моделирование расходомера переменного перепада давления

Обсуждение приборов учета энергоресурсов
vova
Новичок
Posts in topic: 7
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 26 янв 2013, 23:02

моделирование расходомера переменного перепада давления

#1

Непрочитанное сообщение vova » 26 янв 2013, 23:06

Мой вопрос касается учета природного газа. Необходимо провести моделирование расходомера переменного перепада давления, который имел бы наименьшую суммарную относительную расширенную неопределенность результата измерения расхода и количества природного газа с применением коллекторных систем.
Я в этом деле новичок и не знаю к чему взяться, с какой стороны подойти к решению этой задачи. Перечитал ГОСТ 8.586.1-5, ISO 5167, но в них о коллекторных системах говорится очень мало. Прошу помощи, как с выбором литературы по коллекторских системах, по неопределенностях природного газа (я понял что иметь дело мне придется именно с ними), так и с разъяснения сути задачи (это пожалуй главное!!). Понимаю, что это звучит странно, но буду рад любой помощи. Заранее спасибо!

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#2

Непрочитанное сообщение AGL » 27 янв 2013, 03:28

В самом начале проектирования узла учета газа (УУГ) следует иметь ответ на вопрос: какую точность учета газа должен обеспечить будущий УУГ? Иными словами - какая допускаемая погрешность измерения объёма газа нас устроит?
Если планируется организация учета газа в многониточной (коллекторной) системе, то, прежде всего, нужно определиться с числом расходоизмерительных ниток (РИН).
Правило здесь простое: чем больше будет РИН, тем точнее будут результаты учета благодаря действию метрологического правила "корень из N".
Например, каждый РППД на каждой РИН на рабочих расходах имеет допускаемую отн. погрешность 1%. Если РИН будет три, то сумарный объем, измеренный тремя РППД (Vсум = V1 + V2 + V3), будет измерен c допускаемой погрешностью 0,6% (1/корень из 3-х); если РИН = 9, то погрешность Vсум не превысит 0,3%. И так далее - чем больше будет в работе РИН, тем точнее будет измерен суммарный объём газа.
Правда, некоторые составляющие погрешности измерения объёма газа не подчиняются правилу "корень из N", но это обстоятельство можно рассмотреть позднее. Однако для инструментальных составляющих погрешности, вносимых средствами измерений (СИ) перепада давления (в первую очередь), давления, температуры и корректором (вычислителем), правило "корень из N" действует неукоснительно.

Итак, вопросы.
1) Сколько РИН владелец УУГ может себе позволить?
2) Какой диапазон изменения расхода газа планируется измерять, и чему равен средний расход?
3. Какой диапазон изменения давления и температуры газа?
4. Имеется ли тех. задание на проектирование УУГ? Можно ли с ним ознакомиться?

vova
Новичок
Posts in topic: 7
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 26 янв 2013, 23:02

моделирование расходомера переменного перепада давления

#3

Непрочитанное сообщение vova » 27 янв 2013, 20:51

Спасибо за помощь!
1. Задача как раз заключается в том, чтобы самому подобрать необходимую оптимальное количество нитей коллектора и с соответствующим диаметром. Например, диаметр измерительного трубопровода составляет 1 м (max согласно ГОСТ 8.586) и как лучше сформировать коллекторную систему, разбив на 10 ниток по 100 мм, или 10 по 150 мм?
2. Расход должна находиться в пределах 160000 м3/ч.
3. Давление около 45 атм (4.5 МПа), температура 0-20 С
4. Технического задания нет, поскольку эта задача носит научный характерВы писали ** Правда, некоторые составляющие погрешности измерения объёма газа не подчиняются правилу "корень из N", но это обстоятельство можно рассмотреть позднее.** Могли бы вы подсказать, где можно прочитать, ознакомиться с этими составляющими и их спецификой.

