Комплекс обладнання для метрологічної атестації, перевірки і калібрування засобів вимірювання витрати газу

Комплекс обладнання для метрологічної атестації, перевірки і калібрування засобів вимірювання витрати газу, що складається з дзво 00 ю 5891 входом і виходом сопла витрата через сопло залишається строго постійною і не залежить від подальшого зниження тиску і викликаного цим збільшення вище вказаного перепаду тиску. Стенд містить імпульсні датчики для лічильника, що перевіряється, засоби виміру температури і тиску, пристрій для синхронізації процесу перевірки, запірну арматуру. Пристрій працює на усмоктування. Необхідна для перевірки ступінь розрідження створюється за допомогою вакуумнасоса, компресора чи спеціального інжектора. Обчислення погрішності лічильника, що перевіряється, виробляється за допомогою комп'ютера, що входить до складу пристрою. Недоліком таких пристроїв є те, що пристрій забезпечує проведення перевірки тільки для витрат, визначених набором використовуваних сопел. Крім того, експлуатація критичних сопел, особливо для малих витрат, коли їх діаметр становить частки міліметра, ставить дуже високі вимоги до очищення робочого середовища. Відомий також пристрій [Патент України № 63692А від 15.01.2004], який обрали за прототип, призначений для перевірки і метрологічної атестації лічильників газу, у якому в якості еталону використано мірник дзвонового типу. Пристрій складається з наступних складових частин: - дзвонового мірника, дзвін якого через систему тросів, шківів і противаг підвішують у ємності з трансформаторним мастилом; - системи контролю витрати газу (або повітря) з контрольованого об'єму; - нагнітача повітря (або газу) з запірним пристроєм; - гермоклапана; - регулятора витрати; - вентиля тонкого регулювання витрати; - датчиків тиску і температури з перетворювачами; - блоку збирання і передачі інформації; імпульсного датчика для визначення миттєвого положення дзвону; - пульта керування пристроєм. Зазначений склад устаткування пристрою забезпечує проведення перевірки двох лічильників одночасно. З огляду на наявну кількість парку газових лічильників, навіть можливість проведення одночасної перевірки двох лічильників є недостатньою. Причиною, що перешкоджають одержанню необхідного результату є низька продуктивність пристрою і відсутність можливості проведення повірок і метрологічної атестації лічильників під високим тиском. Спільними ознаками прототипу і запропонованого комплексу є наявність дзвонового мірника, нагнітача повітря з запірним пристроєм, гермоклапана, регулятора витрати, датчиків тиску і температури з перетворювачами, блоку збору і передачі інформації, комп'ютера та пульта повірочних і робочих операцій. В основу корисної моделі поставлена задача у комплексі обладнання метрологічної атестації, перевірки і калібрування засобів вимірювання витрати газу, шляхом введення нових систем, пристроїв та вузлів, забезпечити високу продуктив ність, оперативність, економічність роботи комплексу та широкий діапазон витрат. Поставлена задача вирішується тим, що до складу комплексу, крім еталонного пристрою на базі дзвонового мірника, включено еталони основних і супутніх фізичних величин, еталонний пристрій на базі сопел критичного витоку, еталонний пристрій на базі поршневої установки, мобільні еталони на базі роторних, турбінних та ультразвукових лічильників і сопел критичного витоку, чотири стенди метрологічної атестації, перевірки і калібрування лічильників газу, нагнітач та підігрівач природного газу, а також циркуляційний компресор з охолоджувачем природного газу. Наявність в складі комплексу обладнання еталонів основних і супутніх фізичних величин дозволяє проводити систематичні перевірки і калібрування еталонних пристроїв на базі сопел критичного витоку, дзвонового мірника та поршневої установки, за допомогою яких калібрують мобільні еталони. Сукупність всіх еталонів являє систему відтворення еталону витрати природного газу. На Фіг. 1 наведено структурну схему комплексу обладнання для метрологічної атестації, перевірки і калібрування засобів вимірювання витрати газу, який складається з системи відтворення еталону витрати природного газу і чотирьох стендів перевірки і калібрування засобів вимірювання витрати природного газу. Комплекс обладнання спроможний відтворювати, в сукупності, витрату газу в діапазоні від 