Материалы сайта
Это интересно
Курсовая работа по метрологии
9.Расчет узла измерения расхода 9.1. Выбор и обоснование метода измерения В качестве метода измерения расхода газа выберем метод переменного перепада давления. Этот метод основан на измерении перепада статических давлений до и после сужающего устройства, установленного в трубопроводе. В основу принятия этого метода измерения легли следующие факторы: o метод является универсальным и обеспечивает необходимый предел измерений; o прост в реализации; o первичные преобразователи – стандартные устройства, что является выгодным с экономической точки зрения; o основы измерения расхода различных сред данным методом и общие технические требования к расходомерным устройствам регламентируются “Правилами измерения расходов газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80”. Эти правила гласят: . Характер движения потока турбулентный. . Фазовое состояние потока не изменяется при истечении через сужающее устройство. . Во внутренней полости прямых участков трубопровода до и после сужающего устройства не скапливаются осадки в виде пыли, песка и так далее. . На поверхности сужающего не будут образовываться отложения изменяющие его конструктивные параметры геометрию. 9.2. Выбор типа сужающего устройства и разработка эскиза установки В качестве сужающего устройства будем использовать стандартную камерную диафрагму. Она достаточно проста в изготовлении и установке, поэтому ее использование потребует меньших затрат по сравнению с другими сужающими устройствами. Эскиз стандартной камерной диафрагмы представлен на рис.6. Комплект камерной диафрагмы включает в себя дисковую диафрагму 3, выполненную из стали 12Х18H10Т, расположенную между кольцевыми камерами 2 и 4. Отбор статических давлений из камер осуществляется вваренными импульсными трубками с наружным диаметром d1. Комплект устанавливается и центрируется между фланцами трубопровода 1 и 5 и стянут двенадцатью болтами 7. Для герметичности между деталями 1, 2, 3, 4, 5 установлены прокладки из паранита. [pic] Рис.6. Эскиз установки стандартной камерной диафрагмы на главном газопроводе 9.3.Расчет сужающего устройства 1. Задано: o измеряемая среда – природный газ следующего состава (данные взяты из [3]): СН4 = 95%, СО2 = 2%, N2 = 1%.; o наибольший измеряемый объемный расход Qmax = 1000 м3/ч; o минимальный измеряемый объемный расход Qmin = 400 м3/ч; o избыточное давление газа перед сужающим устройством Р = 6 кПа = 0.0611 кгс/см2; o барометрическое давление Рб = 755 мм.рт.ст. = 1.0264 кгс/см2; o абсолютная влажность газа: fв=0,0664 o температура газа перед сужающим устройством t = 25 (С; o внутренний диаметр трубопровода перед сужающим устройством (t = 20оС) D20 = 0,11м; o абсолютная шероховатость трубопровода k = 0,03 мм; o материал трубопровода – сталь марки Ст20. 2. Выбор сужающего устройства и дифманометра. 1) Тип сужающего устройства – камерная диафрагма нормальная, материал – сталь 12Х18H10Т. 2) Тип и разновидность дифманометра – дифманометр-расходомер сильфонный электрический ДСЭР-100 с универсальным выходным сигналом 0-5 мА. 3) Верхний предел измерения дифманометра: Qпр = 1000 м3/ч. 3. Определение недостающих данных 1) Температура газа перед сужающим устройством, Т = 273.15 + 25 = 298.15 К 2) Абсолютное давление газа перед сужающим устройством Р = 1.0264 + 0.0612 = 1.0875 кгс/см2 3) Так как известна молярная концентрация элементов газа, то по приложению 21 формуле 41 в (здесь и далее берутся формулы и делаются ссылки на [3] ), можно найти плотность сухой части газа при нормальных условиях: [pic] 4) Поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода: Кt ' = (1,0002)0.5 = 1.0001. 5) Внутренний диаметр трубопровода при температуре t: D = D20 · Кt' = 110 · 1,0001 = 110,01 мм. 6) Динамическая вязкость пара в рабочих условиях (по Р и t): ? = 1,582 · 10-6 кгс/м3. 7) Показатель адиабаты: [pic]. 