Криогенный блочный узел учёта объединяет расходомер, средства измерения температуры и давления, арматуру и вычислитель расхода для измерения жидкостей, которые хранятся при очень низкой температуре, прежде всего сжиженного природного газа (СПГ). От обычного узла учёта жидкости его отличает то, что измеряемая среда всегда находится вблизи точки кипения. Небольшой теплоприток или перепад давления переводит часть жидкости в пар, а двухфазный поток не измеряет достоверно ни один расходомер. Поэтому проектирование криогенного узла начинается с задачи удержать жидкость в жидком состоянии и лишь затем переходит к выбору расходомера.
Общий состав узла коммерческого учёта жидкости описан на странице о блоках коммерческого учёта для налива автоцистерн. Здесь объясняется, почему те же функции в криогенном исполнении решаются иначе.
Правило первое: однофазная жидкость в расходомере
Международная рекомендация по законодательной метрологии OIML R 117-1:2019 требует, чтобы конструкция и эксплуатация системы измерений СПГ обеспечивали жидкое состояние продукта в расходомере в течение всего измерения. Справочник GIIGNL по коммерческому учёту СПГ подчёркивает то же самое: расходомеры СПГ достигают полной метрологической характеристики только в однофазном потоке без пузырьков пара, работы за точкой начала кипения следует избегать, а линии до начала измерения должны быть полностью заполнены и захоложены.
Для сжиженных газов под давлением, например СУГ, эта задача обычно решается поддержанием противодавления после расходомера. Для СПГ основные инструменты другие: предварительное захолаживание и надёжная теплоизоляция, поскольку каждый участок трубы, корпус клапана и присоединение прибора на блоке становятся тепловым мостом. Потери давления на расходомере и арматуре также приближают жидкость к вскипанию, поэтому типоразмер расходомера выбирают с учётом и потерь давления, и диапазона измерений.
Контур захолаживания и заполнение линии
До начала измерений блок необходимо охладить до рабочей температуры. OIML R 117-1:2019 допускает для этого контур рециркуляции после расходомера при условии, что предусмотрена индикация потока в этом контуре, а отпуск не начинается или прекращается, пока через контур идёт продукт. Так продукт, циркулирующий для захолаживания, не попадает в отпущенное количество.
Если трубопровод или рукав после расходомера не остаётся заполненным между отпусками, та же рекомендация требует автоматически учитывать количество продукта на его заполнение. Вычислитель может начинать операцию с отрицательного значения, обнуляться после заполнения рукава или не наращивать показания, пока рукав не заполнен. Применяемый способ следует заложить в логику управления блоком с самого начала.
Кориолисовый или ультразвуковой?
Относительная плотность СПГ составляет около 0,5, вязкость около 0,1 сП. По данным справочника GIIGNL, с точки зрения измерения это несложная среда, если расходомер физически выдерживает криогенную температуру и не возникает вскипания. Для обоих типов, кориолисовых и ультразвуковых расходомеров, продемонстрирована повторяемость на уровне коммерческого учёта при измерении СПГ в криогенных условиях, а выбор определяется допустимыми потерями давления и требуемым расходом.
Две технологии динамического измерения в криогенных условиях
Аспект | Кориолисовый массовый расходомер | Ультразвуковой расходомер |
Измеряемая величина | Непосредственно измеряет массу, расчёт плотности не нужен | Измеряет объём; для массы плотность рассчитывается по составу и температуре |
Типоразмер и потери давления | Есть ограничения по типоразмеру и потерям давления | Ограничений по типоразмеру и потерям давления нет |
Монтаж | Прямые участки до и после не требуются | Нужны прямые участки, блок получается длиннее |
Типичное применение | Налив автоцистерн, заправка, малотоннажные операции | Линии с большим расходом |
На что обратить внимание | При малом расходе точность определяется стабильностью нуля | Исходные данные для расчёта плотности, особенно температура |
В технических данных производителей для криогенной среды часто указываются иные значения погрешности, чем при калибровке при комнатной температуре; спецификация плотности может не действовать ниже определённой температуры, а для криогенных применений могут рекомендоваться специальные исполнения сенсоров. Поэтому при сравнении предложений следует отдельно запрашивать характеристики для криогенной среды. Значение из технических данных описывает только расходомер и не отражает неопределённость системы, в которую входят также влияние теплоизоляции, измерения температуры и заполнения линии.
Измерение температуры и теплоизоляция
Температуру СПГ, как правило, измеряют платиновыми термопреобразователями сопротивления по трёх- или четырёхпроводной схеме; термопары не применяют, так как при очень низких температурах они менее чувствительны. При объёмном измерении плотность сильно зависит от температуры, поэтому место установки и монтаж датчика напрямую влияют на расчёт количества. Широко применяются трубопроводы с вакуумной рубашкой, однако модельное исследование показало, что на станциях СПГ экономичной альтернативой может быть жёсткая пенная изоляция. Выбор зависит от длины линии, режима работы и теплопритока, допустимого для системы измерений.
Предохранительные клапаны и учёт паровой линии
OIML R 117-1:2019 требует, чтобы предохранительные клапаны после расходомера в системах СПГ сбрасывали в атмосферу или в приёмную ёмкость, и запрещает соединять трубопроводом предохранительный клапан до расходомера со стороной после него, поскольку это означало бы обход расходомера. СПГ, запертый между двумя закрытыми клапанами, при нагреве создаёт давление, поэтому для каждого отсекаемого участка блока должен быть предусмотрен путь сброса.
