Сделай Сам Свою Работу на 5

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 Qн.пр, темпера­туры и давления, плотности газа при нормальных условиях ρн, 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 Δрпр, то по номограмме рис. 8.11 определяем предварительное относительное сужение m (модуль) сужающего устройства по найденному коэффициенту С и заданному предельному перепаду давления на сужающем устройстве Δрпр,. 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

где ε — поправочный множитель на расширение газа для верхнего предельного перепада давле­ния дифманометра Δрпр,; Δрпр, — 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 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 Δрпр, р1, Т1, рн и Z используем для определения расхода газа и проверяем расчет пре­дельного расхода газа Qн. пр. Полученное значение Qн. 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 ец, 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 9.3.3.Рассмотрим расчет диафрагмы при следующих исходных данных. Измеряемая среда — природный углеводородный газ с плотностью при нормальных условиях ρн=0,727 кг/м3. Наибольший измеряемый (предельный) расход газа, приведенный к нормальным условиям, Qн.пр.= 100000 м3/ч, средний Qн.ср.=60000 м3/ч, минимальный, Qн.min =30000 м3/ч. Температура газа перед сужающим устройством Т1=278 К. Избыточное давление газа перед сужающим устройством р1 изб = 1,2 МПа=12 кгс/см2. Предельный перепад давления на сужающем уст­ройстве (диафрагме) Δpпр=2500 кгс/м2=0,25 кгс/см2. Среднее барометрическое давление рб=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 δαL 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 δпп и δпк пропорционального и корневого пла­ниметров одинаковы и не превышают 0,5 % Абсолютные погрешности хода диаграмм дифманометра, манометра и термометра ΔτΔр, ΔτΔр, Δτр и ΔτТ не превышают 2 мин.

 

Порядок расчета

1. В качестве сужающего устройства выбираем диафрагму (рис. 9.10, а) из нержавеющей стали марки Х17. В качестве вторичного измерительного прибора выбран сильфонный самопишущий дифманометр типа ДСС-734 класса точности 1,5 с предельным перепадом давления Δрпр = 2500 кгс/м2, имеющий дополнительную запись давления класса точности 1,0 с предельным давлением рпр = 25 кгс/см2. Для записи температуры газа выбран самопишущий манометрический термометр типа ТЖ класса точности 1,0 с пре­делом измерения от —50 до 50 °С.

2. Определяем абсолютное давление газа перед сужающим устройством по формуле:

p1 = p1 изб+pб= 1,2+0,1 = 1,3 МПа=13 кгс/см2

3. При ρн=0,727 кг/м3 коэффициент сжимаемости природного газа будет 0,974.

4. Определяем вспомогательный коэффициент С по формуле:

5. При известном коэффициенте С=11,530 и предельном перепаде давления Δрпр = 2500 кгс/м2 по фрагменту номограммы, рис. 9.11, определяем численное значение модуля диафрагмы m и необратимые поте­ри давления на диафрагме рп.

Для получения значения модуля т и потерь давления рп откладываем на ось абсцисс номограммы С=11,530 и восстанавливаем перпендикуляр до пере­сечения в точке А с кривой 1, соответствующей предельному перепаду давления Δрпр =2500 кгс/м2. Наклонная прямая 2, проходящая через точку А, соответст­вует значению искомого модуля диафрагмы m=0,356. Проведя из точки А горизонтальную прямую до пересечения с осью ординат, получаем значение необра­тимых потерь давления рп на диафрагме, равное 0,16 кгс/см2.

6. Рассчитаем минимальное число Рейнольдса Remin, соот­ветствующее минимальному расходу газа Qн. min=30000 м3/ч, т. е.

Remin = 0,0361 Qн. minρн/(mах) = 0,0361·30000 ×

× 0,727/(400·1,13·10-6) = 1,74·106.

Такое значение минимального числа Рейнольдса удовлетворяет условию.

 

Рис. 9.11. Фрагмент номограммы для С=fpпр, т, рп).

