Proiectarea unei Statii de Reglare-Masurare a Gazelor
Naturale
UNIVERSITATEA LUCIAN BLAGA
SIBIUFACULTATEA DE INGINERIE HERMANN OBERTHSPECIALIZAREA:
T.D.D.HLUCRARE DE DIPLOM
TEM PROIECT
S se proiecteze o staie de reglare i msurare pentru urmtorii
parametrii:
debit: 240.000 m3/zi;
presiunea de intrare: 24 bar; presiunea de ieire: 6 bar.S se
calculeze:
1. Diametrul racordului de intrare n staia de reglare,
msurare;
2. Grosimea de perete a racordului;3. Bateria de filtrare pentru
reinerea impuritilor solide;4. Bateria de separare a impuritilor
lichide;5. Rampa de regulatoare;6. Panoul i dispozitivele de
msurare;7. Necesitatea nclzirii gazelor naturale amonte de rampa de
reglare;8. Odorizarea gazelor naturale;9. Diametrul racordului de
ieire din staia de reglare, msurare;10. Grosimea de perete a
racordului de ieire.Piese desenate:
1. Schema tehnologic de principiu a staiei de reglare,
msurare;
2. Seciune (schem de principiu) printr-un regulator;3. Seciune
(schem de principiu) prin separatorul ales;4. Schema de principiu a
instalaiei de odorizare. Coordonator proiect
Prof. univ. dr. ing. SIMESCU NICOLAE
Absolvent
PRU NICOLAE BOGDAN
CUPRINSTema de proiectare4
Capitolul I
1. Staii de reglare, msurare, componente tehnologice ntre
activitatea de transport i distribuie..8
1.1. Necesitatea i oportunitatea reglrii i msurrii gazelor
naturale8
1.2 Compunerea tehnologic de principiu a unei staii de reglare i
msurare (SRM)9
Capitolul II
2. Filtrarea i separarea gazelor naturale11
2.1. Filtrarea gazelor naturale..11
2.1.1. Antrenarea particulelor solide12
2.1.2. Reinerea impuritilor solide15
2.1.2.1. Mecanismul filtrrii15
2.1.3. Filtrarea gazelor prin medii poroase.. 19
2.2. Separarea lichidelor libere21
2.2.1. Principii de separare..21
2.2.2. Dimensionarea separatoarelor24
2.2.2.1. Separatoare verticale bifazice.24
2.2.2.2. Separatoare verticale trifazice25
2.2.2.3. Separatoare orizontale bifazice sau trifazice..25
2.2.3. Separatoare orizontale...26
2.2.4. Separatoare verticale.27
2.2.4.1. Separatoare verticale gravitaionale fr demister.28
2.2.4.2. Separatoare verticale gravitaionale cu demister29
Capitolul III
3. Reglarea presiunii gazelor naturale.31
3.1. Tipuri de regulatoare de presiune.32
Capitolul IV
4. Sisteme i principii de msurare a gazelor naturale..36
4.1. Msurarea indirect a debitelor de gaze naturale.36
4.1.1. Realizri tehnice ale instalaiei de msurare indirect a
debitului de gaze37
4.1.2. Analiza critic a contoarelor pentru determinarea
debitelor de gaze naturale prin metoda indirect......41
4.2. Determinarea debitelor de gaze naturale prin metoda
direct..43
4.3. Determinarea coninutului energetic a debitelor de gaze
msurate prin cromatografiere50
Capitolul V
5. Necesitatea i oportunitatea nclzirii gazelor nainte de
reglare.51
5.1. Asigurarea unei funcionri a instalaiei de reglare prin
nclzire n amonte de aceasta a gazelor pentru a asigura o temperatur
de 50C dup reglare53
Capitolul VI
6. Odorizarea gazelor naturale.54
6.1. Consideraii generale54
6.2. Adsorbia odorizanilor.55
6.3. Metode de odorizare.55
6.3.1. Odorizarea prin evaporare.57
6.3.2. Odorizarea cu fitil..58
6.3.3. Odorizarea prin picurare59
6.3.4. Odorizarea prin injecie.59
Capitolul VII
7. Breviar de calcul62
7.1. Calculul bateriei de separatoare62
7.2. Dimensionarea bateriei de filtrare64
7.3. Calculul coeficienilor de abatere a gazelor reale fa de
gazele ideale65
7.4. Calculul debitului de intrare-ieire din SRM n condiii de
lucru 66
7.5. Calculul diametrului nominal la intrarea-ieirea din
SRM...67
7.6. Verificarea vitezei gazului la intrarea i ieirea din