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#4

Непрочитанное сообщение AGL » 27 янв 2013, 21:53

Коль скоро речь не идет о проектировании реального УУГ и всемерной экономии бюджета, то полёт метрологических фантазий можно не ограничивать. Но на данном этапе всё-таки желательно определиться с возможным диапазоном изменения расхода газа и требуемой точностью измерения его объёма. Понятно, что для виртуального УУ мы можем соорудить и три РИН, и десять, и сто. Но лучше таки не отрываться от реальности.
Итак:
- каков возможный диапазон изменения расхода?
- какая норма точности установлена для результатов учета?

Кроме того: нельзя ли нам для виртуального УУГ увеличить расход, скажем, в 10 - 20 раз? А то нам не хватит газа для многониточной измерительной системы. Все имеющиеся 160 тыс. м3 мы можем измерить одним РППД Ду200 - Ду250. А строить многониточную систему с расходомерами Ду80 как-то не солидно. Да и для повышения точности измерений желательно иметь хотя бы Ду400 - Ду500.

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#5

Непрочитанное сообщение AGL » 28 янв 2013, 00:31

vova писал(а):Вы писали **Правда, некоторые составляющие погрешности измерения объёма газа не подчиняются правилу "корень из N", но это обстоятельство можно рассмотреть позднее.**
Могли бы вы подсказать, где можно прочитать, ознакомиться с этими составляющими и их спецификой.
На данном этапе вряд ли стоит отвлекаться на эти тонкости. Сейчас куда более важно определиться концептуально с будущими контурами многониточного УУГ. Но параллельно можно изучать ГОСТ 8.586.5-2005, особенно его главу 10. В этой главе расписано всё про составляющие погрешности РППД, в т.ч. и РППД газа.
Когда очередь дойдёт до подбора (расчета) РППД, желательно учесть одно необычное свойство РППД газа: при уменьшении расхода отн. погрешность сначала уменьшается, а затем растёт:
325_Погрешность_газа.png
Для РППД жидкостей такой зависимости нет (уменьшение расхода всегда сопровождается ростом отн. погрешности), а вот у РППД газа (пара, воздуха и др. сжимаемых сред) всегда имеется минимум погрешности в той или иной точке диапазона измерений расхода. Этим полезным обстоятельством можно было бы воспользоваться при выборе параметров РППД для дополнительного и вполне ощутимого повышения точности измерения объема газа. Т.е. при проектировании можно поставить и решить следующую задачу: выбрать такой верхний предел измерений расхода, чтобы средний рабочий расход находился в оптимальной точке диапазона измерений, в которой погрешность РППД минимальна.[/color]

vova
Новичок
Posts in topic: 7
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 26 янв 2013, 23:02

моделирование расходомера переменного перепада давления

#6

Непрочитанное сообщение vova » 29 янв 2013, 07:23

можно задаться любыми начальными условиями и входными данными, а по точности то допустимая относительная погрешность пусть находится в пределах 1% (кажется в пределах разумного).
Честно говоря, мне трудно представить расход природного газа в 10-20 раз больше 160 тыс. м3/ч для трубы диаметром 1, но Вам виднее.
Вы писали, что ** при уменьшении расхода отн. погрешность сначала уменьшается, а затем растет ***, кажется вся моя задача как раз и будет построена на этом свойстве сжимаемой среды. Но как к этому подойти, с чего начать? если у Вас есть какие-то идеи, то то поделитесь ими, потому что работа стоит на месте .. :-(

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#7

Непрочитанное сообщение AGL » 29 янв 2013, 22:35

Начать можно с ознакомления с ГОСТ 8.586-2005. При решении поставленной задачи Вам придется рассчитать расходомеры (определить диаметр отверстий диафрагм), рассчитать погрешности измерения расхода в зависимости от различных комбинаций исходных данных, спроектировать конфигурацию трубопроводов, при которой отсутствуют дополнительные погрешности от сокращения расстояний между местными сопротивлениями и сужающими устройствами (СУ).
В рамках поиска (подбора) наиболее точного расходомера расчетов придется сделать много. На калькуляторе многократно повторить эти расчеты – это долго и неэффективно. Для автоматизации расчетов лучше создать шаблон (таблица Excel) и уже с помощью этого шаблона проводить исследования РППД с различными параметрами. Еще лучше, если Вам удастся воспользоваться какой-либо программой для расчета и исследований РППД.

