Основная техническая информация на ультразвуковой счетчик газа Flowsic 600

1. Принцип измерения ультразвукового счетчика

В корпусе счетчика напротив друг друга, под углом к оси потока установлены два преобразователя А и B, таким образом формируя измерительный луч. Одновременно может использоваться до 4 измерительных лучей. Преобразователи работают попеременно как передатчики и приемники сигнала. Ультразвуковой импульс пересекает поток газа от одного датчика к другому. При отсутствии потока газа, импульсы распространяются с одинаковой скоростью (скоростью звука в данной среде) в обоих направлениях. При движении газа через счетчик импульс в направлении потока газа проходит быстрее, в то время как импульс, проходящий против течения газа, медленнее. Это значит, что время прохождение импульса по направлению потока (tv) меньше, чем время прохождения импульса против потока (tr). После определения времени прохождения луча по потоку и против потока по нижеприведенной формуле счетчик рассчитывает скорость проходящего газа:

L — расстояние между преобразователями, м;

tv — время прохождения сигнала по потоку, с;

tr — время прохождения сигнала против потока, с;

— угол расположения преобразователей к оси потока, град.

После определения скорости газа рассчитывается объемный расход:

где:

Q — объемный расход, м3/час;

D — внутренний диаметр счетчика.

2. Устройство ультразвукового счетчика

Преобразователь представляет собой пьезокерамический элемент, соединенный с диафрагмой. Чтобы передать сигналы на пьезокерамический элемент подается переменный ток, который приводит к колебанию пьезокерамического элемента (пьезоэлектрический эффект). Эти колебания передаются в измеряемую среду. Колебания распространяются как акустические волны в среде и воспринимаются диафрагмой на противоположном датчике через некоторое время распространения, которое зависит от скорости звука в измеряемой среде и скорости движения самой среды. С помощью обратного пьезоэлектрического эффекта акустические волны, дошедшие до преобразователя, преобразуются в электрический сигнал и затем используются для анализа и расчетов. Преобразователи герметично уплотнены и закрыты внешней металлической оболочкой. В качестве стандартного материала используется титан. В особо агрессивных условиях применяются нержавеющая сталь или сплав Hastelloy. Датчики могут работать при давлениях до 250 бар (или при давлениях ниже внешнего атмосферного давления) и температурах до плюс 220°C. Характеристика временной задержки датчика также предельно стабильна вне зависимости от времени, давления и температуры. Датчики фактически не имеют дрейфа.

Многолучевая конфигурация ультразвукового счетчика без применения метода отражения сигнала имеется ряд преимуществ:

Блок обработки сигналов содержит все электронные компоненты, необходимые для управления ультразвуковыми преобразователями. Он генерирует передаваемые сигналы и рассчитывает в соответствии с принятыми сигналами измеренное значение. Кроме того, он снабжен интерфейсами для выдачи сигналов и связи с терминалом для конфигурации и настройки. Текущие показания счетчика, ошибки, предупреждения и сбои в электроснабжении сохраняются в энергонезависимом запоминающем устройстве (FRAM). FRAM обладает неограниченном количеством циклов записи и гарантирует надежное сохранение данных в течении минимум 10 лет. Блок обработки сигнала может быть снабжен передней панелью со светодиодами LED для отображения состояния или жидкокристаллическим LCD дисплеем. Выбор показаний осуществляется с помощью специального магнитного карандаша. Клеммы для подключения питания и монтажных соединений размещены в задней части блока в отдельной соединительной коробке с обеспечением защиты и контроля от несанкционированного вскрытия.

3. Основные технические характеристики

Диапазоны измеряемых расходов для различных типоразмеров

4. Габаритные размеры и вес

Примечание:

1.  Размеры В и С указаны при исполнении фланцев счетчика по DIN 2633, 2636 и 2637;

2.  Неуказанные размеры и размеры В и С при исполнении фланцев счетчика по ГОСТ или ANSI B16.5 предоставляются ООО «АСУ Нефтегаз» по запросу;

3.  При исполнении фланцев счетчика по любому из стандартов DIN, ANSI или ГОСТ размер A не изменяется.

5. Способы монтажа

Счетчик устанавливается в газопровод в соответствии с выполняемыми задачами по измерению различных потоков газа.

В соответствии с нормативными документами и рекомендациями изготовителя счетчика при движении газа в одном направлении счетчик устанавливается между прямолинейными участками длиной 10Ду до и 3Ду после. При ограниченном пространстве для размещения прямолинейного участка длиной 10Ду возможно применение прямолинейного участка с устройством подготовки потока (УПП) и сокращением его длины до 5Ду.

Преобразователь температуры устанавливается в прямолинейном участке, расположенном за счетчиком на расстоянии не менее 1,5Ду.

В соответствии с нормативными документами и рекомендациями изготовителя при движении газа в обоих направлениях счетчик устанавливается между прямолинейными участками  длиной 10Ду до и 10Ду после.  При ограниченном пространстве для размещения прямолинейных участков длиной 10Ду возможно применение УПП и сокращением длины прямолинейных участков до 5Ду. Преобразователи температуры устанавливаются в прямолинейные  участки на расстоянии не менее 5Ду от счетчика. При применении прямолинейных участков с УПП преобразователи размещаются на расстоянии за УПП  и перед УПП на расстоянии не менее 1,5Ду от УПП с обеих сторон от счетчика.