conduct..68
7.7. Alegerea regulatorului de gaze.68
7.7.1. Calculul pilotului pentru regulatorul ales..70
7.7.2. Stabilirea domeniului de funcionare al instalaiei de
reglare70
7.7.3. Calculul valorii minime i maxime a domeniului de reglare
pentru linia 1..71
7.7.4. Calculul valorii minime i maxime a domeniului de reglare
pentru linia 2..71
7.8. Calculul dispozitivului de siguran la suprapresiune
(purjare)72
7.8.1. Calculul valorii normale de funcionare a
dispozitivului..72
7.8.2. Calculul valorii minime i maxime a domeniului de
acionare. 72
7.9. Calculul dispozitivelor de blocare la sub i
suprapresiune...73
7.9.1. Calculul valorii normale de funcionare a dispozitivului
de blocare la suprapresiune pentru linia 1.73
7.9.2. Calculul valorii minime i maxime a domeniului de acionare
a dispozitivului de blocare la suprapresiune pentru linia 174
7.9.3. Calculul valorii normale de funcionare a dispozitivului
de blocare la subpresiune pentru linia 174
7.9.4. Calculul valorii minime i maxime a domeniului de acionare
a dispozitivului de blocare la subpresiune pentru linia 174
7.9.5. Calculul valorii normale de funcionare a dispozitivului
de blocare la suprapresiune pentru linia 2.75
7.9.6. Calculul valorii minime i maxime a domeniului de acionare
a dispozitivului de blocare la suprapresiune pentru linia 275
7.9.7. Calculul valorii normale de funcionare a dispozitivului
de blocare la subpresiune pentru linia 275
7.9.8. Calculul valorii minime i maxime a domeniului de acionare
a dispozitivului de blocare la subpresiune pentru linia 275
7.10. Alegerea contorului78
7.10.1. Calculul debitelor minime i maxime pe care trebuie s le
msoare contorul n condiii le de lucru din conduct.78
7.11. Determinarea i calcularea liniei de msurare prin metoda
indirect 78
7.11.1. Calculul seciunii de ieire din regulator.79
7.11.2. Calculul limitei minime-maxime de msurare80
7.11.3. Calculul panoului de msurare80
7.11.4. Calculul parametrilor geometrici ai elementului
deprimogen.81
7.11.5. Calculul plajei de debit pentru msurarea debitului de
gaze82
7.12. Calculul nclzitorului 83
7.12.1. Stabilirea temperaturii gazelor la ieirea din nclzitor
pentru a se evita atingerea unei temperaturi favorabile formrii
criohidrailor dup laminare..83
7.12.2. Determinarea necesarului de energie pentru a nclzi gazul
de la 5 la 9,5 0C. 83
7.12.3. Verificarea diametrelor amonte-aval de schimbtorul de
cldur ales din condiia limitrii vitezei maxime de curgere a
gazelor..85
7.13. Calculul odorizatorului prin injecie85
Capitolul VIII
8. Integrarea SRM-urilor ntr-un sistem SCADA..87
Capitolul IX
9. Aspecte privind protecia mediului.. 90
Capitolul X
10. Concluzii...94
Bibliografie
Anexe
CAPITOLUL I1. Staii de reglare-msurare, componente tehnologice
ntre activitatea de transport i distribuie
1.1. Necesitatea i oportunitatea reglrii i msurrii gazelor
naturale.Gazele naturale provenind din producia intern a Romniei
(Romgaz Media, Petrom OMV Bucureti) i din import (Federaia Rus),
sunt introduse n sistemul de transport naional de conducte
magistrale, la diferite presiuni, la diferite caliti constitutive
ale amestecurilor de faz gazoas i antreneaz impuriti solide i
lichide ptrunse n fluxul de gaze din diferite surse.
Rolul operatorului naional de gaze, respectiv Transgaz S.A.
Media este ca dup msurarea gazelor naturale la panourile dintre
productori i transportatori s le vehiculeze prin sistemele de
conducte i s le predea, distribuiilor de gaze i consumatorilor
branai direct, separate de impuritile libere (solide i lichide),
msurate, reglate i odorizate conform normativelor n vigoare.
