Вихревые расходомеры-счетчики газа ИРВИС

О вихревых расходомерах вообще.

Вихревой расходомер-счетчик газа ИРВИС-РС4 был разработан Научно-Производственным предприятием «Ирвис» (г.Казань) в 2005 году на основе опыта эксплуатации вихревого расходомера-счетчика газа ВРСГ-1, серийно выпускавшегося с 1992 по 2005 год. Успешной реализации проекта способствовало применение в нем научно-технических разработок и математических алгоритмов, используемых при экспериментальных исследованиях гидродинамических процессов в ракетных двигателях.   

Область применения

Вихревой расходомер-счетчик газа ИРВИС-РС4 (до 2006 г. название ВРСГ-1) представляет собой комплектный, законченный узел коммерческого технологического) учета газа, аттестованный органами Госстандарта.
ИРВИС-РС4 предназначен для ведения коммерческих расчетов между поставщиком и потребителем газа.
ИРВИС-РС4 выпускается в нескольких модификация, позволяющих вести учет различных газовых сред.
ИРВИС-РС4-ППС - измерение природного газа, азота, углекислого газа и других очищенных, осушенных газов.
ИРВИС-РС4-ДДП - измерение попутного нефтяного газа, воздуха и других газов, имеющих высокое содержание влаги и твердых примесей.
ИРВИС-РС4-Пар - измерение водяного пара и других газов с температурой до +250°С.
ИРВИС-РС4-"Тяни-толкай" - измерение природного газа в условия обратных токов (АГНКС).

