Калибровка на воздухе и природном газе: что показывают K-факторы турбинных счётчиков DN50 и DN80

В магистерской диссертации сравнивались калибровочные K-факторы турбинных газовых счетчиков DN50 и DN80 в шести рабочих точках расхода для каждого типоразмера. В исследовании использовались две установки с атмосферным воздухом и две настройки давления природного газа на третьей установке. Опубликованные таблицы показывают, что самой низкой точке расхода следует уделить отдельное внимание. Значения для воздуха на DN80 выше значений для газа при 20 м³/ч, тогда как значения для воздуха на DN50 ниже при 10 м³/ч. Пересчет по напечатанным таблицам также дает большие различия на нижнем конце диапазона, чем максимальные отклонения воздуха от газа, указанные в тексте. В данной статье воспроизводятся таблицы, определяется основа расчета и объясняется, как интерпретировать сравнение.

Турбинный газовый счётчик с импульсным выходом требует коэффициента K для преобразования импульсов в рабочий объём. Лаборатория может калибровать счётчик на воздухе, тогда как предполагаемое применение использует природный газ под давлением. Поэтому отчёт о калибровке должен показывать, как коэффициент ведёт себя во всём диапазоне расходов, особенно в самой нижней точке, предназначенной для использования. Визуально близкое совпадение при более высоких расходах может скрывать различие на одном конце диапазона, а единственное среднее значение не может показать, где это различие возникает.

Насколько близко совпадают коэффициенты K для воздуха и природного газа в шести испытанных точках расхода для каждого типоразмера счётчика, и сохраняется ли направление различия вблизи нижнего конца? Сравнение также проверяет, могут ли указанные в тексте диапазоны отклонений описать каждую запись в напечатанных таблицах. Область ограничена образцами и facilities, о которых сообщает Tang (2018).

Промысел Чунцин и Центрально-Сычуаньский нефтегазовый промысел испытывались на воздухе при местном атмосферном давлении. В таблицах результатов оба воздушных условия обозначены как 0,1 МПа. Чэндуский филиал проводил испытания на природном газе при 0,9 и 1,5 МПа. План турбинных испытаний в диссертации предусматривает шесть отсчётов на каждую точку расхода с периодом сбора данных 60 с. В нём также указаны четыре раунда проверки стабильности с интервалом не менее одной недели. В таблицах 5-10 и 5-11 сопоставлены отдельные результаты, полученные в Чэнду при обоих давлениях, со средними результатами по каждой воздушной установке. Воздушные установки и Чэнду использовали разные эталонные установки, поэтому межплощадочное сравнение изменяет как установку, так и газ и давление.

Kᵢⱼ — коэффициент для прогона j в точке i, Nᵢⱼ — подсчитанное общее число импульсов, Vᵢⱼ — эталонный рабочий объём, а n — число повторных измерений. Kᵢ — средний коэффициент в точке i. В таблицах K выражен в м⁻³. Для приведённой ниже редакционной проверки знаковая разность составляет (K_air − K_gas) / K_gas × 100%.

В прогонах по Чунцину кривые почти совпадали при близких значениях температуры и давления воздуха. В диссертации наблюдались более высокие K-факторы в более тёплых прогонах при аналогичном давлении воздуха. В таблице 5-10 четыре серии располагаются относительно близко друг к другу на большей части исследованного диапазона. При 20 м³/ч оба результата для воздуха превышают оба результата для природного газа. Например, по Центральному Сычуаню сообщалось 2323,94 м⁻³, а по Чэнду — 2285,04 м⁻³ при 0,9 МПа. При 50 м³/ч два значения давления по Чэнду меняют свой порядок относительно 20 м³/ч. Это точечное изменение порядка ограничивает использование единой тенденции по давлению для объяснения таблицы.

Калибровочные коэффициенты K для турбинного расходомера DN80. Перерисовано на английском по Tang (2018), таблица 5-10; сравните с оригинальным рисунком 5-7. Прямые линии соединяют указанные точки.

