автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.15, диссертация на тему:Исследование метрологических характеристик измерительных комплексов расхода природного газа

Номер стр.

раздела

1. Введение.

2 Достоверность измерений объема в стандартных условиях измерительными комплексами с различными первичными преобразователями расхода.

2.1 Анализ достоверности измерений измерительных комплексов с различными первичными преобразователями расхода.

2.2 Анализ влияния суточного измерения состава природного газа на достоверность измерения объема в стандартных условиях.

2.3. Исследование влияния на вид функции преобразования измерительных комплексов суточного изменения состава природного газа.

3 Увеличение точности измерений массового расхода с помощью критических сопел.

3.1. Анализ методики выполнения измерений массового расхода на критических соплах по МИ 1538-86.

3.2 Теоретические основы измерения массового расхода на критических соплах на основе газодинамических подходов.

3.3. Калибровка критических сопел.

3.4 Методика косвенного измерения массового расхода на критических соплах (методика ВНИИМС).

4 Увеличение достоверности измерений объема в стандартных условиях и сведение баланса по природному газу.

4.1 Проблема небаланса по результатам измерений с помощью измерительных комплексов и особенности ее решения в структурах Тюменского региона.

4.2 Формирование устойчивой структуры газораспределения и достоверных результатов измерений измерительных комплексов с различными первичными преобразователями расхода при сведении балансов.

4.3 Особенности сведения балансов по МИ 2578-2000 в Тюменском регионе.

Актуальность темы. Проблема методической погрешности (далее достоверности) измерений тесно связана с точностью учета количества природного газа и небаланса между поставщиком и потребителями. Решение этих задач относится к компетенции Госстандарта РФ (проблема точности измерений с учетом методической погрешности или метрологической достоверности) и газораспределительных организаций (учет количества природного газа и сведение балансов). Эти задачи тесно связаны друг с другом. Без разработки методики решения балансных задач потери информации, вызванные недостоверным учетом, приводят к существенным финансовым потерям. В частности небаланс только по одной газораспределительной станции (ГРС) составляет десятки млн. рублей/год.

Важным аспектом проблемы метрологической достоверности является повышения качества градуировки промышленных расходомеров и счетчиков (далее измерительных комплексов) с использованием эталонного расходомера на критических соплах - это, по существу, повышение точности всего парка промышленных измерительных комплексов с различными первичными преобразователями расхода (ИК): с сужающими устройствами, турбинными, ротационными, барабанными, ультразвуковыми, кориолисовыми и другими первичными измерительными преобразователями.

Повышение достоверности и точности измерений расхода природного газа - это прямой вклад Госстандарта РФ в экономику страны.

Цель работы увеличения достоверности измерений массового расхода на критических соплах, как эталонного метода при калибровке промышленных измерительных комплексов, повышение достоверности измерений измерительных комплексов путем создания методики измерений расхода и количества природного газа в реальных условиях измерений и сведение баланса при учете газа между поставщиком и потребителями в Тюменском регионе (на примере ГРС КС-11).

Методы и методики исследования. Основные задачи работы решались моделированием работы измерительных комплексов в трубопроводных сетях ГРС, согласованием законов сохранения массы, энергии и количества движения в газодинамической форме на входе и сжатом сечении критического сопла и исследованием алгоритма ВММ (алгоритм, предложенный ВНИИМС, Мосгазом и Мособлгазом) для Тюменского региона.

Научная новизна. Показано, что стабильность состава природного газа оказывает существенное влияние на технические и метрологические характеристики измерительных комплексов природного газа. Предложено учитывать погрешность стабильности состава природного газа на метрологические характеристики измерительных комплексов в реальных условиях эксплуатации путем введение поправки на стабильность состава, как отношения плотности в стандартных условиях в реальных условиях измерения к минимальной плотности в стандартных условиях по сертификату на газ.

Разработаны методики и алгоритмы измерения массового расхода на критических соплах и калибровки, которые основаны на новом подходе , выражающимся в согласовании законов сохранения массы, энергии и количества движения во входном и сжатом сечениях критического сопла

Предложен алгоритм определения пределов абсолютной погрешности измерительных комплексов поставщика и потребителей в реальных условиях эксплуатации и определение количества природного газа на основе приборного контроля.

Исследован и скорректирован алгоритм ВММ для решения балансных задач в Тюменском регионе на примере ГРС КС-11.

