Начинается...

Измерительная система для учета газа на базе ультразвукового счетчика Turbo Flow UFG

УДК 681.121.89.082.4

Измерительная система для учета газа на базе ультразвукового счетчика Turbo Flow UFG производства ООО НПО «Турбулентность-ДОН»

И. Б. АМУРАЛЬ – ООО НПО «Турбулентность-Дон»
А. Н. СЛОНЬКО – ООО «СКТБ Турбо-Дон»
С. Г. МАРЧЕНКО, А. М. ЛЯШЕНКО – ООО «Газпром трансгаз Москва»

В целях решения задачи по созданию комплекса технических и программных средств для учета объема газа, поставленного на АГНКС, ООО «Газпром трансгаз Москва» в 2012 г. организовало выполнение НИОКР «Разработка системы измерения количества газа на АГНКС». Основным исполнителем НИОКР было выбрано ООО СКТБ «Турбо-Дон», которое является выделенным подразделением Группы компаний«Турбулентность-Дон» и специализируется на разработке и внедрении средств измерения и комплексных проектов для решения задач в сфере учета энергоресурсов. В 2014 г. ООО СКТБ «Турбо-Дон» завершило разработку ультразвукового расходомера-счетчика газа Turbo Flow UFG, позволяющего измерять двунаправленные потоки газа в трубопроводе в условиях работы АГНКС, выполнило работы по утверждению типа средства измерений, завершив все необходимые процедуры по сертификации изделия. С 2016 г. узлы учета газа, поставляемого на АГНКС, оборудуются отечественными средствами измерения – ультразвуковыми счетчиками газа Turbo Flow UFG.

Важнейшее значение в изменении структуры потребления в топливно-энергетическом балансе за счет снижения доли нефтепродуктов как топлива и замены их газом придается переводу на природный газ двигателей внутреннего сгорания автомобильного транспорта. Снабжение природным газом автотранспорта осуществляется ПАО «Газпром» и его структурными подразделениями через созданную в стране сеть автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). В отличие от АЗС, заправляющих автомобили традиционными моторными топливами и сжиженным углеводородным газом (СУГ), которые лишь реализуют различные виды моторного топлива, АГНКС являются объектами, на которых из природного газа, поступающего по газопроводу, производится моторное топливо – компримированный природный газ (КПГ), качество которого определяет ГОСТ 27577 – 2000.

Основу сети АГНКС составляют станции большой производительности АГНКС-500 и АГНКС-250, рассчитанные, соответственно, на 500 и 250 заправок в сутки. Одной из задач на пути совершенствования эксплуатации АГНКС является точное определение объемов газа, поступающего на АГНКС. Результаты этих измерений используются для коммерческих расчетов за поступающий газ на АГНКС.

Зная объемы поступившего газа, можно определять фактические объемы газа, используемые на технологические нужды, а также контролировать потери газа, в том числе производить контроль баланса между объемами газа, поставленного на АГНКС и учтенного газовыми заправочными колонками при коммерческих операциях.

До недавнего времени приборный учет газа по входу на АГНКС либо не велся совсем, либо осуществлялся с недостаточной точностью. Это обусловлено особенностями работы технологического оборудования АГНКС. При остановке компрессоров происходит обратный выброс газа из цилиндров в коллектор подачи газа на АГНКС.

По этой причине осложняется учет газа по входу в АГНКС:

  • при использовании для измерения сужающих устройств объемы газа, обусловленные обратным выбросом газа из цилиндров компрессоров, просто не учитываются;
  • турбинные или ротационные счетчики, установленные на входе АГНКС, быстро выходят из строя, так как обратный поток при отключении компрессоров является для них фактически гидравлическим ударом.

В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации №162 от 23.07.2015 г. «Об утверждении правил поставки газа в Российской Федерации» определение объемов поставки возможно только при организации учета поступающего газа общим узлом измерений на входе в АГНКС. При этом для обеспечения измерения объема газа, поставленного на АГНКС, необходимо, чтобы применяемые технические средства работали в особых условиях, обусловленных динамическими процессами, протекающими в трубопроводе в зависимости от рабочих режимов и состояния оборудования АГНКС.

