Введение
Газовый счетчик – это специализированный расходомер, используемый для измерения объема топливных газов, таких как природный газ и сжиженный нефтяной газ. Газовые счетчики применяются в жилых, коммерческих и промышленных зданиях, потребляющих топливный газ, поставляемый газоснабжающей компанией. Измерение газов сложнее, чем измерение жидкостей, поскольку на измеренные объемы сильно влияют температура и давление. Газовые счетчики измеряют определенный объем, независимо от давления или качества газа, протекающего через счетчик. Для измерения фактического количества и теплотворной способности газа, проходящего через счетчик, необходима компенсация температуры, давления и теплотворной способности. В настоящее время используется несколько различных конструкций газовых счетчиков, выбор которых зависит от объемного расхода измеряемого газа, ожидаемого диапазона расходов, типа газа и других факторов. Газовые счетчики в зданиях, построенных до 1970-х годов в регионах с холодным климатом, обычно располагались внутри помещения, как правило, в подвале или гараже. С тех пор подавляющее большинство счетчиков устанавливаются снаружи, хотя существуют некоторые исключения, особенно в старых городах.
A gas meter is a specialized flow meter, used to measure the volume of fuel gases such as natural gas and liquefied petroleum gas. Gas meters are used at residential, commercial, and industrial buildings that consume fuel gas supplied by a gas utility. Gases are more difficult to measure than liquids, because measured volumes are highly affected by temperature and pressure. Gas meters measure a defined volume, regardless of the pressurized quantity or quality of the gas flowing through the meter. Temperature, pressure, and heating value compensation must be made to measure actual amount and value of gas moving through a meter. Several different designs of gas meters are in common use, depending on the volumetric flow rate of gas to be measured, the range of flows anticipated, the type of gas being measured, and other factors. Gas meters that exist in colder climates in buildings built prior to the 1970s were typically located inside the home, typically in the basement or garage. Since then, the vast majority are now placed outside though there are a few exceptions especially in older cities.
Диафрагмы/металлометры
Это самый распространенный тип газового счетчика, который встречается почти во всех жилых и небольших коммерческих установках. Внутри счетчика находятся две или более камеры, образованные подвижными мембранами. Газ, направляемый внутренними клапанами, поочередно заполняет и вытесняет из камер, создавая почти непрерывный поток через счетчик. При расширении и сжатии мембран, рычаги, соединенные с кривошипами, преобразуют прямолинейное движение мембран во вращательное движение коленчатого вала, который является основным элементом измерения расхода. Этот вал может приводить в действие счетный механизм, подобный одометру, или генерировать электрические импульсы для вычислителя расхода. Диафрагменные газовые счетчики относятся к объемным счетчикам.
Роторные счетчики
Ротационные счетчики – это высокоточные приборы, изготовленные с высокой степенью обработки, способные работать с большими объемами и давлением, чем диафрагменные счетчики. Внутри счетчика два ротора (также известные как крыльчатки или поршни) в форме цифры "8" вращаются в точном соответствии друг с другом. С каждым оборотом они перемещают определенное количество газа через счетчик. Принцип работы аналогичен принципу работы насоса Рутса. Вращательное движение коленчатого вала является первичным элементом измерения расхода и может генерировать электрические импульсы для вычислителя расхода или приводить в действие механический счетчик.
Измерители турбин
Турбинные газовые счетчики определяют объем газа, измеряя скорость его движения через счетчик. Поскольку объем газа вычисляется на основе расхода, важно обеспечить хорошие условия потока. Небольшая внутренняя турбина измеряет скорость газа, которая механически передается на механический или электронный счетчик. Эти счетчики не создают препятствий для потока газа, но имеют ограничения при измерении низких расходов.
Измерители отверстий
Газовый расходомер с отверстием состоит из прямого участка трубы, внутри которого точно известная диафрагма создает перепад давления, тем самым влияя на расход. Расходомеры с диафрагмой являются типом дифференциальных расходомеров, все из которых определяют скорость потока газа путем измерения разности давления, создаваемой намеренно спроектированным и установленным возмущением потока. Для точного измерения расхода необходимо измерить или знать статическое давление газа, плотность, вязкость и температуру, в дополнение к дифференциальному давлению. Расходомеры с диафрагмой часто не способны работать с широким диапазоном расходов. Однако они широко используются и хорошо изучены в промышленных приложениях благодаря простоте обслуживания в полевых условиях и отсутствию движущихся частей.
