Вимірювання витрат газу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Автоматизація виробничих процесів нерозривно зв'язана з вимірюванням різних фізичних величин та комплексних показників якості продукції. Для цієї мети використовуються різноманітні засоби вимірювань, правильність використовування яких ґрунтується на положеннях метрології та вимірювальної техніки.

Вимірювання газу.

Гази складаються переважно з граничних вуглеводнів , але в них зустрічаються також сірководень , азот , вуглекислота , водяні пари. Ті, що добуваються з чисто газових родовищ , складаються в основному з метану. Газ є високоефективним енергоносієм і цінним хімічним сировиною. Він має ряд переваг у порівнянні з іншими видами палива і сировини :

- Вартість видобутку природного газу значно нижче , ніж інших видів палива; продуктивність праці при його видобутку вище , ніж при видобутку нафти і вугілля;

- Відсутність в природних газах оксиду вуглецю запобігає можливість отруєння людей при витоках газу;

- При газовому опаленні міст і населених пунктів набагато менше забруднюється повітряний басейн ; - При роботі на природному газі забезпечується можливість автоматизації процесів горіння , досягаються високі ККД;

- Високі температури в процесі горіння (більше 2000 ° С ) і питома теплота згоряння дозволяють ефективно застосовувати природний газ як енергетичного та технологічного палива.

Як промислове паливо газ має такі технологічні переваги:

- При спалюванні потрібен мінімальний надлишок повітря ;

- Містить найменшу кількість шкідливих механічних і хімічних домішок , що дозволяє забезпечити сталість процесу горіння ;

- При спалюванні газу можна забезпечити точніше регулювання температурного режиму , ніж при спалюванні інших видів палива , це дозволяє економити паливо; газові пальники можна розташовувати в будь-якому місці печі , що дозволяє поліпшити процеси теплообміну і забезпечити стійкий температурний режим;

- При використанні газу відсутні втрати від механічного недогорания палива;

- Форма газового полум'я порівняно легко регулюється, що дозволяє в разі потреби швидко забезпечити високий ступінь нагріву в потрібному місці.

Разом з тим газовому паливу притаманні і деякі негативні властивості . Суміші, що складаються з певної кількості газу та повітря , є пожежо- та вибухонебезпечними . При внесенні в такі суміші джерела вогню або високонагретого тіла відбувається їх спалах ( вибух) . Горіння газоподібного палива можливе тільки за наявності повітря , в якому міститься кисень , причому процес спалаху ( вибуху) відбувається при певних співвідношеннях газу і повітря.

Теплота реакції горіння виділяється миттєво , продукти згоряння газу нагріваються і , розширюючись , створюють в обсязі , де вони перебували , підвищені тиску. Різке зростання тиску при згорянні газу в обмеженому обсязі ( приміщенні , топці , газопроводі ) обумовлює руйнівний ефект вибуху .

При вибухах газоповітряної суміші в трубах з великим діаметром і довжиною можуть відбутися випадки , коли швидкість поширення полум'я перевершить швидкість поширення звуку. При цьому спостерігається підвищення тиску приблизно до 8 МПа ( 80 кгс/см2). Таке вибуховий займання називається детонацією . Детонація пояснюється виникненням і дією ударних хвиль в займистою середовищі .

Природні гази не отруйні , проте при концентрації метану в повітрі , яка доходить до 10 % і більше , можливо задуха внаслідок зменшення кількості кисню в повітрі. Горючі гази представляють значну пожежну небезпеку ; вони самі легко спалахують , і їх горіння може викликати опіки або займання інших горючих матеріалів.

Витрати газу - газ, що витрачається на виконання певного виду роботи під час його транспортування.

Це газ, який забезпечує надійне функціонування та умовну нормативну зовнішню герметичність газопроводів, з'єднувальних деталей, арматури, компенсаторів, газового обладнання, приладів тощо, в тому числі: витоки газу, які не перевищують норм витоків, встановлених чинними нормативними документами; витрати газу при технічному обслуговуванні, поточному та капітальному ремонтах, при підключенні газопроводів, з'єднувальних деталей, арматури, газового обладнання, приладів тощо згідно з чинними нормативними документами, а також при роботі запальних пальників газових приладів у діапазоні, який є нижчим, ніж поріг чутливості мембранних лічильників газу.

1. Основні поняття та характеристика вимірювань

Вимірювання - це процес знаходження значення (розміру) фізичної величини в певних одиницях за допомогою спеціальних засобів вимірювання дослідним шляхом. Вимірювання полягає у порівнянні значення вимірюваної ФВ з іншою однорідною ФВ, умовно прийнятою за одиницю.

Фізична величина ( далі ФВ) - це властивість, яка є спільною в якісному відношенні для багатьох матеріальних об'єктів, але є індивідуальною в кількісному відношенні для кожного з них. Наприклад, усі об'єкти мають масу i температуру, але для кожного об'єкта вони різні.

Для встановлення кількісного вмісту властивості , яка відображає певну ФВ, у метрології введені поняття:

розмір ФВ - це кількісний уміст у даному об'єкті властивості, яка відповідає поняттю ФВ;

одиниця (U) ФВ - це ФВ фіксованого розміру , якій умовно присвоєне значення одиниці й розмір якої встановлюється законодавчо метрологічними службами держави;

значення (Q) ФВ - це оцінка розміру ФВ у вигляді деякого числа прийнятих для неї одиниць;

числове значення (n) ФВ - це число, яке дорівнює відношенню значення ФВ до одиниці даної ФВ. Воно може бути цілим чи дробовим, але обов'язково абстрактним числом.

Значення ФВ отримують у результаті проведених вимірювань або обчислень у відповідності з основним рівнянням вимірювань:

Q = n * U

де Q - вимірювана величина, U - одиниця фізичної величини , n - числове значення вимірюваної величини.

Права частина - називається результатом вимірювань i завжди має розмірність одиниці фізичної величини U, а число n показує скільки разів одиниця вимірювання вміщується у вимірюваній величині. Н., I = 40 A.

У цьому випадку результати вимірювань називають іменованими. Неіменовані результати вимірювань надаються у відсотках.

Якщо при вимiрюваннi величини Q використати iншу одиницю, н., U1, то рiвняння (1.1) приймає вид:

Q = n1 * U1

Розв'язуючи рівняння спільно одержимо:

* U = n1 * U1, або n1 = n (U / U1)

Тобто, для переходу від результату вимірювання "n" (в одиницях U) до результату "n1", вираженого в одиницях U1, необхідно "n" помножити на співвідношення прийнятих одиниць.

Необхідно чітко розрізняти два поняття: істинні значення ФВ та їхні емпіричні прояви - результати вимірювань. Істинними Qіст - є значення фізичних величин, які ідеально відбивають (відображають) властивості обєкта як у якісному, так i в кількісному відношеннях. Вони не залежать від способу нашого пізнання i являють собою абсолютну істину, до якої ми прагнемо, бажаючи виразити їхніми числовими значеннями.

На практиці це абстрактне поняття замінюють поняттям дійсного значення (Qдiйс) вимірюваної ФВ, пiд яким розумiється її значення, знайдене експериментально i настiльки близьке до iстинного, що для даної мети може використовуватися замiсть нього. За дійсні беруть значення які: розраховані за формулами, одержані за показами еталонів та більш точних засобів вимірювання.

Результати вимірювань (далі РВ) - це продукт нашого пізнання i вони становлять приблизну оцінку значення ФВ. РВ завжди залежать від використаного принципу чи методу вимірювань, а також від стану та класу точності засобу вимірювань, за допомогою якого їх здобувають, i від кваліфікації обслуговуючого персоналу.

Усі вимірювані ФВ можна розділити на дві групи:

Першу групу - утворюють ФВ, що вимірюються безпосередньо. Вимірювання таких ФВ відбуваються без перетворення їхнього роду і вони в процесі вимірювання порівнюються з однорідною мірою, що відтворює необхідний розмір. Наприклад, вимірювання довжини об'єкта метром.

Другу - утворюють ФВ, що перетворюються із заданою точністю в безпосередньо вимірювані. ФВ, що перетворюються, не можуть вимірюватись у відповідних їм одиницях безпосередньо. До ФВ, що перетворюються, відноситься, наприклад, температура, густина. У цьому випадку значення вимірюваної ФВ знаходять після перетворення її роду або за відомою залежністю між нею та ФВ, що вимірюється безпосередньо і яка однозначно зв'язана з першою величиною, але зручніша для вимірювання. Такі перетворення здійснюються за допомогою операції вимірювального перетворення. Наприклад, вимірювання температури за допомогою термометра опору шляхом визначення його електричного опору або використання у вимірювальній техніці перетворювачів, коли вимірюється значення сигналу, а не значення вимірюваної величини. Єдність вимірювань це стан вимірювань, коли результати вимірювань виражені в законодавчо прийнятих одиницях, а похибки вимірювань прийняті із заданою ймовірністю. Єдність вимірювань необхідна для порівняння результатів вимірювань фізичної величини, проведених у різних місцях, у різний час та з використанням різних методів i засобів вимірювання. Тобто, результати вимірювань ФВ повинні бути однаковими скрізь i не залежати від методу та засобу, яким було проведене вимірювання. Так, наприклад, маса в 1 кг чи довжина в 1 м повинні бути адекватними в різних місцях, при вимірюванні різними методами, засобами та експериментаторами.

Засоби вимірювання (ЗВ) - це сукупність спеціальних технічних засобів, яка використовується для визначення розміру ФВ при її вимірюванні і яка має нормовані метрологічні характеристики та проградуйована в одиницях вимірюваної величини.

Міра - це ЗВ, який призначений для відтворення фізичної величини заданого розміру.

1.1 Характеристика вимірювань

Якість вимірювань характеризується : точністю, достовірністю, правильністю, збіжністю, відтворенням та розміром допустимих похибок.

Точність вимірювань - це характеристика якості вимірювань, що відображує близькість до нуля похибки його результату, або означає максимальну наближеність результату до істинного значення вимірюваної величини.

Достовірність вимірювань - визначається ступенем довіри до результатів вимірювань і характеризується ймовірністю того, що істинні значення вимірюваної величини знаходяться у вказаних межах. Така ймовірність називається довірчою. Правильність вимірювань - це характеристика вимірювань, що відображає близькість до нуля систематичної похибки результатів вимірювання.

Збіжність результатів вимірювання - це характеристика якості вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювання однієї й тієї ж фізичної величини, виконаних повторно одним і тим же методом та ЗВ, в одних і тих же умовах.

Відтворення результатів вимірювання - це характеристика якості вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювання однієї й тієї ж фізичної величини, виконаних у різних місцях, різними методами та ЗВ в одних і тих же умовах.

електромагнітний витратомір вуглекислий газ

1.2 Класифікація вимірювань

Вимірювання класифікують за такими ознаками:

1.) за характером зміни вимірюваної величини в часі, 2) за способом одержання результатів вимірювання, 3) за точністю вимірювання.

За характером зміни вимірюваної величини в часі вимірювання розділяють на:

-СТАТИЧНІ ВИМІРЮВАННЯ - при яких протягом певного проміжку часу вимірювана величина майже не змінюється, або ж її величина змінюється поступово відповідно до процесу виробництва. Такі вимірювання характеризують стаціонарність в об'єкті, застосовуються в пасивних експериментах для встановлення взаємозвязку між фізичними величинами одного i того самого обєкта дослідження. Їх також використовують при зніманні статичної характеристики перетворення засобу вимірювань. Вони забезпечують задовiльний рiвень точностi за певний проміжок часу.

-ДИНАМІЧНІ ВИМІРЮВАННЯ - показують зміну вимірюваної величини в часі при різних збуреннях, що впливають на об'єкт або ж на засіб вимірювання. Вони дають змогу вивчити динамічні властивості об'єкта, його інерційність, а також динамічні властивості самого засобу вимірювання та його складових частин.

Для визначення динамічної характеристики ЗВ на його вхід подають стрибкоподібний сигнал Хдійсн. Як видно із графіку показання приладу Хдин досягають сталого значення Хдійсн лише через певний час i наближаються до нього поступово по експоненціального закону. Різниця між показаннями приладу Хдин i дійсним значенням Хдiйсн вимірюваної величини називається динамічною похибкою:

д = Хдiй - Хдин

Спочатку, не дивлячись на стрибкоподібну зміну вимірюваної величини Хдійсн на вході приладу, сигнал на його виході Хдин почне змінюватись через певний проміжок часу,який називається - час початку реагування Тпр.

Далі, сигнал Хдин досягне величини 95% свого максимального значення Хдійсн через проміжок часу перехідного процесу Тпп.

Постійна часу Т - час, на протязі якого значення вимірюваної величини досягає 0,632 вiд сталого її значення.

Час установлення повного значення вимірюваної величини Тпз - час, протягом якого значення вимірюваної величини досягне свого сталого значення від початку зміни вхідної величини на вході приладу, а динамічна похибка не досягне нуля.

За способом одержання числового значення вимірюваної величини вимірювання розділяють на два види: прямі та непрямі.

ПРЯМИМИ називаються вимірювання, за якими значення вимірюваної ФВ знаходять без перетворення її роду і це значення визначається безпосередньо за експериментальними даними. При прямих вимірюваннях вимiрювану ФВ визначають або порівнянням її розміру з розміром, що відтворюється мірою (наприклад, вимірювання довжини стола метром), або у вигляді показу ЗВ, що завчасно проградуйований в одиницях вимірюваної ФВ. При здійсненні прямих вимірювань, об'єкт дослiдження приводять до взаємодiї зі ЗВ i по показам останнього вiдраховують значення вимірюваної величини. До прямих належить більшість вимірювань, які використовуються у виробництві, а також вони є основою інших, більш складних, вимірювань.

НЕПРЯМИМИ - є вимірювання, за якими значення вимірюваної ФВ величини визначається після перетворення її роду або визначається шляхом її обчислення за відомою залежністю між цією ФВ та іншими ФВ, які вимірюють прямо і з якими вона звязана відомими математичними (функціональними) залежностями. Будь-яке непряме вимірювання звязане з низкою прямих вимірювань.

Непрямі вимірювання в свою чергу ділять на: опосередковані, сукупнi та сумicнi.

- Oпосередковані - це вимірювання , за яких значення вимірюваної ФВ Q визначається шляхом її обчислення за відомою залежністю між цією ФВ та іншими ФВ - аргументами (Y, Z, G,...), які вимiрюють прямо і з якими вона звязана вiдомими математичними залежностями. Опосередковані вимірювання найбільш розповсюджені cеред непрямих вимірювань.

Функціональну залежність результату Q від аргументів Y, Z, G,…, загального виду:Q = F (Y, Z, G, ...), називають формулою (рівнянням) звязку. Приклади опосередкованих вимірювань: визначення об'єму V рiдини у цiлiндричнiй посудинi за висотою h та площею

S: V = S * h;

та густини за масою m та її об'ємом

V: = m / V;

вимірювання температури за допомогою термоперетворювача опору.

До опосередкованих відносяться тільки такі вимірювання, при яких розрахунок шуканої величини виконується вручну або автоматично, але тільки після отримання окремих результатів прямих вимірювань величин - аргументів.

У сучасних мікропроцесорних ЗВ часто обчислення шуканої вимірюваної величини виконується «в середині» ЗВ і результат отримують способом, характерним для прямих вимірювань. У таких ЗВ немає необхідності окремого врахування методичної похибки розрахунку, так як вона входить у самого ЗВ. Вимірювання, що проведені такими ЗВ, теж відносяться до прямих вимірювань.

- CУКУПНИМИ називаються вимірювання, що складаються з ряду (сукупності) прямих одночасних вимірювань однієї чи декількох величин - аргументів, виконаних при різних умовах, або при різній їх комбінації. При цьому числове значення вимiрюваної величини отримують шляхом вирiшення систематизації.

2. Газ та його властивості

Газ (рос. газ; англ. gas; нім. Gas n, Erdgas n) -- суміш газів, що утворилася в надрах землі при анаеробному розкладанні органічних речовин. Як правило, це суміш газоподібних вуглеводнів (метану, етану, пропану, бутану тощо), що утворюється в земній корі та широко використовується як високоекономічне паливо на електростанціях, у чорній та кольоровій металургії, цементній та скляній промисловості, у процесі виробництва будматеріалів та для комунально-побутових потреб, а також як сировина для отримання багатьох органічних сполук.

Природний газ є корисною копалиною. Часто є побічним газом при видобутку нафти. Природний газ у пластових умовах (умовах залягання в земних надрах) знаходиться в газоподібному стані у вигляді окремих скупчень (газові поклади) або у вигляді газової шапки нафтогазових родовищ це вільний газ, або в розчиненому стані в нафті або воді (у пластових умовах), а в стандартних умовах (0,101325 МПа і 20 °C) -- тільки в газоподібному стані. Також природний газ може знаходитися у вигляді газогідратів.

Природні гази виділяються з надр Землі під час вулканічної діяльності тектонічними щілинами, пов'язаними з газоносними пластами, виносяться мінеральними джерелами. Їх можна поділити на гази біохімічні, вулканічні, метаморфічні, повітряного і хімічного походження, гази радіоактивних і термоядерних процесів.

Біохімічні гази - продукти життєдіяльності бактерій. Вони виникають при перетвореннях органічних речовин, відновленні сульфатів чи інших мінеральних солей. У результаті таких процесів можуть утворюватися СН4, С2Н6, Н2, Н2S, СО2, N2. Вулканічні гази виділяються з надр Землі при виверженнях. Вони розчинені у розплавленій магмі, а також утворюються в процесі дії парів води при високих температурах на речовини магми і контактуючих з магмою порід.

Метаморфічні гази утворюються при перетвореннях викопного вугілля та інших гірських порід під дією тепла і тиску; містять СН4, СО2, Н2, різноманітні вуглеводні, Н2S, СО та ін.

Повітряні гази - гази атмосфери і гази, що знаходяться в надрах Землі. Сухе атмосферне повітря біля поверхні Землі складається з N2 (78,09 об. %), O2 (20,95 об. %), а також невеликих кількостей Ar, CO2, Ne, He, Kr, H2, N2O. Важливим джерелом газів атмосфери служать вулканічні виверження, процеси «дихання Землі» (мікрогазові виділення), радіоактивний розпад та ін. Найбільш легкі гази (наприклад гелій) не накопичуються в атмосфері й відходять у світовий простір. Промислова діяльність людини також впливає на склад атмосфери. Гази, що знаходяться у надрах Землі, складаються з N2 та інертних газів; вільний кисень у них відсутній.

2.1 Фізико-хімічні властивості

Біохімічні гази - продукти життєдіяльності бактерій. Вони виникають при перетвореннях органічних речовин, відновленні сульфатів чи інших мінеральних солей. У результаті таких процесів можуть утворюватися СН4, С2Н6, Н2, Н2S, СО2, N2.

Вулканічні гази виділяються з надр Землі при виверженнях. Вони розчинені у розплавленій магмі, а також утворюються в процесі дії парів води при високих температурах на речовини магми і контактуючих з магмою порід.

Метаморфічні гази утворюються при перетвореннях викопного вугілля та інших гірських порід під дією тепла і тиску; містять СН4, СО2, Н2, різноманітні вуглеводні, Н2S, СО та ін.

Повітряні гази - гази атмосфери і гази, що знаходяться в надрах Землі. Сухе атмосферне повітря біля поверхні Землі складається з N2 (78,09 об. %), O2 (20,95 об. %), а також невеликих кількостей Ar, CO2, Ne, He, Kr, H2, N2O. Важливим джерелом газів атмосфери служать вулканічні виверження, процеси «дихання Землі» (мікрогазові виділення), радіоактивний розпад та ін. Найбільш легкі гази (наприклад гелій) не накопичуються в атмосфері й відходять у світовий простір. Промислова діяльність людини також впливає на склад атмосфери. Гази, що знаходяться у надрах Землі, складаються з N2 та інертних газів; вільний кисень у них відсутній.

Гази хімічного походження виникають при хімічній взаємодії між газоподібними речовинами, водяними розчинами і гірськими породами як за нормальних умов, так і при підвищених температурах і тисках, що спостерігаються на різних глибинах земної кори. При цьому можуть утворюватися Н2, СО, СО2, H2S, N2, а також СН4 та інші вуглеводні.

У результаті радіоактивних процесів та термоядерних реакцій утворюються гелій, аргон, ксенон та інші гази.

До природних газів відносяться також горючі гази, що накопичуються в породах-колекторах у вигляді самостійних газових покладів, і горючі гази, розміщені у вугільних пластах.

Походження природних горючих газів обумовлене біохімічним розпадом органічної речовини і подальшим метаморфізмом останнього під впливом геохімічних факторів. Крім того, горючі гази утворюються при взаємодії парів води з карбідами металів, а також СО і Н2.

Найбільше значення має природний газ із газоносних пластів - одна з основних горючих копалин, що займає ключові позиції у паливно-енергетичних балансах багатьох держав, важлива сировина для хімічної промисловості. Більше ніж на 90% воно складається з вуглеводнів, головним чином метану СН4. Містить і більш важкі вуглеводні - етан, пропан, бутан, а також меркаптани і сірководень (зазвичай ці домішки шкідливі), азот і вуглекислий газ ( вони в принципі некорисні, але й не шкідливі), пари води, корисні домішки гелію та інших інертних газів.

У викопному природному газі містяться вуглеводні з низькою молекулярною масою. Він має приблизно такий склад (за об'ємом):

80-98% метану; 2-3% його найближчих гомологів - етану, пропану, бутану і невеликої кількості домішок - сірководню, азоту, благородних газів, оксиду вуглецю (IV) і водяної пари. У табл. 8.4 показано приблизний склад газових покладів різних родовищ.

Основним газом самостійних газових покладів і вугільних пластів є метан. У газах, супутніх нафті, крім метану, містяться значні кількості його гомологів.

Теплота згоряння сухого природного газу 33,52-35,61 МДж/м3 (8000-8500 ккал/м3). У табл. 8.5 наведено густину і теплоту згоряння газів, які входять до складу газоподібного палива.

За способом видобутку природні горючі гази поділяються на власне природні гази, що видобуваються із суто газових родовищ, які практично не містять нафти; супутні гази, котрі розчинені у нафті та добуваються разом з нею, і гази газоконденсатних родовищ, що знаходяться в пластах під тиском і містять (у результаті так званого «зворотного» випаровування) керосинові, а іноді й солярові фракції нафти. Власне природні гази і гази газоконденсатних родовищ виходять на поверхню Землі під значним тиском (50-100 ат); супутні гази виділяються з нафти у сепараторах під невеликим надлишковим тиском або при розрідженні. Природні та супутні гази складаються загалом з алканів, незначної кількості цикланів і ароматичних вуглеводнів, невеликих кількостей азоту і аргону, а також містять сліди гелію і водню. Крім того, іноді в газах містяться Н2S, меркаптани і СО2. За складом природні горючі гази іноді поділяють на сухі та жирні. До жирних відносяться гази, що містять 50-100 (і більше) г/м3 вуглеводнів від С3 і вище. Власне природні гази зазвичай відносяться до сухих газів, супутні та газоконденсатні - до жирних.

Майже всі природні горючі гази зовсім не мають запаху або мають вельми слабкий запах, за яким їх складно розпізнати. Внаслідок цього важко своєчасно виявити присутність газу в приміщеннях і вжити заходів щодо запобігання його накопиченню, уникнувши пожеж, вибухів і отруєнь.

Для того, щоб можна було своєчасно виявити газ, який не має власного специфічного запаху, йому штучно додають запаху, тобто одоризують. Речовини, використовувані для штучної одоризації газу, називаються одорантами, а апарати, в яких відбувається одоризація, - одоризаторами.

Уживані для одоризації газу речовини повинні відповідати ряду вимог, основні з яких наступні:

* запах одоранта має бути різким і специфічним, тобто відрізнятися від інших запахів житлових та інших приміщень;

одоранти і продукти їх згоряння мають бути фізіологічно нешкідливими і не впливати на газопроводи, прилади та обстановку приміщень;

* одорант має бути недефіцитним.

Як одоранти найбільшого поширення набули органічні сірчисті сполуки (меркаптани, сульфіди і дисульфіди). Вони вживаються як у вигляді індивідуальних хімічних речовин (наприклад етилмеркаптан), так і у вигляді технічних промислових продуктів, що містять вказані сірчисті органічні сполуки (колодорант, пенталарм, каптан та ін.).

2.2 Отруйні властивості газу

Здатність природного газу створювати отруйну дію на організм людини. В атмосферному повітрі населених пунктів, у повітрі робочої зони і у воді водоймищ санітарно-побутового водокористування встановлюються гранично допустимі концентрації шкідливих речовин, які затверджуються Міністерством охорони здоров'я України.

Із газових компонентів природних і нафтових газів особливо токсичним є сірководень, його запах відчувається при вмісті в повітрі 0,0014-0,0023 мг/л. Сірководень - отрута, що викликає параліч органів дихання й серця. Концентрація сірководню 0,06 мг/л викликає головний біль. При концентраціях 1 мг/л і вище настають гостре отруєння і смерть.

Гранично допустима концентрація сірководню в робочій зоні виробничих приміщень - 0,01 мг/л, а в присутності вуглеводнів С1-С5 - 0,003 мг/л.

Гранично допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин, мг/м3:

Етилен С2Н4

В атмосферному повітрі - 3;

У воді водоймищ - 0,5

Бутилен С4Н8

В атмосферному повітрі - 3;

У воді водоймищ - 0,2

n-бутан n-С4Н10

В атмосферному повітрі - 200;

У воді водоймищ - ізопентан і-С5Н12

В атмосферному повітрі - 100;

Характер дії на організм людини вуглекислого газу - наркотичний, при високих концентраціях викликає швидку задуху через нестачу кисню. Вміст 4-5 % вуглекислого газу в повітрі призводить до запаморочення голови, підвищує кров'яний тиск. Вдихання високих концентрацій вуглекислого газу (20 %) спричиняє зупинку дихання і смерть.

3. Основні поняття витрати газу

Так як природний газ є високоефективним енергоносієм, в умовах економічної кризи газифікація може скласти основу соціально-економічного розвитку, забезпечити поліпшення умов праці і побуту населення, а також зниження забруднення навколишнього середовища. Крім того, природний газ є цінною сировиною для хімічної промисловості. Використання газового палива дозволяє впроваджувати ефективніше методи передачі теплоти, створювати економічні та високопродуктивні теплові агрегати з меншими габаритними розмірами, вартістю і високим ККД, а також підвищувати якість продукції.

Безпека, надійність та економічність газового господарства залежать від ступеня підготовки обслуговуючого персоналу.

Основним завданням при використанні природного газу є його раціональне споживання, тобто зниження питомої витрати шляхом впровадження економічних технологічних процесів, при яких найбільш повно реалізуються позитивні властивості газу. Застосування газового палива дозволяє уникнути втрат тепла, що визначаються механічним і хімічним недожогом. Зменшення втрат теплоти з йдуть продуктами горіння досягається спалюванням газу при малих коефіцієнтах витрати повітря. При роботі агрегатів на газовому паливі можливо також поетапне використання продуктів горіння. Основними завданнями в галузі розвитку систем газопостачання є:

застосування для мереж і обладнання нових полімерних матеріалів, нових конструкцій труб та з'єднувальних елементів, а також нових технологій;

запровадження ефективного газовикористовуючого обладнання;

розширення використання газу в якості моторного палива на транспорті;

впровадження енергозберігаючих технологій;

забезпечення на основі природного газу виробництва тепла та електроенергії для децентралізованого тепло-та енергозбереження невеликих міст і сільських населених пунктів.

Одним з найважливіших умов виконання завдань капітального будівництва з газопостачання міст та населених пунктів, а також сільського господарства, є підвищення рівня індустріалізації будівництва та його максимальна механізація.

Це завдання нерозривно пов'язана з проблемою оптимізації проектних рішень, мета яких полягає у створенні необхідних передумов для підвищення ефективності капіталовкладень, скорочення і модернізації виробничої бази будівельної організації та впровадження в будівельну практику уніфікованих вузлів і конструкцій газопроводів і мережевих споруд.

Для цього необхідна широка типізація повторюваних конструкцій і проектних рішень. В якості першорядної завдання політичної, економічної важливості намічено прискорення розвитку газової промисловості для задоволення внутрішніх потреб країни та потреб експорту. Були виконані значні роботи з випуску високоякісних газових плит, автоматизованих водонагрівальних, опалювальних приладів, зварювальних агрегатів, спецапаратури для ефективного використання газу, для механізації та автоматизації технологічних газових процесів на газороздавальних станціях, телемеханізації міських газових господарств.

Видобування - технологічний процес вилучення з покладу нафти, природного газу та газового конденсату, їх підйому на денну поверхню та подавання до установок підготовки до транспортування.

Виробничо-технологічні витрати - кількість нафти, природного газу, газового конденсату, яка витрачається на здійснення технологічних процесів видобування, підготовки до транспортування та транспортування нафти, природного газу та газового конденсату в межах нафтогазопромислового об'єкта.

Витрати - частина нафти, природного газу і газового конденсату, яка неминуче втрачається під час здійснення технологічних процесів видобування, підготовки до транспортування та транспортування в межах нафтогазопромислового об'єкта у зв'язку з неможливістю реалізації цих процесів без вказаних втрат за сучасного рівня техніки і технології.

Нафтогазопромисловий об'єкт - сукупність різних або однакових за функціональним призначенням споруд і обладнання для здійснення те

хнологічних процесів видобування, підготовки до транспортування та транспортування нафти, природного газу та газового конденсату в його межах.

Нормативні втрати - гранична величина втрат нафти, природного газу і газового конденсату, що визначається за встановлених технологічними регламентами (режимами) параметрів роботи обладнання нафтогазопромислового об'єкта, за умови дотримання у технологічних процесах діючих норм, правил та інструкцій.

Нормативні виробничо-технологічні витрати - гранична величина виробничо-технологічних витрат, що розраховується для суб'єкта господарювання на основі технічної документації на технологічне обладнання, яке використовується на нафтогазопромисловому об'єкті, технологічних регламентів і планових даних проведення необхідних технологічних операцій згідно з чинною нормативною документацією.

Обсяги видобутку - кількість нафти, природного газу та газового конденсату, вилучена з покладу на денну поверхню та приведена до стандартних умов.

Підготовка до транспортування нафти (газового конденсату) - технологічний процес сепарації, стабілізації, зневоднення та знесолювання з метою доведення продукції до товарних кондицій, що визначаються чинними нормативними документами стосовно якості продукції.

Підготовка до транспортування природного (у тому числі нафтового) газу - технологічний процес, який складається з виділення з газу рідких вуглеводнів, сірководню, меркаптанів, механічних домішок, осушення його від вологи з метою доведення продукції до товарних кондицій, що визначаються чинними нормативними документами стосовно якості продукції.

Суб'єкт господарювання - юридична або фізична особа, що має спеціальний дозвіл на користування нафтогазоносними надрами з метою дослідно-промислової або промислової розробки родовищ нафти, природного газу та газового конденсату та є платником рентних платежів.

Транспортування - технологічний процес переміщення нафти, природного газу та газового конденсату мережею промислових трубопроводів, що знаходяться на балансі суб'єкта господарювання.

Нормативні втрати визначаються для технологічних процесів з кожного джерела втрат для кожного родовища, на якому суб'єкт господарювання здійснює видобуток нафти, природного газу та газового конденсату.

Нормативні виробничо-технологічні витрати визначаються на технологічні операції з кожного джерела витрат для кожного родовища, на якому суб'єкт господарювання здійснює видобуток нафти, природного газу та газового конденсату.

4. Методи вимірювання газу

Методи вимірювання витрати газу і рідини (рос. методы измерения расхода газа и жидкости; англ. measurement methods of fluid and gas flow rate, нім. Messmethoden f pl des Gas- und Flussigkeitsverbrauches) - методи, які основані на використанні гідрогазодинамічних, електромагнітних, теплових, ультразвукових і оптичних явищ.

Ці методи розділяються:

1) за принципом дії на

а) гідрогазодинамічні, в основу яких покладено гідродинамічні явища, які спостерігаються при протіканні потоку через різні пристрої чи обтіканні потоком різних тіл;

б) електромагнітні, теплові, ультразвукові та оптичні, в основі яких лежать відповідні фізичні явища;

2) за принципом реєстрації на динамічні (вимірювання швидкості), об'ємні (вимірювання об'єму) і масові (вимірювання маси).

Основу вимірювальних комплексів складають вимірювальні пристрої (давачі витрати), перетворювачі та прилади, що реєструють витрату і кількість газів та рідин. У залежності від умов експлуатації застосовують прилади як для госпрозрахункових стаціонарних, так і для оперативних та тимчасових вимірювань. Особливу групу приладів і витратовимірювальних комплексів складають зразкові вимірювальні пристрої.

Метод вимірювання витрати газів і рідин за змінним перепадом тиску, який використовується в газовій і нафтовій промисловості, простий в реалізації, добре вивчений і, по суті, є єдиним стандартизованим методом для госпрозрахункових вимірювань. Основні положення методу викладені в “Правилах для вимірювання витрати газів і рідин звужувальними пристроями: РД 50-213-80” (введені в дію з 01.07.1982 р.) і в Міжнародному стандарті ІСО 5167.

У більшості витратовимірювальних комплексів знаходять застосування діафрагмові звужувальні пристрої. З метою зниження безповоротних втрат тиску замість діафрагм можуть бути використані труби Вентурі чи витратовимірні сопла.

Стандартні сопла і труби Вентурі можуть бути використані замість діафрагм для вимірювання витрати газу чи рідини. Стандартні сопла мають поздовжну частину з боку входу потоку і циліндричну частину, яка закінчується на виході гострою кромкою. Труби Вентурі складаються з трьох частин і відрізняються від стандартних сопел наявністю конічної частини, що розширюється, на боці виходу потоку. Профільні частини сопел і труб Вентурі з боку входу потоку повинні бути гладко відшліфовані. Кут ? конусності дифузора на виході потоку з труб Вентурі звичайно становить 5°???30°.

Звужувальні пристрої встановлюють у прямолінійній ділянці трубопроводу. Напрям прохідного потоку повинен відповідати напрямку, вказаному на кільцевій камері чи маркувальній пластині. Довжина патрубка перед звужувальним пристроєм повинна забезпечувати нормальний розподіл профілю швидкостей по перерізу потоку. Це можливо, якщо довжина патрубка перед звужувальним пристроєм не менше 20D. Застосування пластинкових чи трубчастих струменевипрямлячів зменшує довжину ділянки трубопроводів перед звужувальним пристроєм. Довжина прямої ділянки трубопроводу за звужувальним пристроєм повинна бути не менше 5D. Відбір тиску для вимірювання перепаду тиску здійснюється з плюсового і мінусового штуцерів камер, в яких розміщується звужувальний пристрій. Штуцери для відбору тиску, вимірювання температури і густини потоку необхідно ставити у верхній частині перерізу труби.

При виборі звужувальних пристроїв звичайно враховують їх вартість; втрати тиску; складність виготовлення і монтажу; довжину прямих ділянок вимірювальних ліній; умови зношування і швидкість руху потоку. Найбільші втрати тиску виникають у діафрагмах, найменші - в трубах Вентурі. У газовій промисловості найбільше поширення одержали діафрагмові звужувальні пристрої, як найпростіші щодо обслуговування, ревізії і монтажу. В практиці експлуатації витратовимірювальних комплексів виникає необхідність періодичної перевірки звужувальних пристроїв, їх очищення чи заміни. Зняття і встановлення звужувальних пристроїв проводять звичайно після перекриття запірних пристроїв на вході та виході вимірювальних ліній і після випускання з них газу чи рідини. Вказана операція може бути здійснена і під тиском, якщо конструкція камери для встановлення звужувальних пристроїв забезпечує таку можливість. Для стандартних витратовимірювальних пристроїв, які працюють за змінним перепадом тиску, точність вимірювання лежить у межах 1-2%, хоча відомі випадки вимірювання витрати з більшою точністю.

Кількість речовини виражають у одиницях об'єму (м3) чи маси (кг), а кількість теплоти - у одиницях енергії (Дж, ГДж). Прилади для вимірювання кількості називають лічильниками. Лічильники вимірюють об'єм величини або величину енергії за будь-який проміжок часу: доба, тиждень, місяць і т.п.. Кількість при цьому визначається як різниця показань лічильника. Лічильники речовин найчастіше є приладами прямого вимірювання і відлік по їх шкалі дає значення кількості без додаткових обчислень, а теплолічильники - це прилади посередніх вимірювань, де результат визначається обчисленням по значенням прямих вимірювань температур прямого і зворотного потоків та витрати потоку теплоносія.

Витрата речовини також може бути об'ємною (м3/с) або масовою (кг/с) і визначається кількістю речовини, що проходить крізь той чи інший переріз каналу за одиницю часу. Прилади для вимірювання витрати називають витратомірами. Ці прилади додатково можуть бути оснащені лічильниками (інтеграторами), що дозволяє проводити вимірювання витрати і кількості.

У залежності від метода вимірювання можна виділити наступні витратоміри: змінного перепаду тисків, що основані на залежності від витрати перепаду тисків у звужувальному пристрої в наслідок часткового переходу потенційної енергії потоку у кінетичну; витратоміри критичного стікання із звужувальним пристроєм, витрата потоку крізь яке не залежить від тиску за звужувальним пристроєм і визначається лише тиском потоку перед ним; швидкісного напору для вимірювання витрати динамічного напору потоку за допомогою пневмометричних трубок; змінного рівня, що основані на залежності від витрати висоти рівня рідини у посудині при вільному стіканні її крізь отвір у дні чи боковій стінці посудини; постійного перепаду тисків, що основані на залежності від витрати речовини вертикального переміщення тіла (поплавка), який змінює при цьому площину перерізу прохідного отвору приладу таким чином, щоб перепад тисків пообидва боки поплавка залишався постійним; безконтактні, серед яких переважно застосовуються електромагнітні, ультразвукові і теплові.

Витратоміри змінного перепаду тиску є одними з найбільш розповсюджених приладів, що застосовуються у різних галузях промисловості. Цим витратомірам притаманні переваги, що забезпечили їм не тільки широке застосування, але і тривалу живучість незважаючи на існування великої кількості інших приладів вимірювання витрати і кількості матеріальних потоків. До цих переваг можна на сам перед віднести наступні: простота конструкції і експлуатації; універсальність застосування, для потоків рідини, газу і пари; можливість повірки і атестації звужувальних пристроїв шляхом розрахунку по результатах вимірювань геометричних розмірів трубопроводу і звужувального пристрою; зручність масового виробництва, що передбачає індивідуальне виготовлення тільки звужувальних пристроїв, а дифманометри і вторинні прилади є серійними пристроями, випуск яких промисловістю не залежить ні від виду, ні від параметрів вимірювального середовища.

Витратоміри критичного стікання застосовують в основному для вимірювання витрати газових потоків. До витратомірів критичного стікання належать витратоміри із звужувальним пристроєм (соплом). Витрата газу через яке не залежить від тиску газу за соплом і визначається тільки тиском газу перед ним. Це пов'язано з тим, що при досягненні або перевищенні газом у звужувальному пристрої швидкості звуку тиск газу за соплом не буде впливати на швидкість потоку газу у критичному перерізі сопла.

Витратоміри постійного перепаду тисків є витратоміри з поплавком, який вільно переміщується у корпусі приладу. Ці прилади називають ротаметрами, які широко застосовуються для вимірювання невеликих витрат рідини і газу. Перевага ротаметрів: незначні втрати тиску, та їх незалежність від витрати і високий діапазон вимірювання (Qмакс/Qмін = 10:1). Недоліками ротаметрів є висока чутливість до температурної зміни в'язкості, неможливість вимірювання витрати забруднених рідин та рідин, з яких випадає осадок, можливість установлення тільки на вертикальній дільниці трубопроводу.

Основними елементами ротаметру є конусна трубка, що розширюється знизу догори, і поплавок, розташований у середині трубки. Потік речовини, що проходить крізь ротаметр знизу, піднімає поплавок до тих пір, доки кільцева щілина поміж тілом поплавка і стінками конусної трубки не досягне такої величини, за якої діючі на поплавок сили врівноважуються. За умов рівноваги сил поплавок встановлюється на такій висоті, що однозначно буде характеризувати витрату. Залежність положення поплавка від витрати, що вимірюється, лінійна, тобто шкала ротаметрів рівномірна.

Ультразвукові витратоміри знайшли широке розповсюдження у промисловості завдяки таким перевагам як швидкодія, перешкодостійкість, висока точність, великий діапазон вимірювання, багатофункціональність, можливість застосування для будь-якої форми поперечного перерізу трубопроводу. Ультразвуковий метод вимірювання ґрунтується на явищі зміщення звукового коливання рідкого середовища, що рухається. При цьому використовують найчастіше три способи. Перший спосіб побудований на вимірюванні різниці фазових зсувів двох ультразвукових коливань, направлених за потоком і проти нього. Ці прилади називають фазовими витратомірами. Інший спосіб побудований на вимірюванні різниці частот повторення коротких імпульсів чи пакетів ультразвукових коливань, направлених одночасно за потоком і проти нього. Ці прилади називають частотними витратомірами. Перевага останніх полягає у незалежності показань від швидкості розповсюдження у середовищі, тобто виключається вплив фізичних параметрів середовища (густина, температура) на результати вимірювання. І нарешті останній спосіб ґрунтується на акустичній локації рівня рідини у тому чи іншому відкритому каналі та в подальшому перерахуванні його у миттєве значення рівня і витрати. Ці прилади називають комбінованими витратомірами і можуть використовуватися лише для потоків рідини з атмосферним тиском.

Електромагнітні витратоміри. Принцип дії витратомірів побудований на явищі електромагнітної індукції, у відповідності з яким при протіканні електропровідного середовища (вода - середовище з іонною провідністю - провідник другого роду) у магнітному полі, у ньому індукується електрорушійна сила (ЕДС) Е, що пропорційна середній швидкості середовища V і індукції В магнітного поля

Е = кВVl

де l = Ду - відстань між електродами; к - безрозмірний коефіцієнт, що визначається геометричними і конструктивними параметрами первинного перетворювача (датчика).

Застосовують електромагнітні витратоміри загалом лише для рідини з електричною провідністю не менше 10-3 10-5 См/м і не більше 10 См/м.

Електромагнітні витратоміри мають цілу низку переваг. Насамперед вони практично безінерційні, що дуже важливо для вимірювання хутко змінюючихся витрат при використанні їх у складі систем автоматичного регулювання. На результат вимірювань не впливає наявність завислих частин у рідині і пузирів газу. Показання витратоміру не залежать від властивостей контрольованої рідини (в'язкість, густина) і характеру потоку (ламінарний, турбулентний). При відповідному підборі матеріалу із застосуванням антикорозійного і іншого покриття електромагнітні витратоміри можна застосовувати для вимірювання витрати агресивних рідин, а також рідин і паст з абразивними властивостями. Внаслідок лінійної залежності наведеної ЕДС від витрати шкала приладу лінійна. Цим витратомірам притаманний достатньо широкий діапазон вимірювання витрати. Перетворювачі електромагнітних витратомірів не мають елементів, що рухаються, та звужень.

До недоліків електромагнітних витратомірів слід віднести необхідність компенсації перешкод, які виникають при змінному полі у колі електродів, а також обставину неможливості вимірювання витрат газів і таких рідин, як мастила, бензин та інші нафтопродукти, внаслідок малої електропровідності. Неприпустимо застосовувати електромагнітні витратоміри поблизу електросилових пристроїв, які утворюють сильні електромагнітні поля, а також для потоків рідини з завислими феромагнітним частинками.

Випускаються витратоміри з електромагнітним перетворювачем витрати і з електромагнітним перетворювачем швидкості потоку. Процеси, що протікають в них мають однакову фізичну основу.

Калориметричні витратоміри побудовані на нагріві потоку рідини чи газу стороннім джерелом енергії, утворюючім у потоці різницю температур, яка залежіть від швидкості потоку і витрати теплоти у нагрівачі.

Калориметричні витратоміри мають високу точність і великий діапазон вимірювання. Застосовуються переважно для вимірювання витрати газу.

Вихрові витратоміри ґрунтуються на ефекті Кармана. Цей ефект полягає в тому, що коли в потоці середовища поставити призму з гострими ребрами, наприклад трикутникову, у перерізі, перпендикулярному до потоку, то на цих ребрах відбувається зрив потоку з утворенням вихрів, частота яких буде пропорційна швидкості потоку.

На сьогодні в системі обліку кількості газу ДК «Укртрансгаз» найпоширенішим є вимірювання витрати газу методом змінного перепаду тиску з допомогою стандартного звужувального пристрою (діафрагми).

Також застосовується метод вимірювання кількості газу з використанням швидкісних турбінних та ультразвукових лічильників.

Широке застосування турбінних лічильників нині ускладнене, тому що нормальне функціонування цього засобу вимірювання можливе тільки при забезпеченні високої якості газу, відсутності механічних домішок. При цьому на Україні відсутні стенди для перевірки (калібрування) лічильників діаметром понад 200 мм.

Досвід газотранспортних компаній Європи та світу свідчить про те, що на комерційних об'єктах передавання-приймання газу можуть бути використані як швидкісні лічильники газу, так і метод змінного перепаду тиску (переважно на трубопроводах великого діаметра).

При використанні в процесі вимірювання лічильників до останнього часу перевага надавалася лічильникам турбінного типу, які забезпечують прямий метод вимірювання робочих об'ємів газу та розрахунок для стандартних умов. У ГТС України впровадження турбінних лічильників почалося з 1997 року. Протягом експлуатації та набуття досвіду фахівцями «Укртрансгазу» неодноразово обговорювалася технічна можливість і необхідні умови впровадження турбінних та ультразвукових лічильників газу.

Наявність у складі турбінних лічильників рухомих елементів потребує при їх використанні приділяти особливу увагу очищенню газу.

На всіх об'єктах, де встановлюється турбінний лічильник, необхідно встановлювати системи очищення (фільтри не більше 10 мкм). Обов'язкове встановлення підігрівачів газу з автоматикою. Це дві головні умови, які не дають змоги повною мірою застосовувати лічильники на ГРС «Укртрансгазу». Протягом останнього часу відбулися різноманітні випробування та широко впроваджуються вихрові та ультразвукові лічильники природного газу. Ультразвуковий метод вимірювання витрати рідин і газів відомий досить давно, але необхідної точності вимірювання інтервалів часу (похибка менше 7--10 сек.) досягли тільки наприкінці 90-х років. Результати випробувань фірм-виробників свідчать, що ультразвукові газові витратоміри демонструють характеристики, які за багатьма показникам перевищують показники традиційних витратомірів. Враховуючи високу точність, надійність і простоту в обслуговуванні, можна передбачити, що в сфері газовимірювання настає період переходу на ультразвукові методи вимірювання потоку.

Найкращий метод гарантувати оптимальну точність -- це встановити послідовно на вимірювальному трубопроводі два засоби вимірювальної техніки з різними принципами вимірювання та подібною точністю. Такий підхід дає змогу порівнювати два об'єми в реальному режимі часу та звести ризик сторонніх втручань у роботу комерційних систем вимірювання до мінімуму.

5. Визначення розрахункових витрат газу

Для окремих житлових будинків та громадських будівель розрахунковий часовий витрата газу визначається Qd, м ? / год, визначається за сумою номінальних витрат газу окремими газовими приладами з урахуванням коефіцієнта одночасності їх дії за формулою:

Qd = ?К sim qnom ni

де qnom - номінальний (розрахунковий) витрата газу однотипними газовими приладами м ? / год, прийнята за паспортними даними або технічними характеристиками приладів;

ni - число встановлених однотипних газових приладів;

До sim - коефіцієнт одночасності роботи газових приладів, приймається для житлових будинків по СНиП 2.04.08-87 * Газопостачання.

Якщо ж брати якусь певну територіальну ділянку, щільність газу для розраховується газопроводу відрізняється від прийнятої, слід перерахувати витрата газу за формулою

Qd 1 = Qd v p 1 / p

де Qd 1 (Гр. 3 гідравлічного розрахунку) і Qd - Витрати газу при щільності p 1 і p;

Наприклад, Для газу родовища, що дорівнює 0,84 кг/м.

Qd 1 (1 ділянки) = 1,215 v 0,84 / 0,6 = 1,215 * 1,18 = 1,43 м ? / год

Qd 1 (2 ділянки) = 1,57 * 1,18 = 1,85 м ? / год.

Qd 1 (3 ділянки) = 1,64 * 1,18 = 1,93 м ? / год.

Газ, як джерело енергії, необхідний людині в побуті і на виробництві. Природний газ є високоефективним енергоносієм і цінним хімічним сировиною. Він має ряд переваг у порівнянні з іншими видами палива та сировини:

вартість видобутку природного газу значно нижче, а продуктивність праці значно вище ніж при видобутку вугілля та нафти;

високі температури в процесі горіння і питома теплота згоряння дозволяють ефективно застосовувати газ як енергетичне і технологічне паливо;

висока жаропроізводітельность (більше 2000 ? С);

повне згоряння, значно полегшує умови праці персоналу, що обслуговує газове обладнання та мережі;

відсутність в природних газах окису вуглецю запобігає можливість отруєння при витоках газах, що особливо важливо при газопостачанні комунальних і побутових споживачів;

при роботі на природному газі забезпечується можливість автоматизації процесів горіння, досягаються високі ККД.