Исследование метрологических характеристик измерительных комплексов расхода природного газа

Актуальность темы

Проблема методической погрешности (далее достоверности) измерений тесно связана с точностью учета количества природного газа и небаланса между поставщиком и потребителями. Решение этих задач относится к компетенции Госстандарта РФ (проблема точности измерений с учетом методической погрешности или метрологической достоверности) и газораспределительных организаций (учет количества природного газа и сведение балансов). Эти задачи тесно связаны друг с другом. Без разработки методики решения балансных задач потери информации, вызванные недостоверным учетом, приводят к существенным финансовым потерям. В частности небаланс только по одной газораспределительной станции (ГРС) составляет десятки млн. рублей/год.

Важным аспектом проблемы метрологической достоверности является повышения качества градуировки промышленных расходомеров и счетчиков (далее измерительных комплексов) с использованием эталонного расходомера на критических соплах — это, по существу, повышение точности всего парка промышленных измерительных комплексов с различными первичными преобразователями расхода (ИК): с сужающими устройствами, турбинными, ротационными, барабанными, ультразвуковыми, кориолисовыми и другими первичными измерительными преобразователями.

Повышение достоверности и точности измерений расхода природного газа — это прямой вклад Госстандарта РФ в экономику страны.

Цель работы увеличения достоверности измерений массового расхода на критических соплах, как эталонного метода при калибровке промышленных измерительных комплексов, повышение достоверности измерений измерительных комплексов путем создания методики измерений расхода и количества природного газа в реальных условиях измерений и сведение баланса при учете газа между поставщиком и потребителями в Тюменском регионе (на примере ГРС КС-11).

Методы и методики исследования. Основные задачи работы решались моделированием работы измерительных комплексов в трубопроводных сетях ГРС, согласованием законов сохранения массы, энергии и количества движения в газодинамической форме на входе и сжатом сечении критического сопла и исследованием алгоритма ВММ (алгоритм, предложенный ВНИИМС, Мосгазом и Мособлгазом) для Тюменского региона.

Научная новизна. Показано, что стабильность состава природного газа оказывает существенное влияние на технические и метрологические характеристики измерительных комплексов природного газа. Предложено учитывать погрешность стабильности состава природного газа на метрологические характеристики измерительных комплексов в реальных условиях эксплуатации путем введение поправки на стабильность состава, как отношения плотности в стандартных условиях в реальных условиях измерения к минимальной плотности в стандартных условиях по сертификату на газ.

Разработаны методики и алгоритмы измерения массового расхода на критических соплах и калибровки, которые основаны на новом подходе, выражающимся в согласовании законов сохранения массы, энергии и количества движения во входном и сжатом сечениях критического сопла.

Предложен алгоритм определения пределов абсолютной погрешности измерительных комплексов поставщика и потребителей в реальных условиях эксплуатации и определение количества природного газа на основе приборного контроля.

Исследован и скорректирован алгоритм ВММ для решения балансных задач в Тюменском регионе на примере ГРС КС-11.

Практическая ценность. Разработаны методики оценки погрешности измерительных комплексов с первичными преобразователями различного типа в реальных условиях измерения.

Предложены алгоритмы, обеспечивающих калибровку эталонного метода измерения массового расхода на критических соплах и новую методику измерения массового расхода на критических соплах.

Произведена проверка алгоритма ВММ с разработкой программы в Тюменском регионе на примере сведения баланса УСГР ГРС КС-11.

Реализация результатов. Разработана первая редакция правил по метрологии «Типовые требования к методике выполнения измерений в реальных условиях эксплуатации объема природного газа в стандартных условиях, результаты которых используются при взаимных расчетах между поставщиком и потребителями в коммунальном хозяйстве», которые проходят стадию согласования в заинтересованных организациях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на III и IV конференциях «Метрологическое обеспечение учета энергетических ресурсов"(Сочи, 2001 и 2002), на первой международной на-учно-практической конференции Теплосиб — 2002.

Публикации. Опубликованы 9 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных результатов и выводов, списка литературы (объемом 79 стр.) и приложений (объемом 28 стр.).

5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Предложен новый подход измерений массового расхода на критических соплах, вызванный наличием методической погрешности (по оценка она может достигать более 2,0%), связанной с применением ряда устаревших положений, в действующем документе МИ 1538−86.

Разработаны методики и алгоритмы измерения массового расхода на критических соплах и калибровки, которые основаны на новом подходе, выражающимся в согласовании законов сохранения массы, энергии и количества движения во входном и сжатом сечениях критического сопла.

2. Показано, что стабильность состава природного газа оказывает существенное влияние на технические и метрологические характеристики узлов учета природного газа, так как функция преобразования большинства первичных преобразователей определяется объемом природного газа в рабочих условиях, требующих пересчета на стандартные условия. Этот пересчет должен сопровождаться наличием информации о текущем значении плотности в стандартных условия за отчетный период. При сертификации счетчиков и их калибровке известным является только договорная плотность в стандартных условиях соответствующая минимальному значению из сертификата на природный газ поставщика в данном регионе.

Градуировка большинства счетчиков выполняется на воздухе, а их эксплуатация производится на природном газа. Такая возможность не обоснована экспериментально, а принимается в качестве предположения, что также вызывает необходимость в обосновании достоверности измерений.

В частности в Тюменском регионе за отчетный период с ¡-января по 31 декабря 2000 г плотность в стандартных условиях природного газа изменялась от 0,6794 кг/м3 до 0,6893 кг/м3 (по данным хроматографиче-ского анализа).

3. Обосновано и предложено корректировать показания узлов учета с помощью произведения коэффициентов, отражающих постоянство состава, как отношение плотностей в стандартных условиях действительного и договорного (Кс) и отношение коэффициентов сжимаемости (Кг). За отчетный период с 1 января по 31 декабря 2000 г произведение корректирующих коэффициентов Кс К2 достигали значения 1,0161 (по хроматографу), что для Тюменского региона означает изменение объемов поставки и потребления газа в пределах от 1 до 1,6% по сравнению с приборным контролем.

В методе переменного перепада давления корректировка осуществляется автоматически в процессе выполнения измерения, в остальных методах она отсутствует, что приводит к недостоверным измерениям.

Предложен алгоритм определения пределов абсолютной погрешности углов учета поставщика и потребителей в реальных условиях эксплуатации и определение количества природного газа на основе приборного контроля.

4. Показано, что решение балансных задачэто переход от результата измерения в виде значения количества и его пределов абсолютной погрешности к значению, которое не может содержать никакой неопределенности (учитываемое количество). Этот переход возможен только путем разработки определенных согласованных между всеми участниками коммерческих учетов правил и находится вне компетенции Госстандарта РФ, а является задачей продавца газа. Но эта задача не может быть решена без привлечения результатов измерения на узлах учета и их метрологических характеристик.

5. В результате выполненных исследований разработаны рекомендации, позволяющие существенно увеличить достоверность измерений.

Разработаны первая редакция правил по метрологии ПР 50.2 2002. Типовые требования к методике выполнения измерений в реальных условиях эксплуатации объема природного газа в стандартных условиях, результаты которых используются при взаимных расчетах между поставщиком и потребителями в коммунальном хозяйстве.