Расходомер газа Turbo Flow UFG предназначен для измерений объема газа при рабочих условиях и вычислений объема газа, приведенного к стандартным условиям. Представляет собой современный цифровой интеллектуальный измерительный комплекс, оснащенный встроенным высокоскоростным вычислителем с передачей данных на промышленный панельный компьютер. Измерительный комплекс является конфигурируемым и может быть сопряжен с дополнительными системами измерения качественных показателей измеряемой среды (анализаторы влаги, плотномеры и хроматографы), имеет возможность интеграции в системы АСУТП по цифровым каналам проводной и беспроводной связи.

Особое внимание при разработке расходомера Turbo Flow UFG уделялось подбору и испытаниям различных пъезо-аккустических преобразователей, их числа и способа размещения, устойчивости к загрязнению и внешним акустическим воздействиям. Таким образом, в сотрудничестве с ведущим предприятием в области создания пьезокерамики НКТБ «Пьезоприбор» Южного Федерального Университета налажен серийный выпуск отечественных датчиков, не уступающих по своим характеристикам зарубежным образцам. Разработаны и внедрены необходимые алгоритмы в процессорный модуль-обработчик информационных сигналов, которые позволяют производить мониторинг сформировавшегося профиля потока в продольной и поперечной плоскости измерительного трубопровода. Данная функция является важнейшим элементом в работе расходомера и обеспечивает возможность его самодиагностики, учета вторичных потоков, завихрений, асимметрии и реверсивного движения газов.

Выполнен целый ряд научных исследований и испытаний ультразвуковых расходомеров газа на специализированных стендах и расходо-измерительных установках отечественных и ведущих зарубежных метрологических центров – испытательные эталонные стенды Pigsar, RMA (Германия) и EuroLoop (Нидерланды). Результаты испытаний подтвердили возможность изготовления отечественных ультразвуковых расходомеров с точностью измерения объемного расхода газа до ±0,3%, что подтверждено сертификатами этих испытательных центров.

Данный вариант расходомера Turbo Flow UFG (рис. 1) был использован в качестве базы для создания измерительной системы для учета газа на АГНКС. Расходомер представляет собой измерительный комплекс с основной относительной погрешностью при измерении объема газа, приведенного к стандартным условиям, ±1%.

Ультразвуковой расходомер счетчик Turbo Flow UFG-F

Рис. 1. Ультразвуковой расходомер счетчик Turbo Flow UFG-F

Приведенная основная погрешность преобразователя давления – не более ±0,075% (относительная погрешность канала давления во всем диапазоне температур и в диапазоне давлений от Pмакс до 0,3Pмин – не более ±0,25%). Абсолютная погрешность преобразователя температуры – не более 0,15оС, относительная погрешность вычислителя расхода при преобразовании рабочего объемного расхода в объем газа, приведенный к стандартным условиям, – не более ±0,02%.

Объектом для проведения исследовательских работ была выбрана типовая АГНКС Рязань-1 ООО «Газпром трансгаз Москва». Расходомер установлен на входном трубопроводе АГНКС (до сепаратора) DN100.

В рамках научных исследований проведены работы по фиксации показаний по объемному расходу газа, приведенному к стандартным условиям, рабочему объемному расходу газа, температуре, давлению и средней скорости потока при следующих режимах:

  • работа компрессора при номинальной нагрузке;
  • в момент остановки компрессора;
  • в момент возникающих колебаний расхода, давления и скорости потока газа при разгрузке рабочих камер компрессора после его отключения.

Выполнены работы по контролю стабильности показаний в «нулевой» зоне измерения расхода расходомером с выполнением отсечки технологического оборудования АГНКС от расходомера в период времени, когда компрессорное оборудование станции не работает.

Накопление экспериментальных данных (измерения скорости, расхода, температуры и давления) выполнялось с частотой 12 Гц.

Для анализа использованы выборки, отражающие физические процессы при различных технологических режимах работы АГНКС и содержащие не менее 3 тыс. результатов замеров физических параметров. Результаты исследований представлены в виде графиков, наглядно иллюстрирующих процессы, происходящие в измерительном трубопроводе при различных технологических режимах работы АГНКС (рис. 2).