8) Комплексный коэффициент приведения избыточного давления (ф. 74): [pic] 9) Комплексный коэффициент приведения температуры (ф. 75): [pic] 10) Псевдоприведенное избыточное давление (ф. 70): Рп=Ри(Кр=0,0611(0,969=0,0592059 кгс/см2. 11) Псевдоприведенная избыточная температура (ф.71): tп=Т(Кt=1,035(298,15-273,15=35,43525 (С. 12) Коэффициент сжимаемости природного газа (пр.17): К=0,998. 13) Псевдокритическая давление (ф.66): Рпк=30,168([0,05993((26,831-рном)+(NCO2-0,392(NN2)]= =30,168([0,05993((26,831-0,633)+(0,04-0,392(0,01)]=48,29 кгс/см2. 14) Псевдокритическая температура (ф. 67): tпк=88,25([1,7591((0,56364+рном)-(NCO2+1,681(NN2)]= =88,25([1,7591((0,56364+0,633)-(0,04+1,681(0,01)]=180,75 К. 15) Приведенное давление (ф. 68): [pic] 16) Приведенная температура (ф. 69): [pic] 17) Динамическая вязкость (ф. 79): [pic] 18) Плотность насыщенного водяного пара при температуре t (пр. 6): рнп=0,0236 кг/м3. 19) Температура насыщенного водяного пара при давлении Р (пр. 7): Tнас=101,76 (С. 20) Наибольшая возможная плотность водяного пара во влажном газе при давлении Рн и температуре t (п. 6.5.3): Рвп макс = рвп = 0,0236 кг/м3. 21) Относительная влажность газа (ф. 55): [pic] Следовательно, влажный газ перенасыщен водяными парами, в соответствии с п.6.5.7 в качестве расчетного значения принимается ( = 1. 22) Давление насыщенного водяного пара при температуре t (пр. 6): Рвп=0,03325 кгс/см2. 23) Наибольшее возможное давление водяного пара во влажном газе при температуре t (п. 6.5.3): Рвп макс=Рвп=0,03325 кгс/см2. 24) Плотность сухой части газа влажного газа в рабочих условиях (ф.45): 25) Плотность водяного пара во влажном газе в рабочих условиях (ф. 45): рвп=рвп макс 26) Плотность газа в рабочих условиях (ф. 44): рвг=рсг+рвп=0,636+0,0236=0,6596 кг/м3. 4. Определение номинального перепада давления дифманометра. Допустимая потеря давления на сужающем устройстве не задана. 27) Определение вспомогательной величины величины С2 (ф. 159): [pic] По рекомендациям данным в [3] с помощью номограммы ориентируясь на m=0,2 и С=5.33 получаем предельный номинальный перепад давления:[pic] 28) Максимальный перепад давления: [pic] 29) Максимальное число Рейнольдса (ф. 83): [pic] 30) Условие Re>Remin=104 выполняется. 5. Определение параметров сужающего устройства. 31) Коэффициент расширения, определяемый для предельного перепада давления (ф. 59): [pic] 32) Относительная шероховатость (п. 5.1.3): [pic], где k –величина абсолютной эквивалентной шероховатости стенок трубопровода. Будем считать, что трубы стальные цельнотянутые, изготовленные волочением в холодном состоянии новые, не бывшие в эксплуатации. [pic] Верхняя граница относительной шероховатости для диафрагм с фланцевым отбором (п. 5.1.3): 10 33) Так как [pic] шероховатость меньше допустимой, то расчет продолжаем. 34) Коэффициент расхода: [pic] Поправки на шероховатость и остроту кромки не учитываем. 35) [pic] 36) Вспомогательная величина: [pic] 37) Относительное отклонение, %: [pic] 38) Так как величина [pic]>0,2%, то процесс поиска значения m продолжается. Так как F1<(C/[pic]), то на очередном этапе выбираем величину m, большую чем 0,2. 39) Зададимся следующим значением m: m2=0,21 40) Пересчет коэффициента расширения, определяемого для предельного перепада давления (ф. 59): [pic] 41) Тогда новый коэффициент расхода будет равен: [pic][pic] 42) А вспомогательная величина [pic] 43) Относительное отклонение, %: [pic] 44) Так как величина [pic]<0,2%, то выбор значений m=0,21 и (=0,94254 считается окончательным. 6. Нахождение диаметра сужающего устройства. 45) Диаметр отверстия диафрагмы при температуре 20(С: [pic] 7. Проверка расчета. 46) Расход соответствующий предельному номинальному перепаду давления (ф. 5): [pic] 47) Небаланс, %:[pic] 48) Так как небаланс менее 2%, то расчет сужающего устройства считается верным и на этом он заканчивается. 9.4. Определение погрешности измерения расхода. 