Практическая ценность. Разработаны методики оценки погрешности измерительных комплексов с первичными преобразователями различного типа в реальных условиях измерения.

Предложены алгоритмы, обеспечивающих калибровку эталонного метода измерения массового расхода на критических соплах и новую методику измерения массового расхода на критических соплах

Произведена проверка алгоритма ВММ с разработкой программы в Тюменском регионе на примере сведения баланса УСГР ГРС КС-11.

Реализация результатов. Разработана первая редакция правил по метрологии «Типовые требования к методике выполнения измерений в реальных условиях эксплуатации объема природного газа в стандартных условиях, результаты которых используются при взаимных расчетах между поставщиком и потребителями в коммунальном хозяйстве», которые проходят стадию согласования в заинтересованных организациях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III и IV конференциях «Метрологическое обеспечение учета энергетических ресурсов»(Сочи, 2001 и 2002), на первой международной на-учно-практической конференции Теплосиб - 2002.

Публикации. Опубликованы 9 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных результатов и выводов, списка литературы (объемом 79 стр.) и приложений (объемом 28 стр.).

5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Предложен новый подход измерений массового расхода на критических соплах, вызванный наличием методической погрешности (по оценка она может достигать более 2,0%), связанной с применением ряда устаревших положений , в действующем документе МИ 1538-86.

Разработаны методики и алгоритмы измерения массового расхода на критических соплах и калибровки , которые основаны на новом подходе, выражающимся в согласовании законов сохранения массы, энергии и количества движения во входном и сжатом сечениях критического сопла.

2. Показано, что стабильность состава природного газа оказывает существенное влияние на технические и метрологические характеристики узлов учета природного газа, так как функция преобразования большинства первичных преобразователей определяется объемом природного газа в рабочих условиях, требующих пересчета на стандартные условия. Этот пересчет должен сопровождаться наличием информации о текущем значении плотности в стандартных условия за отчетный период. При сертификации счетчиков и их калибровке известным является только договорная плотность в стандартных условиях соответствующая минимальному значению из сертификата на природный газ поставщика в данном регионе.

Градуировка большинства счетчиков выполняется на воздухе, а их эксплуатация производится на природном газа. Такая возможность не обоснована экспериментально, а принимается в качестве предположения, что также вызывает необходимость в обосновании достоверности измерений.

В частности в Тюменском регионе за отчетный период с ¡января по 31 декабря 2000 г плотность в стандартных условиях природного газа изменялась от 0,6794 кг/м3 до 0,6893 кг/м3 (по данным хроматографиче-ского анализа).

3. Обосновано и предложено корректировать показания узлов учета с помощью произведения коэффициентов, отражающих постоянство состава, как отношение плотностей в стандартных условиях действительного и договорного (Кс) и отношение коэффициентов сжимаемости (Кг). За отчетный период с 1 января по 31 декабря 2000 г произведение корректирующих коэффициентов Кс К2 достигали значения 1,0161 (по хроматографу), что для Тюменского региона означает изменение объемов поставки и потребления газа в пределах от 1 до 1,6% по сравнению с приборным контролем.

В методе переменного перепада давления корректировка осуществляется автоматически в процессе выполнения измерения, в остальных методах она отсутствует, что приводит к недостоверным измерениям.

Предложен алгоритм определения пределов абсолютной погрешности углов учета поставщика и потребителей в реальных условиях эксплуатации и определение количества природного газа на основе приборного контроля.

4. Показано, что решение балансных задач -это переход от результата измерения в виде значения количества и его пределов абсолютной погрешности к значению, которое не может содержать никакой неопределенности (учитываемое количество). Этот переход возможен только путем разработки определенных согласованных между всеми участниками коммерческих учетов правил и находится вне компетенции Госстандарта РФ, а является задачей продавца газа. Но эта задача не может быть решена без привлечения результатов измерения на узлах учета и их метрологических характеристик.

5. В результате выполненных исследований разработаны рекомендации, позволяющие существенно увеличить достоверность измерений.

Разработаны первая редакция правил по метрологии ПР 50.2 2002. Типовые требования к методике выполнения измерений в реальных условиях эксплуатации объема природного газа в стандартных условиях, результаты которых используются при взаимных расчетах между поставщиком и потребителями в коммунальном хозяйстве

1. Закон РФ «Об энергосбережении» от 3 апреля 1996 г. №28-ФЗ

2. Закон РФ «Об обеспечении единства измерений» от 27 апреля 1993 г. №4871-1

3. Закон РФ «О газоснабжении в РФ» от 31 марта 1999 г.№69-ФЗ 1.