Если паровые пространства цистерны и резервуара соединены, возвращённые пары нужно измерять и вычитать из отпущенного количества. Рекомендация требует для этого измерения погрешности лучше 20 процентов, а справочник GIIGNL отмечает, что ошибка измерения возвращённого пара мало влияет на количество нетто, поэтому можно применять сужающие устройства, например диафрагмы. Учёт паровой линии является необязательной, но коммерчески важной частью блока.
Поверка, калибровка и соответствие
Поверка на месте с помощью поверочной установки, обычная для жидких углеводородов, для СПГ пока не столь отработана. В 6-м издании справочника GIIGNL сказано, что на момент публикации не существовало общепринятой практики поверки расходомеров СПГ с прослеживаемостью к эталону и что была создана установка для калибровки расходомеров СПГ с гравиметрической прослеживаемостью; в 7-м издании 2026 года эта картина могла обновиться. Межкалибровочные интервалы определяются региональными и национальными метрологическими требованиями.
OIML R 117-1:2019 относит системы измерений СПГ к классу точности 1,5 и устанавливает для расходомера более узкий предел погрешности, чем для системы в целом. Утверждение типа расходомера или его сертификат взрывозащиты сами по себе не распространяются на весь блок: расходомер, измерение температуры, вычислитель, контур захолаживания и коррекция по парам оцениваются как единая система измерений, а тот, кто объединяет компоненты, обязан оценить дополнительные источники воспламенения, возникающие при их сочетании.
Роль TLY Enerji в проектах криогенного учёта
Для объектов налива и слива СПГ TLY Enerji предлагает адаптируемые системы учёта СПГ, поставку приборов и арматуры, проектирование систем и инженерную поддержку. В зависимости от объёма проекта это может включать подбор кориолисовых расходомеров, приборов температуры и давления и вычислителей расхода, монтаж и пусконаладку расходомеров, интеграцию с ПЛК и SCADA. Подход к оценке системы с точки зрения законодательной метрологии и границы поставки согласуются по техническому заданию и действующим нормам.
Исходные данные для криогенного узла учёта
· Назначение: коммерческий учёт, контрольное измерение или технологический контроль
· Минимальный, номинальный и максимальный расход, размер дозы
· Диапазон давления и температуры в точке подачи, диапазон состава СПГ
· Допустимые суммарные потери давления на блоке
· Наличие линии возврата паров и необходимость её учёта
· Остаётся ли рукав или трубопровод после расходомера заполненным между отпусками
· Применимые метрологические требования и интерфейсы системы управления
Связанные страницы
· Системы коммерческого учёта СПГ: Как измеренная масса превращается в энергию для расчётов.
· Системы налива СПГ в автоцистерны: Операция налива и её этапы, которые обслуживает узел учёта.
· Блоки налива и слива СПГ: Объём готового блока, включая арматуру, азотные интерфейсы и присоединения.
· Блочные узлы учёта СУГ: Сравнение со сжиженным газом под давлением, где жидкая фаза удерживается противодавлением.
· Блоки коммерческого учёта для налива автоцистерн: Состав блока коммерческого учёта и подход к поверке независимо от продукта.
Частые вопросы о криогенном учёте
Разве недостаточно клапана противодавления, как для СУГ?
Противодавление помогает предотвратить вскипание, удерживая жидкость выше давления насыщенных паров, но при работе с СПГ основной источник пара — теплоприток извне. В незахоложенной линии или на плохо изолированном блоке пар образуется при любом давлении. Поэтому в блоках для СПГ захолаживание, теплоизоляция и ограничение потерь давления рассматриваются вместе.
Может ли кориолисовый расходомер измерять и плотность СПГ?
Кориолисовые расходомеры измеряют массу, плотность и температуру одновременно, однако в технических данных некоторых производителей спецификация плотности ниже определённой температуры не указывается. При учёте по массе плотность не нужна, и на количество это не влияет. Если плотность требуется для других целей, способ её получения должен быть отдельно определён в проекте блока.
Учитывается ли СПГ, циркулирующий при захолаживании, как отпущенный?
Не должен. OIML R 117-1:2019 требует, чтобы отпуск не начинался или прекращался, пока в контуре рециркуляции после расходомера обнаруживается поток. Таким образом продукт, использованный для захолаживания линии, не считается отпущенным потребителю. Измерение начинается после подтверждения, что линия заполнена и захоложена.
Как проверяют криогенный расходомер на объекте?
Поверка поверочной установкой, распространённая для жидких углеводородов, для СПГ пока применяется значительно реже. На практике рассматривают калибровку на расходомерной установке, сравнение на объекте с независимым методом, например с результатами взвешивания, и контроль диагностики расходомера. Допустимый подход определяется национальными метрологическими правилами и соглашением сторон.
Как защитить электронику расходомера от холода?
В криогенных применениях преобразователь часто устанавливают отдельно от сенсора, чтобы он оставался в пределах допустимой температуры окружающей среды. Этот выбор важен и для взрывозащиты: некоторые производители сертифицируют именно раздельное исполнение, а для интегрального исполнения ограничения могут отличаться.