Основные достоинства

• Высокая точность измерений
  • Определение погрешности счетчика при гос.поверке производится комплексно по всем трем измерительным каналам (температура, давление, расход). Каждый экземпляр прибора проходит градуировку на газодинамическом стенде во всем диапазоне расходов. Газодинамический стенд НПП «Ирвис» уникален - он дает возможность испытания счетчиков и расходомеров газа как на разрежении, так и на рабочем давлении, в широком диапазоне температур, имеется возможность создания пульсирующих расходов с заданными характеристиками. Стенд используется для поверки счетчиков газа иностранного производства совместно с ВНИИР (отраслевой НИИ расходометрии находится в Казани). Периодическая поверка (раз в 2 года) может выполняться в любом ЦСМ, имеется беспроливная методика поверки (газодинамический стенд и нестандартное оборудование не требуется).
• Широкий диапазон измерений
  • Применительно к экономическим и климатическим условиям России эта характеристика особенно актуальна - предприятия должны обеспечить учет газа, как в режиме частичной консервации производственных мощностей, так и при выходе на пиковые режимы потребления. Детектор вихрей разработки НПП «Ирвис» имеет высокую чувствительность во всем теоретически возможном диапазоне частот вихреобразования, это дало возможность обеспечить малое гидродинамическое сопротивление первичного преобразователя (не требуется поджатие потока) и отсутствие чувствительности к промышленным вибрациям (характерное для преобразователей пьезоэлектрического типа).
• Стабильность метрологических характеристик, отсутствие подвижных частей, подверженных износу
  • В конструкции отсутствуют основные причины износа и нестабильности измерений - движущиеся части, смазываемые узлы, микронные зазоры, характерные для ротационных и турбинных счетчиков. Информацию о расходе несет частота, а не амплитуда сигнала с детектора вихрей, следовательно, отсутствует и причины дрейфа нуля, характерные для расходомеров-счетчиков с датчиком перепада давления или с термоанемометрическим зондом. Использованы наиболее качественные (и не самые дешевые) датчики давления и температуры.
• Возможность работы на нестационарных потоках
  • При пульсации расхода с очень большой частотой (порядка десятков колебаний в секунду) и, при этом, с большой амплитудой (величина расхода изменяется в несколько раз) срыв вихрей может стать вынужденным и расход не может быть точно определен по частоте вихрей. Такие пульсации расхода вызываются работой регулятора давления в режиме высокочастотных автоколебаний клапана, наблюдается они чрезвычайно редко, сопровождаются гулом и вибрацией, быстро приводят к разрушению клапана и седла регулятора. При «качке» - низкочастотных автоколебаниях расхода, вызванных неправильной настройкой регулятора давления, расход измеряется точно.
• Нечувствительность к гидравлическим ударам и загрязнениям
  • Принципиально невозможны заклинивание и прекращение прохода газа. Совокупность геометрии тела обтекания, принципа детектирования вихрей и математических алгоритмов (специфичных для продукции НПП «Ирвис» и защищенных патентами) обеспечивают стабильность метрологических характеристик канала измерения расхода даже при загрязнении рабочей среды. Загрязнения не откладываются на рабочих кромках генератора вихрей - гидродинамика обеспечивает их постоянную очистку, но и износа кромок при этом не происходит. Детектор вихрей вынесен из потока газа и размещен внутри тела обтекания - в канале перетока. Канал перетока выполнен в затененной части тела обтекания и таким образом защищен от загрязнения. При постоянной работе на сильно загрязненной среде (характерно только для попутного газ) система самодиагностики начинает выдавать предупреждение о загрязнении детектора вихрей за несколько суток до отказа. Промывка детектора вихрей или замена на новый из ЗИПа (поставляется в комплекте) производится на месте эксплуатации и не требует высокой квалификации.
• Простота монтажа
  • Монтаж измерительного участка и ПП можно вести на горизонтальном, вертикальном и наклонном участках трубопровода. Первичный преобразователь может быть произвольно сориентирован в пространстве.
• Простота и удобство в эксплуатации
  • При эксплуатации счетчик ИРВИС-РС4 не требует регулярного обслуживания (смазки, корректировки нулей, предохранения первичного преобразователя от замерзания и т.п.). Необходимо лишь периодически контролировать сам факт работоспособности прибора по реальности индицируемых параметров газа и по отсутствию сообщений об отказах. Система самодиагностики программно реализована в трех блоках (СП, БОС и регистраторе), через которые информация о расходе попадает к потребителю. Признаки событий запрашиваются регистратором, который выдает сообщения самодиагностики на индикатор БИП и заносит в архив событий (архив событий организован так, что не может переполниться даже при «мерцающем» отказе). Контроль можно производить и дистанционно, например, опрашивая архив приборов через GSM-модем. В случае отказа или повреждения, ремонт прибора может производиться на месте, заменой блоков, и не требует внеочередной поверки. Исключением являются механическое повреждение генератора вихрей, отказ датчика давления и отказ вычислителя (электронная плата БОС, размещается на ПП под кожухом), их замена требует поверки всего прибора, но эти отказы крайне маловероятны. При разработке новых модификаций прибора обеспечивается возможность поблочной модернизации более ранних версий.
• Комплектность узла учета
  • ИРВИС-РС4 имеет в своем составе вихревой расходомер, датчик абсолютного давления, датчик температуры, вычислитель, регистратор, барьер искрозащиты, блок питания и является законченным комплектным узлом коммерческого учета природного газа (либо попутного нефтяного газа, сжатого воздуха, водяного пара, и т.д.). В базовую стоимость прибора включен также и монтажный комплект, состоящий из габаритного имитатора ПП (служит для замены ПП на время монтажа и поверки), ответных фланцев, крепежа, уплотнительных  колец и соединительного кабеля. По желанию Заказчика прибор может комплектоваться предвключенными и поствключенными измерительными участками, аттестованными заводом-изготовителем. Весь комплекс изготавливается, градуируется и аттестовывается как единое целое квалифицированными специалистами в заводских условиях. Такой подход повышает точность измерений, снижает стоимость монтажных работ, облегчает приемку узла учета надзорными органами.

Принцип действия

Принцип действия расходомера-счетчика газа ИРВИС-РС4 основан на измерении частоты образования вихрей, возникающих в потоке газа при обтекании неподвижного тела (генератор вихрей). Детектирование вихрей, в зависимости от модификации счетчика, происходит двумя типами чувствительных элементов: термоанемометром и датчиком пульсаций давления. 
Благодаря тому, что чувствительные элементы детекторов вихрей вынесены из потока газа и размещены в канале перетока тела обтекания, расходомеры-счетчики ИРВИС-РС4 отличаются повышенной стойкостью к загрязнению газа. 
Для приведения измеренного объема газа к стандартным условиям по ГОСТ-2939 используются сигналы от встроенных датчиков давления и температуры.

