

 

Кольцевая камера выполняется либо непосредственно в теле сужающего устройства, либо в каждом из фланцев (между которыми оно зажимается), либо в специальной промежуточной детали - корпусе (рис. 2, а - д).

При малых давлениях кольцевая камера может быть образована также полостью трубки, согнутой вокруг трубопровода в кольцо (рис. 2, е) или прямоугольник.

9.1.10. Обойма, камера и отверстия для измерения перепада давления должны удовлетворять следующим требованиям:

внутренняя кромка отверстия (в трубопроводе, фланце, обойме или камере) должна быть без заусенцев; рекомендуется закруглять кромку по радиусу, не превышающему 0,1 диаметра отверстия. Ось отверстия должна образовывать с осью сужающего устройства угол 90° для камерных диафрагм.

При применении камер, показанных на рис. 2, д, число отверстий, соединяющих камеру с полостью трубопровода, должно быть не менее четырех. Площадь каждого щелевого отверстия (см. рис. 2, д) должна быть не менее 12 мм2;

размер c (диаметр отдельного отверстия, диаметр отверстия или ширина кольцевой щели, соединяющие камеру с трубопроводом) при m  ;= 0,45 не должен превышать , а при m  ; 0,45 должен находиться в пределах . Одновременно следует соблюдать следующие условия:

для чистых жидкостей и газов 1 мм  ;= c  ;= 12 мм;

для паров и жидкостей, которые могут испаряться в соединительных линиях: при измерении перепада давления через отдельные отверстия 4 мм  ;= c  ;= 12 мм; при измерении перепада давления через камеры 1 мм  ;= c  ;= 12 мм.

Примечания.

1. При определении ширины щели необходимо учитывать сжимаемость прокладки, уплотняющей места стыка сужающего устройства с корпусом кольцевой камеры (если ширина щели превышает 0,25 мм).

2. В случае измерения расхода в трубопроводах с внутренним диаметром  необходимо .

 

9.1.11. Площадь диаметрального (продольного) сечения камеры, определенная по одну сторону от оси трубопровода, должна быть не менее 1/2 площади кольцевой щели или группы отверстий, соединяющих камеру с внутренней полостью трубопровода.

Математически это условие выражается следующим образом:

для кольцевой камеры по рис. 3:

 

;

 

для кольцевой камеры по рис. 2, д

 

;

 

для кольцевой камеры по рис. 2, е

 

,

 

где n - число отверстий;

f - площадь одного отверстия;

 - внутренний диаметр внешней кольцевой трубки.

 

 

Рис. 3. Основные геометрические размеры стандартных диафрагм

 

Внутренний диаметр корпуса кольцевой камеры или обоймы должен быть равен (с допустимым отклонением +/- 1%) диаметру трубопровода .

Толщина h стенки корпуса камеры или длина цилиндрической части отдельного отверстия, отсчитанная от внутренней поверхности трубопровода (фланца, обоймы), должна быть не менее 2 с.

9.1.12. Перепад давления при фланцевом способе отбора  следует измерять через отдельные цилиндрические отверстия на следующих расстояниях  от входной плоскости диафрагмы вверх по потоку и  от выходной плоскости диафрагмы вниз по потоку (рис. 4 а, б):

 

;

 

где

 

 

 

Рис. 4. Фланцевый способ отбора

перепада давления для диафрагм

 

Оси отверстий для отбора давления до и после сужающего устройства могут находиться в разных меридиональных плоскостях.

Расстояние, на котором отбирают давление, измеряют между осью отверстия для отбора давления и плоскостью одной из указанных поверхностей диафрагмы. Диаметры отверстий для отбора давления вверх и вниз по потоку должны быть одинаковыми.

9.1.13. Сужающие устройства, обоймы и корпусы кольцевых камер должны изготовляться из материалов, устойчивых против длительного воздействия измеряемой среды.

9.1.14. К каждому сужающему устройству должна быть прикреплена табличка, на которой должны быть указаны: товарный знак предприятия-изготовителя; порядковый номер по системе нумерации предприятия-изготовителя, марка материала.

