PL B1. OPERATOR GAZOCIĄGÓW PRZESYŁOWYCH GAZ-SYSTEM SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL BUP 14/12

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. G01F 25/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Stanowisko do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 14/12 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 03/14 (73) Uprawniony z patentu: OPERATOR GAZOCIĄGÓW PRZESYŁOWYCH GAZ-SYSTEM SPÓŁKA AKCYJNA, Warszawa, PL (72) Twórca(y) wynalazku: BARTŁOMIEJ SZCZEPANIAK, Ciechanów, PL ELIZA DYAKOWSKA, Warszawa, PL PAWEŁ SZUFLEŃSKI, Warszawa, PL MATEUSZ TURKOWSKI, Warszawa, PL MARCIN ZAGOŻDŻON, Grabowiec, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest stanowisko do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu, w szczególności gazu ziemnego, pod wysokim ciśnieniem. Znane są stanowiska do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem pracujące w układzie otwartym, jak przedstawiono na Pos. 1 lub w układzie zamkniętym, jak pokazano na Pos. 2. Wzorcowanie gazomierzy polega najogólniej rzecz biorąc na przepuszczeniu tej samej ilości gazu przez gazomierz wzorcowany (sprawdzany) 1 i wzorcowy 2. Porównując objętości wskazane przez te gazomierze można wyznaczyć błąd gazomierza wzorcowanego 1. Powtarzając te czynności dla różnych wartości strumienia objętości, który reguluje się zaworem regulacyjnym 3, otrzymuje się charakterystykę gazomierza wzorcowanego 1, najczęściej w postaci tzw. tablicy lub krzywej błędów. Zwykle, dla umożliwienia wzorcowania gazomierzy wzorcowanych I o różnych wielkościach, dla umożliwienia pomiaru w odpowiednio szerokim zakresie strumienia objętości stosuje się kilka gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c o różnych wielkościach i typach. Są one połączone równolegle i załączane przy zastosowaniu zaworów włączających 4a, 4b, 4c, w zależności od niezbędnego strumienia objętości. Dla wymuszenia przepływu przez gazomierze wzorcowane 1 i gazomierze wzorcowe 2a, 2b, 2c wymagana jest określona stratami ciśnienia w stanowisku różnica ciśnień między ciśnieniem wejściowym do stanowiska a ciśnieniem wyjściowym. Dla wymuszenia przepływu ciśnienie wejściowe musi być wyższe od ciśnienia wyjściowego. Jeszcze do niedawna większość stanowisk do wzorcowania gazomierzy funkcjonowała przy zastosowaniu powietrza atmosferycznego jako czynnika roboczego, a przepływ był wymuszany za pomocą wentylatora lub dmuchawy. Charakterystyki (krzywe błędów) wyznaczone za pomocą powietrza różnią się jednak wyraźnie od charakterystyk podczas pomiaru gazu przy ciśnieniu roboczym (zwykle wyższym), co prowadzi do zwiększenia błędów pomiaru ilości gazu. a więc pogorszenia dokładności rozliczeń między dostawcą a odbiorcą gazu. Obecnie preferuje się więc zastosowanie, jako czynnika roboczego, tego samego gazu, dla pomiaru którego przeznaczone są gazomierze oraz prowadzenie wzorcowania pod ciśnieniem bliskim przewidywanemu ciśnieniu roboczemu gazu w warunkach pomiaru. Umożliwia to znaczne podniesienie dokładności rozliczeń i bilansowania gazu w sieci. Znane stanowiska do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu przy wysokim ciśnieniu budowane są najczęściej jako układy pomiarowe towarzyszące obiektom systemu gazowniczego 5, takim jak rurociągi, węzły rozdzielcze, stacje redukcyjne lub tłocznie gazu, jak pokazano na Pos. 1. Wówczas gaz do zasilania stanowisk jest pobierany z tych obiektów i po wykorzystaniu do wzorcowania zwracany do tych obiektów. Obiekty te wykorzystuje się też do wytworzenia niezbędnej różnicy ciśnień. Stanowiska te, to tak zwane stanowiska pracujące w układzie otwartym. Znane stanowisko do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem może być usytuowane przy gazociągu przesyłowym. Obiektem systemu gazowniczego jest zawór spiętrzający. Niezbędną do wywołania przepływu różnicę ciśnień generuje się poprzez