Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций

(PJ — p2) — перепад давления на диафрагме, кгс/м2; Р! — давление газа перед диафрагмой, кгс/см2; рн — плотность сухого газа при Ти = 293,15 К

ирн = 1,0332 кгс/см2;

Т— температура газа перед диафрагмой, К; Z — коэффициент сжимаемости газа.

Основные виды стандартных сужающих устройств, рекомен­ дованных "Правилами измерения расхода газов и жидкостей стан­ дартными сужающими устройствами. РД 50-213-80", а также ха­ рактер распределения давлений и скоростей потока в них и изме­ рительном трубопроводе представлены на рис. 3.36.

При протекании газа через диафрагму вследствие перехода части потенциальной энергии давления в кинетическую средняя скорость потока в суженном сечении повышается. В результате этого статическое давление потока после диафрагмы (р2) стано­ вится меньше, чем перед нею (pt).

Как видно из кривой распределения давлений до и после су­ жающего устройства (рис. 3.36, б), места отбора давлений, подава­ емых на дифманометр, оказывают влияние на значение измеряе­ мого перепада давления. Существуют четыре способа отбора дав­ ления: угловой, суженной струи, радиальный и фланцевый (рис. 3.37). Они различаются по расположению отверстий для от­ бора давления в сечении трубопровода относительно диафрагмы.

В нашей стране распространены два способа отбора давле­ ний — угловой и фланцевый. При угловом способе отбора давле­ ние отбирается непосредственно у диафрагмы с помощью угло­ вых отверстий (рис. 3.37, б) или кольцевых камер (рис. 3.37, в). При фланцевом отборе (рис. 3.37, е) давления рхи р2 отбираются через отверстия во фланцах, находящихся на равном расстоянии l\ ~ h ~ 25 мм или на расстоянии ^ = 12 = (1/2)D O T соответствую­ щей плоскости диафрагмы. В США применяется метод суженной струи (рис. 3.37, г), при котором давление pj отбирается через отверстия, расположенные в сечении А —А (рис. 3.37, а), а давле­ ние р2 — в сечении Б —Б. При этом давление pt отбирается на рас­ стоянии 1г = (0,5 —2)D от передней плоскости диафрагмы, а р2 — на расстоянии 12 = (0,2 —0,8)D от задней плоскости диафрагмы.

Радиальный способ отбора (рис. 3.37, д) весьма близок к мето­ ду суженной струи. В этом случае давление pt отбирается на рас-

291

Рис. 3.36. Основные виды стандартных сужающих устройств и характер распределения давления на них и скоростей потока в трубопроводе:

а — диафрагма; б — характер распределения давления на диафрагме; в — распределение скоростей потока; г — сопло Вентури

292

Рис. 3.37. Способы отбора давления от сужающих устройств:

а — кривая распределения давления у диафрагмы; б —е — способы отбора давления: б, в — угловой; г — по методу суженной струи; д — радиальный; е — фланцевый

293

где а — коэффициент расхода сужающего устройства при выб­ ранном способе отбора давления;

Kv — коэффициент способа отбора;

сц у — исходный расчетный коэффициент расхода для углового способа отбора давления.

Методы расчета и выбора сужающих устройств достаточно полно описаны в специальной литературе и не являются предме­ том обсуждения в нашем учебном пособии.

Внастоящее время практически на всех пунктах учета газа

вкачестве сужающих устройств используют диафрагмы, установ­ ленные между фланцами трубопровода или в специальных каме­ рах. Это объясняется тем, что изготовление и монтаж диафрагм значительно проще, чем других типов сужающих устройств, например сопел, сопел Вентури, труб Долла и др.

Конструкции сужающих устройств приведены на рис. 3.38. На рис. 3.38, а показана конструкция сужающего устройства

с диафрагмой 1, установленной непосредственно между фланца­ ми иуплотненной герметизирующими прокладками или кольцами 2. Отверстия 4 и 5 служат для отбора давления. Первое по потоку отверстие необходимо для отбора большего давления рх(плюсово­ го), а за диафрагмой — меньшего р2 (минусового). Давления мож­ но отбирать либо непосредственно у диафрагмы (угловой отбор),

либо на расстояниях 25,4 мм от плоскости диафрагмы (фланцевый отбор).

Могут быть использованы и другие способы отбора давления. Для удобства монтажа и демонтажа диафрагму иногда снабжают ручкой.

При диаметре трубопровода свыше 100 мм смена диафрагм в трубопроводе сопряжена со значительными трудностями, свя­ занными с необходимостью раздвижения жестко смонтированно­ го трубопровода. Для облегчения этой операции диафрагменные блоки снабжают несколькими распорными болтами 3, устанавли-

294

Рис. 3.38. Конструкции сужающих устройств

295

ваемыми между стяжными шпильками.

