Выбор средства измерений

Основными характеристиками средств измерений являются погрешности. Они наиболее существенно влияют на качество измерений, поэтому при выборе средств измерений по точности необходимо учитывать требования к погрешности результата измерения и долю ее, приходящуюся на погрешность используемых средств измерений.

В технологическом регламенте должно быть указано допустимое отклонение контролируемого параметра в единицах измеряемой величины или в процентах. При выборе измерительного прибора необходимо определить допускаемую погрешность измерения в контролируемом диапазоне и сравнить ее с допустимым отклонением, указанным в технологическом регламенте. Если погрешность прибора в указном диапазоне меньше указанного отклонения в регламенте, значит прибор выбран правильно. При обратном результате необходимо подобрать прибор с диапазоном измерения более близким к контролируемому диапазону, и вновь провести расчет погрешности.

 

Порядок ремонта, поверки и калибровки средств измерений

Ремонт и калибровка средств измерений осуществляется в лабораториях специализированных предприятий.

Государственная поверка СИ проводится в отделе госнадзора центра метрологии.

Сдача средств измерений на калибровку, поверку и в ремонт в лаборатории метрологии производится подразделениями НГДУ в установленном порядке, на основании графиков поверки, калибровки средств измерений, составленных подразделениями НГДУ. Графики поверки (калибровки) должны включать весь перечень средств измерений, имеющихся в подразделении, так как приборы, не включенные в графики, не будут учтены при составлении договоров на ремонт и поверку.

Периодичность калибровки средств измерений устанавливается тех. советом предприятия, периодичность поверки СИ устанавливается Госстандартом России.

 

Приборы для измерения давления Классификация приборов

Одним из основных параметров, характеризующих работу нефтяных скважин, насосных агрегатов, сепарационных установок, установок по подготовке нефти, газа и воды является давление.

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разряжение).

Атмосферное (барометрическое) – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.

Абсолютное – давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух.

Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.

Вакуум (разряжение) – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.

В Международной системе единиц за единицу давления принят Паскаль (Па) – давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м², направленной перпендикулярно к ней. Внесистемная единица измерения давления – кгс/см², мм вод. Ст., мм рт. Ст. (1– кгс/см² = 9.8 × 104 Па)

Приборы для измерения давления можно разделить на следующие группы:

1. 1.       По роду измеряемой величины:

• ·         манометры – служат для измерения избыточного давления. При помощи манометров измеряют давление в нефтепроводах, газовых линиях, водоводах, ЗУ, котельных установках, на ДНС, УПСВ, компрессорных и т.д.;

• ·         барометры – предназначены для измерения атмосферного давления;

• ·         тягомеры и напоромеры – для измерения небольших разряжений или избыточных давлений до 2500 мм вод. ст. Тягомеры широко используются для измерения тяги в печах, у основания дымовых труб, а напоромеры – при измерении небольших давлений воздуха и газа в воздухо- и газопроводах;

• ·         вакуумметры – используются для измерения разряжения (вакуума) до 760 мм рт. ст. Применяются в конденсаторах, вакуум-насосных установках, вакуум-аппаратах;

• ·         мановакууметры – для измерения избыточных давлений от 0,5 до 50 кгс/см² и вакуума до 760 мм рт. ст.;

• ·         дифференциальные манометры – для измерения разности давлений.

2. 2.       По принципу действия:

• ·         Жидкостные – измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, заливаемой в прибор, высота которого и является величиной, определяющей давление.

• ·         Пружинные – измеряемое давление уравновешивается упругими силами пружинных элементов (трубчатой пружины, мембраны, сильфона и др.) – величиной, определяющей давление.

• ·         Поршневые – измеряемое давление уравновешивается весом груза, действующего на поршень определенной площади, перемещающийся в цилиндре, заполненном маслом.

• ·         Электрические – используют для измерения давления различные электрические явления, связанные с изменением давления (пьезоэлектричество, изменение сопротивления проводников, емкости и др.).