określone zdławienie przepływu w gazociągu za pomocą zaworu spiętrzającego. W stanowisku tym na obejściu zaworu spiętrzającego umieszczony jest gazomierz wzorcowany 1 i kilka połączonych ze sobą równolegle gazomierzy wzorcowych 2a, 2b i 2c każdy załączany zaworem włączającym 4a, 4b, 4c. Strumień objętości jest regulowany za pomocą zaworu regulacyjnego 3. W zależności od wartości niezbędnego do wzorcowania strumienia objętości zdławienie to może być większe lub mniejsze, sumaryczny strumień objętości gazu przez gazociąg przesyłowy i stanowisko jest jednak w przybliżeniu stały, natomiast zmieniają się proporcje między tymi strumieniami. Jest oczywiste, że maksymalny strumień objętości gazu możliwy do wygenerowania w stanowisku nie może przekraczać aktualnego przepływu w gazociągu. W okresie zimowym na ogół przepływ przez gazociąg jest duży, ale w lecie może on być zbyt mały dla wzorcowania dużych gazomierzy. Kolejną wadą tego układu jest brak możliwości regulacji ciśnienia i temperatury, parametry te są takie jakie aktualnie występują w gazociągu. Zawory rob o- cze 6a, 6b służą do odcięcia gazomierza wzorcowanego 1 od reszty instalacji. Umożliwia to odgazowanie tego odcinka w celu jego wymiany na kolejny przewidziany do wzorcowania gazomierz wzorcowany 1. Obiektem systemu gazowniczego 5 dla znanego stanowiska do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem może być stacja redukcyjna gazu. Podobnie jak w stanowisku współpracującym z gazociągiem, w tym wypadku na obejściu stacji redukcyjnej umieszczony jest gazomierz wzorcowany 1 i jeden lub kilku gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c włączanych zaworami włączającymi 4a, 4b, 4c a strumień objętości jest regulowany za pomocą zaworu regulacyjnego 3. Niezbędna dla wymuszenia przepływu różnica ciśnień jest generowana przez stację redukcyjną.

3 PL B1 3 Część gazu płynie przez stację, a niezbędna do wzorcowania część przez stanowisko. Maksymalny strumień objętości możliwy do wykorzystania w stanowisku jest równy zapotrzebowaniu na gaz po stronie wyjściowej stacji redukcyjnej, a więc. podobnie, jak w przypadku stacji współpracującej z gazociągiem przesyłowym, ulega sezonowym wahaniom. Ponieważ na wlocie stacji ciśnienie jest rzędu kilkudziesięciu bar a na wylocie - rzędu kilku bar, możliwa jest regulacja ciśnienia w stanowisku w bardzo szerokim zakresie - w granicach między ciśnieniem wejściowym i wyjściowym ze stacji redukcyjnej. Służy do tego regulator ciśnienia. Znane jest też stanowisko do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem zbudowane równolegle do innego obiektu systemu gazowniczego 5, jakim jest tłocznia gazu. Zadaniem tłoczni jest podwyższenie ciśnienia gazu w gazociągu przesyłowym. Ciśnienie na wylocie tłoczni jest więc wyższe niż na wlocie. Gaz przez stanowisko płynie więc w przeciwnym kierunku niż przez tłocznię. Wzorcowanie przebiega podobnie jak w stanowisku usytuowanym na gazociągu przesyłowym czy stacji redukcyjnej. Nie jest możliwa regulacja ciśnienia - jest ono równe ciśnieniu po stronie wylotowej tłoczni. Natomiast strumień objętości regulowany jest zaworem regulacyjnym 3. Obok stanowisk w układzie otwartym, związanych z obiektami systemu gazowniczego 5, znane są też stanowiska w układzie zamkniętym, jak pokazano na Pos. 2. Stanowisko takie zawiera gazomierz wzorcowany 1 usytuowany pomiędzy zaworami roboczymi 6a, 6b, przynajmniej jeden gazomierz wzorcowy 2a, 2b, 2c z zaworem włączającym 4a, 4b, 4c, dmuchawę wysokociśnieniową 7 i wymiennik ciepła 8 połączonych rurociągiem w zamknięty obieg. Jeżeli gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c jest kilka, są one połączone ze sobą równolegle. Stanowiska do wzorcowania gazomierzy pracujące w układzie zamkniętym są niezależne od obiektów systemu gazowniczego 5, ciśnienie w zamkniętej pętli stanowiska można regulować poprzez zatłaczanie do