Ультразвуковые приборы измерения потока
Ультразвуковые расходомеры сложнее чисто механических, поскольку требуют значительных вычислительных мощностей и обработки сигналов. Ультразвуковые счетчики измеряют скорость движения газа, определяя скорость распространения звука в газообразной среде внутри трубы. Американская газовая ассоциация регламентирует правильное применение и установку этих счетчиков, определяя стандартизированный расчет скорости звука, который предсказывает скорость звука в газе с известным давлением, температурой и составом. Наиболее сложные типы ультразвуковых расходомеров усредняют скорость звука по нескольким траекториям внутри трубы. Длина каждой траектории точно измеряется на заводе. Каждая траектория состоит из ультразвукового преобразователя на одном конце и датчика на другом. Расходомер генерирует звуковой импульс ("пинг") с помощью преобразователя и измеряет время, необходимое датчику для его приема. Некоторые из этих траекторий направлены против потока, чтобы сумма времен прохождения звуковых импульсов, разделенная на сумму длин траекторий, давала среднюю скорость звука в направлении, противоположном потоку. Эта скорость отличается от скорости звука в газе на величину скорости движения газа в трубе. Другие траектории могут быть идентичными или аналогичными, за исключением того, что звуковые импульсы распространяются по потоку. Затем расходомер сравнивает разницу между скоростями распространения звука против и по потоку, чтобы вычислить скорость потока газа. Ультразвуковые расходомеры отличаются высокой стоимостью и оптимально работают при полном отсутствии жидкости в измеряемом газе, поэтому их в основном используют в системах с высоким расходом и высоким давлением, таких как узлы учета на газопроводах, где газ всегда сухой и имеет низкое содержание примесей, и где даже небольшие пропорциональные погрешности недопустимы из-за значительных финансовых рисков. Диапазон измерений ультразвукового расходомера, вероятно, самый широкий среди всех типов счетчиков природного газа, а точность и диапазон высококачественного ультразвукового расходомера превосходят характеристики турбинных расходомеров, с которыми они сравниваются. Более доступные ультразвуковые расходомеры выпускаются в виде накладных расходомеров, которые можно использовать для измерения расхода в трубах любого диаметра без необходимости их разрезания или модификации. Такие устройства основаны на двух типах технологий: (1) времени прохождения (transit time); и (2) перекрестной корреляции. Обе технологии используют преобразователи, которые просто закрепляются на трубе и программируются с указанием ее диаметра и спецификации, что позволяет рассчитывать расход. Такие расходомеры могут использоваться для измерения расхода практически любого сухого газа, включая природный газ, азот, сжатый воздух и пар. Существуют также накладные расходомеры для измерения расхода жидкостей.
Метаторы Кориолиса
Кориолисовский измеритель обычно состоит из одной или нескольких труб с продольно или осевым смещением сечения, которые приводятся в колебание на резонансной частоте. Кориолисовы расходомеры используются для измерения расхода жидкостей и газов. Когда жидкость или газ внутри смещенного сечения находятся в состоянии покоя, обе части смещенного сечения – верхняя и нижняя – вибрируют в фазе. Частота этих колебаний определяется общей плотностью трубы (включая ее содержимое). Это позволяет измерителю измерять плотность потока газа в реальном времени. Однако, как только начинается течение, вступает в действие сила Кориолиса. Этот эффект подразумевает наличие связи между разностью фаз колебаний верхней и нижней частей смещенного сечения и объемным расходом жидкости или газа в трубе. Ввиду большого количества вычислений, аналогового управления и обработки данных, присущих кориолисовому расходомеру, его работа невозможна только за счет физических компонентов. Для функционирования необходимы приводные, измерительные, электронные и вычислительные элементы. Кориолисовы расходомеры способны работать в широком диапазоне расходов и обладают уникальной возможностью выдавать значение массового расхода, что обеспечивает наивысшую точность измерения расхода, доступную на сегодняшний день. Поскольку они измеряют плотность потока, кориолисовы расходомеры также могут определять объемный расход газа в условиях потока. В отчете № 11 Американской газовой ассоциации содержатся рекомендации по получению достоверных результатов при измерении природного газа с помощью кориолисова расходомера.