График, отражающий динамические процессы, проходящие в измерительном трубопроводе при выключении компрессора АГНКС

Рис. 2. График, отражающий динамические процессы, проходящие в измерительном трубопроводе
при выключении компрессора АГНКС

По результатам обработки, полученных в рамках НИОКР данных, установлено:

  • выбранная схема 4-лучевого ультразвукового преобразователя расхода с частотой опроса акустических приемопередатчиков в 12 Гц обеспечивает необходимую точность измерения объемов газа с учетом динамических процессов, происходящих в газопроводе при работе АГНКС;
  • расходомер газа Turbo Flow UFG-F устойчиво работает в присутствии определенных вибраций газопровода и акустических шумов от оборудования АГНКС;
  • в режиме работы АГНКС после выключения компрессора и фиксации обратного оттока, а также в режиме постепенно угасающего колебательного процесса наблюдается картина присутствия переменного потока, сравнимого с минимально измеряемым расходом газа, что требует отстройки «нуля» расходомера с точностью от ±0,006 до ±0,012 м/с.

Заключительным этапом НИОКР стало создание рабочего образца измерительной системы и испытания в условиях подконтрольной эксплуатации на АГНКС Рязань-1. Основной эксплуатационной характеристикой, характеризующей эффективность измерительной системы, являлось определение относительной разницы между зафиксированным посуточным объемом газа на входе в АГНКС и расчетным значением общего объема газа, зафиксированного системой коммерческого учета газа по сумме показаний топливозаправочных колонок СИУ01, узла учета газа на отопление станции и расчетного значения технологических потерь с использованием нормированных значений по методике расчета СТО Газпром 2-1.22-175–2007 «Нормы эксплуатационных расходов на производство КПГ» (рис. 3).

Схема организации испытаний на АГНКС Рязань-1

Рис. 3. Схема организации испытаний на АГНКС Рязань-1

Значение относительной разницы расхода газа определялось по формуле:

Расчетный объем газа по АГНКС при этом определялся в соответствии со следующей методологией:

По результатам испытаний в течение 2014–2015 гг. объем технологических потерь составил в среднем от 0,6% до 1,5% от объема газа, закачанного в автотранспортные средства, зафиксированного системой СИУ-01-Ех-7, что отличается от рекомендуемых норм в СТО Газпром 2-1.22-175-2007 для расчета потерь.

Наиболее интересным, с точки зрения потребителя газа, является получение информации о разнице между объемом газа, учтенным в прямом направлении на закачку в АГНКС, и объемом газа, зафиксированным в обратном направлении в результате оттока газа в трубопровод. По результатам анализа накопленных данных установлено, что значение обратного объема газа, возникшего за счет оттока в измерительном трубопроводе, по отношению к объему газа, закаченному в ресивер за один цикл, составляет в среднем 0,56% в зависимости от одновременно отключаемого числа компрессоров. Статистика по накопленным данным за период 2015– 2016 гг. демонстрирует, что применение другой измерительной системы, не учитывающей обратного объема газа, давало бы переплату за поставленный газ в объеме от 0,42 до 0,56% выше реально поступившего на АГНКС.

Таким образом, НИОКР по созданию измерительной системы для учета газа, поставляемого на АГНКС, позволила не только создать комплекс технических и программных средств для оснащения узла учета, но и оценить величину обратного объема газа, который не может быть учтен обычными средствами измерений расхода газа, а также определить фактические технологические потери.

Проведены работы по патентным исследованиям и получен патент на изобретение в РФ. По итогам рабочих испытаний в ООО «Газпром трансгаз Москва» измерительный комплекс Turbo Flow UFG включен в перечень средств измерений, рекомендованных к применению на объектах ПАО «Газпром» как единственная система для учета газа на вводе в АГНКС.

В соответствие с планом мероприятий ООО «Газпром газомоторное топливо» по организации коммерческого учета газа на АГНКС в ПАО «Газпром», в период 2016–2017 гг. оснащено 115 узлов учета газа на базе отечественных ультразвуковых расходомеров TurboFlow UFG.

Результаты внедрения измерительных систем в производства ООО НПО «Турбулентность-Дон» в ПАО «Газпром» обеспечивают:

  • Единство измерений, актуализированное с учетом требований к полноценному приборному учету газа, поставляемого на АГНКС;
  • Контроль и, как следствие, снижение реальных технологических потерь газа на объектах АГНКС;
  • Повышение коммерческой эффективности работы каждой АГНКС за счет контроля баланса при приеме и отпуске газа;
  • Снижение финансовых затрат на строительство узлов учета количества природного газа на АГНКС.

Скачать статью в формате pdf →

346800, Ростов-на-Дону,
1-км шоссе Ростов-Новошахтинск,
стр. 6/7, 6/8
☎ +7 (863) 203-77-80
info@turbo-don.ru
www.turbo-don.ru


Читайте также: