1

URZĄDZENIA POMIAROWE DLA GAZU ZIEMNEGO – GAZOMIERZE TURBINOWE –

POMIARY PALIW GAZOWYCH

Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Środowiska

Inżynieria KomunalnaPaweł Polkowski

oczyszczalnia pic2.jpgoczyszczalnia pic2.jpg

2

GAZOMIERZ TURBINOWY

• Jest to urządzenie pomiarowe, w którym siły dynamiczne przepływającego gazu wprawiają w ruch obrotowy wirnik turbiny z prędkością, będącą funkcją strumienia objętości. Liczba obrotów wirnika stanowi podstawę wskazania przepływającej przez gazomierz objętości gazu.

• Zmierzona objętość gazu jest przeliczana na warunki normalne wg wzoru redukcyjnego:

N

iPTZn KT

pVfV

1 11

1169578,2

3

ZASTOSOWANIE GAZOMIERZA

Gazomierz turbinowe stosowane są do:• pomiaru objętości gazu w celach rozliczeniowych,

pomiary gazów technicznych: m.in. powietrza, propanu-butanu, acetylenu, wodoru,

• pomiaru gazu dla odbiorców takich jak lokalne kotłownie, drobne zakłady pracy, handel, aż po opomiarowanie zakładów chemicznych, hut, całych aglomeracji przemysłowych,

• opomiarowania stacji redukcyjnych układów przesyłowych pomiarów kontrolnych, np. ciągów wyposażonych w zwężki pomiarowe,

• układów rozliczeniowych i technologicznych systemów przesyłowych i dystrybucyjnych gazu, transgranicznych stacji pomiarowych.

4

BUDOWA GAZOMIERZA

5

KLASYFIKACJA GAZOMIERZY  

Gazomierze turbinowe klasyfikuje się według:

• maksymalnego i minimalnego strumienia gazu,

• średnic nominalnych,

• funkcji jaką ma spełniać w określonym odcinku pomiarowym określonego rodzaju układu pomiarowego.

6

PARAMETRY GAZOMIERZA 

Gazomierz turbinowy ma następujące parametry:

• Qmin – minimalny przepływ, przy którym pomiar jest ważny

• Qmax – maksymalny dozwolony przepływ (konstrukcja)

• Qt – granica dopuszczalnego błędu 1% i 2%

• Zakresowość = Qmin : Qmax

• Przepływ – 0,8 do 25 000 m3/h (wg ZN do 6500)

• Średnice – DN50 do DN750 (normalne prędkości)

• Ciśnienia – PN10 do PN420

7

ZAKRESOWOŚĆ (I) 

• Zakresowość gazomierza jest definiowana jako stosunek strumienia minimalnego do strumienia maksymalnego.

• Zakresowość zależy od gęstości gazu, im większa tym bardziej wzrasta zakresowość gazomierza.

• Ze wzrostem gęstości gazu wzrasta moment obrotowy, pozwalający pokonać opory tarcia.

• Dolno zakres pomiar gazomierza zmniejsza się odwrotnie proporcjonalnie do pierwiastka gęstości gazu według zależności:

• Wyższe ciśnienie umożliwia zmniejszenie minimalnego strumienia gazu przepływającego przez gazociąg.

g

npow sp

pQQ

1minmin

8

ZAKRESOWOŚĆ (II) 

Zakresowość Qt

1:20 0,2Qmax

1:30 0,15Qmax

>=1:50 0,10Qmax

Zgodnie z normą ZN-G-4005 oraz PN-EN12261 gazomierz turbinowy o stosunku obciążeń minimalnych do maksymalnych dla zakresowości 1:20 i 1:30 i 1:50, powinien pracować przy strumieniu przejścia Qt

równym odpowiednio:

9

BŁĘDY POMIAROWE 

• Gazomierze turbinowe charakteryzują się wysoką dokładnością pomiaru. Błąd pomiaru, nawet przy małych przepływach nie przekracza +/-1%.

• Błąd wskazania gazomierza wyrażony w wartościach bezwzględnych, powinien być mniejszy od błędów granicznych dopuszczalnych.

• Jeżeli błędy między Qt i Qmax mają ten sam znak, to nie powinny przekraczać 0,5%.

• Dopuszczalny błąd graniczny zależy od wielkości strumienia objętościowego i zakresowości danego gazomierza.

Strumień gazu Q Błędy graniczne

dopuszczalne

Qmin <=Q<Qt 2%

Qt<=Q<=Qmax 1%

10

CHARAKTYRYSTYKA BŁĘDU GAZOMIERZA W FUNKCJI STRUMIENIA PRZEPŁYWU I CIŚNIENIA

Linią ciągła przedstawiono badanie niskociśnieniowe, zaś przerywana – badanie na wysokim ciśnieniu z uwzględnieniem obniżenia Qmin. Wartości Qmin i Qt zależą od strumienia maksymalnego i zakresowości gazomierza.

11

BŁĄD POMIAROWY GAZOMIERZA W FUNKCJI STRUMINIENIA PRZEPŁYWU I CIŚNIENIA

Błąd jest zależny od liczby Reynoldsa. Wpływ na wartość liczby Reynoldsa mają strumień przepływu gazu i gęstość zależna od ciśnienia.