9.1.15. На сужающем устройстве должны быть нанесены: со стороны входа потока знак +; со стороны выхода потока знак -; диаметр отверстия сужающего устройства при температуре 20 °C в мм; порядковый номер по системе нумерации предприятия-изготовителя.

9.1.16. К сужающему устройству должен прилагаться паспорт, в котором указывают действительный диаметр отверстия сужающего устройства  в мм; условное давление в кгс/см2; марку материала сужающего устройства; наименование измеряемой среды; обозначение, порядковый номер по системе нумерации предприятия-изготовителя; сведения, удостоверяющие, что сужающее устройство изготовлено в соответствии с требованиями настоящих Правил.

К соплам и соплам Вентури должен быть приложен шаблон профильной части отверстия.

9.1.17. Паспорт сужающего устройства на заводах-изготовителях должен проверяться местными органами метрологической службы Госстандарта.

9.2. Требования к исполнению и установке диафрагм

9.2.1. Диафрагма должна изготовляться в соответствии с рис. 3.

9.2.2. Толщина диска диафрагмы E не должна превышать .

Наименьшую необходимую толщину E диафрагмы следует определять расчетным путем, исходя из условий механической прочности диска

 

, (152)

 

где  - коэффициент Пуассона;

 - предел прочности при растяжении, соответствующий рабочей температуре, кгс/см2.

9.2.3. Разность значений E, измеряемых в любых точках диска диафрагмы, не должна превышать .

9.2.4. Длина цилиндрической части отверстия диафрагмы должна находиться в пределах . У диафрагмы толщиной более  цилиндрическое отверстие должно переходить в коническую выходную часть. Значения e, измеренные в любой точке отверстия, не должны отличаться друг от друга более чем на .

Угол скоса  конической части отверстия диафрагмы должен быть не менее 30°, но не более 45°.

9.2.5. На кромках отверстия диафрагмы не должно быть зазубрин и заусенцев.

9.2.6. Входная кромка отверстия диафрагмы должна быть острой. Она считается острой, если радиус ее закругления не превышает .

Можно считать, что это условие выполняется, если кромка не отражает луч света при простом визуальном осмотре.

9.2.7. Максимальная шероховатость переднего торца диафрагмы, ограниченного концентричным отверстию кругом диаметром не менее , не должна превышать .

9.3. Требования к исполнению сопел

9.3.1. Сопла должны соответствовать рис. 5, а, б.

 

 

Рис. 5. Основные геометрические параметры сопел:

а - для m  ;= 0,444; б - для m  ; 0,444

 

Указанные на рис. 5, а, б размеры должны иметь следующие значения:

 

;

 

; ;

 

; ; ;

 

; ;

 

; .

 

9.3.2. Профильная часть отверстия сопла должна быть выполнена с плавным сопряжением дуг. Отклонения радиусов дуг от номинальных значений не должны превышать 10% при m  ;= 0,25 и 3% при m  ; 0,25.

9.3.3. Выходная кромка цилиндрической части отверстия должна быть острой, без заусенцев, фаски или закругления.

9.4. Требования к исполнению сопел Вентури

9.4.1. Сопло Вентури (рис. 6) состоит из профильной входной части, цилиндрической средней части и выходного конуса. Цилиндрическое отверстие должно непосредственно без радиального сопряжения переходить в конус.

 

 

Рис. 6. Основные геометрические параметры сопел Вентури:

I - короткое; II - длинное для m  ;= 0,444; при

m  ; 0,444 профиль выполняется аналогично соплу

с m  ; 0,444 (см. рис. 5)

 

9.4.2. Сопло Вентури может быть длинным и коротким: у первого наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, у второго - меньше.

9.4.3. Угол выходного конуса сопла Вентури должен удовлетворять условию .

9.4.4. Профильная часть сопла Вентури должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к профильной части сопел (см. п. 9.3.2).

9.4.5. Длина конуса  коротких сопел Вентури должна быть не менее .