Преобразователь давления подключается с помощью импульсной трубки к штуцеру отбора давления установленному в корпусе счетчика. Присоединительный размер штуцера отбора давления 1/4″ (для счетчика DN80-1/8″).

6. Варианты конфигурации входов-выходов счетчика

7. Программное обеспечение

Программа MEPAFLOW 600 CBM предназначена для параметризации и диагностики ультразвукового счетчика газа Flowsic 600. Программа  обеспечивает доступ  ко всем параметрам системы, реализует показ информации из сохраненных  архивов по измерениям и по диагностике прибора, предоставляет возможность сохранения всей архивной информации на внешних носителях.

Программа MEPAFLOW 600 CBM позволяет создавать и сохранять диагностические сессии, которые возможно направить по электронной почте техническим специалистам компании «АСУ Нефтегаз» для проведения анализа работоспособности счетчика, разработки рекомендаций по улучшению работы счетчика, определению неисправности и рекомендации по ее устранению.

8. Режимы работы счетчика

Flowsic 600 имеет следующие режимы работы:

Измерение:

Нормальная безотказная работа системы. Периодически обновляется состояние импульсных входов, токового выхода и выходных ключей. В этом режиме непрерывно контролируются соотношение скоростей звука и луча, настройки коэффициентов усиления и отношение «сигнал/шум». Если эти параметры отклоняются от предустановленных границ, генерируется предупреждающий сигнал. Дополнительные функции диагностики системы и сигнала контролируют точность измеряемых значений, проверяя достоверность принятых ультразвуковых сигналов и расчетное время прохождение сигнала. Если соотношение непригодных измерений к пригодным превышает пороговое значение, соответствующая пара преобразователей перестает использоваться для вычисления среднего расхода газа.

Пониженная точность:

Этот режим активизируется в системах с несколькими парами преобразователей при отказе пары преобразователей. Измерительная система компенсирует эту неисправность и продолжает измерение, но точность может быть несколько снижена.

Конфигурация:

Режим для изменения параметров и выполнения системных тестов.

Сбой:

Режим активизируется при возникновении неисправностей, мешающих системе производить измерения точно. Если причина, вызвавшая неисправность устраняется, система автоматически возвращается в нормальный режим «Измерения».

9. Методика поверки счетчика

В соответствии с методикой поверки разработанной ФГУП «ВНИИР» для ультразвукового счетчика газа Flowsic 600 очередная поверка может производиться тремя способами:

• проливным методом на специальной установке;
• имитационным методом после демонтажа счетчика с измерительной линии;
• имитационным методом без демонтажа счетчика с измерительной линии.

Имитационный метод может применяться для счетчиков с пределом относительной погрешности измерений 0,5% и более.

Выдержки из методики поверки:

6.4.1.1 Определение метрологических характеристик имитационным методом после демонтажа счётчика с измерительной линии.

Счётчик помещается в контрольное помещение, закрывается со стороны фланцев (стандартных фланцевых заглушек не требуется) и находится не менее 24 часов при стабильной температуре окружающей среды.

Счётчик не должен подвергаться воздействию солнечных лучей, т.к. это может вызвать внутри него конвекционные потоки.

Проводят измерения скорости звука и скорости газа. Измерения проводятся в течение 15 мин с осреднением полученных результатов. Максимальные взаимные отклонения скоростей звука измерительных лучей должны составлять не более 0,1%.

Счётчик считается прошедшим поверку, если для каждой пары приёмников-передатчиков полученное значение скорости газа не превышает 0,3 м/с, а значение скорости звука отличается от расчётной величины (для воздушной среды) не более чем на 0,3%. Взаимные отклонения скоростей звука измерительных лучей должны составлять максимум ±0,1%.

6.4.1.2 Определение метрологических характеристик счётчика без снятия с измерительной линии.

Примечание: данный метод может быть применён только в том случае, если отрезок трубопровода, куда вмонтирован счётчик газа, может быть полностью перекрыт и в измерительном корпусе полностью отсутствует течение газа.

Работы проводятся при рабочем давлении.

Работы проводятся при стабильной температуре окружающей среды. Счётчик и трубная обвязка не должны подвергаться воздействию осадков, солнечных лучей и т.п., так как это может вызвать образование конвекционных потоков внутри счётчика.

Проверяется стабилизация температуры в пределах 2 °C в течение 15 минут. Поверка начинается, если изменение получаемых значений скорости звука в газе в течение 15 минут не будет превышать 0,2 м/с.

Перед началом поверки изолируют участок трубопровода со счётчиком.

Контролируют давление в изолированной части трубопровода. Изменение давления в изолированной части трубопровода означает наличие протечек через запорную арматуру. В этом случае поверку счётчика проводят любым другим методом, указанным в данном документе.

Рассчитывают значение скорости звука в поверочной смеси. Скорость звука в рабочей смеси определяют в соответствии с нормативными документами, устанавливающими методы расчёта физических свойств. Для природного газа — ГОСТ 30319.1-96 «Газ природный. Методы расчёта физических свойств».

Поверяемым счётчиком измеряют скорость звука и скорость газа. Измерения проводятся в течение 15 минут с осреднением полученных результатов.

Находят разность между значением скорости звука, полученным в результате измерений, и значением скорости звука, полученным расчётным методом.

Счётчик считается прошедшим поверку, если для каждой пары приёмников-передатчиков полученное значение скорости газа не превышает 0,3 м/с, а значение скорости звука отличается от расчётной величины не более чем на 0,3%. Взаимные отклонения скоростей звука измерительных лучей должны составлять максимум ±0,1%.