Различные методы измерения расхода газа имеют свои преимущества и отличительные особенности. Основные преимущества и отличительные особенности ультразвукового метода измерения следующие:
- отсутствие механических подвижных частей в теле счетчика,
- отсутствие перекрытия потока газа,
- отсутствие падения давления на счетчике,
- возможность изготовления счетчиков на большие диаметры (до Ду 1400),
- высокая точность измерения,
- возможность проведения диагностики работоспособности счетчика непосредственно на месте установки без проведения демонтажа.
Ввиду того, что ультразвуковые расходомеры могут обеспечить высокую точность при больших расходах газа на высоком давлении, основная их область применения – учет газа при его транспортировке на газо-измерительных станциях. Стоимость ультразвуковых расходомеров во много раз выше, чем стоимость счетчиков газа других типов, но при учете газа при транспортировке снижение погрешности измерения на несколько десятых долей процента по сравнению с другими типами счетчиков уже делает их применение экономически оправданным.
Предприятием Elster NV/SA, Бельгия, входящим в группу компаний ЭЛЬСТЕР выпускаются ультразвуковые расходомеры Q.Sonicplus – корпусные многолучевые ультразвуковые расходомеры с 6 парами датчиков. Уникальная комбинация акустических каналов однократного и двукратного отражения от стенок, применённая в расходомере, обеспечивает определение скоростного профиля потока с высокой точностью, в том числе в условиях, отличных от идеальных.
Принцип работы расходомера основан на зависимости времени прохождения ультразвукового сигнала по направлению и против направления течения газа. Измеряя разницу во времени прохождения ультразвуковой волны между излучателями и приемниками, представляющими собой электроакустические вибраторы, установленные в корпусе, и, используя запрограммированные значения параметров участка трубопровода, ультразвуковой расходомер определяет расход и объем газа.
Ультразвуковые датчики располагаются таким образом, что они лишь на несколько миллиметров выступают в поток газа, не создавая падения давления на участке измерений и измеряя ровно тот газ, который проходит через расходомер. В ходе производственного процесса, после того, как расходомер полностью изготовлен и собран, он проходит процедуру «сухой» калибровки. Эта операция, производимая в контролируемых условиях, дает возможность проверки и электронной подстройки геометрии расходомера (т.е. длин и углов акустических путей, изначально определяемых механическими измерительными приборами). Благодаря этой процедуре, Эльстер-Инстромет выпускает расходомеры с воспроизводимостью результатов измерений не хуже ±0.3% и погрешностью измерения в пределах ±0.5% при калибровке на поверочной устаноке в метрологической лаборатории на давлении, близком к атмосферному. После прохождения калибровки в метрологической лаборатории на высоком давлении на природном газе погрешность расходомера обычно находится в пределах ±0.2%.
Присоединительные размеры ультразвуковых расходомеров соответствуют присоединительным размерам турбинных счетчиков газа. Также возможен заказ корпусов нестандартной длины. Номенклатурный ряд типоразмеров расходомеров включает диаметры от 100 мм до 1400 мм.
Для коммерческого учета расходомеры Q.Sonicplus (рис.1) используются с корректорами объема газа ЕК270 или с вычислителями FC-2000 или Gas-Net F1. Функции корректора объема газа – приведение расхода газа к нормальным условиям, суммирование прошедшего объема газа, сохранение, отображение и выдача коммерческой информации в виде отчетов, а также передача данных в систему телеметрии.
Рис. 1. Ультразвуковой счетчик газа Q.Sonicplus
Метрологические и технические характеристики расходомера Q.Sonicplus
| Номинальный диаметр: | DN от 80 до 1400 |
| Диапазон измерений расхода газа, м3/ч: | от 11 до 150000 |
| Диапазон скорости потока измеряемого газа, м/c: | от 0 до 39 |
| Диапазон температуры измеряемого газа, °С: | от - 50 до + 80 |
| Давление измеряемого газа, МПа: | до 40 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности расходомера при измерении объемного расхода и объема, %: | |
| — при калибровке проливным методом, в диапазоне расходов: | |
| от Qmin (включая) до Qt (исключая) | ±0,5 |
| от Qt (включая) до Qmax (включая) | ±0,3 |
| — при калибровке беспроливным методом в диапазоне расходов | |
| от Qmin (включая) до Qt (исключая) | ±0,9 |
| от Qt (включая) до Qmax (включая) | ±0,5 |
| Напряжение питания постоянного тока, В: | от 18 до 30 |
| Потребляемая мощность (в зависимости от комплектации вычислительного блока), Вт, не более: | от 10 до 20 |
| Маркировка взрывозащиты: | 1ExiaIIB+H2T6 |
| Степень защиты: | IP67 |
| Средняя наработка на отказ, ч, не менее: | 110000 |
| Средний срок службы, лет, не менее: | 14 |
| Условия эксплуатации: | |
| температура окружающей среды, °С: | от -50 до +60 |
| Межповерочный интервал: | 6 лет |
Успешное применение ультразвуковых расходомеров при транспортировке газа подталкивает производителей предлагать их для других сегментов рынка. Однако, при этом необходимо учитывать, что подавляющее большинство производимых ультразвуковых расходомеров / счетчиков газа имеет следующие особенности ограничивающие их применение:
- энергозависимость (т.е. требуют постоянного наличия внешнего питания для работы датчиков, что не всегда возможно, также требуется резервное питание, на случай временного отключения основного),
- необходимо наличие прямых участков большой длины до и после счетчика (т.к. сам счетчик представляет собой «часть трубы», не имеет струевыпрямителей и не может никак воздействовать на профиль потока, как например турбинные счетчики газа),
- необходимо большое количество пар датчиков (только определенное количество пар ультразвуковых датчиков позволяет считать газ с необходимой погрешностью за счет перекрытия всего диаметра счетчика, и учета при измерении влияния завихрений потока, неравномерности эпюры скоростей, обратного тока газа и т.д.),
- не все и не всегда стабильно работают на низком давлении (т.к. сам метод более применим для плотных сред),
- существенно дороже других типов счетчиков.
Все попытки каким-либо образом сделать ультразвуковой расходомер более дешевым за счет уменьшения количества пар датчиков, применения более дешевых комплектующих, а также попытки снизить его энергозависимость или уменьшить прямые участки влияют в первую очередь на точность и надежность прибора. В связи с этим, на сегодняшний день, применение точных и надежных ультразвуковых счетчиков газа экономически обоснованно только при учете газа при его транспортировке.