9.4.6. Перепад давления следует измерять через кольцевые камеры. Заднюю (минусовую) камеру соединяют с цилиндрической частью сопла Вентури с помощью группы радиальных отверстий, диаметр с которых должен быть не более , но не менее 3 мм (рекомендуемые значения 4 - 12 мм).

9.5. Требования к исполнению труб Вентури

9.5.1. Труба Вентури (рис. 7) состоит из входного патрубка , входного конуса , горловины  и диффузора .

 

 

Рис. 7. Геометрические параметры трубы Вентури:

I - короткая; II - длинная

 

9.5.2. В зависимости от условного прохода , условного давления  и материала трубы Вентури изготовляют трех типов:

А - стальные сварные из листового материала на  от 200 до 1400 мм;  до 16 кгс/см2;

Б - с литыми необработанными входными частями и литой обработанной горловиной на  от 100 до 800 мм;  до 25 кгс/см2;

В - литые с обработанными входным патрубком, конусом и горловиной на  от 50 до 250 мм;  до 40 кгс/см2.

9.5.3. Труба Вентури называется длинной, если наибольший диаметр выходного конуса равен диаметру трубопровода, или короткой, если указанный диаметр меньше диаметра трубопровода.

9.5.4. Соотношения основных размеров труб Вентури приведены в табл. 10.

 

Таблица 10

 

───────────────┬───────────────────────────────────────────────────────────

  Размер или      Значение размера или соотношения размеров типов труб

  соотношение  ├──────────────────┬─────────────────────┬──────────────────

   размеров            А                  Б                   В

───────────────┴──────────────────┴─────────────────────┴──────────────────

 Минимальная    1D                 1D   или              1D

длина входного    20                 20                    20

патрубка l                         0,25D   + 250 мм

          1                             20

                                   (для D    ;= 250 мм)

                                         20

 Центральный    21 +/- 1°          21 +/- 1°             21 +/- 1°

угол входного

конуса пси

          1

 Длина входного 2,7 (D   - d  )    2,7 (D   - d  )       2,7 (D   - d  )

конуса l              20    20           20    20              20    20

        2

 Длина          d                  d                     d

горловины l      20                 20                    20

           3

 Радиусы        R  = R  = R  ~= 0  R  = 1,35D   - 1,6D   R   ;= 0,25d

закругления      1    2    3        1        20       20  1         20

                                   R  = (3,6 - 5) d      R  = R   ;= 0,25d

                                    2              20     2    3         20

                                   R  = 10d              (лучше R  = R  =

                                    3      20                    1    2

                                                         R  = 0)

                                                          3

 Относительная  От 0,15 до 0,50    От 0,10 до 0,60       От 0,10 до 0,60

площадь m

  Диффузор:     Для коротких труб

центральный     14 - 20°

угол пси        Для длинных труб

        2       7 - 8°

длина l         Для коротких труб

       4        (0,7 - 1) D

                           20

                Для длинных труб -

                по расчету

 

9.5.5. Давления в горловине и входном патрубке следует отбирать через отверстия в стенках и осредняющие камеры. Диаметр отверстий c не должен превышать значений  на входном патрубке и  на горловине (рекомендуемые значения 4 - 12 мм).

9.5.6. Смещение осей отдельных частей труб Вентури не должно превышать , искривление оси трубы на всей длине - не более 1°. При этом внутренние уступы не допускаются.

9.5.7. Внутренний диаметр входного патрубка не должен отличаться от внутреннего диаметра подводящего трубопровода более чем на 1%. Любой диаметр входного патрубка не должен отличаться от среднего диаметра более чем на 0,4%.

9.5.8. Длину короткого диффузора  и угол при его вершине следует принимать в зависимости от m:

          m           0,10      0,15      0,25      0,35      0,50

          l /D        1,00      0,90      0,80      0,75      0,70

           4

          пси                 7°30'     7°30'            

9.5.9. Шероховатость внутренней поверхности труб Вентури не должна превышать:

для труб типа А -  (внутренние швы должны быть выровнены, отверстия для отбора давления не должны находиться ближе 10 мм от шва);

для труб типа Б -  (чистое без раковин и выступов литье);

для труб типа В - .