На рис. 3.38, б показаны два варианта установки диафрагмы 2

спомощью двух дополнительных дисков 4 с кольцевыми камерами для отбора давлений. Один вариант уплотнения плоской диафраг­ мы плоскими дисками показан в верхней части рисунка, а другой,

суплотнением типа "выступ — впадина", — снизу. Первый вариант более простой, однако уплотнение и центрирование относительно оси трубопровода сопряжены с определенными трудностями. Вто­ рой вариант с уплотнением типа "выступ —впадина" обеспечивает простое и надежное уплотнение с одновременным центрировани­ ем отверстия диафрагмы. Отверстия 1и 3 служат для отбора давле­ ний из кольцевых камер, а болты 6 предназначены для облегчения монтажа и демонтажа диафрагмы. Уплотнение диафрагмы 2 и дис­ ков 4 обеспечивается герметизирующими прокладками 5.

Рассмотренные диафрагменные узлы широко применяются

втрубопроводах диаметром от 50 до 700 мм. При диаметрах свыше 700 мм и давлениях 3 — 7,5 МПа установка диафрагм усложняется из-за большой жесткости трубопровода. Вместо диафрагмы

вблок, показанный на рис. 3.38, б, может быть установлено сопло 2 (рис. 3.38, в) между дисками 1. Сопло Вентури можно устанавли­ вать между фланцами (рис. 3.38, г) или вваривать в разрыв трубо­ провода (рис. 3.38, д). Установка сопла Вентури 1 между фланцами (рис. 3.38, г) целесообразна при диаметре трубопровода меньше 700 мм, а при диаметре свыше 700 мм его рекомендуется вваривать

втрубопровод (рис. 3.38, д). Большее давление рхотбирают непос­ редственно на входе в сопло 1, а меньшее р2 — в цилиндрической части сопла через отверстия 2 (рис. 3.38, г). Для повышения жест­ кости сварные сопла снабжают ребрами жесткости 3. Меньшее давление р2 в этом случае также отбирают через отверстия 2.

Благодаря высоким гидродинамическим характеристикам, обусловленным плавным очертанием профиля, сопло Вентури имеет малые потери давления, не создает условия для скопления перед ним конденсата, имеет малый износ рабочих поверхностей, что обеспечивает его большую долговечность и высокую стабиль­ ность метрологических характеристик во времени и позволяет су­ щественно увеличить время между контрольными поверками.

Впоследнее время ведется поиск сужающих устройств, обла­ дающих преимуществами перед общепринятыми конструкциями, прежде всего меньшими потерями давления. За рубежом с этой

296

целью разработан ряд новых сужающих устройств, к которым от­ носят трубы Долла, Хупера и др.

Труба Долла (рис. 3.38, е) представляет собой трубопровод 1 с входным конусом 2 и выходным 4, между которыми расположе­ на кольцевая щель 3, служащая для отбора минусового давления. В трубах Долла отсутствует плавный переход от сужения потока

красширению, поэтому в месте резкого изменения направления потока (в области кольцевой щели 3) создается значительное раз­ режение, что увеличивает перепад давления Ар = Р\ — р2 при весьма малых невосстанавливаемых потерях давления рп. Трубы Долла выпускает фирма "Кент" (Великобритания). В трубе Долла перепад давления в 2 —2,4 раза больше, чем в трубе Вентури, при одинаковом отношении d/D и равных расходах. Поскольку абсолют­ ные потери давления у них близки, отношение потерь давления

кперепадудавления у трубы Долла оказывается в 2 раза меньшим.

Впроцессе эксплуатации пунктов учета газа вследствие абра­ зивного износа кромок и цилиндрической поверхности отверстия геометрические размеры диафрагмы могут изменяться, что при­ водит к появлению систематической погрешности измерения рас­ хода и количеств газа. В связи с этим измерительные диафрагмы пунктов учета газа необходимо периодически проверять с извле­ чением их из трубопровода. Однако извлечение диафрагмы из действующего трубопровода, находящегося под избыточным дав­ лением газа, задача непростая.

При установке диафрагмы между фланцами для ее извлече­ ния измерительные трубопроводы должны быть снабжены необ­ ходимым числом отсекающих кранов, обеспечивающих отключе­ ние измерительного участка с диафрагмой от источника давления газа, а также осуществляющих сброс газа из трубопровода. После сброса газа диафрагма извлекается с помощью разжимных болтов.

Для облегчения монтажа и демонтажа диафрагм ряд таких за­ рубежных фирм, как "Даниель", "Пеко Робинсон", "Камко" (США), "ЛоллШторм" (Франция), "Ведепсер" (ВНР) идр., выпуска­ ет специальные камеры, рассчитанные на установку в трубопро­ водах диаметром от 50 до 1000 мм с давлением до 7,5 МПа (рис. 3.39). Камеры обеспечивают съем и установку диафрагм как без сброса давления из измерительного трубопровода, например камеры "Сениор" фирмы "Даниель", так и с предварительным сбросом давле­ ния — камеры "Пеко Робинсон".

297

Камера "Сениор" фирмы "Даниель" (рис. 3.39, а) состоит из корпуса 15, обоймы 14 с диафрагмой 1 и рейкой 3, камеры 8 для вывода обоймы, передвижной крышки 10 с рейкой 11, шестерни 12 привода крышки, а также шестерен 2 и 4 для перемещения обоймы. Камера 8 сверху закрывается крышкой 5 с помощью опорной пластины 6 и винтов 7. Перепад давления отбирается через отверстия 13, расположенные на расстоянии 25,4 мм от тор­ цов диафрагмы (фланцевый отбор давления).