niej gazu lub jego upuszczanie. Przepływ jest wymuszany przez dmuchawę wysokociśnieniową 7 zwykle zintegrowaną z wymiennikiem ciepła 8. Nie ma więc ograniczeń związanych z aktualnym strumieniem objętości przepływającym przez obiekt współpracujący ze stanowiskiem, zależy on od prędkości obrotowej dmuchawy. Strumień objętości jest regulowany poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika dmuchawy, nie jest więc konieczne stosowanie zaworu regulacyjnego 3. Następnie gaz przepływa przez gazomierz wzorcowany 1 i przez jeden lub więcej gazomierzy wzorcowych 2a, 2b i 2c. Wadą znanych stanowisk pracujących w układzie zamkniętym jest duża moc niezbędna do napędzania dmuchawy, rzędu kilkuset kw. Moc ta zamienia się na ciepło, dla zapobieżenia ciągłemu wzrostowi temperatury w pętli niezbędny jest więc układ chłodzenia. którego głównym elementem jest wymiennik ciepła 8. Moc pobierana przez ten układ może w skrajnych warunkach osiągnąć niemal moc niezbędną do zasilania dmuchawy. Jest to główna wada stanowisk pracujących w układzie zamkniętym. Niezbędna moc rośnie drastycznie wraz z wzrostem strumienia objętości (proporcjonalnie do trzeciej potęgi) oraz wraz ze wzrostem niezbędnej do pokonania oporów przepływu różnicy ciśnień (proporcjonalnie do kwadratu tej różnicy ciśnień). Znane stanowiska pracujące w układzie otwartym mają prostą budowę i stosunkowo niski koszt. Gaz wykorzystany przy wzorcowaniu wraca z powrotem do sieci. Istnieje możliwość pokonania dużych spadków ciśnienia na badanych urządzeniach równych wzrostowi ciśnienia generowanemu przez współpracujący obiekt gazowniczy, a dzięki temu możliwość badań przepływomierzy o dużych stratach ciśnienia, na przykład Coriolisa lub dysz krytycznych oraz możliwość badania armatury regulacyjnej i innych urządzeń. Przy odpowiedniej konfiguracji można wzorcować zanieczyszczone gazomierze bezpośrednio po zdjęciu z rurociągu. Wadami znanych stanowisk pracujących w układzie otwartym jest brak regulacji temperatury - zależy ona od temperatury w zasilającym rurociągu, brak możliwości regulacji ciśnienia, zależy ono od pory roku i sytuacji ruchowej obiektu współpracującego a maksymalny strumień zależy od pory roku. Znane stanowiska pracujące w układzie zamkniętym mają możliwość płynnej regulacji i stabilizacji temperatury oraz możliwość płynnej regulacji ciśnienia w pełnym zakresie oraz posiadają wysoką stabilność temperatury i ciśnienia. Strumień nie zależy od pory roku. można go dowolnie regulować w pełnym zakresie ograniczonym tylko maksymalną wydajnością dmuchawy. Wadami znanych stanowisk pracujących w układzie zamkniętym jest wymagana wysoka moc zasilania dmuchawy, rośnie z 3 potęgą strumienia i z kwadratem strat ciśnienia w pętli. Ze względu na ograniczenie związane z mocą. straty ciśnienia w pętli nie powinny przekraczać ok. 1 bar, a to uniemożliwia wzorcowanie niektórych przepływomierzy (Coriolis, dysze krytyczne) oraz badania armatury regulacyjnej. Niezbędne jest zapewnienie możliwości odprowadzania gazu z odcinków pomiarowych

4 4 PL B1 do sieci lub konieczność zastosowania sprężarek i pojemności buforowych dla umożliwienia regulacji ciśnienia i odprowadzania gazu z pętli przed demontażem gazomierza wzorcowanego 1. Istota stanowiska do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem, według wynalazku, polega na tym. że stanowisko zawierające gazomierz wzorcowany pomiędzy zaworami roboczymi, przynajmniej jeden gazomierz wzorcowy z zaworem włączającym, dmuchawę wysokociśnieniową i wymiennik ciepła połączone rurociągiem w obieg, przy czym gdy gazomierzy wzorcowych jest kilka, są one połączone ze sobą równolegle charakteryzuje się tym, że poprzez zawory dodatkowe stanowisko jest połączone z obiektem systemu gazowniczego, przy czym jeden zawór dodatkowy łączy wyjście gazomierzy wzorcowych z obiektem systemu gazowniczego po stronie jego niskiego