В первых двух прогонах в Чунцине давление воздуха было схожим, а температурные диапазоны составляли 16,46–16,56 °C и 16,24–16,47 °C соответственно. В диссертации сообщается о более высокой кривой K-фактора в первом прогоне. В Чэнду прогон на природном газе при 1,5 МПа также имел более высокую температуру, чем прогон при 0,9 МПа, поэтому наблюдения не позволяют разделить эти два влияния. При 20 м³/ч оба значения для воздуха превышают оба значения для природного газа. При 10 м³/ч оба значения для воздуха ниже. В Чунцине зарегистрировано 7704,33 м⁻³ против 7869,61 м⁻³ в Чэнду при 1,5 МПа. Это обращение происходит в пределах испытанного диапазона для одного номинального типоразмера счётчика.

Калибровочные K-факторы турбинного расходомера DN50. Перерисовано на английском языке по Tang (2018), таблица 5-11; сравните с оригинальным рисунком 5-8. Прямые линии соединяют указанные точки.

При минимальном измеренном расходе именованная пара «воздух–газ» даёт около +1,70% для DN80 и −2,10% для DN50, если в качестве знаменателя использовать показание по природному газу. Даже если сначала усреднить два воздушных средства измерений, те же сравнения дают +1,63% и −1,89% соответственно. В этих расчётах используются опубликованные табличные значения, округлённые до двух знаков после запятой. Они показывают чувствительность интерпретации к точке расхода и базе сравнения. Лаборатория, рассматривающая воздушную калибровку для применения с природным газом, должна сравнивать соответствующие рабочие расходы, указывать базу, использованную для любого процентного различия, и сохранять результаты для низких расходов видимыми в отчёте. Два испытанных типоразмера демонстрируют здесь противоположные направления на нижнем конце диапазона, поэтому их объединение скрыло бы особенность, важную для верификации. Отдельная проверка данных Чэнду иллюстрирует, почему сравнение по давлению также следует проводить точка за точкой. При 70 м³/ч для DN80 коэффициент при 1,5 МПа составлял 2286,49 м⁻³, а коэффициент при 0,9 МПа составлял 2279,21 м⁻³ — различие около 0,32% относительно показания при более низком давлении. Для DN50 при 40 м³/ч соответствующие значения составляли 7829,59 и 7777,02 м⁻³ — различие около 0,68% на той же базе. В обоих случаях процент описывает различие между измеренными коэффициентами. Это не оценка неопределённости и не допуск для эксплуатации.

Результаты поддерживают пересмотр передачи калибровки с учётом конкретной точки расхода для испытанных турбинных расходомеров DN50 и DN80. Большинство кривых сравнительно близки, но при наименьшем измеренном расходе наблюдаются явные различия в противоположных направлениях для двух типоразмеров. Любое решение о передаче K-фактора должно использовать соответствующую информацию о расходе, среде, давлении и объекте из фактической калибровки. Эти результаты описывают представленные образцы и условия испытаний.

Последующее сравнение могло бы повторить измерения вблизи минимального рабочего расхода каждого счётчика и зафиксировать давление, температуру и неопределённость вместе с данными импульсов. Согласование давления и температуры при изменении только испытательного газа, где это позволяет эталонная система, помогло бы отделить эффект среды от эффектов установки и рабочих условий. Испытание дополнительных счётчиков показало бы, повторяются ли наблюдаемые направления на нижнем пределе за пределами этих образцов.

В тексте диссертации приводятся максимальные отклонения расхода воздуха от расхода газа 0,19% и 0,16% для DN80 и 0,49% и 0,43% для DN50 в сравнениях при 0,9 и 1,5 МПа соответственно. Для двух давлений природного газа приводятся значения 0,32% и 0,67% для DN80 и DN50 соответственно. В выбранном разделе не указаны ни исключение, ни знаменатель, которые согласовывали бы его максимумы расхода воздуха к расходу газа с записями о минимальном расходе. В данной статье цифры автора сохраняются в том виде, как они приведены, а независимые табличные расчёты представлены отдельно.

Tang Yixin (2018). Сравнительное исследование испытаний счётчиков расхода газа на воздухе и природном газе [перевод названия]. Магистерская диссертация по инженерному делу, Юго-Западный нефтяной университет. §5.3.1, стр. 69–70 (страницы PDF 77–78), таблицы 5-10 и 5-11 и оригинальные рисунки 5-7 и 5-8. План испытаний: таблица 5-1, стр. 60. Уравнения: §3.3, стр. 18. Английские графики используют табличные значения и перечерчены независимо.

Обложка: Бетти Кэррелл, архивная фотография Министерства энергетики США. Работа правительства США в общественном достоянии согласно записи файла. Редакционная обрезка и наложение заголовка. Фотозапись