• ·         Комбинированные – основанные на использовании нескольких принципов.

3. 3.       По способу выдачи сигналов измерения:

• ·         показывающие;

• ·         регистрирующие с местной записью;

• ·         регистрирующие с дистанционной передачей показаний.

4. 4.       По назначению:

• ·         Технические – служат для установки на объектах.

• ·         Контрольные – предназначены для проверки технических приборов на месте их установки.

• ·         Образцовые – используются для проверки технических и контрольных приборов, а также для точных измерений.

 

Манометры.

Внефтедобыче наиболее распространены пружинные манометры (рис.1.), где в качестве чувствительного элемента применяют трубчатые пружины, как одновинтовые, так и многовинтовые, мембраны и сильфоны.

Технические манометры имеют класс точности 1,5; 2,5; 4,0; контрольные – 0,6; 1,0; образцовые – 0,16; 0,25; 0,4.

Верхние пределы измерений манометров в зависимости от их типов составляют: 0,16; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600; 1000 кгс/см².

 

Пример обозначения манометра:

манометр показывающий (МП) с диаметром корпуса 63 мм (63), радиальным штуцером (Р), диапазоном измерения от 0 до 4 МПа, классом точности 2,5

 

МП 63 - Р (0...4) МПа - 2,5.

 

Принцип действия манометра основан на уравновешивании силы, возникающей под воздействием измеряемого давления, силой упругости, чувствительного элемента прибора.

Манометр (см. рис.2.) имеет резьбовой штуцер 7 для подключения, трубчатую пружину 5,

соединенную со штуцером, стрелку 1 и кинематический узел, состоящий из поводка 6, зубчатого сектора 4 и зубчатой шестерни 2, закрепленной со стрелкой, и противодействующей спиральной пружины. Под воздействием избыточного измеряемого давления трубчатая пружина деформируется (в пределах упругих деформаций), стремясь распрямиться. При этом свободный конец пружины, перемещаясь совместно с поводком 6, разворачивается. При этом свободный конец пружины, перемещаясь совместно с поводком 6, разворачивает относительно оси зубчатый сектор, который, в свою очередь, поворачивает на определенный угол зубчатую шестеренку 2 и стрелку прибора.

Трубчатая пружина 5 в сечении имеет эллипсовидную или овальную форму, которая под воздействием измеряемого давления газа или жидкости стремится к окружности. В металле возникают механические напряжения, приводящие к деформации пружины, и сечение трубки будет стремиться к окружности.

При подаче на вход манометра избыточного давления трубка разжимается, а при подаче разряжения – сжимается.

Технические характеристики манометров МП представлены в табл.1.

Таблица 1.

Диаметр корпуса D: 40, 50, 63 и 100 мм. Класс точности: ·         2,5 и 4 для МП-40, 50 и 63; ·         1,5 и 2,5 для МП-63 и 100.

Диапазон измерения: МП-40 и 50: ·         от -0,1 МПа до 0; ·         от 0 до 0,25... 25 МПа; МП-63: ·         от -0,1 до 0...1,5 МПа; ·         от 0 до 0,1... 25 МПа; МП-100: ·         от -0,1 до 0...2,4 МПа; ·         от 0 до 0,06... 25 МПа.

Исполнение: ·        корпус: для МП-40, 50, 63 и 100 - синтетическая масса (ABS или полистирол); для МП 100 - также может применяться сталь, окрашенная в черный цвет; ·         стекло - органическое для МП40, 50, 63 и 100; техническое для МП 100; ·         шкала - алюминиевый сплав, окрашенный в белый цвет, или полистирол; ·         трубчатая пружина - медный сплав; ·         штуцер - медный сплав; ·         трибко-секторный механизм - медный или алюминиевый сплавы, синтетические массы. Исполнение корпуса с радиальным расположением штуцера (Р) или с центрально-осевым расположением штуцера на задней стенке корпуса (Т) (кроме МП100).