4. Б.М.Беляев, В.Г.Патрикеев, И.М.Шенброт. Проблема методики выполнения измерений расхода и количества природного газа в стандартных условиях по ГОСТ 8.563.2-97. Там же. Стр. 73

5. ISO 5167-1: 1991 (Е) .Measurement of fluid flow means of pressure differential devices. Parti: Orifice plates, nozzles and Ventyri tubes inserted in circular cross-section conduits running full Switzerland. ISO .1991

6. ГОСТ 8.563.2-97 ГСОЕИ. Измерение расхода и количества жидкостей и газов методом переменного перепада давления. Методика выполнения измерений с помощью сужающих устройств. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск.

7. ГОСТ 30319.0-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Общие положения. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск.

8. ГОСТ 30319.1-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск.

9. ГОСТ 30319.2-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение коэффициентов сжимаемости. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск.

10. ГОСТ 30319.3-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств по уравнению состояния. Межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск.

11. Ю.Ф.Морозов, Д.И.Гудков, В.А.Власов Перспективы и значение повышения точности расходомерных сужающих устройств //Измерительная техника №6, 2002 г.

12. Б.М.Беляев ,В.Г.Патрикеев, В.В.Вагин. Оценка достоверности измерений объема природного газа в стандартных условиях с помощью счетчиков. // Датчики и системы № 2002.

13. Асташенков А.И., Беляев Б.М., Патрикеев В.Г., Иполитов Б.А., Шаронов A.M. (ВНИИМС), Вагин В.В.(Тюменский ЦСМ). Достоверность измерений расхода и объема природного газа в коммунальном хозяйстве и пути ее повышения// Измерительная техника, № 2002

14. ГОСТ 2939-63. Газы. Условия для определения объема.

15. Диньков В.А., Галлиуллин З.Е., Подкопаев А.П. Расчет коэффициентов сжимаемости углеводородных газов и их смесей- М. , Недра, 1984

16. ПР 50.019-96. ГСИ. Количество природного газа. Методика выполнения измерений при помощи турбинных и ротационных счетчиков.

17. МИ 2588-2000 ГСИ. Расход и количество жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью измерительных комплексов с сужающими устройствами для значения эквивалентной шероховалтости измерительных трубопроводов Яш*10 /О свыше 30;

18. Беляев Б.М., Вагин В.В., Патрикеев В.Г. Перспективы развития метрологического обеспечения учета энергоресурсов. Всероссийская научно-техническая конференция Госстандарт РФ, ВНИИМС. Сочи 29.053.06, 2001 г.

19. Г.Н. Абрамович. Прикладная газовая динамика -М.: Гос.изд-во технико-теоретической литературы, 1953 г. 736 с.

20. МИ 1538-86. Методические указания . ГСИ. Критические расходомеры. Методика выполнения измерений массового расхода газа.

21. ISO 9300- 1990(E) Measurement of gas flow by means of critical flow Venturi nozzles.

22. ISSN 0341-7964. PTB Testing Instructions. Volume 25. Gas meters-test rigs with critical nozzles -1998

23. Беляев Б.M., Вагин В.В., Патрикеев В.Г. Анализ существующих методов измерения массового расхода на критических соплах// Измерительная техника № 5, 2002.

24. ГСССД 1-87 Фундаментальные физические константы.

25. Беляев Б.М., Вагин В.В., Патрикеев В.Г. Методика ВНИИМС выполнения измерения массового расхода на критических соплах // Измерительная техника №4, 2002 г.

26. Беляев Б.М. , Вагин В.В., Патрикеев В.Г. Методика ВНИИМС выполнения калибровки критических сопел //Измерительная техника № 4, 2002 г.

27. Вагин В.В. Опыт сведения баланса в Тюменском регионе по МИ 2578-2000 //Законодательная и прикладная метрология, № 5, 2002 г.

28. Б.М.Беляев, В.Г.Патрикеев (ВНИИМС), О.М.Ляпина, В.Н.Царьков (Мособлгаз), Э.А.Егорова, Ю.Е.Колосков (Мосгаз). Сведение баланса при газораспределении // Измерительная техника № 3, 2002 г.