9.5.10. Трубы Вентури рассчитывают по общей методике, принятой для расчета стандартных сужающих устройств.

9.5.11. Длины прямых участков перед трубами Вентури выбирают по Приложению 5.

9.5.12. Длины прямых участков после труб Вентури выбирают по Приложению 5, причем отсчет ведется от плоскости, проходящей через середину отверстий для отбора давления на горловине.

9.5.13. Дифманометр к трубе Вентури следует присоединять по общим схемам, аналогичным для всех стандартных сужающих устройств.

9.6. Потеря давления в сужающем устройстве

9.6.1. Характер распределения давления потока среды в сечениях трубопровода перед сужающим устройством и за ним показывает, что начальное давление не восстанавливается полностью, т.е. происходит некоторая невозвратная потеря давления.

9.6.2. Потерю давления  определяют как разность статических давлений, измеренных в двух ближайших поперечных сечениях потока перед и за сужающим устройством, в которых не наблюдается влияние сужающего устройства на характер потока.

Измеренное значение  зависит от места отбора указанных статических давлений. Потерю давления для диафрагм и сопел определяют по разнице давлений между сечениями, удаленными на  перед сужающим устройством и на  за ним.

При любом значении относительной площади m потеря давления меньше, чем перепад давления в сужающем устройстве .

9.6.3. Потеря давления в сужающем устройстве выражается как часть перепада давления. Зависимость потери давления (в процентах от перепада давления) от типа и относительной площади сужающего устройства приведена на рис. 8.

 

 

Рис. 8. Зависимость потери давления от типа

и относительной площади сужающего устройства:

1 - диафрагма с угловым способом отбора ; 2 - сопло;

3 - длинное сопло Вентури; 4 - короткое сопло Вентури

 

9.6.4. Потеря давления в сопле Вентури возрастает с увеличением угла конуса  и уменьшением длины конуса. Потеря давления в коротком сопле Вентури сравнительно невелика, если больший диаметр конуса составляет не менее .

9.6.5. Потерю давления для диафрагм с угловым и фланцевым способами отбора перепада давления определяют из соотношения

 

. (153)

 

10. ТРЕБОВАНИЯ К ИСПОЛНЕНИЮ И МОНТАЖУ

ПРЯМЫХ УЧАСТКОВ ТРУБОПРОВОДА

 

К основным конструктивным факторам трубопровода, влияющим на погрешности измерения расхода, относятся: отклонение действительного диаметра участков от расчетных значений, овальность трубопроводов, дефекты прямых участков трубопровода, длина прямых участков до и после сужающего устройства.

10.1. Диаметр прямого участка трубопровода

10.1.1. Значения диаметров d и D, соответствующие рабочей температуре вещества в трубопроводе, определяют по следующим формулам:

 

; (154)

 

, (155)

 

где  - средний коэффициент линейного теплового расширения материала сужающего устройства (трубопровода) в интервале от 20 до t, °C, .

10.1.2. Измерительный участок трубопровода должен быть прямым и цилиндрическим с круглым сечением.

Труба считается прямой, если она кажется таковой при простом визуальном наблюдении. Действительный внутренний диаметр участка трубопровода перед сужающим устройством определяют как среднее арифметическое результатов измерений в двух поперечных сечениях: непосредственно у сужающего устройства и не расстоянии  от него, причем в каждом из сечений не менее чем в четырех диаметральных направлениях. Результаты отдельных измерений не должны отличаться от среднего значения более чем на 0,3%. Внутренний диаметр участка трубопровода на длине  за сужающим устройством может отличаться от внутреннего диаметра участка трубопровода перед сужающим устройством не более чем на +/- 2%.

10.1.3. Эксплуатирующая организация должна произвести расчет расхода и погрешности измерения расхода по действительному диаметру сужающего устройства.

10.1.4. Допускается сопряжение отверстий фланца и трубопровода по конусу, имеющему уклон в сторону сужающего устройства не более 1:10 и плавные скругления на концах.

