Индустриални разходомери за природен газ

• Природният газ е широко използван в бита и индустрията като гориво и енергоизточник
  
  
• Това налага прецизното отчитане на потреблението му посредством специален клас разходомери, съобразени по конструкция и работен принцип с агрегатното му състояние и по точност с нормативните изисквания
  
  
• За индустриалните потребители разходомерите са важен инструмент за оценка на това дали дадено оборудване и протичащите чрез него технологични процеси са ефективни, изправни и рентабилни

Природният газ е широко използван в бита и индустрията като гориво и енергоизточник, което налага прецизното отчитане на потреблението му посредством специален клас разходомери, съобразени по конструкция и работен принцип с агрегатното му състояние и по точност с нормативните изисквания, регулиращи взаимоотношенията между газовите дружества и частните или промишлени потребители.

Измервателни уреди, отчитащи дебита на природния газ, се използват както още непосредствено след добива му от находището, където се измерва количеството извличана от съответния залеж газова смес, така и при обработката му в разнообразни сепаратори, в които от изходната субстанция се отделят различни примеси, като горими въглеводороди, водни пари, сероводород, въглероден диоксид, азот и хелий.

Ключово е значението на разходомерите на входните и изходните точки на компресорните станции, а също и в пунктовете, в които се сменя собствеността върху енергоизточника при транспортирането му през газопреносната и газоразпределителната мрежа.

За индустриалните потребители разходомерите са важен инструмент за оценка на това колко ефективни и рентабилни са дадено оборудване и протичащите чрез него технологични процеси, както и за планиране на разходите. Непрекъснатият мониторинг на подавания към конкретна инсталация природен газ е съществен показател не само за потреблението й, но и за наличието на евентуални неизправности или неефективна работа, причиняващи отклонения от стандартната консумация.

Конвенционалните търговски разходомери традиционно отчитат само потреблението на база фиксиран период (най-често на месечна база), докато чрез един топлинен масов разходомер например дебитът и потреблението могат да бъдат проследени в реално време. На база събраните данни могат да се направят ценни и детайлни изводи относно пиковете на консумация, индикаторите за неизправно функциониране на конкретен агрегат и загубите на енергия с оглед на енергийната ефективност на системата.

Особености на измервателните уреди за природен газ

Природният газ в индустрията се използва основно като гориво, но намира сравнително широко приложение и в производството на суровини за различни химикали, като ацеталдехид, ацетилен, амоняк, етанол, формалдехид, въглеводородни горива, хидрогенирано масло, метанол, азотна киселина, синтезен газ и винилхлорид. За по-голямо удобство при съхранение и транспортиране природният газ се компресира и втечнява, а разходомери и дебитомери се инсталират за проследяване на количествата преминал, произведен или консумиран газ буквално на всяка точка между отделните инсталации. Такова оборудване е необходимо във въгледобивните предприятия, заводите за азотна киселина, електроцентралите, инсталациите за органичен химичен синтез, петролните рафинерии, газостанциите и т. н.

В индустрията се използват няколко основни типа разходомери според функциите им за отчитане на параметри като обем и налягане на субстанцията или други нейни характеристики в газообразно или втечнено състояние. Сред тях са масовите разходомери, устройствата за измерване на скорост на потока, измервателите на диференциално налягане (които отчитат разлики в налягането), както и уредите за обемно измерване на принципа на положителното изместване. На практика всеки разходомер измерва дебита, но работните им принципи и методи за отчитане се различават съществено. Всяко от тези устройства може да бъде използвано както на изхода на добивното находище (нефтено, газово или газокондензатно), така и при транспортиране, търговско отчитане или при обработка с цел измерване на количеството отделяни примеси или добавяни компоненти с цел повишаване на качеството му. Популярна добавка към основните компоненти (метан и етан) например е меркаптанът, който придава специфичния мирис на използвания в бита и индустрията преработен природен газ.

В транспортната фаза и етапите на крайно потребление разходомерите са не само важни, но в редица случаи и задължителни за измерването на запаси, управлението на процеси и регулаторното отчитане. За да се гарантира прецизно измерване в дадена технологична точка, е необходимо да се избере правилният измервателен метод според характеристиките на конкретното приложение. В промишлеността индустриални разходомери се използват предимно с цел мониторинг на подавания природен газ към съответната горелка, котел, бойлер, пещ или друго съоръжение за отопление или генериране на технологична топлина.

Съображения при избора

За да се гарантира максимално адекватен и информиран избор на измервателно решение за дадена инсталация или агрегат, е необходимо да се вземат предвид някои съществени съображения във връзка с различните типове налични на пазара технологии. Ключово е да се диференцира конкретната цел на разходомера – подизмерване, промишлена обработка на газ, търговско отчитане или мониторинг на съоръжение. Основно разделение се прави на база метода – обемен или масов разходомер ще бъде използван. От съществено значение е още какъв типоразмер се изисква и дали уредът ще бъде директно интегриран в тръбопровода за прецизно измерване в реално време и целият поток ще преминава през него (inline) или ще бъде вграден в дадена зона на тръбата (insertion), за да прави представителни (и по-груби) измервания и калкулации на общия дебит/разход на база отчетените стойности в съответната зона. От техническа гледна точка е добре да се уточни и какъв принцип на присъединяване ще се прилага – фланцово, с резба и т. н.

От ключова важност е изборът да се съобрази с това какъв газ ще бъде измерван – еднокомпонентен или смес, както и с диапазона на дебита, температурата, необходимата точност и налягането. И още – ще бъде ли газът пречистен и сух или съдържащ попаднали вследствие от взаимодействието му с тръбите частици, кондензат, водни пари и други нежелани примеси.