Устройства индикации
Любой тип газового счетчика может быть оснащен широким спектром индикаторов. Наиболее распространены индикаторы с несколькими стрелками (показателями стрелочного типа) или цифровые табло, подобные одометру, но удалённый съём показаний различных типов также набирает популярность – см. Автоматический съём показаний и «умные» счетчики.
Точность
Газовые счетчики должны регистрировать объем потребляемого газа с допустимой степенью точности. Любая значительная ошибка в зарегистрированном объеме может повлечь за собой убытки для поставщика газа или переплату для потребителя. Требования к точности обычно устанавливаются законодательно для места установки счетчика. Законодательные нормы также должны предусматривать процедуру разрешения споров относительно точности. В Великобритании допустимая погрешность для газового счетчика, изготовленного до вступления в силу Европейской директивы об измерительных приборах, составляет ±2%. Однако Европейская директива об измерительных приборах гармонизировала допустимые погрешности газовых счетчиков по всей Европе, и, следовательно, счетчики, изготовленные после вступления директивы в силу, должны показывать значения в пределах ±3%. Счетчики, точность которых оспаривается потребителем, подлежат изъятию и проверке уполномоченным специалистом по поверке средств измерений. Если в ходе проверки будет установлено, что показания счетчика выходят за установленные пределы, поставщик обязан возместить потребителю стоимость газа, неправильно учтенного за период использования данного счетчика (но не наоборот). Сумма возмещения ограничена предыдущими шестью годами. Если счетчик не подлежит проверке или его показания признаны недостоверными, потребитель и поставщик должны договориться об урегулировании. Если показания счетчика соответствуют установленным пределам, потребитель оплачивает расходы на проверку (а также любые непогашенные задолженности). Это отличается от ситуации с электрическими счетчиками, где проверка проводится бесплатно, а возмещение выплачивается только в случае установления даты начала неточного учета.
Удаленные считывания
Удаленное снятие показаний становится все более популярным для газовых счетчиков. Обычно это осуществляется через электронный импульсный выход, установленный на счетчике. Существуют различные типы, но наиболее распространенным является переключатель с замыканием контактов.
Расчеты измерения потока
Для компенсации показаний турбинных, ротационных и диафрагменных счетчиков используется расчет, описанный в отчете № 7 Американской газовой ассоциации (AGA). Этот стандартизированный расчет корректирует измеренный объем газа к объему при заданных базовых условиях. Сам расчет AGA 7 представляет собой простое отношение и, по сути, является методом коррекции плотности для перевода объема или расхода газа при рабочих условиях к объему или расходу при базовых условиях. Счетчики с отверстием (орифисные счетчики) – широко распространенный тип счетчиков, и благодаря их повсеместному использованию характеристики потока газа через отверстие были тщательно изучены. Отчет № 3 Американской газовой ассоциации посвящен широкому спектру вопросов, связанных с измерением расхода природного газа с помощью счетчиков с отверстием, и определяет алгоритм расчета расхода природного газа на основе разности давлений, статического давления и температуры газа с известным составом. Эти расчеты частично основаны на законе идеального газа и также требуют расчета сжимаемости газа для учета отклонения реальных газов от идеального состояния. Широко используемый метод расчета сжимаемости – отчет № 8 Американской газовой ассоциации, посвященный детальной характеристике газа.
Нормы размера резьбы
Жилые, коммерческие и промышленные газовые счетчики имеют свои собственные стандартные размеры резьбы. Газовый счетчик подключается к трубопроводу потребителя через поворотное соединение и гайку, которые имеют определенный набор размеров резьбы. Изначально эти размеры резьбы назывались в зависимости от объема газа, который они должны были пропускать, выраженного в газовых лампах – например, счетчик на 30 Lt мог обеспечить достаточно газа для 30 ламп и в конце XIX века назывался счетчиком на 30 лампы. Обычно используются размеры 10Lt, 20Lt, 30Lt, 45Lt или 60Lt, хотя доступны и меньшие, и большие размеры. Размеры резьбы немного, примерно, больше ближайшего размера NPT, чтобы обеспечить соответствующий внутренний диаметр в поворотном соединении.