ciśnienia a drugi zawór dodatkowy łączy wyjście dmuchawy wysokociśnieniowej z obiektem systemu gazowniczego po stronie jego wysokiego ciśnienia a na odcinku rurociągu między wejściem do dmuchawy wysokociśnieniowej a wyjściem z gazomierzy wzorcowych znajduje się zawór odcinający. Korzystnym jest. gdy na odcinku rurociągu między wyjściem z gazomierzy wzorcowych a zaworem dodatkowym znajduje się zawór regulacyjny. Korzystnym jest też, gdy obiekt systemu gazowniczego stanowi tłocznia gazu. Korzystnym jest także, gdy obiekt systemu gazowniczego stanowi stacja redukcyjna. Korzystnym jest również, gdy obiekt systemu gazowniczego stanowi węzeł rozdzielczy. Korzystnym jest. gdy obiekt systemu gazowniczego stanowi zawór spiętrzający. Stanowisko według wynalazku ma wszystkie zalety układu otwartego i zamkniętego a przy tym pozbawione jest wszystkich wad tych układów występujących w przypadku, gdy funkcjonują one samodzielnie. Zalety te to: - Możliwość ograniczenia mocy dmuchawy i układu chłodzenia tak, aby w układzie zamkniętym wzorcować tylko mniejsze gazomierze (których jest większość) a nieliczne duże gazomierze wzorcować w układzie otwartym. - Niezależność stanowiska od strumienia objętości gazu w sieci i jego lepsza stabilizacja w układzie zamkniętym. - Możliwość dokładnej stabilizacji ciśnienia i temperatury w układzie zamkniętym. - Możliwość sprawdzania (wzorcowania) urządzeń o dużym spadku ciśnienia w układzie otwartym, taka opcja nie jest dostępna w stanowisku pracującym w obiegu zamkniętym. - W trybie zamkniętym istnieje możliwość wzorcowania gazomierzy w szerokim zakresie ciśnienia (np. od kilku do kilkudziesięciu bar). - Dzięki połączeniu układu otwartego z zamkniętym minimalizuje się ilości gazu upuszczanego do atmosfery. W trybie otwartym gaz wraca do rurociągu w sposób ciągły, w trybie zamkniętym niewielkie ilości gazu z odcinków pomiarowych można z powrotem przesłać do sieci rozdzielczej. - Mimo bardzo dobrych właściwości użytkowych stanowiska i niskich kosztów eksploatacji koszty budowy takiego stanowiska nie będą wiele większe niż stanowiska pracującego wyłącznie w układzie zamkniętym. Większość elementów, jak gazomierze wzorcowane, gazomierze wzorcowe, armatura odcinająca - są bowiem wspólne dla obu trybów pracy. - Możliwość dokładnej stabilizacji temperatury także podczas pracy w układzie otwartym przy wykorzystaniu wymiennika ciepła przewidzianego dla układu zamkniętego. Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat stanowiska współpracującego z obiektem systemu gazowniczego 5 w postaci tłoczni gazu. Stanowisko może pracować w układzie zamkniętym lub otwartym. Gazomierz wzorcowany 1 z zaworami roboczymi 6a, 6b, gazomierze wzorcowe 2a, 2b, 2c z zaworami włączającymi 4a, 4b, 4c, zawór odcinający 10, dmuchawa 7 i wymiennik ciepła 8 połączone są rurociągiem, tworząc obieg. W stanowisku umieszczono trzy gazomierze wzorcowe 2a, 2b, 2c, o różnych wielkościach przepływu. Gazomierze wzorcowe 2a, 2b, 2c połączone są ze sobą równolegle. Każdy z nich zaopatrzony jest w zawór włączający 4a, 4b, 4c. Zawór odcinający 10 znajduje się między wejściem do dmuchawy wysokociśnieniowej 7 a wyjściem z gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c. Poprzez zawory dodatkowe 9a, 9b stanowisko jest połączone z obiektem systemu gazowniczego 5, czyli w tym wypadku z tłocznią. Zawór dodatkowy 9a łączy wyjście gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c z obiektem systemu gazowniczego 5 po stronie jego niskiego ciśnienia, tzn. z gazociągiem dochodzącym do tłoczni a zawór dodatkowy 9b łączy wyjście dmuchawy wysokociśnieniowej 7 z obiektem systemu gazowniczego 5 po stronie jego wysokiego ciśnienia. Na odcinku rurociągu między wyjściem z gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c a zaworem dodatkowym 9a znajduje się zawór regulacyjny 3, służący do regulacji strumienia objętości.

