Спосіб визначення витрати газу в трубопроводі

1. Спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі, що включає проведення в трубопроводі одночасного виміру об'ємної витрати середовища першим Q1 і другим Q2 витратомірами, визначення рівності або нерівності отриманих об'ємних витрат Q1 і Q2 з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів, видачу інформації про відсутність або наявність метрологічної відмови при вимірах витрат, який відрізняється тим, що одночасно в цьому ж трубопроводі проводять вимір об'ємної витрати - Q3 третім витратоміром, 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до вимірювальної техніки й може бути використана, зокрема, у газовій і нафтовій промисловості для метрологічної діагностики витратомірів у процесі виконання виміру витрати середовища. Відомий спосіб визначення витрати в трубопроводі [а.с. СРСР № 1760358, кл. G 01F 25/00, БІ № 33, 1992], що включає установку в трубопроводі турбінного витратоміра й фіксацію його показань Q1 з визначенням поправки на гідравлічний опір трубопроводу, з урахуванням якої визначають витрату Q, при цьому при визначенні поправки встановлюють за турбінним витратоміром у зоні сталого потоку гідравлічний опір, величина якого дорівнює гідравлічному опору турбінного витратоміра, удруге фіксують його показання Q2, а витрату Q визначають по формулі Q=2Q1-Q2. Даний спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі так само, як і спосіб визначення витрати в трубопроводі, що заявляється, включає вимір витрати Q1 одним, наприклад турбінним, витратоміром. Однак, відсутність виміру саме тої витрати другим Q2 і третім Q3 витратомірами й формування висновку про правильність або неправильність результатів виміру за допомогою двійкових змінних знижує вірогідність результату виміру. Відомий спосіб діагностики витратоміра змінного перепаду тиску [а.с. СРСР № 1647276, кл. G 01F 25/00, БІ № 17, 1991], що полягає в тому, що на пристрої, що звужує, вимірюють перепад тиску одночасно двома різними методами відбору, а на його вході вимірюють тиск і температуру, визначають відношення обмірюваних перепадів тисків і порівнюють його з відношенням перепадів тисків, визначених попередньо, а про метрологічну відмову витратоміра судять по ступеню відхилення порівнюваних величин. Даний спосіб діагностики витратоміра змінного перепаду тиску так само, як і спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі, що заявляється, включає вимір витрати Q1 одним витратоміром змінного перепаду тиску. Однак, відсутність виміру саме тої витрати другим Q2 і третім Q3 способами й формування висновку про правильність або неправильність результатів виміру за допомогою двійкових змінних знижує вірогідність результату виміру. Найбільш близьким по технічній суті є спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі [Патент України на корисну модель № 47447, кл. G01F 25/00, Бюл. № 3, 2010], що включає одночасне проведення виміру витрати Q1 першим витратоміром, заснованому на одному з відомих фізичних ефектів, і вимір саме тої витрати Q2 другим витратоміром, заснованим на іншому фізичному ефекті, при цьому виміри витрат проводять пристроями, розташованими на встановленій відстані один від одного, отримані значення витрат підставляють у нерівність 67219 4 Q2 1  1 1  1  Q1  Q2 , де 1  2 1  2 1 - відносна невизначеність (похибка) при вимірі витрати першим способом,  2 - відносна невизначеність (похибка) при вимірі витрати другим способом, і, якщо нерівність не виконується, то вважають, що відбулася метрологічна відмова, й видають сигнал про це, якщо ж нерівність виконується, то вважають, що метрологічна відмова відсутня, при цьому, якщо вимірюють комерційну витрату середовища, то результатом виміру вважають значення витрати, отримане пристроєм, призначеним для виміру комерційної витрати середовища, а, якщо вимірюють витрату середовища для технологічних потреб, то