Функциональные характеристики

Высокая точность и качество

Отсутствие подвижных частей, подверженных износу, самоочищение генератора вихрей (тела обтекания) за счет срыва вихрей, вынос детекторов вихрей из потока газа в канал перетока обеспечивают высокую стабильность метрологических характеристик счетчика ИРВИС-РС4 во время эксплуатации. Использование частотного вихревого сигнала, математический фильтр разработки НПП "Ирвис" обеспечивают высокую точность измерений, отсутствие дрейфа нуля и явления "самоход". 
Благодаря тому, что НПП "Ирвис" имеет образцовую метрологическую базу, обеспечивающую возможность исследования и градуировки приборов во всем диапазоне расходов, температур и давлений, а также исследовать приборы при измерении пульсирующих потоков газа, приборы производства НПП "Ирвис" не имеют дополнительной погрешности связанной с различиями условий градуировки и условий эксплуатации расходомеров-счетчиков газа ИРВИС-РС4.

Первичный преобразователь

Первичный преобразователь представляет собой отрезок трубопровода с фланцами, в котором установлено тело обтекания, датчики температуры и давления, плата вычислителя. 
Тело обтекания представляет собой цилиндр специальной формы. В затененной части цилиндра, поперек потока газа выполнен канал перетока, в котором установлен чувствительный элемент детектора вихрей. Благодаря тому, что чувствительный элемент является детектором, работающим в режиме "да" - "нет" его замена возможна в процессе эксплуатации и не ведет к внеочередной периодической поверке прибора. 
Датчик давления представляет собой первичный преобразователь абсолютного давления, термокомпенсированый во всем диапазоне рабочих температур, с нормированным токовых выходом 4...20 мА. 
Датчик температуры представляет собой первичный преобразователь температуры термосопротивление платиновое с нормирующим усилителем 4...20мА. 
Плата вычислителя по трем измеренным сигналам определяет текущий объемный расход, приведенный к стандартным условиям и накапливает в энергонезависимой памяти нарастающим итогом значение прошедшего объема газа. По цифровой линии связи передает информацию об измеряемых параметрах и накопленном объеме газа на специализированный регистратор - "БИП" (блок интерфейса и питания).

Регистратор

Регистратор ведет архивацию измеряемых параметров (глубина архива 100 суток), формирует отчетную ведомость, обеспечивает питание первичного преобразователя по искробезопасным электрическим цепям.
  Съём информации с регистратора возможен несколькими способами.
- Подключение принтера к стандартному LPT порту и распечатка на бумажный носитель.
- Передача на АСУ через стандартный цифровой интерфейс RS-232 и 485.
- Перенос информации на персональный компьютер при помощи FLASH-карты, входящей в базовый комплект поставки.
- Для оперативного контроля, регистратор укомплектован ЖКИ индикатором отображающим текущие измеряемые параметры, накопленный объем газа и др. параметры работы прибора. 
Для исключения дополнительной погрешности, вызванной изменением состава рабочего газа, с клавиатуры, расположенной на лицевой панели регистратора, реализована возможность изменения состава газа внесенного в память прибора. От несанкционированного доступа данная функция защищается паролем надзорной организации. 
Для ведения достоверного учета все вмешательства в установочные величины отображаются в архиве "констант".  
При выходе прибора из строя учет газа ведется по условно-постоянным значениям, вносимым в память прибора по взаимному согласованию поставщика и потребителя газа.

Монтаж и установка

Первичный преобразователь расходомера-счетчика газа ИРВИС-РС4 может быть установлен на горизонтальном, вертикальном или наклонном участке трубопровода. В связи с тем, что расходомер практически не загромождает проход трубопровода в месте установки первичного преобразователя не требуется организация обводного байпасного канала. Для удобства монтажа в базовый комплект поставки включен монтажный комплект включающий в себя ответные фланцы, габаритную катушку имитатора, уплотнительные кольца, крепеж, 10 м. соединительного кабеля. Для снижения требований к квалификации монтажной организации и повышения точности измерений в комплект поставки может быть включен прямолинейный измерительный участок, аттестованный заводом изготовителем (вариант врезки" "З" см.Руководство по эксплуатации).