 

8. Определяем значение коэффициента адиабаты х в рабочих условиях при p1 = 13 кгс/см2 и Т=278 К:

х = 1,29 + 0,704·10-6 [2575 + (346,23 — Т)2] р1 = 1,29 +

+ 0,704· 10-6 [2575 + (346,23 — 278)2] · 13 = 1,29 + 0,088 = 1,378.

9. Рассчитаем предварительное значение поправочного множителя на расширения ε при известном предварительном значении модуля m=0,356, коэффициенте адиабаты х= 1,378, предельном перепаде давления Δрпр =0,25 кгс/см2 и давлении p1 = 13 кгс/см2:

ε = 1 — (0,41 + 0,35m2) Δрпр /(xР1) = 1 — (0,41 + 0,35 · 0,3562) ×

× 0,25/(1,378·13)= 1 — 0,454·0,0140 = 0,99.

10. Вычисляем вспомогательный коэффициент при С = 11,530, ε=0,99 и Δрпр =2500 кгс/м2:

= С/(ε ) = 11,530/(0,99 ) = 0,2329.

11. Определяем уточненное значение модуля m при =0,2329 и α=0,6466:

m = mα/α = 0,2329/0,6466 = 0,36.

12. При новом уточненном значении m=0,36 коэффициент расхода α равен

α = (1/ ) {0,5959 + 0,0312·0,361,05—0,1840·0,364+

+0,0029·0,361,25 [106/(1,74·106)]0,75} = 1,0715(0,5959 + 0,01067 —

— 0,00309 + 0,0001324) = 0,6468.

13. При m=0,36 диаметр отверстия диафрагмы

d = = 400 = 240 мм.

14. Подставляем в формулу найденные значения d=240 мм, α=0,6468, ε = 0,99, Δрпр=2500 кгс/м2, p1 = 13 кгс/см2, T1 = 278 К, ρн=0,727 кг/м3 и Z=0,974:

Qн.пр= 0,2109αεd2 = 0,2109·0,6468·0,99·2402 ×

× = 7778,64·12,85 = 99955,6 м3/ч.

15. Находим погрешность расчета максимального расхода газа ΔQ по фор­муле:

Погрешность расчета ΔQ =0,04 % <0,2 %, что вполне допустимо. Здесь Qрасч— уточненное расчетное значение максимального (предельного) расхода газа, м3/ч. Так как погрешность расчета 0,04 % вполне допустима, окончательно принимаем следующие параметры измерительной диафрагмы. Диаметр отверстия диафрагмы d=240 мм, коэффициент расхода α=0,6468 и модуль m=0,36.

16. Рассчитаем максимальное число Рейнольдса Remax, соответствующее предельному (максимальному) расходу газа Qн.пр = 100000 м3/ч:

Remax = 0,0361Qн.пр ρн/() = 0,0361·100000×

×0,727/(400·1,13·10-6) =2,64·106.

17. Принимаем толщину диска диафрагмы Е =0,05 D.Тогда Е=0,05-400=20 мм. Ширину цилиндрической части отверстия диафрагмы ец (рис.

9.10, а), которая затем переходит в коническую выходную часть, выбираем из соотношения 0,005 D 0,02 D. Приняв ец=0,02 D, получаем, что ец =0,02∙400=8 мм. Угол скоса конической выходной части диафрагмы q должен быть не менее 30 и не более 45°. Принимаем угол скоса .

18. Ширина кольцевой щели c, соединяющей камеры отбора давлений с трубопроводом, не должна превышать 0,03 D при т ≤ 0,45. В этом случае

19. Размеры сечений камер для отбора давлений a и b выбираем из условия:

Приняв b = 1,5a, получаем, что а ≥ 70,8 мм, а b ≥ 1,5а ≥ мм. Толщина h стенки корпуса камеры должна быть не менее 2 с, т. е.

20. Определяем длины прямых участков измерительного трубопровода перед диафрагмой L1 и L2 и после диафрагмы l1 и l2 исходя из заданной погрешности . Перед диафрагмой согласно условию находится два местных сопротивления. Наиболее удаленное от диафрагмы — входной патрубок с двумя коленами, расположенными в разных плоскостях, а ближайшее к диафрагме — входной кран. За диафрагмой находится гильза термометра и выходной кран. Определяем минимальное расстояние L2/D между входным патрубком с группой колен, расположенных в разных плоскостях и входным краном. При указанном расположении местных сопротивлений получаем, что L2/D=30. При D =400 мм = 0,4 м

.