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 ( =2((; - составляющей или совокупностью составляющих погрешностей, равных или менее 30% результирующей погрешности, пренебрегают. Средняя квадратическая относительная погрешность измерения расхода природного газа(ф.114), %: [pic] [pic] - средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расхода; [pic] - средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расширения сужающих устройств; [pic]- средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса; [pic]- средняя квадратическая относительная погрешность дифманометра; [pic] - средняя квадратическая относительная погрешность измерения плотности в нормальных условиях; [pic] - средняя квадратическая относительная погрешность измерения давления; [pic] - средняя квадратическая относительная погрешность измерения температуры; [pic] - средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента сжимаемости. Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента расхода для диафрагм с фланцевым способом отбора (ф. 119): [pic] [pic][pic]= 0,05 (п. 8.1.3); Тогда [pic] [pic][pic]= 0,15 (п. 8.1.3). Тогда [pic] Таким образом [pic] Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента расширения сужающих устройств (ф.127): [pic] [pic] [pic] где [pic]= 0,0005 – половина последнего разряда значения показателя адиабаты; ( =1,2937 – показатель адиабаты; к = 2 – квантильный множитель. Таким образом [pic] [pic] где [pic]- класс точности прибора (см. п. «Заказная спецификация на приборы»). Таким образом [pic] [pic] где [pic]- класс точности прибора (см. п. «Заказная спецификация на приборы»). Таким образом[pic] После расчета всех составляющих определим среднюю квадратическую относительную погрешность коэффициента расширения для диафрагм с фланцевым способом отбора: [pic] Определение средней квадратической относительной погрешности коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса (ф.129): [pic] Согласно п.7.2.3. kRe(1, значит (1-kRe)(0, а следовательно и значение средней квадратической относительной погрешности коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса будет очень мало ((0). Поэтому значением этой погрешности можно пренебречь. Определение средней квадратической относительной погрешности дифманометра (ф.134): [pic] где [pic]- класс точности прибора (см. п. «Заказная спецификация на приборы»). Таким образом [pic] Определение средней квадратической относительной погрешности измерения плотности в нормальных условиях. Так как значение плотности, используемое в данной курсовой работе – табличное значение, погрешность ее определения будет равна (ф.140): [pic] где [pic]= 0,0005 – половина последнего разряда значения плотности; ( =0,633 – значение плотности. Таким образом [pic] Определение средней квадратической относительной погрешности измерения давления (ф.142): [pic] где [pic]- класс точности прибора (см. п. «Заказная спецификация на приборы»). Таким образом [pic] Определение средней квадратической относительной погрешности измерения температуры (ф.143): [pic] где Nt – диапазон шкалы измерений термометра; [pic]- класс точности прибора (см. п. «Заказная спецификация на приборы»). Таким образом [pic] Значением средней квадратической относительной погрешности коэффициента сжимаемости можно пренебречь. Исходя из вышеизложенных расчетов, определим значение средней квадратической относительной погрешности измерения расхода сухой части влажного газа: [pic] Погрешность вторичного прибора: [pic] Общая погрешность измерения расхода: [pic] Эта погрешность не превышает предела погрешности измерительного канала по техническому заданию (см. табл. 2). Определим массовый расход [pic] Таким образом массовый расход Q = 800 ± 15,72 кг/ч Абсолютная погрешность измерения расхода: [pic] Эта погрешность не превышает предела погрешности измерительного канала по техническому заданию (см. табл. 2). ----------------------- [pic] [pic]