И. Б. АМУРАЛЬ – к.э.н., ООО НПО «Турбулентность-ДОН», gd@turbo-don.ru
Р. И. СОЛОМИЧЕВ – к.т.н., ООО НПО «Турбулентность-ДОН», sktb_solomichev@turbo-don.ru
С. В. СОЛОМИЧЕВА – ООО НПО «Турбулентность-ДОН», sktb_razvitie2@turbo-don.ru
Р. В. ДОНЧЕНКО – ООО НПО «Турбулентность-ДОН», sktb_sector21@turbo-don.ru
В. В. МИРОНОВ – ООО «Газпром трансгаз Саратов», secr@utg.gazprom.ru
А. Ю. ГОДЛЕВСКИЙ – к.т.н., ООО «Газпром трансгаз Саратов», Godlevsky-ay@utg.gazprom.ru
Г. В. СОРОКИНА – ООО «Газпром трансгаз Саратов», Sorokina-GV@utg.gazprom.ru
Д. Г. КАТИМУЛЛИН – ООО «Газпром трансгаз Саратов», Katimullin-DG@utg.gazprom.ru
В статье представлены результаты разработки и опытно-промышленной эксплуатации инновационного широкодиапазонного ультразвукового расходомера UFG-F-S, предназначенного для измерения объемного расхода природного газа в динамическом диапазоне 1:400. Проблема измерения расхода газа через газораспределительные пункты (ГРП) заключается в необходимости учета как малых, так и высоких расходов, что требует использования нескольких расходомеров с различными диапазонами измерений. Разработка ООО НПО «Турбулентность-ДОН» позволяет решить эту задачу с помощью одного устройства. Основное техническое решение заключается в использовании двух комплектов ультразвуковых датчиков, установленных под различными углами к оси трубопровода. Одна группа датчиков, установленных под малым углом, обеспечивает высокую чувствительность при измерении низких расходов, вторая группа, установленная под большим углом, предназначена для измерения высоких расходов. Это позволяет расширить динамический диапазон измерения до 1:400, что значительно превосходит возможности стандартных ультразвуковых расходомеров, обеспечивающих диапазон не более 1:200. Результаты опытно-промышленной эксплуатации двух образцов расходомеров UFG-F-S с диаметрами 80 и 150 мм, проведенной на объектах АГРС «Урожай» и УИРГ АГРС «Комсомолец» в Саратовской области, подтвердили работоспособность опытных образцов разработанного комплекса и его надежность в различных условиях эксплуатации.
Ключевые слова: ультразвук, скорость потока, динамический диапазон, времяимпульсный метод измерения
Общая постановка проблемы
Измерение объемного расхода природного газа является одной из ключевых задач в газовой промышленности. Особую сложность представляет учет расхода через газораспределительные пункты, где в зависимости от сезона наблюдаются значительные колебания объемов потребления. Летом расходы газа могут быть минимальными, что требует высокой чувствительности расходомера, а зимой, напротив, потребление газа значительно возрастает, что требует измерения высоких расходов.
Стандартные ультразвуковые расходомеры, используемые в промышленности, обеспечивают динамический диапазон измерения не более 1:200, что делает их непригодными для работы в условиях значительных колебаний расхода. Для решения этой проблемы традиционно используются несколько расходомеров, каждый из которых рассчитан на определенный диапазон измерений. Однако такой подход увеличивает стоимость оборудования и усложняет его эксплуатацию.
Разработка широкодиапазонного ультразвукового расходомера UFG-F-S, выполненная ООО НПО «Турбулентность-ДОН», позволяет решить эту проблему за счет использования инновационной конструкции корпуса первичного преобразователя, обеспечивающей динамический диапазон 1:400 с удовлетворительной точностью измерения.
Цель и задачи разработки
Целью работы является создание опытно-промышленных образцов измерительного комплекса на базе ультразвукового расходомера с расширенным диапазоном измерения объемного расхода природного газа, приведенного к стандартным условиям с функцией измерения малых расходов для нужд ООО «Газпром трансгаз Саратов», а также проведение исследовательских испытаний образцов измерительного комплекса с последующей их установкой на подконтрольные узлы измерения расхода газа.
Основание выполнения ОКР – отсутствие на рынке средств измерений, позволяющих обеспечить достоверность измерений расхода газа в диапазоне его изменения 1:400 с заданной точностью.
Решение задач и результаты разработки
Основу сети газораспределения составляют газораспределительные станции (ГРС), из которых не менее 80% составляют ГРС с мощностью до 20000 ст. м3/час. При этом показатели объемного расхода газа при учете характеризуются значительными колебаниями в зависимости от времени года, и времени суток. Диапазон изменения расходов, проходящих через ГРС достигают значений от 1:100 до 1:400, что не позволяет обеспечить достоверность измерений расхода газа средствами измерений, предусмотренными имеющимися проектными решениями.
На сегодняшний день самым широким динамическим диапазоном измерения расхода газа с приемлемой точностью обладает единственный метод измерения – ультразвуковой [1, 2]. Одной из задач на пути совершенствования системы учета и эксплуатации также является точное определение объемов газа во всем диапазоне работы ГРС, а именно:
- при измерении объемного расхода и объема газа при рабочих условиях в диапазоне расходов Qmin ≤ Q < 0,025 Qmax пределы допускаемой относительной погрешности должны составлять не более ± 1,0%;
- при измерении объемного расхода и объема газа при рабочих условиях в диапазоне расходов 0,025 ≤ Qmax Q < Qmax пределы допускаемой относительной погрешности должны составлять не более ± 0,5%.
На момент проработки технических решений при создании широкодиапазонного измерительного комплекса (ШИК) учитывались основные требования ГОСТ 8.611-2013, а также СТО Газпром 5.37-2020, где указано «На узлах измерения (УИ) класса А, УИ классов Б и В категорий I и II корпусные ультразвуковые преобразователи расхода (ПР) должны иметь не менее четырех акустических каналов». Схемы с многократным отражением ультразвуковых колебаний не рассматривались для повышения чувствительности измерений в области малых расходов, так как с течением времени, по мере загрязнения отражающей поверхности, имеет место увеличивающаяся аддитивная не исключенная составляющая погрешности измерения скорости звука.