значення витрати Q у трубопроводі приймають рівним півсумі обмірюваних значень, тобто Q  0,5  (Q1  Q2 ) . Даний спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі так само, як і спосіб визначення витрати середовища в трубопроводі, що заявляється, включає проведення одночасного виміру витрати першим Q1 і другим Q2 витратомірами й визначення правильності виміру цих витрат з урахуванням невизначеності їхнього виміру. Однак, відсутність виміру саме тої витрати Q3 третім витратоміром і формування висновку про правильність або неправильність результатів виміру за допомогою двійкових змінних знижує вірогідність результату виміру середовища. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу визначення витрати середовища в трубопроводі шляхом виміру витрати середовища в трубопроводі трьома витратомірами, що дозволяє підвищити вірогідність результатів виміру за рахунок виявлення метрологічної відмови окремих засобів виміру. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення витрати середовища в трубопроводі, що включає проведення в трубопроводі одночасного виміру витрати середовища першим Q1 і другим Q2 витратомірами, визначення рівності або нерівності отриманих витрат Q1 і Q2 з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів, видачу інформації про відсутність або наявність метрологічної відмови при вимірах витрат, відповідно до корисної моделі одночасно з виміром витрат середовища Q1 і Q2 в цьому ж трубопроводі проводять вимір витрати Q3 третім витратоміром, попарно порівнюють отримані витрати Q1 і Q3 , Q2 і Q3 3 урахуванням невизначеності (похибки) вимірів, результати порівняння позначають двійковими змінними відповідно A12 , A13 , A23 , кожна з яких приймає значення "1" при рівності з урахуванням невизначеності (похибки) ви 5 67219 6 мірів відповідної пари витрат Q1 і Q2 , Q1 і Q3 , A12 A13 A 23 вірних або невірних з обмірюваних Q2 і Q3 і значення "0" при нерівності відповідних пар витрат, і формують код комбінації отриманих двійкових змінних A12 A13 A 23 , якщо код цієї комбінації дорівнює одному з кодів 011, 101 або 110, то вважають, що відбувся збій при визначенні значень двійкових змінних, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 000, то вважають, що невірні результати виміру двома витратомірами із трьох або всіма трьома витратомірами, якщо код комбінації А12А13А23 дорівнює коду 001, то вважають, що невірний тільки результат виміру першим витратоміром, тобто невірна витрата Q1 , а витра витрат Q1 , Q2 , Q3 дозволяє, з одного боку, підвищити вірогідність результатів виміру за рахунок виявлення метрологічної відмови за результатами виміру витрати середовища трьома витратомірами, а, з іншого боку, при відмові одного із трьох витратомірів визначити витратомір, що відмовив. На кресленні наведений приклад системи визначення й контролю витрати газу, що реалізує запропонований спосіб визначення витрати газу в трубопроводі. Система контролю містить вимірювальний трубопровід 1, перший блок 2 датчиків, що характеризують витрату середовища, який установлений на вимірювальний трубопровід 1, перший обчислювальний блок 3, що з'єднаний з виходами датчиків блока 2, другий блок 4 датчиків, що характеризують витрату середовища, який установлений на вимірювальний трубопровід 1, другий обчислювальний блок 5, що з'єднаний з виходами датчиків блока 4, третій блок 6 датчиків, що характеризують витрату середовища, який установлений на вимірювальний трубопровід 1, третій обчислювальний блок 7, що з'єднаний з виходами датчиків блока 6, блок контролю 8, до якого підключені виходи першого 3, другого 5 і третього 7 обчислювальних блоків. Перший блок датчиків 2 і перший обчислювальний блок 3 становлять перший витратомір і використовуються для виміру (визначення) значення першої витрати середовища Q1 . Другий блок датчиків 4 і другий обчислювальний блок 5 становлять другий витратомір і використовуються для виміру (визначення) значення другої витрати середовища Q2 . Третій блок 6 датчиків і третій обчислювальний блок 7 становлять третій витратомір і використовуються для виміру (визначення) значення третьої витрати середовища Q3 . Кожний з витратомірів (відповідні блок датчиків і обчислювальний блок) є автономним пристроєм, що вимірює витрату середовища - зчитує значення вимірюваних параметрів з виходів відповідно блоків датчиків 2, або 4, або 6 і обчислює значення витрати середовища, що протікає через вимірювальний трубопровід 1. Блок контролю 8 синхронізує роботу обчислювальних блоків 3, 5, і 7, зчитує значення першої Q1 , другої Q2 і третьої Q3 витрат середовища, перевіряє рівність або нерівність цих витрат між собою і видає відповідну інформацію оперативному персоналу. Параметри, що характеризують витрату середовища, визначаються залежно від виду витратоміра, так, наприклад, якщо використовується витратомір змінного перепаду тиску, то цими параметрами будуть перепад тиску, тиск й температура середовища. При визначенні витрати середовища в трубопроводі по пропонованому способу виконують вимір об'ємних витрат трьома витратомірами, тому при закінченні кожного циклу вимірів мають значення об'ємних витрат, обмірюваних кожним з викорис ти Q2 і Q3 вірні, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 010, то вважають, що невірний тільки результат виміру другим витратоміром, тобто невірна витрата Q2 , а витрати Q1 і Q2 вірні, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 100, то вважають, що невірний тільки результат виміру третім витратоміром, тобто невірна витрата Q3 , а витрати Q1 і Q2 вірні, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 111, то вважають, що результати, отримані всіма трьома способами вірні, і видають інформацію про збій при визначенні значень двійкових змінних або про метрологічну відмову або про її відсутність у відповідності зі значенням коду комбінації A12 A13 A 23 , а також витрати Q i і Q j з урахуванням невизначеності (похибки) виміру кожним витратоміром уважають рівними при виконанні нерівності Qi  Q j   , де Qi  - установлена величина для відносної різниці значень витрат газу, i, j - індекси, i  1 2, 3, j  2, 3, i  j , , і нерівними при невиконанні нерівності, або витрати Q i і Q j з урахуванням невизначеності (похибки) виміру кожним витратоміром уважають рівними при виконанні нерівності 100  i 100  i , де Qj  Qi  Qj 100   j 100   j i - відносна похибка при вимірі витрати газу jм витратоміром,  j - відносна похибка при вимірі витрати газу jм витратоміром, i, j - індекси, i  1 2, 3, j  2, 3, i  j , , і нерівними при невиконанні нерівності. Введення одночасного проведення виміру саме тої витрати Q3 третім витратоміром і визначення шляхом попарного порівняння рівності або нерівності обмірюваних витрат Q1 , Q2 і Q3 і значень двійкових змінних A12 A13 A 23 , які приймають значення "1" при рівності відповідної пари витрат і значення "0" при нерівності цієї ж пари витрат, визначення по коду комбінації двійкових змінних 7 67219 таних витратомірів - Q1 , Q2 і Q3 , по яких, порівнюючи значення об'ємних витрат попарно, визначають значення двійкових змінних A12 A13 A 23 і одержують код комбінації двійкових змінних A12 A13 A 23 даного виміру витрат. Для визначення вірності або невірності обмірюваних витрат попередньо складемо таблицю відповідності кодів комбінацій двійкових змінних A12 A13 A 23 кодам комбінацій вірності або невірності витрат Q1 Q2 Q3 у такий спосіб. У першому стовпці записуємо позначення комбінацій і змінних, які входять у таблицю. У першому рядку цього стовпця запишемо позначення можливих комбінацій витрат - Q1 Q2 Q3 , у другому, третьому й четвертому рядках запишемо, відповідно, позначення двійкових змінних A12 A13 A 23 , у п'ятому рядку запишемо позначення комбінації двійкових змінних - A12 A13 A 23 . Оскільки невірною може бути кожна з витрат, то, позначивши вірну витрату "1", а невірну "0", запишемо в першому рядку таблиці можливі комбінації вірних і невірних витрат Q1 Q2 Q3 у такий спосіб. Першим (у другому стовпці першого рядка) запишемо код комбінації, у якій всі витрати вірні 111, далі (у наступних стовпцях першого рядка) запишемо коди комбінацій, у яких невірна спочатку одна витрата - перша - 011, потім друга - 101 і третя - 110, потім дві витрати - перша і друга - 001, перша і третя - 010, друга й третя - 100 і останньою записуємо комбінацію, у якій невірні всі три витрати - 000. Після цього в кожному стовпці записуємо значення двійкових змінних, які відповідні даної комбінації вірних і невірних витрат, а також код їхньої комбінації, при цьому вважаємо, що невірні витрати не можуть бути рівні між собою, тому що ймовірність їхньої рівності мізерно мала. Так, при коді комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 111, 8 A12  1 , A13  1 і A23  1 , тому що вірні витрати попарно рівні. Тоді коду комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 111, відповідає код комбінації A12 A13 A 23 , рівний 111. При коді комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 011, A12  0 , A13  0 і A23  1 , тому що витрата Q1 невірна й для пар витрат, у яких вона бере участь, двійкові змінні рівні "0". Тоді коду комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 011, відповідає код комбінації A12 A13 A 23 , рівний 001. При коді комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 101, A12  0 , A13  1 і A23  0 , тому що витрата Q2 невірна і для пар витрат, у яких вона бере участь, двійкові змінні рівні "0". Тоді коду комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 101, відповідає код комбінації A12 A13 A 23 рівний 010. При коді комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 110, A12  1 , A13  0 і A23  0 , тому що витрата Q3 невірна і а для пар витрат, у яких вона бере участь, двійкові змінні рівні "0". Тоді коду комбінації Q1 Q2 Q3 , рівному 110, відповідає код комбінації A12 A13 A 23 , рівний 100. При кодах комбінацій Q1 Q2 Q3 , рівних 001 або 010, або 100, або 000, A12  0 , A13  0 і A23  0 , тому що в кожній з пар витрат хоча б одна витрата невірна й двійкові змінні рівні "0". Тоді кодам комбінацій Q1 Q2 Q3 , рівним 001 або 010, або 100, або 000, відповідають коди комбінації A12 A13 A 23 , рівні 000. Таблиця відповідності можливих комбінацій вірних і невірних витрат Q1 Q2 Q3 комбінаціям значень двійкових змінних A12 A13 A 23 буде наступною: Таблиця Q1 Q2 Q3 111 011 101 110 001 010 100 000 A12 1 0 0 1 0 0 0 0 A13 1 0 1 0 0 0 0 0 A23 1 1 0 0 0 0 0 0 111 001 010 100 000 000 000 000 A12 A13 A 23 Аналіз таблиці показує, що коди комбінації двійкових змінних A12 A13 A 23 , рівні 011 або 101, або 110, відсутні при будь-яких можливих комбінаціях вірності або невірності витрат Q1 Q2 Q3 , отже, такі коди комбінації двійкових змінних можуть з'явитися тільки внаслідок помилки при формуванні двійкових змінних або їхніх комбінацій. Коду комбінації двійкових змінних A12 A13 A 23 , що дорівнює 111, відповідає комбінація вірності або невірності витрат Q1 Q2 Q3 , що рівна 111, при якій всі обмірювані витрати вірні. Коду комбінації двійкових змінних A12 A13 A 23 , що дорівнює 001, відповідає комбінація вірності або невірності витрат Q1 Q2 Q3 яка рівна 011, що свідчить про те, що невірна тільки витрата, обмірювана першим витратоміром. Коду комбінації двійкових змінних A12 A13 A 23 що дорівнює 010, відповідає комбінація вірності або невірності витрат Q1 Q2 Q3 , яка рівна 101, що свідчить про те, що невірна тільки витрата, обмірювана другим витратоміром. Коду 9 комбінації двійкових змінних A12 A13 A 23 , що дорівнює 100, відповідає комбінація вірності або невірності витрат Q1 Q2 Q3 , яка рівна 110, що свідчить про те, що невірна тільки витрата, обмірювана третім витратоміром. Коду комбінації двійкових змінних A12 A13 A 23 , що дорівнює 000, відповідають комбінації вірності або невірності витрат Q1 Q2 Q3 , рівні 001 або 010, або 100, або 000, що свідчить про те, що невірні витрати, обмірювані або якими-небудь двома витратомірами або обмірювані всіма трьома витратомірами. Спосіб визначення витрати в трубопроводі реалізують у такий спосіб. У точці трубопроводу, у якій відповідно до вимог технологічного процесу необхідно вимірювати витрату середовища, установлюють три витратоміри, при цьому витратоміри можуть бути одного виду або різних видів. Використані можуть бути будь-які витратоміри, наприклад, наступних видів: змінного перепаду тиску із пристроями, що звужують; обтікання; тахометричні: турбінні, кулькові, камерні; вихорові; теплові: калориметричні, із зовнішнім нагріванням, термоанемометричні; електромагнітні; ультразвукові. Установка витратомірів виконується відповідно до нормативних документів кожного із пристроїв на відстані один від одного, обумовленій цими нормативними документами. Виміри витрат середовища виконуються встановленим для даного конкретного технологічного процесу порядком, наприклад, виміри можуть виконуватися по командах оперативного персоналу або по командах пристрою керування технологічним процесом транспорту газу. Для виконання виміру на пристрої подається команда на всі три витратоміри, по якій вони одночасно виконують виміри. Результати виміру - витрата середовища Q1 обмірювана першим витратоміром, витрата середовища Q2 , обмірювана другим витратоміром, і витрата середовища Q3 , обмірювана третім витратоміром, запам'ятовуються, далі всі три витрати Q1 Q2 і Q3 зчитуються блоком контролю 8, що визначає їхню попарну рівність або нерівність, наприклад, по нерівностях 67219 10 Q1  Q2 Q  Q3 Q  Q3  .  , 1 , 2 Q2 Q1 Q1 При рівності відповідних витрат Q1 і Q2 , Q1 і Q3 , Q2 і Q3 з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів блок 8 присвоює відповідним двійковим змінним A12 , A13 , A 23 значення "1", а при нерівності - "0". Далі блок 8 формує код комбінації A12 A13 A 23 і по отриманому коду комбінації A12 A13 A 23 установлює наявність (відсутність) збою при визначенні двійкових змінних або відсутність (наявність) метрологічної відмови в такий спосіб. Якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює одному з кодів 011, 101 або 110, то вважають, що відбувся збій при визначенні значень двійкових змінних і блок контролю 8 видає інформацію про це. Якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 000, то вважають, що невірні результати виміру двома витратомірами із трьох або всіма трьома витратомірами, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 001, то вважають, що результат виміру першим витратоміром неправильний й витрата Q1 невірна, а витрати Q2 і Q3 вірні, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 010, то вважають, що результат виміру другим витратоміром неправильний і витрата Q2 невірна, а витрати Q1 и Q3 вірні, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 100, то вважають, що результат виміру третім витратоміром неправильний й витрата Q3 невірна, а витрати Q1 і Q2 вірні, якщо код комбінації A12 A13 A 23 дорівнює коду 111, то вважають, що результати, отримані всіма трьома витратомірами, рівні між собою з урахуванням невизначеності (похибки) вимірів та є вірними. Після аналізу блок контролю 8 видає інформацію про метрологічну відмову або її відсутність у відповідності зі значенням коду комбінації A12 A13 A 23 . Таким чином, за результатами виміру витрат з високим ступенем імовірності встановлюють відсутність невірних результатів при виконаному вимірі або наявність одного невірного результату й визначають номер витратоміра, результат виміру якого невірний, або наявність двох або трьох невірних результатів виміру. 11 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 67219 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601