Dezvoltarea sistemului naional de transport gaze naturale, cu
instalaiile tehnologice aferente, ncepnd cu anul 1917, s-a fcut n
diferite condiii tehnologice, tehnice, de form de proprietate (pn n
anul 1948, societi private), dup anul 1948 pn n prezent acionar
majoritar fiind Statul Romn, ceea ce explic situaia existent, adic:
vechimea de 90 de ani a unor instalaii, cu grad de durat de via
difereniat funcie de etapa de execuie;
multe componente ale sistemului de transport gaze naturale au
durata de via depit;
uzura tehnic i moral A CIRCA 5.000 DE KM DIN CEI 11.000 DE KM DE
CONDUCTE I A PESTE 300 DE SRM-URI DIN CELE CIRCA 1.000 CE SUNT
RACORDATE LA ACESTEA . Aceast situaie necorespunztoare face ca
ROLUL DE OPERATOR NAIONAL N SERVICIUL PUBLIC AL TRANSGAZ S.A. MEDIA
S FIE ADAPTAT CERINELOR COMUNITII EUROPENE DIN CARE ROMNIA FACE
PARTE NCEPND CU 1 IANUARIE 2007, N CARE SENS SUNT NECESARE STUDII
CRITICE, APROFUNDAREA TEORETIC A TUTUROR ASPECTELOR, CUNOATEREA
ACESTORA DE CTRE CADRELE INGINERETI CE ACTIVEAZ SAU VOR ACTIVA N
ACEST DOMENIU, PROIECTE I INVESTIII DEOSEBIT DE IMPORTANTE N ACEST
DOMENIU.
DE ASEMENEA NECESITATEA I OPORTUNITATEA INTRODUCERII SISTEMULUI
SCADA IMPUNE MODERNIZRILE SUS ARTATE CA BAZ FIZIC COMPATIBIL CU
REALIZAREA ACESTUIA.
TOTODAT N CADRUL MODERNIZRII SISTEMULUI NAIONAL DE TRANSPORT
GAZE NATURALE, CU INSTALAIILE TEHNOLOGIGE AFERENTE, TREBUIE LUATE N
CONSIDERARE MSURILE CE SE IMPUN PROTEJRII MEDIULUI AMBIANT,
RESPECTNDU-SE DE ASEMENEA PREVEDERILE EUROPENE.
Din motivele sus artate rezult necesitatea proiectului ca
aplicaie n nsuirea cunotinelor de specialitate obinute prin nvmntul
universitar i pentru rezolvarea datelor program, aprofundarea celor
mai adecvate soluii ce se vor aplica n lucrarea de licen.
1.2. Compunerea tehnologic de principiu a unei staii de reglare
i msurare (SRM)Staiile de reglare msurare sunt destinate alimentrii
cu gaze naturale a consumatorilor. n sistemul gazier actual,
circuitul gazului trece de la structurile de producie prin
sistemele de transport i distribuii la beneficiari. La interfaa
sistemelor de transport i distribuie, a sistemelor de distribuie i
instalaiilor de utilizare se gsesc instalaii complexe denumite
staii de reglare msurare care pe lng funcia de msurare ndeplinesc i
alte funcii.
Funciile staiilor de reglare msurare sunt:
funcia de separare-filtrare;
funcia de nclzire a gazelor;
funcia de protecie la supra i subpresiune gaz;
funcia de reglare a presiunii gazelor;
funcia de msurare a debitului de gaze;
funcia de odorizare a gazului.
CAPITOLUL 2
2. Filtrarea i separarea gazelor naturale
2.1. Filtrarea gazelor naturale
Gazele naturale antreneaz n faza de extracie elemente din
noroiul de foraj (barit) i particule neconsolidate din roca
magazin. De aceea o prim filtrare mecanic trebuie s se realizeze la
instalaia sondei sau n instalaiile de suprafa din cmpurile de
producie.
Particulele solide coninute n gazele naturale pot avea urmtoarea
provenien:
nisip sau sfrmturi de roc antrenate n strat;
nisip sau praf atmosferic depuse n diferitele faze de execuie i
reparaii a conductei;
produi de coroziune (oxizi, sulfuri etc.) sau de eroziune, din
timpul exploatrii.
