Emets S. Islamutdinova A

Norwegian Journal of development of the International Science No 44/2020 TECHNICAL SCIENCES

FEATURES OF IMPLEMENTATION OF THE CALIBRATION CHARACTERISTICS OF A TURBINE FLOW CONVERTER

Emets S.

Associated Professor, Candidate of technical sciences, Ufa State Petroleum Technological University, Ufa

Islamutdinova A.

Student, Ufa State Petroleum Technological University, Ufa

ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ГРАДУИРОВОЧНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТУРБИННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ РАСХОДА

Емец С.В.

Доцент, кандидат технических наук, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа

Исламутдинова А.А.

Студент, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г.Уфа

Abstract

The metrological accuracy of measuring the liquid flow rate, and, accordingly, the accuracy of commercial accounting of the entire measuring system, depend on the ways to implement the calibration characteristic in the flow calculator memory. This article presents one of the optimal methods for implementing the calibration characteristic of a turbine flow meter.

Аннотация

От способов реализации градуировочной характеристики в памяти вычислителя расхода зависит метрологическая точность измерения расхода потока жидкости и, соответственно, точность коммерческого учета всей измерительной системы. В данной работе представлен один из методов реализации градуировочной характеристики турбинного расходомера.

Keywords: metering, turbine flow meter, calibration characteristic, universal viscosity curve.

Ключевые слова: учет, турбинный расходомер, градуировочная характеристика, универсальная кривая вязкости.

На сегодняшний день метрологические особенности учета нефти интересуют широкий круг специалистов. Повышение точности измерения расхода нефти является задачей, в решении которой до сих пор остаются нерешенные вопросы технического и методического характера.

Самым распространенным способом измерения количества прошедшей по трубе жидкости считается использование объемных расходомеров. Одной из основных метрологических характеристик данных расходомеров является градуировочная характеристика (ГХ), то есть количественная зависимость результатов измерений от измеряемой величины. Реализация ГХ оказывает сильное влияние на метрологические показатели всей измерительной системы, в том числе на суммарную погрешность, и поэтому заслуживает серьёзного рассмотрения.

Достаточно часто эта задача встречается при использовании турбинных расходомеров. Турбинный расходомер состоит из свободно вращающейся турбины или импеллера, установленного между двумя подшипниками внутри цилиндрического линейного корпуса. Поток протекающей жидкости передает силу по касательной лопаткам импеллера, вызывая вращение турбины [1, с.14]. Общий вид данного расходомера представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Общий вид турбинного преобразователя расхода

Одна из основных метрологических характеристик турбинного расходомера - коэффициент преобразования, который характеризует количество выходных импульсов расходомера на один кубометр прошедшей через него жидкости. Согласно международным стандартам этот коэффициент называют К-фактором.

В общем случае К-фактор представляет собой не просто коэффициент пропорциональности между числом выходных импульсов и объемом прошедшей через расходомер жидкости, а сложную функциональную зависимость, которая формируется исходя из конструктивных особенностей счетчика и физико-химических свойств протекающего потока. Это является одной из основных причин увеличения систематической погрешности преобразователя расхода [2, с. 44].

Самый простой способ реализации ГХ – линейная зависимость между входной и выходной величинами турбинного преобразователя, то есть, один и тот же К-фактор используется на весь диапазон измерения расхода. Однако в реальности добиться такой стабильной работы расходомера практически невозможно. Поэтому ГХ обычно представляют в виде ломаной, кривой линии или совокупности кривых линий.

Практическая градуировочная характеристика турбинного расходомера условно близка к гиперболической функции, как это представлено на рисунке 2.

Рисунок 2. Градуировочная характеристика турбинного расходомера

Однако, при увеличении масштаба ГХ в рабочем диапазоне, она может иметь очень сложную форму, что изображено на рисунке 3.

Рисунок 3. Реальная ГХ турбинных расходомеров при увеличении масштаба

ГХ строится по нескольким точкам расхода измеряемой жидкости, полученным при реальной поверке/калибровке расходомера. Расходомер должен поверяться с несколькими различными расходами по диапазону расхода для получения коэффициентов преобразования в каждой поверяемой точке. С метрологической точки зрения чем больше точек, тем ближе кривая к реальным данным. Но каждая точка требует определенных затрат при калибровке/поверке расходомера, поэто-

38 Norwegian Journal of development of the International Science No 44/2020 му необходимо заранее выбрать оптимальное ко- раметр жидкости, влияющий на производительличество точек. Также необходимо выбрать тип ность турбинного расходомера. оптимальной кривой, иначе возникнут некоррект- Объемный расход в реальном времени полуные отклонения в каких-либо точках, что снова чается с учетом измерения рабочей температуры приведет к увеличению погрешности. То есть для определения рабочей кинематической вязконеобходимо установить связь между типом кривой сти путем обращения к таблице соответствия теми другими параметрами. пературы и вязкости перекачиваемого продукта.

Исходя из вышесказанного, можно сказать, Частота измеряется непосредственно с расходомечто точность турбинного расходомера сильно за- ра и делится на кинематическую вязкость. Это висит от критериев К-фактора, к которым можно соотношение частоты и вязкости используется для отнести: определения «правильного» K-фактора для кон- чувствительность к диапазону расхода (К- кретной рабочей температуры и вязкости. фактор меняется с изменением расхода, данный На рисунке 4 показаны градуировочные хакритерий должен быть учтен при работе расходо- рактеристики жидкости с различной вязкостью. мера); Производительность турбинного расходомера - чувствительность к параметрам измеряемого является функцией числа Рейнольдса, которое сапродукта (турбинные расходомеры чувствительны мо по себе является характеристикой существуюк параметрам нефти, например, к вязкости). щих условий потока. Это обусловлено тем, что

Одним из способов уменьшения чувствитель- мера ламинарного или турбулентного характера ности турбинного преобразователя расхода к вяз- потока характеризует число Рейнольдса. Числикости перекачиваемой жидкости является постро- тель в числе Рейнольдса напрямую связан с имение «универсальной кривой вязкости» (UVC), так пульсом, которым обладает жидкость. как кинематическая вязкость – это ключевой па-

Рисунок 4. Влияние вязкости на ГХ турбинного расходомера

Знаменатель представляет собой абсолютную вязкость жидкости и, следовательно, напрямую связан со сдвиговыми силами, существующими в жидкости. Следовательно, число Рейнольдса представляет собой отношение импульса к вязким силам [3].

UVC представляет собой график зависимости чувствительности измерителя (количество импульсов на единицу объема) от числа Рейнольдса. Он отражает совокупное влияние скорости, плотности и абсолютной вязкости, действующих на измеритель. Последние два объединяются в один параметр с помощью кинематической вязкости.

Результатом этого графика является одна непрерывная кривая, охватывающая диапазон возможных измерительных частот и вязкостей (рис. 5).

Данный метод является очень мощным инструментом для точного определения расхода с помощью турбинных расходомеров. Однако у него есть ограничения, о которых следует помнить. Основное ограничение заключается в том, что оно применимо, в основном, в линейном диапазоне турбинных расходомеров. Другое ограничение метода UVC состоит в том, что, хотя он компенсирует вязкость (которая может быть вызвана изменениями температуры и/или давления), он не компенсирует другие эффекты температуры и давления, например, расширение корпуса расходомера.