10.1.5. Уплотнительные прокладки между сужающим устройством и фланцами не должны выступать во внутреннюю полость трубопровода.

10.1.6. При установке сужающего устройства между насадными фланцами торец трубопровода должен непосредственно примыкать к сужающему устройству.

10.1.7. В трубопроводе допускается отверстие для удаления осадков или конденсата. Диаметр такого отверстия, если оно расположено вблизи сужающего устройства, не должен превышать , а его расстояние от существующего отверстия для измерения перепада давления должно быть не менее . Оси этих отверстий не должны располагаться в одной плоскости, проходящей через ось трубы.

В случае необходимости в кольцевой камере допускается сливное отверстие при условии перекрытия его во время измерений.

10.1.8. Примыкающий к сужающему устройству (или к кольцевой камере) участок трубы должен быть цилиндрическим на расстоянии не менее .

10.2. Овальность трубопроводов прямых участков

10.2.1. Прямой участок трубопровода перед сужающим устройством должен иметь круглое сечение на длине не менее . Результаты отдельных измерений диаметра на этой длине в любых различных плоскостях не должны отличаться более чем на 0,3% от среднего диаметра.

10.3. Дефекты прямых участков трубопроводов

10.3.1. На внутренней поверхности участка трубопровода длиной  перед сужающим устройством и за ним не должно быть никаких уступов, а также заметных невооруженным глазом наростов и неровностей от заклепок, сварных швов и т.п.

10.3.2. Если при наличии уступа h внутри прямого участка трубопровода от состыкованных труб перед сужающим устройством выполняется условие , то дополнительную погрешность для коэффициента расхода не учитывают.

Если уступ H между двумя участками больше 0,3%, но соответствует условиям

 

,

 

то к погрешности коэффициента расхода арифметически добавляют дополнительную погрешность  (l - расстояние от переднего торца сужающего устройства до уступа).

Если уступ H превышает вышеуказанные пределы, то измерительная линия не отвечает требованиям настоящих Правил и бракуется.

10.3.3. Уступ H выходного прямого участка может в три раза превышать уступ на входном прямом участке трубопровода.

10.4. Длина прямых участков трубопровода

10.4.1. Местные сопротивления (колена, угольники, задвижки, вентили и т.д.), установленные на рабочем трубопроводе, искажают кинематическую структуру набегающего на расходомер потока. Поэтому между местным сопротивлением и расходомером должен быть расположен прямой участок трубопровода необходимой длины. Установка сужающих устройств непосредственно у местных сопротивлений не допускается.

10.4.2. Длина прямого участка трубопровода есть расстояние между ближайшими торцевыми поверхностями сужающего устройства и местного сопротивления.

10.4.3. В таблицах Приложения 5 представлены значения необходимых минимальных длин прямых участков трубопровода после различных местных сопротивлений с учетом соответствующих дополнительных погрешностей , возникающих при сокращении длин прямых участков. Эти погрешности арифметически добавляются к погрешности коэффициента расхода. При длинах прямых участков, превышающих их табличные значения, данная погрешность пренебрежимо мала. При использовании таблиц Приложения 5 допустима линейная интерполяция.

10.4.4. Для местных сопротивлений, не приведенных в настоящих Правилах, необходимо выбирать длину прямого участка не менее  или устанавливать струевыпрямитель.

10.4.5. Установка струевыпрямителей с целью уменьшения необходимых длин прямых участков трубопровода целесообразна только после местных сопротивлений, создающих вихревой поток (например, группа колен в разных плоскостях). Наиболее эффективным является трубчатый струевыпрямитель, который обладает и наименьшим гидравлическим сопротивлением. Его изготавливают из трубок длиной не менее , расположенных параллельно друг другу и равномерно по сечению трубопровода. Внутренний диаметр трубок должен быть не менее  при их числе 19 и более.

Струевыпрямитель должен отстоять от ближайшего к сужающему устройству местного сопротивления на расстоянии не менее .

Наименьшая допустимая длина прямого участка трубопровода между струевыпрямителем и сужающим устройством равна  при m  ;= 0,2 и  при m  ; 0,2.