Полость камеры 8 для сброса газа из камеры сообщается с ат­ мосферой с помощью игольчатого вентиля 9.

Диафрагму меняют следующим образом. Шестерней 12, нахо­ дящейся в зацеплении с рейкой 11, открывают вход в полость камеры 8 за счет смещения крышки 10. Затем с помощью шестер­ ни 2 и рейки 3 обойму 14 с диафрагмой перемещают вверх до за­ цепления рейки 3 с шестерней 4 и далее полностью вводят обойму с диафрагмой в полость камеры 8. После этого закрывают крышку 10 и игольчатым вентилем 9 сообщают полость камеры 8 с атмо­ сферой Когда давление в камере 8 уравняется с атмосферным, от­ крывают крышку 5 и с помощью шестерни 4 и рейки 3 извлекают обойму 14. Установку этой обоймы с диафрагмой выполняют в об­ ратном порядке. Привод шестерен 2, 4 и 12 осуществляется с по­ мощью специальных накидных рукояток.

Камера "Пеко Робинсон" представлена на рис. 3.39, б\ 1 — из­ мерительная диафрагма; 2 — стальной литой корпус; 8 — кассета 3 — поворотный рычаг, на котором укреплена кассета 8 с диафраг­ мой 1. Корпус 2 снабжен поперечным пазом, в котором в рабочем положении размещается кассета 8 с диафрагмой 1. Рычаг 3 с ук­ репленной на нем кассетой имеет возможность поворота вокруг оси 9. Для облегчения извлечения диафрагмы камера снабжена грузоподъемной талью 6, подвешенной на поворотном кронштей­ не 7. Крепление и герметизация кассеты 8 с диафрагмой 1в корпу­ се 2 обеспечиваются с помощью прижимной планки 4 и болтов 5, ввинчиваемых в резьбовые отверстия корпуса 2. Для извлечения диафрагмы ослабляют болты 5, вынимают прижимную планку 4 и с помощью тали 6 поворачивают рычаг 3 вокруг оси 9, благодаря чему кассета с диафрагмой, укрепленные на рычаге 3, выходят из корпуса.

Камеры "Пеко Робинсон" выпускают с условными диаметра­ ми от 50 до 700 мм на давление до 7,5 МПа.

Внешний вид камеры "Сениор" фирмы "Даниель" показан на

299

рис. 3.39, в, а камеры "Юниор" — на рис. 3.39, г.

Применение камер типа "Сениор" без сброса давления из га­ зопровода существенно облегчает монтаж и демонтаж диафрагм

иупрощает крановую обвязку пункта учета газа за счет уменьше­ ния числа запорных кранов, необходимых для отключения изме­ рительного участка трубопровода при проведении работ, связан­ ных с монтажом или демонтажем диафрагмы.

Однако камеры типа "Сениор" являются весьма дорого­ стоящими устройствами, особенно на большие диаметры (700

и1000 мм), в связи с чем они не находят широкого применения. Более широко применяются камеры "Пеко Робинсон" или "Юни­ ор" фирмы "Даниель" благодаря более простому устройству.

Весьма интересен способ установки диафрагмы в шаровых равнопроходных кранах, выпускаемых фирмой "Камко" (США). Эти краны обеспечивают извлечение диафрагмы через отверстие, закрываемое крышкой, без сброса газа из измерительного трубо­ провода с одновременным его перекрытием (рис. 3.40).

Шаровой кран "Камко" (рис. 3.40, а, б) состоит из корпуса 2,

вкотором размещается шаровой затвор 9 с установленной в нем измерительной диафрагмой 8, крышки 1для извлечения диафраг­ мы, ручки управления краном 3, штуцеров 4 и 6 для отбора давле­ ния и уплотнительных колец 5 и 7. Измерительную диафрагму 8 устанавливают в поперечном пазу шарового затвора 9. При откры­ том кране (рис. 3.40, б) она находится в рабочем положении, а дав­ ление отбирают через отверстия штуцеров 4 и 6. При закрытом кране (рис. 3.40, а) шаровой затвор перекрывает трубопровод и от­ верстия штуцеров и диафрагма 8 легко извлекается из крана при снятии крышки 1, уплотняемой кольцом 7. Внешний вид шарового крана с измерительной диафрагмой приведен на рис. 3.40, в.

Схема подключения дифманометра-расходомера к сужающе­ муустройству с помощью трубных соединительных линий при из­ мерении расхода газа приведена на рис. 3.41: 3 — трубопровод

ссужающим устройством 2; 1 — сливные вентили; 5 — трубные соединительные (импульсные) линии с вентилями 4)8 — дифманометр с комплектом вентилей 7, 9 и 10.

Соединительные линии 5 прокладывают с наклоном 1 10 для исключения скопления в них жидкости. В конце соединительных линий 5 устанавливают конденсатосборники 11 со сливными вен­ тилями 12. Емкость 13 служит для сбора жидкости при сбросе ее из

300