Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych Daniel Wysokiński Mateusz Turkowski Rogów 18-20 września 2013
Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych 1 Gazomierze ultradźwiękowe w Gaz-System S.A. Właściwości gazomierzy Niepewność pomiaru Wymagania instalacyjne-projektowanie Badania zaburzeń profilu prędkości
Gazomierze ultradźwiękowe w Gaz-System S.A. 2 Gazomierze ultradźwiękowe obecnie pracujące Obecnie zainstalowane w GAZ-SYSTEM S.A. gazomierze ultradźwiękowe l.p. Wielkość Ilość 1 DN 150 5 2 DN 200 10 3 DN 250 11 4 DN 300 18 5 DN 400 9 Razem Wszystkie średnice 53
Gazomierze ultradźwiękowe w Gaz-System S.A. 3 Gazomierze ultradźwiękowe planowane w 2013 Planowane nowe gazomierze w GAZ-SYSTEM S.A. l.p. wielkość ilość 1 DN 300 10 2 DN 400 7 Razem Wszystkie średnice 17
Właściwości gazomierzy ultradźwiękowych 4 Wysoką dokładność: z kalibracją wysokociśnieniową poniżej 0,2% Duża zakresowość Możliwość pomiaru dwukierunkowego Minimalne spadki ciśnienia Brak części ruchomych Możliwość poprawnej pracy pomimo awarii nadajników Zdalną diagnostykę umożliwiającą weryfikację poprawności pomiarów, co umożliwia zmniejszenie częstotliwości czynności eksploatacyjnych.
Niepewność pomiaru 5 Przykładowa niepewność gazomierzy ultradźwiękowych podawana w przez producentów Wartości z karty katalogowej ± 0,5% wartości mierzonej (bez kalibracji) niepewność ± 0,2% wartości mierzonej (z kalibracją wysokociśnieniową) powtarzalność ± 0,1% ± 0,1% wartości mierzonej (z kalibracją wysokociśnieniową oraz linearyzacją)
Niepewność pomiaru 6 Dodatkowe czynniki występujące w układzie pomiarowym czynnik wartość niepewności Stanowisko wzorcujące ±0,15 0,30% Zaburzenia profilu prędkości ±0,2% Temperatura ±0,1% Ciśnienie ±0,15% Ekstrapolacja liczby Reynoldsa ±0,15% Właściwości gazu i aktualizacja składu gazu w przelicznikach ±0,5% Wibracje, pulsacje, hałas instalacji? Zabrudzenie gazomierza ±0,15% Całkowita dodatkowa niepewność powyżej 1%
Wymagania instalacyjne - projektowanie 7 Jak najlepiej zaprojektować układ pomiarowy z gazomierzem ultradźwiękowym??? Łączność gazomierza z przelicznikiem oraz innymi urządzeniami i systemami Odcinki pomiarowe Długość odcinków Średnica odcinków Umiejscowienie tulei termometrycznej Kształt instalacji dolotowej (przed odcinkiem dolotowym)
Wymagania projektowe - Zapewnienie łączności z gazomierzem 8 Zapewnienie lokalnej łączności gazomierza z przelicznikiem Informacje o przepływie (łącze impulsowe HF) Informacje o alarmach zdarzeniach (łącze cyfrowe) Zapewnienie lokalnej łączności gazomierza z systemem nadrzędnym sterowanie, diagnostyka Zapewnienie zdalnego nadzoru nad poprawnością pomiarów przy pomocy oprogramowania serwisowego diagnostyka, raporty kontrolne Zapewnienie i zabezpieczenie dostępu do danych i konfiguracji gazomierza wszystkich stron rozliczeń
Wymagania projektowe - Zapewnienie łączności z gazomierzem 9 Przykładowy schemat połączeń z przelicznikiem
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 10 Długość odcinków według norm
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 11 Długość odcinków Certyfikaty zatwierdzenia typu WE (co sugerują producenci gazomierzy?) Bez prostownic strumienia
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 12 Długość odcinków Certyfikaty zatwierdzenia typu WE Z prostownicą strumienia
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 13 Wymagania OIML R137-1 Edition 2006? - Należy przeprowadzić testy i potwierdzić odporność gazomierza Testy zakłóceniowe powinny być przeprowadzane na stanowisku pracującym na powietrzu atmosferycznym Dopuszczalny błąd podczas testów < 0,33%
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 14 Wymagania OIML R137-1&2 Edition 2012? - Należy przeprowadzić testy i potwierdzić odporność gazomierza Testy zakłóceniowe powinny być przeprowadzane na stanowisku pracującym na powietrzu atmosferycznym Błąd pomiaru < 1/3 MPE
Wymagania projektowe średnica odcinków 15 Dopuszczalny uskok średnicy przed gazomierzem: ISO 17089 - ±3%, ale najlepiej ±1% AGA Report No.9 - ±1% PN-ISO 17089-1 Doświadczenia z gazomierzami klasy 1 wykazały, że uskoki średnicy pomiędzy odcinkiem rury po stronie dopływowej a gazomierzem powodują błędy pomiaru rzędu 0,05 % błędu systematycznego na uskok średnicy 1 %;
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 16 Z czym można spotkać w istniejących układach pomiarowych w kraju?