 

Взависимости от измеряемых параметров и внешних факторов применяются различные типы манометров. Широкое применение для контроля заданных параметров работы оборудования получили электроконтактные манометры (ЭКМ).

В отличие от обычного показывающего манометра в этом приборе имеются два электроконтакта, которые замыкаются при заданных значениях давления, передавая при этом по проводам соответствующий сигнал. Пределы, при которых подаются сигналы, устанавливаются перемещением контактных стрелок с помощью двух головок, выведенных наружу через стекло и помещенных над осью вращения стрелки прибора.

Электрическая часть контактных манометров может питаться постоянным или переменным током.

В целях безопасности корпус контактного манометра имеет особую клемму, которая должна быть соединена с землей.

Технические характеристики манометров ЭКМ представлены в табл.2, приведено ниже.

Манометр ДМ2005Cг1Ех
Исполнение:	взрывозащищенное
Диапазон показаний, кгс/кв.см:	от 0 до 1600
Рабочая среда:	газ, пар, жидкость
Класс точности:	1,5
Диапазон температур, °С:	от -50 до +60
Параметры сигнализирующего устройства:
Напряжение внешних коммутируемых цепей, не более, В:	·          постоянного тока: 220 ·          переменного тока: 380
Отклонение напряжения от номинала, %:	от +10 до -15
Коммутируемый ток, не более, А:	1
Разрывная мощность контактов, не более	со скользящими контактами: - постоянного тока, Вт: 10 - переменного тока, ВА: 20 с магнитным поджатием контактов: - постоянного тока, Вт: 30 - переменного тока, ВА: 50
Число срабатываний сигнализирующего устройства:	200 000
Предел допускаемой основной погрешности срабатывания сигнализирующего устройства, %:	·          скользящий контакт: ±2,5 ·   с магнитным поджатием: ±6
Исполнение сигнализирующего устройства по подключению внешних цепей:	·          Исполнение VI (базовое): Два контакта, один замыкающий, другой размыкающий (указатели красного цвета) ·          Исполнение III: Два размыкающих контакта (левый указатель синий, правый - красный) ·          Исполнение IV: Два замыкающих контакта (левый указатель красный, правый - синий) ·          Исполнение V: Два контакта, один размыкающий, другой замыкающий (указатели синего цвета)
Корпус:	герметичный, стальной или из сплава алюминия
Диаметр корпуса, мм:	160
Масса, кг:	5,5

 

На шкалах манометров, устанавливаемых на различном оборудовании, работающем под давлением, наносятся отметки, соответствующие максимальному (иногда и минимальному) рабочему давлению. Отметки могут быть выполнены в виде стрелок или рисок, которые крепятся к корпусу манометра напротив его шкалы.

Манометр не допускается к применению в случаях, когда:

• ·         отсутствует пломба или клеймо на манометре;

• ·         просрочен срок поверки манометра;

• ·         стрелка манометра при его выключении не возвращается на нулевую отметку шкалы;

• ·         разбито стекло или имеются другие повреждения, которые могут отразиться на правильности его показаний.

 

Вакуумметры.

 

Устройство вакуумметра аналогично устройству манометра. Различие заключается в меньшей упругости пружины. При разрежении пружина скручивается, и стрелка вакуумметра движется против часовой стрелки. На шкале вакуумметра нулевая отметка справа.

Мановакуумметры предназначены для измерения переменных давлений, которые могут быть больше или меньше атмосферного. На шкале мановакуумметра – нуль в средней части. Делениям шкалы вправо от нуля соответствуют единицы давления, деления шкалы влево от нуля указывают разрежение.

 

Приборы для измерения температуры

 

Основные типы термометров

В процессах, имеющих место на нефтедобывающих предприятиях, важно знать температуры веществ, участвующих в той или иной технологии.

Приборы для измерения температуры по принципу действия подразделяются на:

• ·         термометры расширения (технические стеклянные, манометрические, дилатометрические, биметаллические);

• ·         термоэлектрические пирометры (термопары);

• ·         термометры сопротивления.