Cantitile de impuriti solide coninute n gazele naturale sunt
variabile, n funcie de drenarea sondelor, execuia conductelor,
durata de exploatare a acestora, agresivitatea gazelor etc.
Totui, n permanen impuritile solide sunt prezente n cantiti
relativ mari (STAS 3317, prevede 0,05 g/Nm3 coninut maxim, ceea ce
la 1 mil Nm3 poate reprezenta 50 Kg impuriti solide).
Impuritile solide din gazele naturale provoac sablarea
(erodarea) conductelor i instalaiilor tehnologice, uzarea prematur
a ansamblului piston cilindru i a rotoarelor compresoarelor de
gaze, deranjarea proceselor tehnologice ale consumatorilor etc.
Pentru reinerea impuritilor solide din gazele naturale, se
utilizeaz filtre separatoare de praf, care dup principiu pot
fi:
a) Separatoare gravimetrice;
b) Separatoare centrifugale;
c) Separatoare prin reducerea brusc a vitezei;
d) Separatoare prin splare;
e) Filtre;
f) Separatoare n cmp electric;
g) Separatoare prin coalescen.
2.1.1. Antrenarea particulelor solide
Curgerea gazelor n conducte se face cu viteze cuprinse ntre 5 20
m/s, antrennd particulele solide n curentul de gaze.
Limitarea vitezei de curgere, pentru evitarea efectelor
eroziunii, nu poate fi luat n considerare, deoarece este o consecin
a parametrilor de curgere.
Se impun urmtoarele msuri:
reducerea punctului de rou al gazelor n general, sensibil sub
00C;
protejarea conductelor, contra aciunii umiditii din aer, n
timpul depozitrii i nainte de pozarea n an cu o pelicul de ulei
coninnd un inhibitor, dar i prin nchiderea capetelor evilor.
Densitatea particulelor solide este de ordinul a 2,5 Kg/dm3.
Particulele transportate au dimensiuni cu att mai mici cu ct se
gsesc mai departe de locul din care au fost antrenate sau n care
s-au format. Particulele se sparg i se erodeaz datorit ciocnirii cu
pereii conductelor concomitent producnd i erodarea evii.
Particulele mai fine sunt pstrate mai uor n suspensie, pentru c
viteza lor de depunere, sub aciunea acceleraiei normale a cderii
libere (gravitaiei), scade cu reducerea diametrului, conform
relaiei:
(2.1.)
unde:
Fc fora de cdere, datorit acceleraiei normale a cderii libere
(gravitaionale) (N);
D diametrul particulei, considerndu-le de form sferic (m);
- densitatea particulei (Kg/m3);
- densitatea gazelor (kg/m3);
g acceleraia normal a cderii libere (=9,81 m/s2).
n timpul cderii, pe vertical, micarea particulei este uniform
accelerat, existnd o frecare cu particulele de gaz care determin o
for echivalent egal cu o for de sens contrar, a crei valoare este
dat de:
(2.2.)
unde:
Ff fora de frecare a particulei solide cu particulele de gaze pe
direcia vitezei particulei solide
(N);
- coeficientul de frecare;
D diametrul particulei, (considernd de form sferic) (m);
- densitatea gazelor (kg/m3).
Viteza v, nu este viteza gazului n conduct, ci viteza relativ a
gazului n raport cu particulele de praf. Astfel o particul care
cade sub aciunea acceleraiei normale a cderii libere, ntr-un curent
de gaz n micare turbulent, poate avea o vitez v care s conduc la un
regim laminar, n timp ce o particul situat n filmul laminar (pe
peretele conductei) poate avea, datorit frecrii cu gazul (care se
mic n regim laminar) o vitez v care definete un regim
turbulent.
Cu relaiile de mai sus, pentru regimurile laminar i turbulent,
se poate determina fora de frecare care tinde s antreneze
particulele de praf depuse n conducte.
Pentru determinarea vitezei de depunere, se ine seama c atunci
cnd forele de sens contrar Fc i Ff, se obine viteza limit uniform
de cdere.
n regimul laminar egalnd fora de frecare cu fora de sens contrar
Fc, obinem:
(2.3.)
de unde:
(2.4.)
n regim intermediar egalnd fora de frecare cu fora de sens
contrar Fc, obinem:
(2.5.)
de unde:
(2.6.)
n regim turbulent egalnd fora de frecare cu fore de sens contrar
Fc, obinem:
(2.7.)
de unde:
(2.8.)