10.4.6. Регулирующую трубопроводную арматуру рекомендуется устанавливать за сужающим устройством. Использовать запорную арматуру в качестве регулирующей не рекомендуется.

10.4.7. Допускается уменьшение расстояния между двумя ближайшими к сужающему устройству местными сопротивлениями за счет соответствующего увеличения длины прямого участка между сужающим устройством и ближайшим к нему местным,сопротивлением.

10.4.8. Если расстояние между единичными коленами превышает , то каждое из колен считают одиночным.

Если расстояние между коленами меньше , то данную группу колен считают как одно местное сопротивление данного типа (Приложение 5). Причем внутренний радиус кривизны колен должен быть равен или больше диаметра трубопровода.

10.4.9. Если ближайшим к сужающему устройству местным сопротивлением является форкамера (емкость большого диаметра), то при выборе прямого участка расположенные перед ней местные сопротивления не учитываются.

10.4.10. Сокращенная длина прямого участка перед сужающим устройством для любого типа сопротивлений, кроме гильзы термометра, должна быть не менее .

10.4.11. Когда на трубопроводе расположено последовательно несколько сужающих устройств, то расстояние между ними выбирают по Приложению 5. Сокращения указанных длин прямых участков не допускается.

10.4.12. Если перед сужающим устройством последовательно расположено несколько местных сопротивлений, то длина прямого участка определяется лишь двумя последними местными сопротивлениями (за исключением гильзы термометра). Причем расстояние между сужающим устройством и ближайшим к нему сопротивлением находят по Приложению 5 при соответствующей дополнительной погрешности измерения, а необходимую наименьшую длину прямого трубопровода между двумя ближайшими к сужающему устройству сопротивлениями выбирают по Приложению 5 для наиболее удаленного из двух сопротивлений. Для промежуточных значений m дополнительную погрешность выбирают по ближайшему большему табличному значению m для соответствующей величины .

Пример. По направлению потока расположены сначала группа колен в разных плоскостях, затем тройник и сужающее устройство с относительной площадью m = 0,38. Для m = 0,40 при  требуемое расстояние между сужающим устройством и тройником составит , а между тройником и группой колен -  (Приложение 5). Общее расстояние равно . Данное расстояние можно сократить до  с учетом дополнительной погрешности  (Приложение 5, m = 0,40 при ).

 

11. ТРЕБОВАНИЯ К ДИФМАНОМЕТРАМ И ИХ УСТАНОВКЕ

 

11.1. Общие требования

11.1.1. Заполнение дифманометра уравновешивающей жидкостью, его монтаж и подключение к соединительным линиям для измерения перепада давления на сужающем устройстве следует производить в соответствии с руководством по монтажу и эксплуатации прибора, а также по требованиям настоящих Правил.

11.1.2. Выбор дифманометра по параметрам окружающей среды и его применение для заданных рабочих условий измерения расхода должны соответствовать требованиям технической документации завода-изготовителя.

11.1.3. Допускается подключение к одному сужающему устройству двух и более дифманометров.

В случае применения интегрирующих дифманометров одновременная их работа не допускается.

Допускается подключение соединительных линий одного дифманометра к соединительным линиям другого дифманометра.

Допускается подключение манометра к плюсовой импульсной линии дифманометра, если это не оказывает влияния на процесс измерения.

11.1.4. Соединительные линии для подключения элементов телемеханики должны быть проложены отдельно от других соединительных линий.

11.1.5. Соединительные линии должны быть проложены по кратчайшему расстоянию вертикально или с уклоном к горизонтали не менее 1:10. Длина линий не должна превышать наибольшей допустимой длины, указанной в руководстве по монтажу и эксплуатации дифманометра.

11.1.6. Соединительные линии должны быть защищены от действия внешних источников тепла или холода.

11.1.7. При измерении расхода горячего вещества (t  ;= 100 °C) необходимо обеспечить равенство температур в обеих соединительных линиях.

