При учёте тяжёлой нефти и тяжёлых нефтяных топлив выбор расходомера определяет не одно значение вязкости, а диапазон, в котором прибору придётся работать. Вязкость тяжёлых продуктов резко меняется с температурой, и отклонение на несколько градусов в линии меняет перепад давления на счётчике, внутренние протечки в нём или его положение на градуировочной кривой. Поэтому выбор делают, рассматривая вместе вязкость при минимальной и максимальной рабочей температуре, перепад давления, который может позволить насос, и то, нужен ли результат в единицах массы или объёма. Чаще всего сравнивают объёмные (камерные) счётчики и кориолисовые массовые расходомеры.
Общий состав блочного узла учёта жидкости — фильтр, газоотделитель, счётчик, измерение температуры и давления, регулирующий клапан, подключение поверочной установки — описан на странице о блоках коммерческого учёта для налива. Здесь рассматривается только то, как высокая вязкость влияет на выбор технологии, перепад давления и температурную коррекцию.
Почему вязкость нужно задавать диапазоном
Вязкость нефтепродуктов круто падает с ростом температуры. Методика ASTM D341 содержит уравнения и номограммы, позволяющие в ограниченном интервале оценить кинематическую вязкость при других температурах по двум известным значениям. Практический вывод для узла учёта: если данные продукта даны при двух температурах, проектировщик может построить область вязкости, в которой будет работать счётчик между нижней и верхней температурой линии. Счётчик, подобранный по одной «номинальной» вязкости, при холодном пуске или отказе обогрева может оказаться далеко за пределами расчётного диапазона.
Стоит отдельно проверить три режима: нормальную работу, пуск при не полностью установившемся обогреве и повторный пуск после простоя. Температура, при которой тяжёлый продукт остаётся прокачиваемым, и температура, при которой его удобнее всего учитывать, — разные вопросы; обе определяются по данным продукта и по допустимому для оборудования диапазону вязкости.
Технологии учёта с точки зрения вязкости
Основные эффекты роста вязкости для разных технологий (общие, качественные)
Технология | Что происходит при росте вязкости | На что обратить внимание для тяжёлых продуктов |
Объёмный (камерный) счётчик | Внутренние протечки вокруг измерительной камеры уменьшаются, а перепад давления на счётчике растёт | Большой перепад нагружает подшипники и уплотнения; градуировать следует при вязкости, близкой к рабочей, и защищать счётчик фильтром |
Кориолисовый массовый расходомер | Перепад давления в измерительных трубках растёт, особенно в конструкциях с изогнутыми трубками | Масса, плотность и температура измеряются напрямую; при малом расходе точность определяется стабильностью нуля, поэтому типоразмер выбирают как компромисс между перепадом давления и работой на малых расходах |
Турбинный счётчик | Градуировочная характеристика становится зависимой от кинематической вязкости и числа Рейнольдса | Изменение вязкости с температурой смещает коэффициент преобразования; отложения влияют на ротор, поэтому для тяжёлых продуктов турбинные счётчики обычно рассматривают во вторую очередь |
Это общие тенденции. Пригодность конкретного прибора для конкретного продукта подтверждают данными производителя, кривыми перепада давления и, по возможности, результатами градуировки при вязкости, близкой к вязкости продукта. В одном прикладном отчёте производителя описана подача мазута на электростанции, где турбинные счётчики требовали регулярного обслуживания из-за отложений на лопастях и были заменены кориолисовыми расходомерами с прямыми трубками, градуированными при трёх температурах. Это опыт одного объекта, и воспринимать его как общее правило не следует.
Перепад давления: типоразмер счётчика выбирают вместе с насосом
На узлах учёта тяжёлых продуктов бюджет перепада давления часто определяет типоразмер счётчика сильнее, чем требования к точности. Потери на счётчике, фильтре и регулирующем клапане быстро растут с вязкостью; если они превышают возможности насоса, расход падает или насос приходится увеличивать. Счётчик большего диаметра снижает перепад, но при том же расходе уменьшает скорость потока и ухудшает работу в нижней части диапазона. Баланс находят, проверяя перепад давления при минимальной температуре и максимальном расходе, а метрологические характеристики — при максимальной температуре и минимальном расходе. Подбор насосов и трубопроводов для вязких сред рассмотрен на странице о перекачке вязких продуктов.
Измерение температуры и коррекция
Измерение температуры на таком узле решает две задачи. Первая — приведение объёма при условиях измерения к стандартной температуре; OIML R 117 определяет устройство преобразования как элемент, который по температуре, давлению, плотности и подобным величинам пересчитывает объём при условиях измерения в объём при базовых условиях или в массу. Вторая — для счётчиков, требующих коррекции по вязкости, — дать входные данные для оценки текущей вязкости. Обе задачи требуют, чтобы датчик стоял рядом со счётчиком, в точке, действительно представляющей температуру продукта; датчик у поверхности нагревателя или в застойном кармане даст искажённое значение.