0,005 до 2 500 000 стандартних метрів кубічних за годину під тиском від 0,1 до 7,5 МПа. Комплекс дає можливість з мінімально можливою похибкою та оптимальними експлуатаційними витратами здійснювати перевірку та калібрування всіх існуючих типів лічильників, що використовуються для обліку витрати газу. В якості еталонів основних фізичних величин використано еталони довжини, маси і часу. В якості еталонів супутніх фізичних величин використано еталони температури, тиску і вологості навколишнього середовища, а також еталони температури, тиску, густини, вологості та складу газу. В якості первинних еталонів витрати газу можуть бути використані такі пристрої: 1. Дзвоновий пристрій: робоче середовище - природний газ, повітря; робочий об'єм - 3,5 м 3 ; витрата - 4 - 400 м 3 /год під тиском 0,1 МПа; похибка - менше 0,1 %. 2. Поршневий пристрій: робоче середовище - природний газ, повітря; робочий об'єм - 9 м 3 ; витрата - 500 - 2000 м3/год під тиском 0,4 ± 7,5 МПа; похибка - менше 0,15 %. 3. Пристрій перевірки сопел критичного витоку: робоче середовище - природний газ; робочий об'єм -Зм ; під тиском 2,0 ± витрата - 4 - 400 м 3 /год 4,0 МПа; витрата - 0,005 ± 1 6 м3/год під тиском 0,1 ± 0,4 МПа; похибка - менше 0,15 %. Проведення калібрування і перевірки робочих 5891 еталонів на трьох різних первинних еталонах дозволяє одержати більш достовірні значення вимірюваної величини за рахунок об'єднання трьох незалежних рядів спостережень В загальному випадку ряди можуть мати різне число спостережень (rij) та неоднакову дисперсію (а) Для того щоб було можливо об'єднати ряди спостережень, і при цьому одержати найбільш точну оцінку вимірюваної величини, необхідно мати в наявності повну інформацію про похибки кожного методу вимірювання та виключити всі безумовно ПОСТІЙНІ систематичні похибки При цьому по сукупності різних методів їх не виключені , систематичні похибки можливо вважати випадковими величинами Для оцінки вимірюваної величини по даних всіх рядів спостережень використовують поняття вагоп, воі функції (а = — ~ ) , яка характеризує степінь a j довіри до ВІДПОВІДНОГО ряду спостережень Середньозважене значення вимірюваної величини дорівнює J=1 де m - число рядів Xj - середнє значення j-ro ряду а} - вагова функція j-ro ряду У ВІДПОВІДНОСТІ з властивостями оцінок максимальної вірогідності дисперсія середньозваженого значення дорівнює 1 о m У З цього слідує, що дисперсія середньозваженого менша дисперсії будь-якого із вихідних середньоарифметичних окремих рядів спостережень і тому при об'єднанні результатів вимірювань кількох рядів спостережень достовірність вимірювань підвищується В конкретному випадку, якщо дисперсії вимірювань різних методів спів розмірні / СУ ( 2 v Л-І _— 2 СУ v АО _ — _ — 2 СУ _ 2 — СУррг * v Am _ "сер і ах = x m тобто похибка відтворення витрати комплексом, що складається з m первинних еталонів, в л/т разів менша їхньої середньої похибки за умови відсутності кореляції між похибками еталонів Параметри роботи первинних еталонів вибирають оптимальними для конкретного методу вимірювання, враховуючи можливість взаємного звірення (гармонізації) Гармонізацію первинних еталонів здійснюють мобільними еталонами (роторні, турбінні та ультразвукові лічильники, сопла критичного витоку) Кожен мобільний еталон використовують у вузькому діапазоні витрат, що дає можливість збільшити достовірність гармонізації В якості мобільних еталонів в складі комплексу 6 використовують такі засоби вимірювальної техніки 1 Лічильник роторний номінальна витрата - 4 ± 400 м3год, тиск-0,1 ±8,0МПа, КІЛЬКІСТЬ - 6 шт 2 Лічильник турбінний номінальна витрата - 400 ± 2000 м 3 /год, иск-0,1 ±8,0 МПа, КІЛЬКІСТЬ- 4 шт 3 Лічильник турбінний номінальна витрата -1600 ± 8000 м 3 /год, иск-0,1 ±8,0 МПа, КІЛЬКІСТЬ -1 шт 4 Сопла критичного витоку максимальна витрата - 400 м 3 /год, тиск - 4,0 МПа При кратному збільшенні (зменшенні) величини витрати в процесі гармонізації використовують паралельно-послідовне з'єднання мобільних еталонів Під час передачі витрати від еталону, який працює при низьких тисках, до еталону, який працює при високих тисках (а також навпаки) використовують паралельно-послідовне з'єднання мобільних еталонів з проміжним регулятором тиску Гармонізацію еталонів проводять в реперних точках, наприклад - витрата 200 м3/год, 400 м3/год, 2000 м3/год, 8000 м3/год під тиском 