 

Термометры расширения

Термометры расширения бывают:

• ·         жидкостно-стеклянные термометры представляют собой стеклянную трубку, внутри которой проходит капилляр, заканчивающийся книзу резервуаром, заполненным жидкостью (спирт, ртуть). При изменении температуры рабочая жидкость, расширяясь в резервуаре, поднимается по капилляру вверх тем выше, чем выше измеряемая температура;

• ·         манометрические термометры (рис. 4) – представляют собой замкнутую систему, в которую входят: термобаллон, погружаемый в измеряемую среду, капилляр, упругая манометрическая пружина, рычажная система. При погружении термобаллона в измеряемую среду увеличивается (или уменьшается) давление в замкнутой системе, что вызывает деформацию манометрической пружины;

• ·         дилатометрические термометры – принцип действия основан на различии коэффициентов линейного расширения металлов и сплавов. Состоит из инварного стержня, латунной трубки и показывающей стрелки;

• ·         биметаллические термометры (рис. 5) – принцип действия, так же, как и у дилатометрических, основан на различии коэффициентов линейного расширения металлов.

 

 

Термометры и термоэлектрические пирометры

Принцип действия термоэлектрических пирометров основан на явлении термоэлектрического эффекта (ТЭ). Сущность ТЭ заключается в том, что в местах соединения 2-х проводников из разных металлов или сплавов возникает электрический ток, если хотя бы два места соединения этих проводников имеют разную температуру.

Термочувствительный элемент, состоящий из 2-х последовательно соединенных (спаянных) между собой разнопородных проводников или (реже) полупроводников, называется термопарой. Нагреваемый спай термопары называется “горячим” (рабочим) концом, второй слой называется “холодным” (свободным).

Температура свободного конца термопары должна быть постоянной для обеспечения правильных показаний измерительного прибора. Это достигается выносом свободного конца термопары (при помощи компенсационных проводников) дальше от нагрева агрегата, в место, где может быть обеспечена постоянная и низкая температура окружающей среды.

 

Термометры сопротивления

Принцип действия термометра сопротивления (ТС) основан на свойстве металлов изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. ТС – это чувствительный элемент (проводник или полупроводник), зависимость которого от температуры известна. Зная эту зависимость, можно помещая термометр в среду с неизвестной температурой и замеряя его сопротивление, определить температуру среды. Сопротивление термометра измеряется вторичными приборами типа догометр и уравновешенный мост. Основной деталью ТС является каркас, на который наматывается проволока чувствительного элемента.

 

Измерение расхода жидкости и газа

 

Основные типы расходомеров

• ·         Объемные камерные датчики. Для учета газа, потребляемого индивидуальными бытовыми и групповыми установками, небольшими котельными и т. п., используются объемные камерные счетчики низкого давления. Камерные счетчики имеют одну или несколько камер с подвижной перегородкой, которые при движении потока отмеривают определенные объемы газа, с последующим подсчетом числа опорожнившихся объемов. Диапазон измерения таких счетчиков от 0 до 6,0 м³/час, давление до 0,6 кг/см² (КГФ – 25; КГФ – 6). Погрешность этих счетчиков 1%.

• ·         Ротационные счетчики. Эти счетчики также являются объемными и могут быть использованы при расходах до 3000 м³/час и давлении до 1 кг/см² (РГ – 40, РГ – 400).

• ·         Турбинные расходомеры, счетчики жидкости и газа. Принцип действия турбинных расходомеров и счетчиков заключается в преобразовании скорости потока жидкости и газа, проходящего через известное сечение трубопровода, в частоту вращения турбины, установленной в трубопроводе, которая, в свою очередь, преобразует ее в частоту электрических импульсов.

• ·         Турбинные расходомеры с магнитно-индукционным преобразователем – Норд, МИГ, Турбоквант, Смит – получили широкое применение на оперативных и коммерческих узлах учета нефти в нефтедобывающей промышленности.

