Методика и пример расчета сужающего устройства

Расчет расходомеров переменного перепада давления сводится к определению диаметра отверстия и других размеров сопла или диафрагмы, коэффициента расхода, динамического диапазона из­мерения, определяемого числами Рейнольдса, перепада давления и потерь давления на сужающем устройстве, поправочного мно­жителя на расширение, а также погрешности измерения расхода газа. Для расчета должны быть заданы максимальный (предель­ный), средний и минимальный расходы, диапазоны изменения дав­ления и температуры газа, внутренний диаметр и материал изме­рительного трубопровода, состав газа или его плотность при нор­мальных условиях, допустимые потери давления или предельный перепад давления, соответствующий максимальному расходу, а также среднее барометрическое давление в месте установки дифманометра-расходомера.

Методика расчета.Перед началом расчета выбираем типы и классы точности дифманометра-расходомера, манометра и термо­метра. Расчет проводится следующим образом.

1. Определяем округленный до трех значащих цифр вспомога­тельный коэффициент С при подстановке в нее значения максимального (предельного) расхода Q_н._пр, темпера­туры и давления, плотности газа при нормальных условиях ρ_н, коэффициента сжимаемости Z и диаметра измерительного трубо­провода D:

При найденном значении С возможны два вида расчета: по заданному перепаду давления или по заданным потерям давления. Если задан предельный перепад давления Δр_пр, то по номограмме рис. 11 определяем предварительное относительное сужение m (модуль) сужающего устройства по найденному коэффициенту С и заданному предельному перепаду давления на сужающем устройстве Δр_пр,. Найденное предварительное значение модуля m подставляем в формулу по определению тα и вычисляем предварительный коэффициент расхода α.

2. Вычисляем с точностью до четырех значащих цифр вспомогательный коэффициент mα

где ε — поправочный множитель на расширение газа для верхнего предельного перепада давле­ния дифманометра Δр_пр,; Δр_пр, — верхний предельный перепад дав­ления на сужающем устройстве, кгс/м₂.

3. Определяем уточненное значение модуля m с точностью до четырех значащих цифр по формуле

m = mα/α.

4. По уточненному значению модуля m нахо­дим новое значение поправочного множителя на расширение е и вычисляем разность между первоначально вычисленным значени­ем ε и уточненным. Если эта разность не превышает 0,0005, то вычисленные значения m и ε считаются окончательными.

5. Определяем диаметр d отверстия диафрагмы при оконча­тельно выбранном m

6. Найденные значения коэффициентов расхода α, поправоч­ного множителя на расширение ε, диаметра d отверстия диафраг­мы, а также Δр_пр, р₁, Т₁, р_н и Z используем для определения расхода газа и проверяем расчет пре­дельного расхода газа Q_{н. пр.} Полученное значение Q_{н. пр.} не долж­но отличаться от заданного более чем на 0,2 %. Если найденное значение предельного расхода газа отличается от заданного бо­лее чем на 0,2 %, то расчет повторяется до получения требуемой погрешности расчета предельного расхода газа и параметров диа­фрагмы.

7. Определяем новые уточненные значения модуля m, диамет­ра d отверстия диафрагмы, а также коэффициента расхода α и повторно рассчитываем. Если уточненное расчетное значение предельного расхода газа не отличается от за­данного более чем на 0,2 %, то уточненные значения m, d и α, фик­сируются в расчетном листе сужающего устройства.

8. Рассчитываем минимальное и максимальное числа Рейнольдса и сравниваем минимальное число Рейнольдса с граничными значениями

9. Определяем толщину диафрагмы Е, ши­рину цилиндрической части диафрагмы е_ц, ши­рину кольцевой щели с, а также размеры коль­цевых камер a и b.

10. Выбираем длины прямых участков измерительных трубо­проводов до и после диафрагмы.

11. Рассчитываем погрешность измерения расхода

Полученные данные фиксируются в расчетном листе сужающего устройства и являются основой для его изготовления и мон­тажа.

Пример 3.3.Рассмотрим расчет диафрагмы при следующих исходных данных. Измеряемая среда — природный углеводородный газ с плотностью при нормальных условиях ρ_н=0,727 кг/м³. Наибольший измеряемый (предельный) расход газа, приведенный к нормальным условиям, Q_н.пр.= 100000 м³/ч, средний Q_н.ср.=60000 м³/ч, минимальный, Q_н._min =30000 м³/ч. Температура газа перед сужающим устройством Т₁=278 К. Избыточное давление газа перед сужающим устройством р_{1 изб} = 1,2 МПа=12 кгс/см². Предельный перепад давления на сужающем уст­ройстве (диафрагме) Δp_пр=2500 кгс/м²=0,25 кгс/см². Среднее барометрическое давление р_б=0,1 МПа = 1 кгс/см². Внутренний диаметр трубопровода перед ди­афрагмой D = 400 мм. Вязкость газа в рабочих условиях μ=1,13·10^-6 кгс·с/м².

Перед диафрагмой находятся местные сопротивления в виде входного кол­лектора с двумя коленами, расположенными в разных плоскостях, и входной отсекающий кран. 3a диафрагмой установлена гильза термометра и выходной кран. Допустимая погрешность от неучета длин прямых участков до и после диафрагмы δ_αL не должна превышать 0,3 %. Отбор давлений от диаф­рагмы — угловой. Внутри прямого участка измерительного трубопровода на рас­стоянии l=2 м имеется выступ от стыковки труб высотой h=1 мм. Эксцентриси­тет оси отверстия диафрагмы и измерительного трубопровода е=2 мм.

Приведенные погрешности δ_пп и δ_пк пропорционального и корневого пла­ниметров одинаковы и не превышают 0,5 % Абсолютные погрешности хода диаграмм дифманометра, манометра и термометра Δτ_Δр, Δτ_Δр, Δτ_р и Δτ_Т не превышают 2 мин.