0,1 МПа, 0,4 МПа, 1,2 МПа, 7,5 МПа Калібрування нових газових ЛІЧИЛЬНИКІВ, а також перевірка і калібрування ЛІЧИЛЬНИКІВ, ЩО відпрацювали гарантійний термін, або повернулись з ремонту, виконують на наступних стендах Стенд № 1 робочі еталони - роторні та турбінні лічильники, робоче середовище - повітря, витрата - 4 ± 24 000 м3/год під тиском 0,1 ± 1,2 МПа, похибка - менше 0,2 % Стенд №2 робочі еталони - роторні, турбінні та ультразвукові лічильники, робоче середовище - природний газ, витрата - 4 ± 60 000м3/год під тиском 4,0 МПа, витрата - 4 ± 16 000 м3/год під тиском 0,1 ± 7,5 МПа, похибка - менше 0,2 % Стенд №3 робочі еталони - сопла критичного витоку, робоче середовище - природний газ, витрата - 4 ± 16 000 м3/год під тиском 4,0 МПа; похибка - менше 0,2 % Стенд №4 робочі еталони - сопла критичного витоку, робоче середовище - природний газ, витрата - 0,005 ± 16 м3/год під тиском 0,1 МПа, похибка - менше 0,3 % В якості прикладу наведено схему підключення стенду №2 (стенду перевірки промислових ЛІЧИЛЬНИКІВ) ДО магістрального газопроводу (Фіг 2) Наведена схема дає можливість реалізувати подачу на стенд та ВІДВІД ВІД НЬОГО природного газу в наступних режимах „Магістраль", „Газорозподільна станція" та „Циклон" Режим „Магістраль" передбачає одержання 5891 газу з магістрального газопроводу і його ВІДВІД В магістральний газопровід Повірочний стенд працює наступним чином Спочатку закривають кран Кр 1 а на регуляторі Per 1 встановлюють необхідний перепад тиску Далі відкривають крани Кр 2 та Кр 6, а за допомогою регулятора Per 2 встановлюють необхідну витрату (максимальна витрата складає 2 500 000 стандартних метрів кубічних за годину) Після цього відкривають крани Кр 3, Кр 4 та Кр 5 а регуляторами Per 3 та Per 5 за допомогою пщігрівача в трубопроводах стенду встановлюють стабільну температуру Перевірку ЛІЧИЛЬНИКІВ проводять наступним чином Закривають кран Кр 4, а регулятором Per 5 встановлюють необхідну витрату газу через повірочний стенд, а через регулятор Per 2 зменшують витрату для стабілізації величини витрати через крани Кр 2 та Кр 6 тобто стабілізується відбір (подача) газу з (до) магістралі Стенд в режимі „Магістраль" працює під тиском 3,5 ± 4,2 МПа Режим „Газорозподільна станція" передбачає одержання газу з магістрального газопроводу і його ВІДВІД на вихід до газорозподільної станції (ГРС) Через регулятор №8 постійно забезпечується подача газу на вихід до ГРС (максимальна витрата біля 200 000 стандартних кубічних метрів на годину) Для здійснення подачі природного газу на повірочний стенд відкриваються крани Кр 2, Кр З та Кр 7 Регулятор Per 6 з підігрівачем підтримують необхідний тиск і температуру газу на стенді, а регулятор Per 7 регулює необхідну витрату через стенд і підтримує необхідний тиск на виході до ГРС Сумарна витрата газу через регулятори Per 8 та Per 7 підтримується на необхідному для споживачів рівні Стенд в режимі 8 0,3-45МПа Режим „Циклон" передбачає організацію потоку газу через повір очний стенд за допомогою циркуляційного компресора При цьому крани Кр 2 Кр 4 Кр 6 та Кр 7 закриті, крани Кр 3 і Кр 5 відкриті За допомогою регуляторів Per 2, Per 5 та продуктивністю компресора регулюють величину витрати газу через стенд Нагнітачем газу, який включено паралельно крану КР 2 перед процесом перевірки підвищують тиск в трубопроводах стенду до потрібного значення При необхідності проведення перевірки під тиском, величина якого менша тиску в магістральному газопроводі, перед процесом перевірки частину газу скидають на вихід до ГРС через кран Кр 7 і регулятор Per 7 В режимі „Циклон" можливо встановлювати на повірочному стенді витрату газу в межах 0-1 200 000 стандартних метрів кубічних на годину під тиском 0,1 - 7,5 Мпа Інші стенди змонтовано за класичними схемами Стенд №1, на якому проводять перевірку побутових і промислових ЛІЧИЛЬНИКІВ за допомогою дзвонового еталонного пристрою на повітрі дозволяє проведення повірок ЛІЧИЛЬНИКІВ для витрат в діапазоні 4 - 24000 мУгод і тиску 0,1 -1,2 МПа Стенди №3 і №4 на яких проводять перевірку побутових, промислових і лабораторних (малих витрат) ЛІЧИЛЬНИКІВ за допомогою еталонного пристрою на соплах критичного витоку на природному газі Стенд №3 забезпечує витрати газу в діапазоні 4 - 16000 м3/год і тиск 4,0 МПа а стенд №4 забезпечує витрати газу в діапазоні 0,005 - 16 м3/год і тиск 0,1 МПа КЙ аі«ш«і,