Pe baze experimentale, s-au stabilit urmtoarele rapoarte i
relaii:
Va = 0,192 (Vlim (2.9.)
Vp = 0,7 (Vlim (2.10.)
Din aceste relaii obinem:
(2.11.)
(2.12.)
unde:
Va viteza minim de antrenare a particulelor de la care se
produce antrenarea (m/s);
Vp viteza minim a particulelor de la care acestea ncep s
pluteasc (m/s);
Wa viteza medie de curgere, a gazului care poate provoca
antrenarea particulelor de praf (m/s);
Wp viteza medie de curgere, a gazului, care poate provoca
plutirea particulelor de praf (m/s).2.1.2. Reinerea impuritilor
solide (filtrele)
Separatoarele de impuriti solide trebuie s fie montate cel puin
n urmtoarele locuri:
n cmpurile de producie, dac e posibil la capul de extracie;
naintea staiilor de uscare a gazelor;
dup staiile de uscare a gazelor la care se utilizeaz desicant
solid;
naintea staiilor de comprimare a gazelor naturale;
la utilizatorii de gaze naturale cu procese tehnologice
pretenioase (chimizare, tratamente termice, industria sticlei i
porelanului etc.).
2.1.2.1. Mecanismul filtrrii
Operaia de filtrare const n trecerea unui fluid printr-un mediu
permeabil = filtru, pentru a reine impuritile. Ca material filtrant
poate fi utilizat un material textil cu filtre dispuse ordonat
(esturi) sau dezordonat (fibre sau psl) sau un material granulat n
care granulele pot fi libere i constituie umplutura filtrului.
Mecanismul filtrrii ntr-un material filtrant, este complex, apar
efecte de inerie, efecte de aderen, de difuziune, de natur
electrostatic i efectul de sit.
Fig. 2.1 Imaginea spectrului hidrodinamic la numere Reynolds
mici la micarea n jurul unui cilindru (o fibr).n curentul de gaz
exist particule n suspensie care sunt antrenate de curent la viteza
curentului i ajungem n faza unde liniile de curent se curbeaz.
Fie o particul solid avnd diametrul d i care se mic cu viteza v
identic cu cea a curentului de gaz. Vom considera de asemenea un
element de fluid de aceeai dimensiune.
Fora centrifug ce acioneaz asupra elementelor de fluid este dat
de relaiile:
(2.13.)
Fora centrifug ce acioneaz asupra particulelor solide este:
(2.14.)
Dac admitem c la momentul considerat cele dou viteze sunt
identice i c la nceputul curbrii traiectoriei raza interioar de
curbur este aceeai, rezult c raportul (Fp/Fc) este de ordinul de
mrime ~ 103 rezult rp > r.
Particulele solide aflate n intervalul 2y0 vor lovi fibra. Vom
putea defini un coeficient de coliziune . O parte din particulele
ce vor lovi fibra vor adera la aceasta i vor fi reinute de fibr,
iar o parte vor aluneca pe suprafaa fibrei i vor fi antrenate de
curent. Fracia de particule reinute de fibr este coeficientul de
aderen ; randamentul total de separare al unei fibre dat de fora de
inerie este ; este determinat de unde:
- numrul lui Stockes
Re numrul lui Reynolds
- raportul densitilor relative.
Deoarece avem un numr de fibre, direcia curentului purttor de
particule poate s nu fie cea normal la particul.
Aceasta nseamn c particulele pot s intre n zone din spatele
fibrei i micrile secundare pot s antreneze particula i s o loveasc
pe partea din spatele fibrei: crete.
Ptrunderea n aceast zon din spate se poate face att datorit
particulelor ce intr n spatele altei particule, ct i datorit unor
fluctuaii turbulente. Conform graficului rezult c la diametre mici
dp, este redus. Realitatea arat c la dp < 1(m), crete din nou.
Aceasta se datoreaz efectelor de difuziune.
Particulele fiind de dimensiuni mici, va fi perceput asupra lor
efectul micrii Browniene. Atunci, probabilitatea de lovire a
suprafeei fibrei crete i n consecin i capacitatea de reinere se
mrete substanial. Aceast micare aleatoare este caracterizat
printr-un coeficient de difuziune dat de relaia:
(2.15.)