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 17 Przykładowe układy pomiarowe
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 18 Przykładowe układu pomiarowe
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 19 Przykładowa konfiguracja odcinków pomiarowych
Wymagania projektowe - odcinki pomiarowe 20 Co powoduje tendencję do zmniejszania długości odcinków pomiarowych? Istniejąca zabudowa na obiekcie Minimalizacja wpływu czynników pogodowych (luksus eksploatacyjny) Wielkość działki Mniejszy wpływ temperatury otoczenia brak konieczności izolacji termicznej ciągów pomiarowych Aspekty podatkowe. Chęć umieszczenia całości ciągów pomiarowych w pomieszczeniu (kontenerze).
Wymagania projektowe - Instalacja dolotowa (przed odcinkiem dolotowym) 21 Jak zoptymalizować instalację dolotową pod kątem generowania małych zaburzeń profilu prędkości?
Wymagania projektowe - Instalacja dolotowa (przed odcinkiem dolotowym) 22 Przykładowa konfiguracja dolotowa
Badania zaburzeń profilu prędkości 23 Wytypowanie układu dolotowego do badań Zbudowanie modelu w skali 1:2 Badania przepływowe modelu na stanowisku pracującym na powietrzu atmosferycznym Obliczenia CFD Budowa modelu numerycznego Wybór modelu turbulencji i jego weryfikacja Obliczenia CFD dla rzeczywistych warunków Szczegółowa analiza wirów
Badania zaburzeń profilu prędkości 24 Wytypowana do badań konfiguracja dolotowa
Badania zaburzeń profilu prędkości 25 Budowa modelu doświadczalnego
Badania zaburzeń profilu prędkości 26 Badania przepływowe modelu, wizualizacja wirów
Badania zaburzeń profilu prędkości 27 Symulacje CFD budowa modelu i dobór parametrów brzegowych
Badania zaburzeń profilu prędkości 28 obliczenia CFD wykonano w15 płaszczyznach, odległych od kolana wlotowego o wielokrotności średnicy nominalnej rury tzn.: 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 27DN. Obliczenia wykonano dla wszystkich płaszczyzn przy różnych wartościach przepływów: 1 m/s, 2 m/s, 4 m/s, 6 m/s, 8 m/s i 10 m/s.
Badania zaburzeń profilu prędkości 29 Do porównań z wynikami pomiarów modelu rzeczywistego wyznaczono osie obliczeniowe Wyniki symulacji CFD dla osi posłużyły do opracowania zestawień i wyznaczenia trendów
Badania zaburzeń profilu prędkości 30 Graficzna prezentacja wyników
Badania zaburzeń profilu prędkości 31 Graficzna prezentacja wyników
Badania zaburzeń profilu prędkości 32 Wyniki dla ciągu prawego
Badania zaburzeń profilu prędkości 33 Wyniki dla ciągu lewego
Badania zaburzeń profilu prędkości 34 Wyniki dla ciągu prawego przy otwartym równolegle drugim ciągu pomiarowym
Badania zaburzeń profilu prędkości 35 Wyniki dla niesymetrycznego przepływu równoległego
Badania zaburzeń profilu prędkości 36 Podsumowanie badań Wyniki badań przepływowych modelu w skali są zgodne z wynikami symulacji CFD Wyniki symulacji zostały również potwierdzone danymi z gazomierzy ultradźwiękowych pracujących w rzeczywistych układach pomiarowych Niektórych konfiguracje orurowania mogą generować bardzo duże zaburzenia, Szczególnie niekorzystne są wiry, które ulegają rozproszeniu po przejściu przez odcinek prosty o dużej długości (nawet 200DN)
Badania zaburzeń profilu prędkości 37 Wnioski Potrzeba standaryzacji wymagań dla układów pomiarowych z gazomierzami ultradźwiękowymi Gazomierze ultradźwiękowe należy traktować raczej jak gazomierze zwężkowe, a nie turbinowe Stosowanie prostownic strumienia umożliwia znaczną redukcję wielkości zabudowy Technika ultradźwiękowa ma wiele zalet, ale wymaga dużego zaangażowania na etapie projektowym oraz nadzoru podczas eksploatacji.
Dziękuję za uwagę Daniel Wysokiński Gaz-System S.A. Mateusz Turkowski Politechnika Warszawska