5 PL B1 5 Stanowisko pracuje w systemie otwartym, gdy zawory dodatkowe 9a, 9b są otwarte a zawór odcinający 10 zamknięty. Ciśnienie na wylocie tłoczni jest wyższe niż na wlocie. Gaz o wyższym ciśnieniu przepływa przez otwarty zawór dodatkowy 9b a następnie przez wymiennik ciepła 8, gazomierz wzorcowany 1 i jeden lub kilka gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c. Gazomierze wzorcowe 2a, 2b, 2c są załączane zaworami włączającymi 4a, 4b, 4c w zależności od wielkości strumienia. Strumień objętości jest regulowany za pomocą zaworu regulacyjnego 3. Gaz opuszcza stanowisko przechodząc przez zawór regulacyjny 3 do regulacji strumienia objętości i otwarty zawór 9a. Gaz wraca do sieci - po stronie niższego ciśnienia w obiekcie systemu gazowniczego 5 - w tym przypadku po stronie ssącej tłoczni. Wymiennik ciepła 8 umożliwia stabilizację temperatury gazu. Niezbędna dla wymuszenia przepływu różnica ciśnień jest generowana przez tłocznię. Gaz przez stanowisko płynie w przeciwnym kierunku niż przez tłocznię. Nie jest możliwa regulacja ciśnienia - jest ono równe ciśnieniu po stronie wylotowej tłoczni. Stanowisko pracuje w systemie zamkniętym, gdy zawory dodatkowe 9a, 9b są zamknięte a zawór odcinający 10 otwarty. Jest wtedy niezależne od obiektu systemu gazowniczego 5. Przepływ gazu jest wymuszany przez dmuchawę wysokociśnieniową 7 połączoną z wymiennikiem ciepła 8. Gaz przepływa przez wymiennik ciepła 8 gazomierz wzorcowany 1 jeden lub kilka gazomierzy wzorcowych 2a, 2b, 2c, otwarty zawór odcinający 10. Ciśnienie w zamkniętym obiegu stanowiska można regulować poprzez zatłaczanie do niej gazu lub jego upuszczanie. Nie ma ograniczeń związanych z aktualnym strumieniem objętości przepływającym przez obiekt systemu gazowniczego 5 współpracujący ze stanowiskiem. Strumień objętości zależy od prędkości obrotowej dmuchawy wysokociśnieniowej 7. Strumień objętości jest regulowany poprzez zmianę prędkości obrotowej silnika dmuchawy, nie jest więc konieczne stosowanie zaworu regulacyjnego 3. Zastrzeżenia patentowe 1. Stanowisko do wzorcowania gazomierzy za pomocą gazu pod wysokim ciśnieniem, zawierające gazomierz wzorcowany pomiędzy zaworami roboczymi, przynajmniej jeden gazomierz wzorcowy z zaworem włączającym, dmuchawę wysokociśnieniową i wymiennik ciepła połączone rurociągiem w obieg, przy czym gdy gazomierzy wzorcowych jest kilka, są one połączone ze sobą równolegle, znamienne tym, że poprzez zawory dodatkowe (9a, 9b) stanowisko jest połączone z obiektem systemu gazowniczego (5), przy czym jeden zawór dodatkowy (9a) łączy wyjście gazomierzy wzorcowych (2a, 2b, 2c) z obiektem systemu gazowniczego (5) po stronie jego niskiego ciśnienia a drugi zawór dodatkowy (9b) łączy wyjście dmuchawy wysokociśnieniowej (7) z obiektem systemu gazowniczego (5) po stronie jego wysokiego ciśnienia a na odcinku rurociągu między wejściem do dmuchawy wysokociśnieniowej (7) a wyjściem z gazomierzy wzorcowych (2a, 2b, 2c) znajduje się zawór odcinający (10). 2. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że na odcinku rurociągu między wyjściem z gazomierzy wzorcowych (2a, 2b, 2c) a zaworem dodatkowym (9a) znajduje się zawór regulacyjny (3). 3. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że obiekt systemu gazowniczego (5) stanowi tłocznia gazu. 4. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że obiekt systemu gazowniczego (5) stanowi stacja redukcyjna. 5. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że obiekt systemu gazowniczego (5) stanowi węzeł rozdzielczy. 6. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że obiekt systemu gazowniczego (5) stanowi zawór spiętrzający.

6 6 PL B1 Rysunki

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)