11.1.8. Соединительные линии должны прокладываться таким образом, чтобы исключить в них скопление воздушных пузырьков (при измерении расхода жидкости) и конденсата (при измерении расхода газа или пара). Для этих целей на соединительных линиях рекомендуется устанавливать газосборники или отстойные сосуды.

11.1.9. При измерении расхода агрессивных сред передача измеряемого давления осуществляется через разделительную жидкость, заливаемую в дифманометр. Данная жидкость служит для защиты внутренних полостей дифманометров от воздействия измеряемой среды. В этом случае в участки соединительных линий между дифманометром и сужающим устройством подключают разделительные сосуды.

Конструкции разделительных сосудов и схемы их установок следует выбирать по ГОСТ 14320-73.

11.2. Требования к соединительным линиям для газов

11.2.1. При измерении расхода газа дифманометр рекомендуется устанавливать выше сужающего устройства (рис. 9, а). В случае установки дифманометра ниже сужающего устройства в низших точках соединительных линий должны предусматриваться отстойные сосуды (рис. 9, б).

 

 

Рис. 9. Схемы соединительных линий

при измерении расхода газа:

1 - сужающее устройство; 2 - продувочный вентиль;

3 - вентиль; 4 - дифманометр; 5 - отстойный сосуд

 

11.2.2. Для горизонтальных трубопроводов соединительные линии следует подключать к верхней половине сужающего устройства.

11.3. Требования к соединительным линиям для водяного пара

11.3.1. При измерении расхода пара должно быть обеспечено постоянство и равенство уровней конденсата в обеих соединительных линиях. Это достигается установкой в непосредственной близости от сужающего устройства уравнительных конденсационных сосудов, которые вместе с участками соединительных линий между сосудами и дифманометром заполняют конденсатом (водой).

Оба сосуда, а также боковые отверстия в них должны находиться на одной высоте; для вертикальных трубопроводов боковые отверстия в сосудах должны располагаться в плоскостях верхнего отверстия для отбора давления в сужающем устройстве.

Трубки, соединяющие сужающее устройство с сосудами, на участках вблизи сосудов должны располагаться горизонтально и на одном уровне. Эти трубки должны быть термоизолированы.

11.3.2. Типы и основные параметры уравнительных конденсационных сосудов приведены в ГОСТ 14318-73.

11.3.3. Дифманометр следует располагать ниже сужающего устройства (рис. 10, а).

 

 

Рис. 10. Схемы соединительных линий при измерении

расхода пара:

1 - сужающее устройство; 2 - уравнительный сосуд;

3 - вентиль; 4 - продувочный вентиль; 5 - отстойный сосуд;

6 - дифманометр; 7 - газосборник; в - трубка для слива

конденсата; 9 - термоизоляция

 

При P  ; 2 кгс/см2 допускается установка дифманометра выше сужающего устройства по рис. 10, б (данная схема применима также при расположении дифманометра ниже сужающего устройства на расстоянии не более 1,5 м). Схема, приведенная на рис. 10, в, допустима при P  ;= 2 кгс/см2 и расстоянии между трубопроводом и сосудами не более 4 м. При этом трубки, соединяющие сужающее устройство с сосудами, должны иметь внутренний диаметр не менее 25 мм. Указанные трубки, а также сосуды должны быть термоизолированы.

11.4. Требования к соединительным линиям для жидкостей

11.4.1. При измерении расхода жидкости дифманометр рекомендуется устанавливать ниже сужающего устройства (рис. 11, а). Соединительные линии на всем своем протяжении должны иметь уклон в одну сторону.

 

 

Рис. 11. Схемы соединительных линий для измерения

расхода жидкости:

1 - сужающее устройство; 2 - продувочный вентиль;

3 - вентиль; 4 - дифманометр; 5 - отстойный сосуд;

6 - газосборник

 

Если же односторонний уклон соединительных линий неосуществим, в наивысших точках отдельных участков (ступеней) линий следует устанавливать газосборники (рис. 11, б).

В случае расположения дифманометра выше сужающего устройства в высших точках линий также необходимо помещать газосборники (рис. 12, а).

