2. Средства измерения количества нефти на нпс, конструктивные особенности и области применения

Расход нефти и нефтепродуктов может быть определен в единицах объема и (или) единицах массы.

По принципу действия различают объемные, турбинные, электромагнитные, ультразвуковые, вихревые счетчики. Известны другие конструкции, находящиеся в стадии разработки, среди которых можно выделить: тепловые, ионизационные, ядерномагнитные и т. д. Широкое распространение в практике трубопроводного транспорта при малых производительностях имеют объемные счетчики, в которых поток разделяется на порции механиче­ским способом. Разделение на порции происходит при помощи эксцентрично укрепленных вращающихся лопастей или шестерен, движимых ротором. В процессе движения в определенные моменты образуются измерительные камеры, размер которых вымерен с высокой степенью точности. Количество порций в единицу времени, пропущенных через камеры, определяется частотой вращения ротора. Измерительный элемент объемных счетчиков с овальными шестернями состоит из двух прецизионных шестерен. Под действием давления жидкости шестерни вращаются. При каждом обороте пары овальных шестерен протекает точно специфицированный объем жидкости через счетчик.

Данный тип счетчиков определяет количество жидкости путем прямого измерения объема потока. Другие конструкции счетчиков обеспечивают измерение объема косвенными методами. Они могут измерять такие динамические параметры, как скорость потока, скорость звука в потоке, динамический напор, частоту возникновения вихрей, и на основании физических закономерностей преобразуют измеренные параметры в расход и количество.

Наибольшее распространение для измерения количества нефти имеют турбинные счетчики. В них для определения количества жидкости используют помещенное в поток вращающееся тело (турбинка, зубчатая шестерня и т. д.). Вращение турбинки происходит за счет передачи энергии потока на лопасти. Частота вращения непосредственно зависит от скорости потока, что и по­зволяет определить расход в трубопроводе.

Для ориентировочного измерения расхода и количества жидкости можно использовать погружные счетчики. Эти счетчики измеряют скорость жидкости в одной определенной точке. При турбулентном режиме течения потока точка средней скорости расположена на окружности, радиус которой составляет 0,758 от радиуса трубы.

Погружной счетчик следует устанавливать в точке средней скорости. При установке в другом месте можно использовать со­отношение

Q = k_υ υ_м F, (2.28) где Q — расход; k_υ — коэффициент отношения средней скорости к местной скорости; υ_м — скорость в месте установки; F — внутренняя площадь поперечного сечения трубы.

Величина k_υ остается постоянной во всем диапазоне скоростей турбулентного режима. Принцип действия погружных счетчиков аналогичен турбинным. Естественно, что погрешность из­мерения несколько увеличивается. Преимуществами погружных счетчиков являются низкая стоимость, а также малое сопротивление, создаваемое в потоке. Конструкция погружных счетчиков позволяет устанавливать и демонтировать их без остановки трубопровода и снижения давления в нем. По сравнению с объемными турбинные счетчики имеют меньшие габаритные размеры и мас­су, более долговечны в эксплуатации, имеют большую пропускную способность. Однако наличие вращающегося тела, помещенного в поток, приводит к износу опор, а также к большим гидрав­лическим потерям.

В вихревых счетчиках используется эффект возникновения вихревых колебаний в движущемся потоке. В поток помещают установленное в корпусе датчика неподвижное тело плохообтекаемой формы (пластина, цилиндр). За этим телом происходит периодический срыв вихрей. Частота генерирования вихря при однородных потоках пропорциональна только скорости потока. Линейный эффект существует в потоках, в которых число Рейнольдса превышает 10000. В этом случае частота образования вих­рей определяется формулой f = где χ — постоянная Струхаля; d — лобовая поверхность тела возмущения; υ — скорость потока.

Из-за ограничений по минимальному значению числа Рейнольдса вихревые счетчики не могут быть использованы при малых диаметрах трубопроводов, при применении на больших диаметрах возникают сложности в связи с очень низкой частотой срыва вихрей (меньше 1 Гц). Поэтому вихревые счетчики обычно изготавливают диаметром 50—150 мм.

Ультразвуковые методы основаны на изменении скорости распространения ультразвуковой волны в жидкости при наличии потока. При распространении волны по направлению потока скорость возрастает, а против потока — уменьшается. Счетчики, основанные на использова­нии ультразвуковых методов, разделяют на типы в зависимости от схемы измерения. Приборы, измеряяющие скорость распрост­ранения ультразвука только в одном направлении, называются одноканальными, а в двух направлениях — двухканальными. Время прохождения расстояния между излучателем и приемни­ком по направлению потока τ_i и против потока τ₂ определяется формулами τ_i = ; τ₂ = , где L — длина пути между излучателями; с — скорость ультразвука в среде; υ— скорость потока.

Для повышения точности используют схему, по которой изме­ряют разность времен τ₁ и τ₂: τ₁ - τ₂ = (2.31)

При учете поправок на изменение скорости ультразвука в измеряемой среде ультразвуковые счетчики могут измерять с предельной погрешностью порядка 0,3 %.

Кроме рассмотренных четырех основных типов счетчиков, промышленное разви-тие получили электромагнитные счетчики. Эти счетчики измеряют электродвижущую силу, индуцируемую в потоке, пересекающем магнитное поле. Поскольку электродвижущая сила возникает в движущемся в магнитном поле проводнике, этот метод применим только для электропроводных жидкостей. Для нефтей и нефтепродуктов, об­ладающих очень слабой электропроводностью, электромагнитные счетчики непригодны.