После изучения ГОСТ 8.586-2005 приступаем к «практическим занятиям».
Первое занятие – это прямой расчет «оптимального» РППД, пять экземпляров которого мы и поставим на каждой из пяти параллельных РИН Ду400 одинаковой конструкции.
Цель расчета – определение диаметра отверстия диафрагмы с угловым способом отбора перепада давления.

Исходные данные.
Объект газоснабжения – ТЭЦ с непрерывным круглогодичным режимом работы.
Среднегодовой расход газа – 160000 м3/ч.
Внутренний диаметр трубопровода – 410 мм.
Материал трубопровода – ст. 12Х18Н9Т.
Тип и состояние трубы – стальная новая нержавеющая.
Материал СУ - ст. 12Х18Н9Т.
Способ отбора перепада давления на СУ – угловой.
Способ определения радиуса входной кромки диафрагмы – оценивается визуально.
Начальный радиус закругления входной кромки диафрагмы – 0,04 мм.
Межповерочный интервал диафрагмы – 1 год.
Конструкция СУ – со съёмными кольцевыми камерами типа ДКС.
Верхний предел измерений каждого расходомера – 63000 м3/ч.
Предельный перепад дифманометра – 100 кПа.
Среднее (расчетное) абс. давление – 0,42 МПа.
Средняя (расчетная) температура – 8 °С.
Газ – сухой.
Плотность газа в ст. усл. – 0,681 кг/м3.
Метод расчета коэффициента сжимаемости – NX-19 мод. по ГОСТ 30319-96.
Молярная доля азота (N2) – 0,81%.
Молярная доля двуокиси углерода (СО2) – 0,02%.

Вроде этих данных достаточно для расчета отверстия диафрагмы. Рассчитывайте и сообщайте – какой диаметр получился?

vova
Новичок
Posts in topic: 7
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 26 янв 2013, 23:02

моделирование расходомера переменного перепада давления

#8

Непрочитанное сообщение vova » 31 янв 2013, 18:04

Отправляю Вам документ с рассчитанными значениями диаметра сужающего устройства (диафрагмы) в зависимости от значения относительного диаметра, а также график зависимости между этими величинами.

Расчет проводился в МАТЛАБ, текст программы также отправляю!Просьба взглянуть на алгоритм расчета диаметра диафрагмы (максимально в тексте программы старался описать каждый шаг)
Жду Ваши комментарии и замечания!
Вложения
отверстие диафрагмы D=400.doc
(66 КБ) 854 скачивания
diametr D=410.rar
(2.55 КБ) 840 скачиваний

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#9

Непрочитанное сообщение AGL » 31 янв 2013, 19:41

Содержимое архива "*.rar" имеет неизвестный формат, и открыть его не удалось. А данные файла "*.doc" указывают на то, что на каком-то этапе расчетов вкралась ошибка, что и привело к неверным результатам расчетов.
По определению относительный диаметр СУ (бетта - В) В = d/D, откуда d = B*D.
При заданных условиях D = const. Следовательно, d является линейной функцией В. Но из графика видно, что эта функция нелинейная и к тому же при В = 0,18 скачкообразно изменяет своё значение.
Кроме того, по исходным данным должно получиться d20 = const (не функция), т.к. для заданных условий мы должны получить конкретный РППД с единственным значением d20 (поскольку все исходные данные - числа).
На ошибочность расчетов также указывает неправдоподобно малые значения d. При столь малых d (4 - 17 мм) и предельном перепаде 100 кПа диафрагма со столь малым отверстием никак не пропустит заданные 63000 м3/ч расхода газа. Может быть, 630 м3/ч такая диафрагма еще и пропустит, но 63000 - никогда.
Для отладки программы желательно вывести на печать все промежуточные результаты расчетов. Это позволит обнаружить ошибку в формулах.