Минимальное расстояние L2/D между входным краном и диафрагмой, при модуле m=0,36 и заданной погрешности δаL = 0,3 % равно 20. При L2/D =20

.

Расстояние l1 от выходного торца диафрагмы до гильзы термометра должно быть более 2 D, т. е.

Определяем минимальное расстояние l2 от выходного торца диафрагмы до выходного крана. При m =0,36

С учетом выполненных расчетов длины прямых участков измерительного трубопровода (рис. 9.10, а) имеют следующие размеры: L1 =8 м, L2 =12 м, l1=0,8 м и l2 =2,8 м.

Расчет погрешности измерения расхода газа. Для расчета погрешности измерения расхода сухого газа выпишем исходные данные,

полученные при расчёте сужающего устройства (диафрагмы), а также определим ряд дополнительных данных. При диаметре трубопровода D = 400 мм, модуле m=0,36 и минимальном числе Рейнольдса Remin=1,74∙106, исходя из условий, указанных в настоящей главе, можно принять, что и . При измерении фактических размеров измерительного трубопровода и диафрагмы было получено, что высота уступа внутри прямого участка трубопровода перед диафрагмой при стыковке труб h=1 мм на расстоянии l=2 м от диафрагмы, а эксцентриситет оси отверстия диафрагмы и измерительного трубопровода е=2 мм. При выбранных длинах прямых участков перед диафрагмой L1=8 м и L2=12 м и модуле m=0,36 значение погрешности δаL = 0,3 %. При высоте уступа L=1 мм и диаметре D=400 мм находим, что:

При меньше 0,3% можно принять, что δаL=0. При эксцентриситете е=2 мм проверяем выполнение условий:

,

.

Из указанных условий видно, что фактическое значение эксцентриситета е=2мм удовлетворяет условию, в связи с чем, погрешность от влияния эксцентриситета . Подставив полученные данные в формулу, получаем погрешность определения коэффициента расхода а:

Для определения погрешности измерения расхода газа предварительно необходимо найти погрешности . Погрешность определения поправочного множителя на расширение определяем по формуле в зависимости от ε и погрешностей . Множитель ε по данным расчёта диафрагмы равен 0,99. погрешность определения коэффициента адиабаты рассчитываем по формуле

,

где - абсолютная погрешность определения коэффициента адиабаты. При определении коэффициента адиабаты природного газа по таблицам с тремя значащими цифрами после запятой абсолютная погрешность может быть принята равной половине единице младшего ряда последней значащей цифры в табличных значениях . В этом случае абсолютная погрешность определения коэффициента адиабаты равна 0,0005. Средняя квадратическая погрешность определения коэффициента адиабаты при =0,0005 и =1,378

.

Средняя квадратическая погрешность определения давления показывающим манометром рассчитывается при и

.

Погрешность при вычисляется по формуле

.

Подставив полученные значения , в формулу, получаем

.

Средняя квадратическая погрешность регистрирующего дифманометра по шкале перепада давления определяется при Δр=(2/3)Δрпр, sΔр=1,5 %, δпк=0,5 %, ΔτΔр=2 мин:

Задача 9.3.1.Рассчитать ГРС с максимальной пропускной способностью Qmax3/ч) температурой газа на входе в ГРС t °C. Перекачивается газ метан с ρ0=0,71(кг/м3). Давление на ГРС изменяется от р1 до р2 (МПа) по вариантам (табл. 9.3.2).

1.Подобрать регуляторы давления.

2.Определить диаметры технологических трубопроводов редуцирования.

3.Проанализировать температурный режим газа на ГРС.

Таблица 9.3.2

Исходные данные к задаче 8.3.1

№ п/п Qmax t, oC р1 р2
15·104 5,5 1,2
10·104 5,3 1,2
5·104 4,5 1,2
3·104 4,7 1,2
2·104 4,3 1,2
1·104 3,5 1,2
1,5·104 3,2 0,6

 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.