Кориолисовый расходомер измеряет также температуру и плотность, поэтому при учёте по массе отдельная объёмная коррекция не нужна, а объём при необходимости вычисляется из массы и плотности. Для объёмного счётчика измерение температуры вместе с плотностью или таблицами продукта — обязательная часть приведения к стандартному объёму. Руководство API по стандартам измерений нефти в отдельных главах рассматривает электронный учёт объёмными и турбинными счётчиками с оперативной коррекцией по температуре и давлению и применение кориолисовых расходомеров для жидких углеводородов.
Поверка при рабочей вязкости
Если счётчик для тяжёлого продукта градуирован на маловязкой жидкости, а затем работает на гораздо более вязкой, возможна систематическая погрешность. Поэтому, если на месте предусмотрена поверка с помощью ТПУ, компакт-прувера или эталонного расходомера, её предпочтительно проводить при рабочей температуре, а значит, и при рабочей вязкости. Для разных марок или температурных диапазонов могут понадобиться отдельные коэффициенты преобразования. Узлы подключения поверочной установки нужно обогревать и изолировать так же, как весь блок, иначе продукт остынет во время поверки.
Технологический и коммерческий учёт
Узел для внутриобъектовой перекачки или контроля запасов и узел, по которому ведутся расчёты с покупателем, могут иметь одинаковое оборудование; различаются они периодичностью поверки, порядком регистрации данных и пломбирования, способом подтверждения неопределённости системы. OIML R 117 относит измерительные системы для жидкостей вязкостью выше 1 000 мПа·с к более широким классам точности и устанавливает для счётчика более узкий предел погрешности, чем для системы в целом. Хороший счётчик сам по себе не подтверждает характеристики всего блока.
Вклад TLY Enerji
TLY Enerji оказывает инженерную поддержку проектам учёта тяжёлых продуктов: анализ технологических условий для выбора технологии измерения, поставка кориолисовых и других расходомеров, монтаж и пусконаладка расходомеров, передача измерительных данных в системы ПЛК или SCADA. Границы поставки, включая интерфейсы с обогревом, изоляцией и насосным оборудованием, согласуются в начале каждого проекта.
Какие данные нужны для выбора счётчика
· Кинематическая вязкость и плотность не менее чем при двух температурах, температура застывания при наличии данных
· Минимальная и максимальная температура продукта на входе блока, сценарий холодного пуска
· Минимальный, номинальный и максимальный расход
· Перепад давления, который насос может отвести на блок учёта
· Требуемая величина: масса, объём при рабочих условиях или объём при стандартных условиях
· Сведения о содержании механических примесей, воды и газа
· Назначение учёта (технологический или коммерческий) и предполагаемый способ поверки
Связанные страницы
· Узлы учёта с обогревом: Обогрев счётчиков, фильтров и арматуры на блоке без холодных точек.
· Блочные узлы учёта мазута: Учёт расхода топлива котлами, двигателями и электростанциями.
· Системы перекачки вязких продуктов: Подбор насоса и трубопровода с учётом вязкости.
· Блоки коммерческого учёта для налива автоцистерн: Общий состав блока учёта жидкости и подход к поверке.
· Блочные узлы учёта битума: Учёт вязких продуктов при ещё более высоких температурах.
Вопросы об учёте тяжёлой нефти
Что выбрать для тяжёлой нефти: объёмный счётчик или кориолисовый расходомер?
Универсального ответа нет. В объёмном счётчике с ростом вязкости протечки уменьшаются, но растут перепад давления и механическая нагрузка. Кориолисовый расходомер напрямую даёт массу и плотность и не имеет движущихся частей, однако при высокой вязкости решающими становятся перепад давления, а при малых расходах — стабильность нуля. Выбор делают по совокупности: область вязкости, бюджет перепада давления и основа учёта.
Нужно ли заново градуировать счётчик при изменении вязкости?
У чувствительных к вязкости счётчиков показания могут сместиться, если рабочая вязкость заметно отличается от вязкости при градуировке. В таком случае рекомендуется поверка в рабочих условиях и, при необходимости, отдельные коэффициенты для каждой марки или температурного диапазона. Самый практичный способ стабилизировать вязкость — поддерживать температуру блока в узком интервале.
Где устанавливать датчик температуры на узле учёта тяжёлого продукта?
Рядом со счётчиком, в движущемся потоке, в точке, представляющей реальную температуру продукта. Датчик, расположенный слишком близко к рубашке обогрева или греющему кабелю либо в застойной зоне, может измерять влияние нагревателя, а не температуру продукта. Такая ошибка переходит и в приведение объёма, и в оценку вязкости.
Почему перепад давления так важен для узлов учёта тяжёлых продуктов?
При высокой вязкости потери на счётчике, фильтре и арматуре намного больше, чем для лёгких продуктов, и быстро растут при снижении температуры. Если суммарные потери превышают возможности насоса, расход падает или требуется более мощный насос. Поэтому типоразмер счётчика выбирают после проверки перепада давления в самом холодном рабочем режиме.
Можно ли применять турбинный счётчик для тяжёлой нефти?
Можно, но градуировочная характеристика турбинного счётчика зависит от кинематической вязкости и числа Рейнольдса, и коэффициент преобразования смещается при изменении вязкости с температурой. Отложения на роторе также повышают потребность в обслуживании. Поэтому сначала обычно рассматривают объёмные или кориолисовые приборы, а турбинный — только если вязкость удаётся удерживать в узком диапазоне.