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#10

Непрочитанное сообщение AGL » 03 фев 2013, 22:38

После расчета расходомера (определения диаметра отверстия диафрагмы d20) можно приступать к расчету погрешности измерения расхода в зависимости от расхода. Для заданных выше исходных данных и принятых МХ СИ изменение допускаемой погрешности по диапазону измерений выглядит так:
335 Погрешность расхода.png
Из графика видно, что по мере уменьшения расхода погрешность тоже уменьшается - с 0,86% до 0,59%, т.е. на 0,27%.
Минимум отн. погрешности измерения расхода газа наблюдается на расходе, равном 0,5*Qmax = 0,5*6300 = 31500 м3/ч (в ст. усл.)
Ранее мы решили, что в данной коллектроной системе будет пять одинаковых (Ду400) расходоизмерительных ниток. Если расходы в каждой нитке будут одинаковыми (0,5*Qmax), то суммарный расход будет равен: Qсум = 5*31500 = 157500 м3/ч.
А по условиям задачи требуется измерять общий расход Q = 160000 м3/ч. Следовательно, расходомер (вернее, пять расходомеров) мы выбрали правильно: каждый из них будет измерять 1/5 часть общего расход газа с минимально возможной погрешностью, что полностью соответствует условиям задачи. [/color]

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#11

Непрочитанное сообщение AGL » 03 фев 2013, 22:42

Так выглядят границы допускаемой отн. погрешности измерения расхода газа нашими "оптимальными" РППД в области минимума погрешности:
336 Погрешность расхода (2).png
[/color]

vova
Новичок
Posts in topic: 7
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 26 янв 2013, 23:02

моделирование расходомера переменного перепада давления

#12

Непрочитанное сообщение vova » 05 фев 2013, 22:54

Большое спасибо за помощь!
Диаметр d сужающего устройства в зависимости от относительного диаметра BETTA
Теперь диаметр СУ имеет правдоподобное значение? или я еще не все ошибки нашел?
Вложения
untitled.jpg

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#13

Непрочитанное сообщение AGL » 05 фев 2013, 22:54

Число Рейнольса при заданных условиях и Qmax = 63000 м3/ч должно быть равно 3,486*106.
Возможно, что Re получилось завышенным из-за вязкости. Какая у Вас получилась вязкость (в мкПа*с)? Должно быть 10,62 мкПа*с.

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#14

Непрочитанное сообщение AGL » 05 фев 2013, 22:57

vova писал(а):Большое спасибо за помощь!
Диаметр d сужающего устройства в зависимости от относительного диаметра BETTA
В каких единицах здесь измеряется d?

vova
Новичок
Posts in topic: 7
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 26 янв 2013, 23:02

моделирование расходомера переменного перепада давления

#15

Непрочитанное сообщение vova » 05 фев 2013, 23:00

Спасибо
С критерием Рейнольдса кажется разобрался он у меня почти такой, как и у Вас.
Динамическая в "вязкость составляет 1.06109*10-4

vova
Новичок
Posts in topic: 7
Сообщения: 7
Зарегистрирован: 26 янв 2013, 23:02

моделирование расходомера переменного перепада давления

#16

Непрочитанное сообщение vova » 05 фев 2013, 23:01

AGL писал(а):
vova писал(а):Большое спасибо за помощь!
Диаметр d сужающего устройства в зависимости от относительного диаметра BETTA
В каких единицах здесь измеряется d?
d измеряется в метрах (м)

AGL
VIP персона
Posts in topic: 10
Сообщения: 3771
Зарегистрирован: 17 окт 2011, 14:43
Благодарил (а): 14 раз
Поблагодарили: 19 раз

моделирование расходомера переменного перепада давления

#17

Непрочитанное сообщение AGL » 05 фев 2013, 23:10

vova писал(а):Динамическая в "вязкость составляет 1.06109*10-4
На самом деле динамическая вязкость равна 10,62 мкПа*с. Ваша вязкость отличается на порядок.
Если d выражено в метрах, то график не верен. d не может быть столь малым (55 - 59 мм). такая диафрагма не пропустит расход в 63000 м3/ч ни при каких обстоятельствах.
Кроме того, между d и бетта существует строго линейная возрастающая функция - чем больше бетта, тем больше d.

Ответить