 

 

Рис. 12. Схемы соединительных линий при измерении

расхода жидкости:

1 - сужающее устройство; 2 - продувочный вентиль;

3 - газосборник; 4 - дифманометр; 5 - вентиль;

6 - отстойный сосуд; 7 - разделительный сосуд;

8 - контрольный вентиль

 

11.4.2. Для горизонтальных трубопроводов соединительные линии следует подключать к нижней половине сужающего устройства.

11.4.3. Перед дифманометром рекомендуется устанавливать отстойные сосуды (на схемах показаны пунктиром). Установка сосудов обязательна, если из измеряемой жидкости выпадают осадки.

11.4.4. При измерении расхода горячих жидкостей в соединительные линии следует включать уравнительные сосуды, обеспечивающие равенство плотностей жидкости в трубах, соединяющих сосуды с прибором. Объем внутренней полости каждого сосуда должен быть не менее объема жидкости, перетекающей из сосуда в прибор при изменении его показаний от нуля до максимума.

Конструкция и основные параметры уравнительных сосудов для жидкостей приведены в ГОСТ 14319-73.

Включение сосудов в линии производят по рис. 12, б, причем для вертикальных трубопроводов боковые отверстия в сосудах и примыкающие к ним участки трубок должны быть расположены на одном уровне, соответствующем нижнему отверстию для измерения перепада давления в сужающем устройстве.

Трубка, соединяющая сосуд с верхним отверстием для отбора давления, должна быть термоизолирована.

Конструкция сосудов и их расположение должны обеспечивать удаление воздуха (газов) из сосудов.

 

12. РАСЧЕТ СУЖАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА

 

12.1. Выбор сужающего устройства и дифманометра.

12.1.1. При выборе сужающего устройства необходимо руководствоваться следующими соображениями:

потеря давления (энергетические потери) в сужающих устройствах увеличивается в следующей последовательности: труба Вентури, длинное сопло Вентури, короткое сопло Вентури, сопло, диафрагма;

при одних и тех же значениях m и  и прочих равных условиях сопло позволяет измерять больший расход, чем диафрагма, и обеспечивает более высокую точность измерения по сравнению с диафрагмой (особенно при малых значениях m);

изменение или загрязнение входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации влияет на коэффициент расхода диафрагмы в большей степени, чем на коэффициент расхода сопла.

12.1.2. Тип и разновидность дифманометра выбирают, исходя из следующих соображений:

дифманометр можно применять для измерения расхода только таких сред, которые указаны в руководстве по эксплуатации данного прибора (если не производится непрерывная защита чувствительного элемента дифманометра или не применяются разделительные сосуды);

дифманометр, потребляющий электроэнергию, в случае его установки в пожаро- и взрывоопасном помещении, должен удовлетворять требованиям соответствующих нормативных документов;

максимальное рабочее давление в трубопроводе перед сужающим устройством не должно быть больше максимального рабочего давления, на которое рассчитан дифманометр.

12.1.3. Для серийно выпускаемых дифманометров предельный номинальный перепад давления дифманометра  следует выбирать из стандартного ряда чисел, указанных в ГОСТ 18140-77. При этом необходимо исходить из следующего:

чем больше перепад давления , тем меньше должна быть относительная площадь m сужающего устройства для измерения заданного расхода. Чем меньше m, тем выше точность измерения заданного расхода и тем больше потеря давления в сужающем устройстве;

если задана допустимая потеря давления на сужающем устройстве, то за наибольшее значение  принимают такое, при котором потеря давления еще остается меньше допустимой. В тех случаях, когда потеря давления в сужающем устройстве не имеет значения, перепад  выбирают таким, чтобы значение m было близким к 0,2 (дальнейшее уменьшение относительной площади целесообразно только для уменьшения влияния числа Рейнольдса или для уменьшения погрешности вследствие сокращения длины прямого участка трубопровода).

12.1.4. Верхний предел измерений дифманометра устанавливают по заданному наибольшему измеряемому расходу  так, чтобы ближайшее значение , взятое по ГОСТ 18140-77, было больше значения  или равно ему.