• ·         Механические турбинные счетчики жидкости ТОР-50, ТОР-80 используются в групповых замерных установках.

• ·         Вихревые расходомеры жидкости и газа. Принцип действия этих расходомеров основан на эффекте Кармена, заключающегося в том, что если в потоке жидкости или газа установить призму с острыми ребрами, например, треугольную в сечении, перпендикулярном к движущемуся потоку, то на этих ребрах происходит срыв потока с образованием вихрей, частота которых пропорциональна скорости потока.

Диапазоны измеряемых расходов вихревых расходомеров лежат в пределах от 0 до 50000 м³/час.

Основная погрешность от 1 до 1,5%. Существенным недостатком вихревых расходомеров является необходимость их индивидуальной поверки. Опыт эксплуатации показывает, что их использование предпочтительно для измерения расхода жидкости (СВУ – 50, СВУ – 80, СВУ – 200)

• ·         Трубки Пито – Параданталя. Для измерения малых расходов газа в трубопроводах большого диаметра могут быть использованы расходомеры скоростного напора - трубки Пито – Параданталя. Способ измерения основан на принципе измерения перепада давления, создаваемого между скоростным напором движущейся среды и статическим давлением в трубопроводе.

Трубка устанавливается в трубопровод навстречу потоку на расстоянии от верхней образующей. Для измерения давлений и перепада давления используются дифференциальные микроманометры типа ММП – 3, ММП – 4.

• ·         Ультразвуковые расходомеры. Ультразвуковой (f > 20 rHz) метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового - колебания движущейся средой.

Для измерения расхода в основном используются 2 способа:

1. 1.       первый основан на изменении разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него. Приборы называются фазовыми расходомерами;

2. 2.       второй основан на измерении разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него (частотные расходомеры).

• ·         Метод переменного перепада давления.

В настоящее время основным методом измерения расхода и количества газа, протекающего по трубопроводам, является метод переменного перепада давления на сужающих устройствах. Метод переменного перепада давления основан на изменении перепада давления при протекании потока газа через сужающее устройство (СУ).

Самым распространенным сужающим устройством является стандартная диафрагма. В России Правилами РД 50 – 213 – 80 также нормализованы следующие типы сужающих устройств: сопло, сопло Вентури, труба Вентури. Перечисленные СУ по сравнению с диафрагмой обладают повышенными гидродинамическими характеристиками, имеют меньшие потери давления, меньший износ, более высокую стабильность метрологических характеристик. Однако ввиду нестабильности расходов, сложности аттестации в нефтедобывающей промышленности широкого применения не нашли.

Рассмотрим устройство и принцип действия турбинного счетчика ТОР, используемого в ГЗУ.

Турбинный расходомер жидкости (ТОР 1-50) в ГЗУ «Спутник» установлен ниже уровня жидкости в технологической емкости гидроциклонного сепаратора.

Расходомеры ТОР-1 предназначаются для измерения жидкости вязкостью не более 80 сСт. Расходомеры ТОР-1 обеспечивают как местный отсчет показаний, так и передачу показаний при помощи электромагнитного датчика на БМА.

Расходомеры ТОР-1 (рис. 8) состоят из двух основных частей: турбинного счетчика жидкости и блока питания.

Турбинный расходомер ТОР-1 работает следующим образом. Жидкость, проходя через входной патрубок корпуса 1 и обтекатель 2, попадает на лопатки крыльчатки 11 и приводит ее во вращение. После крыльчатки направление движения жидкости экраном изменяется на 180°, и она через окна обтекателя поступает в выходной патрубок. Число оборотов крыльчатки прямо пропорционально количеству прошедшей жидкости. Вращательное движение крыльчатки передается через понижающий редуктор и магнитную муфту на механический счетчик со стрелочной шкалой (цена деления 0,005 м³). Одновременно со стрелкой механического счетчика вращается находящийся с ней на одной оси диск 9 с двумя постоянными магнитами, которые, проходя мимо электромагнитного датчика, замыкают расположенный в нем магнитоуправляемый контакт. Получаемые при этом электрические сигналы регистрируются на блоке управления счетчиком, т. е. дублируют показания местного механического счетчика. В то же время каждая лопатка, проходя мимо магнитоиндукционного датчика, выдает электрический сигнал, который регистрируется в блоке регистрации.