За проектантите е особено важно и конкретното физическо място на инсталация на разходомера – при какви специфични условия ще работи, характерни ли са екстремни температури на околната и работната среда, важат ли специфични регулаторни изисквания и/или ограничения на вибрациите и шумовото замърсяване. Добре е да се вземе предвид и номиналната стойност на налягането, заложена от производителя – за ниско или високо налягане, с оглед на това дали ще се използва за детекция на изтичане и под какво налягане стандартно работи съответната инсталация.

Не на последно място е препоръчително да се отчетат и функционалните характеристики на съответното устройство – изисква ли се и по-полезен ли би бил дигитален уред, разполага ли с дисплей за визуализиране на данните от измерването и нужен ли е реално такъв, какво калибриране е необходимо, ще се изискват ли в бъдеще по-сложна електроника или подмяна/надграждане с по-нов модел и др. В редица приложения е ключово уредът да разполага с импулсен и релеен изход (например за аларми) и възможности за изпращане на данни в реално време чрез RS485 или HART протокол. В други пък е необходимо устройството да е с батерийно захранване или да има вградени функции за компенсиране на температурата или налягането.

След събиране и обобщаване на цялата тази информация обикновено става категорично ясно какъв тип разходомер би обезпечил потребностите на конкретното приложение, а изборът се свежда единствено до конкретна марка или модел според бюджета и предпочитанията.
Основни типове разходомери

На пазара се предлага широк асортимент от различни типове дебитомери и разходомери за природен газ според работния им принцип. В каталозите на големите производители в бранша могат да бъдат намерени разнообразни серии уреди за диференциално налягане, кориолисови масови разходомери, топлинни, турбинни или ултразвукови устройства, такива с калибриран отвор, модели с V-образен конусен елемент, компактни, преносими уреди и т. н.

Топлинните масови разходомери за природен газ работят на принципа, че скоростта на пренос на топлината е пропорционална на масовия дебит на газа. Те се състоят от нагреваем елемент и един или повече температурни сензори. Чрез измерване на температурната разлика между нагретия елемент и газа може да се определи дебитът или в частност разходът. Топлинните масови разходомери за природен газ измерват потока в различни единици според използваната в съответната държава метрична система (SCFM – стандартен кубичен фут за минута, MMSCFD – милиони стандартни фута на ден, kg/h, g/s, g/min, NL/h, Sm3/h, Nm3/h и т. н.) Достъпни са варианти за директно преходно интегриране (inline) или вграден монтаж (insertion) в тръбопровода.

Кориолисовите разходомери измерват директно и с най-висока точност масовия разход чрез отчитане на кориолисовите инерционни сили (ефект на Кориолис) при специфични условия на отклонение на движещ се флуид поради въртенето на Земята. Конструкцията на уреда включва вибрираща тръба, през която протича газът. Движението му кара тръбата да се усуква и степента на усукване е пропорционална на масовия дебит. Кориолисовите разходомери са подходящи и за измерване на дебит на природен газ под високо налягане.

Вихровите разходомери работят на принципа на Кармановата вихрова пътека – когато газът преминава през препятствие (преграда с кръгла форма) напречно на движението му, по течението на потока се образуват редуващи се двустранни завихряния със срещуположна посока на въртене. Съществува закономерност между честотата на вихрите и скоростта, с която флуидът обтича преградата, която се използва за определяне на скоростта на потока и разхода на контролирания флуид. Вихровите разходомери се състоят от измервателно устройство с цилиндричен корпус (с преграда и датчик) и преобразувател.

При диференциалните разходомери природният газ преминава през пластина/ринг с калибриран отвор в центъра и създава спад на налягането, който е показателен за дебита. Спадът се измерва с помощта на сензори за налягане, разположени преди и след ринга.

Особено популярни в практиката са турбинните разходомери, които използват турбинен ротор с работно колело, разположено на пътя на газовия поток. Докато газът преминава през измервателния уред, той кара ротора да се върти и скоростта на въртене (броят на оборотите на колелото) е пропорционална на обема и скоростта на потока, преминаващ през измервателния уред. Това въртеливо движение се преобразува в електрически сигнал, който след това се използва за изчисляване на дебита.

За да се оптимизират точността и производителността на измерването, обикновено се използват патентовани устройства за “изправяне” на потока, които елиминират различни смущения, като завихряне или асиметричен поток, породени от завои или Т-образни секции в конструкцията на тръбопровода преди измервателното устройство. След стабилизирането на потока напречното сечение на уреда се намалява, за да се увеличи скоростта, а с това и задвижващият импулс на средата върху работното колело на турбината. Комбинацията от технология за кондициониране на потока и оптимизиран измервателен модул дава възможност за прецизно измерване на скоростта на потока дори при ниски дебити и налягания.

Валът, върху който е фиксирано турбинното колело, е фиксиран на място с помощта на здрави сачмени лагери, които помагат да се поддържат висока надеждност и ефективност за дълги периоди на експлоатация с минимизирани потребности от поддръжка. Чрез зъбни колела и магнитен съединител оборотите на турбинното колело се предават на 8-разрядния механичен брояч, разположен в безнапорната индексираща глава. Изходът на измервателния уред е оптимизиран за намаляване на загубите на налягане и за създаване на оптимални условия на потока след измервателния уред. Измервателната касета се поддържа от специален О-пръстен. Тя не е подложена на електрическо напрежение, тъй като е физически отделена от корпуса и не се влияе от условия на околната среда като температурни колебания.