QK

Re

12

WPŁYW PULSCJI PRZEPŁYWU NA DOKŁADNOŚĆ REJETRACJI GAZOMIERZA

• Dla dużej częstotliwości zmian przepływu o charakterze sinusoidalnym turbina nie nadąża za zmianami i obraca się prawie ze stałą prędkością.

Błąd pomiaru w takich warunkach opisuje zależność:

25,0 IQ

QI

gdzie:

Q – amplituda pulsacji strumieniaQ – średni strumień przepływu

• Zmiany przepływu o sinusoidalnym charakterze dla małych częstotliwości wahań przepływu, można pominąć, gdyż turbina nie nadąża za tymi zmianami z dostateczną dużą dokładnością.

13

WZORCOWANIE GAZOMIERZY 

• Z normy na gazomierz turbinowy PN-EN12261, wynika że gazomierz przeznaczony do pracy przy ciśnieniach o powyżej 4 bar powinien być wzorcowany przy ciśnieniu zbliżonym do roboczego.

• Ciśnienia przy którym wykonuje się wzorcowanie, powinno zawierać się w granicach (0,5–2)-krotnej wartości ciśnienia roboczego.

• Obecnie normy zakładowe PGNiG SA stosowane powszechnie w gazownictwie dopuszczają np. różnicę wskazań miedzy gazomierzem roboczym i kontrolnym równą 2%.

• Niepewność wzorcowania na stanowiskach wysokociśnieniowych szacuje się na poziomie 0,2–0,25%.

14

LEGALIZACJA I KALIBRACJA

• Gazomierz wraz z innymi przyrządami pomiarowymi (przetwornik temperatury i ciśnienia), musi być poddany legalizacji pierwotnej przed dopuszczeniem do eksploatacji.

• Legalizacja wtórna samego gazomierza, powinna być wykonywana co 5 lat dla gazomierzy turbinowych. Legalizacja jest stwierdzeniem, że przyrząd spełnia wymagania metrologiczne określone w przepisach i może być stosowany do celów rozliczeniowych. Legalizacji dokonują akredytowane laboratoria (np. Centralne Laboratorium Pomiarowo-Badawcze PGNiG).

• Legalizacja polega na porównaniu wskazania badanego gazomierza z gazomierzem wzorcowym, zwanym etalonem. Etalon jest przyrządem o wyższej klasie metrologicznej, a zatem niższej niepewności pomiaru. W procesie legalizacji wskazania etalonu przyjmuje się umownie jako wartości dokładne, względem których jest obliczany błąd pomiaru gazomierza badanego.

• Kalibrację gazomierza, która może być wykonana przez operatora gazociągów (a nie przez laboratorium akredytowane) wykonuje się w celu wstępnej oceny, czy dany gazomierz kwalifikuje się do ponownej legalizacji.

.

15

PODSUMOWANIE – pomiar i błędy (I)

• Dla przeprowadzenia pomiaru strumienia objętościowego należy dobierać gazomierz turbinowy tak aby pomiar odbywał się w zakresie strumienia między strumieniem przejścia, a strumieniem maksymalnym.

• Pomiar przepływu gazu przy wysokich ciśnieniach powinien odbywać się przy wydajnościach odniesionych do warunków normalnych (powyżej kilkudziesięciu tys. m3/h w zależności od ciśnienia).

• Pomiary po stronie wysokiego ciśnienia są dodatkowo obciążone błędami pomiarowymi, wynikającymi ze znacznych zmian strumieni przepływającego gazu.

16

PODSUMOWANIE – pomiar i błędy (II)

• Aby mierzyć przepływający gaz z odpowiednią dokładnością na wysokim ciśnieniu należy posiadać gazomierz o bardzo wysokiej klasie dokładności.

• Niewielki błąd pomiary gazomierza na wysokim ciśnieniu generuje duże straty w postaci niezmierzonego gazu.

• Pomiary na wysokim ciśnieniu powinny być prowadzone generalnie dla dużych, nie zmieniających się wydajności przepływu.

17

ZALETY GAZOMIERZY

Zastosowanie gazomierzy pracujących na wysokim ciśnieniu umożliwia:

• Zmniejszenie instalacji pomiarowej, co obniża znacznie jej koszty,

• Rozszerzenie zakresowości (jest proporcjonalne do pierwiastka ciśnienia i wynika z obniżenia dolnej granicy zakresu obciążeń gazomierza) gazomierzy oraz poprawę liniowości ich charakterystyki.

18

WADY GAZOMIERZY

Instalowanie gazomierzy na wysokim ciśnieniu ma swoje mankamenty:

• Gaz po redukcji ma stałe ciśnienie, natomiast przed redukcją występują wahania powodujące trudności z doborem gazomierza,

• Charakterystyki gazomierzy wzorcowanych na niskociśnieniowych stanowiskach powietrznych mogą się znacznie różnić od ich charakterystyk przy wysokim ciśnieniu,

• Brak stanowiska wysokociśnieniowego w kraju. Koszt wzorcowania gazomierza na ciśnieniu wysokim za granicą może być porównywalny z kosztem samego gazomierza. Koszty przedsięwzięcia zwiększa transport i zapewnienie gazomierza zastępczego.

19

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