Диапазон измерения колеблется от 3 до 30 м³/ч. Паспортная погрешность измерения при расходе от 3 до 5 м³/ч— ±5%, от 5 до 30 м³/ч— ±2,5%. В реальных условиях из-за плохой сепарации эта погрешность может достигать большой величины.

 

Измерение уровня и применяемые для этого приборы

 

Классификация уровнемеров

По принципу действия приборы для измерения уровня классифицируются как:

• ·         визуальные;

• ·         поплавковые;

• ·         гидростатические.

Визуальные уровнемеры – стеклянная трубка со шкалой, закрепленная между двумя штуцерами, соединенными с резервуаром.

Поплавковые уровнемеры – чувствительным элементом является поплавок, плавающий на поверхности жидкости. С изменением уровня изменяется положение поплавка, которое передается механическим (УДУ – 10), электрическим (Сапфир – ДУ, ВК - 1200) или пневматическим (УБ –ПВ) путем на вторичный прибор.

Гидростатические уровнемеры – принцип действия основан на измерении давления внутри жидкости, определяемого массой столба жидкости, расположенного между точкой измерения и поверхностью жидкости в емкости.

Для агрессивных жидкостей чувствительный элемент прибора отделяют потоком сжатого воздуха, который подают в соединительную линию (пьезометрические трубки). Измерительным прибором могут быть как манометры, так и уровнемеры (минусовая камера соединяется с атмосферой).

В емкости под давлением уровень измеряют уровнемерами. Отборы устанавливают вверху и внизу емкости. Современным представителем этой группы являются преобразователи уровня Сапфир 22 – ДГ.

Для измерения уровня жидкости с переменой плотностью и уровня сыпучих материалов применяют емкостные уровнемеры, действие которых основано на изменении емкости электродной системы при изменении уровня. В сосуд, в котором измеряют уровень, погружают изолированный электрод. Измерительный прибор измеряет емкость конденсатора, обкладками которого являются изолированный электрод и корпус сосуда (земля). При изменении уровня изменяется емкость конденсатора, т.к. изменяется диэлектрическая проницаемость среды между обкладками. Если электрод расположить горизонтально, то измерение будет происходить резко (скачком), т.к. жидкость достигает электрода одновременно по всей поверхности. Пример таких уровнемеров являются уровнемеры ДУЕ и сигнализаторы уровня РОС – 101.

Прочие уровнемеры радиоактивные, ультразвуковые – уровень вычисляется по измеряемому времени распространения ультразвуковой волны от излучателя до подвижного приемника колебаний (положением которого определяется уровнем) и времени распространения УЗВ от излучателя до опорного приемника колебаний.

 

Методы снятия показаний приборов

По методам снятия показаний приборы бывают:

• ·         Акустические – мерой уровня является время распространения звуковых колебаний от источника излучения до контролируемой границы раздела сред и обратно до приемника.

• ·         С непосредственным отчетом – датчики со шкалой, показывающие или записывающие показания (указательные стекла, УДУ – 10, ДСС).

• ·         С электрической передачей информации – электрическая система передачи дает возможность передавать показания на расстоянии 500 м и более. Основными датчиками, применяемыми в системах передачи на постоянном токе, являются: реостатные, диф.трансформаторные, токовые и т. д.

• ·         С пневматической передачей показаний – пневматическая система передачи показаний нашла применение в тех случаях, когда применение электрических исключается ввиду пожароопасности, взрывоопасности производства. Дальность передачи 160 м.