6 Измерение расхода газа и жидкости в трубопроводе

На промыслах часто возникает необходимость измерять расходы газов и жидкостей непосредственно в трубопроводах при помощи различных приборов.

Один из таких приборов – трубчатый расходомер Вентури, который может устанавливаться на трубопроводе как вертикально, так и горизонтально.

Рисунок 13 – Расходомер Вентури

Предположим, что жидкость (газ) в расходомере Вентури, расположенном горизонтально (рисунок 13), движется справа налево. Составим уравнение Бернулли для сечений 1 – 1 и 2 – 2, пренебрегая потерями на трение р1/(ρ·g) + υ1^2/(2·g) = р2/(ρ·g) + υ2^2/(2·g), откуда (р1 – р2)/(ρ·g) = (υ2^2 – υ1^2)/(2·g) = Н.

Исходя из уравнения неразрывности потока, в указанных сечениях должно сохраняться постоянство объемного расхода G_V (Q) (м³/с), т. е.

υ₁·s₁ = υ₂·s₂.

Тогда

υ₁ = υ₂·(s₂/s₁).

Таким образом,

Н =[υ₂²/(2·g)]·[1 - (s₂/s₁)²].

Из этого выражения определим среднюю скорость в сечении 2 – 2

υ₂ = √2·g·Н/[1 - (s₂/s₁)²].

Тогда искомый расход жидкости будет

G _V (Q) = υ₂·s₂ = s₂·√2·g·Н/[1 - (s₂/s₁)²].

В последнюю формулу обычно вводится поправочный коэффициент α, учитывающий неравномерность распределения скоростей в поперечных сечениях потока, а также потери напора на трение между сечениями 1 – 1 и 2 – 2. С учетом сказанного последнюю формулу можно записать

G _V (Q) = α·s₂·√2·g·Н/[1 - (s₂/s₁)²].

Коэффициент расхода α устанавливается для каждого расходомера в процессе его тарировки.

Е сли перепад давления в расходомере Вентури Н измеряется ртутью, то последняя формула запишется так:

G_V (Q) = α·s₂·√2·g·(ρ_рт - ρ)·Н/[1 - (s₂/s₁)²], м³,

где ρ_рт – плотность ртути;

ρ – плотность из­меряемой среды.

Кроме расходомера Вентури, расход газа часто измеряют дрос­сельными устройствами с под­ключенными к ним самопишущими дифференциальными маномет­рами.

Принцип действия дроссельного устройства так же, как и расходомера Вентури, основан на изменении перепада давления, обусловленного установленной на газопроводе измерительной диафрагмой, имеющей меньшее проходное сечение, чем газопро­вод.

На нефтяных месторождениях наиболее распространены камерные диафрагмы (рисунок 14). Когда газ проходит через суженное речение диафрагмы, его скорость увеличивается, а давление умень­шается. За диафрагмой происходит обратное: скорость газа уменьшается и давление увеличивается, но не до начального.

Суточный дебит газа (м³) при измерении камерной диафрагмой подсчитывается по формуле

V _г = 1700·α·ε·k₁·k_t·d²·√(p₁·H)/(Δ·Τ·z),

где α – коэффициент расхода, зависящий от отношения β = d/D (рисунок 15, а);

d – диаметр диафрагмы, мм;

D – внутренний диаметр трубопровода, мм;

ε – поправочный коэффициент на расши­рение струи газа, определяемый в зависимости от отношений Н/р₁ = (р₁ – р₂)/р₁ и m = d²/D² (рисунок 15, б);

k₁ – суммарная поправка на недостаточную остроту входной кромки диафрагмы и шерохо­ватость трубопровода;

k_t – поправочный коэффициент на тепло­вое расширение диафрагмы, который можно принимать равным единице;

р₁ – абсолютное давление до диафрагмы, МПа;

Н – перепад давления до и после диафрагмы, мм рт. ст.;

Т – абсолютная температура газа перед диафрагмой (273,16+t, °С);

z – коэффициент сжимаемо­сти, учитывающий от­клонение реальных газов от идеального;

Δ – относительная плотность газа по воздуху.

Рисунок 14 – Схема камерной диафрагмы: 1 – разделительные бачки; 2 –дифманометр

Рисунок 15 – Графики для определения суточного дебита газа: а – коэффициент расхода α; б – поправочный коэффициент на рас­ширение струи газа ε

Для непрерывного измерения расхода газа на компрессорных станциях и установках подготовки нефти широко применяются самопишущие дифференциальные манометры ДП-430, ДП-610, которые имеют механизмы записи дифференциального и статиче­ского давлений и привод диафрагмы от часового механизма.

Автор Нуждина Зинаида Ивановна, Отрадненский нефтяной техникум