K = 1,38 ( 1023 (J/K)
K constanta lui Boltzman
(criteriul lui Peclet) (2.16.)
Randamentul de separare este substanial prin efecte de difuziune
la numere Pe mici, adic la valori mici ale curentului, valori mici
ale df i coeficieni de difuzie mari, adic dp mici. Asupra
particulelor care trec prin filtru i fac simit prezena fore
electrostatice. Acest fenomen se datoreaz ncrcrii electrostatice a
particulei i a fibrei din cauza frecrii cu gazul. Efectul de
ncrcare electrostatic i face simit prezena la v = 1,5 ( 2 [m/s].
Efectul lor este cu att mai mare cu ct ncrcarea este mai mare i cu
ct dimensiunile particulelor sunt mai mici. Un rol determinant n
funcionarea filtrelor l are aderena particulelor la fibr. Pentru a
spori uneori aceast capacitate de reinere, se poate mri n mod
suplimentar coeficientul de adeziune, fie umezind fibrele, fie
dispunnd un strat de ulei.
Pentru particule, dac avem s < 3d pot s apar puni stabile
ntre fibre dac s>3d acest efect nu apare. Dac suprafeele sunt
active, aceste puni pot aprea i n cazul s>3d dar sunt instabile,
iar efectul de sit este intermitent.
Acest efect de sit poate s apar numai pe suprafeele exterioare
ale fibrelor. Se formeaz astfel un strat pe suprafaa filtrului care
la rndul lui reine particulele cu diametre mai mari ale impuritilor
solide.
Grosimea acestui strat este variabil n timp conducnd la creterea
cderii de presiune pe elementul filtrat.
n momentul n care presiunea pe stratul filtrant atinge o anumit
valoare, stratul de praf este ndeprtat. n timpul regenerrii e
avantajos s nu ndeprtm toat cantitatea de praf i s lsm un strat de
praf care s amorseze i s accelereze formarea stratului de praf
filtrat.
Analiznd n final randamentul global de separare, rezult c la
viteze mici sunt preponderente efectele de difuziune i filtrele din
aceast categorie lucreaz la viteze foarte mici.
Efectele de inerie sunt specifice unei alte categorii de filtre
ce lucreaz la viteze mai mari.
La viteze foarte mari, apare o suflare a prafului i o reflectare
a particulelor datorit ciocnirii cu fibrele.
Desprfuitoarele prin splare au un foarte bun randament de
separare, dar
trebuie s funcioneze ntr-un regim strict delimitat de debite i
viteze. n cazul c
viteza gazului depete limita prescris, exist riscul ca uleiul cu
praful colectat, s fie antrenat dincolo de icanele de dezuleiere,
cu pierdere de ulei i cu scderea eficacitii de desprfuire. Dac
viteza este sub limita prevzut, splarea, respectiv reinerea
prafului, se face cu un randament nesatisfctor.
Fig. 2.2 Filtru de gaze naturale
1-Corp filtru; 2-Fund inferior; 3-Capac; 4-Racord intrare
gaze;
5-Cartus filtrant; 6-Racord ieire gaze
2.1.3. Filtrarea gazelor prin medii poroase
Filtrarea gazelor este operaia n care reinerea particulelor de
praf se realizeaz prin trecerea gazelor prin suprafee poroase, ale
cror interstiii (pori) au dimensiuni stabilite n funcie de adncimea
de separare dorit, particulele fiind reinute pe suprafaa poroas a
elementului filtrant.Dup materialul folosit ca element filtrant se
disting: filtre cu diferite tipuri de esturi, filtre cu fetru,
filtre ceramice, etc.
Filtrele pot avea o eficien ridicat, reinnd pn la 99% din
particulele solide fine, mai ales dac se utilizeaz soluia n dou
trepte sau combinaii de separatoare i filtre.
Praful reinut n cartuele filtrante determin o cdere evolutiv de
presiune, mergnd pn la obturarea lor (mai ales n prezena umiditii
din fluxul de gaze).
De aceea cderea de presiune n filtre trebuie permanent controlat
i trebuie s existe linii de rezerv de filtrare pentru a prelua
gazele pe timpul schimbrii elementelor mbcsite.
Se recomand i este o practic european curent, ca trecerea de pe
o linie de filtrare pe alta s se realizeze automat n funcie de
P.
n cartuele din estur compuse fie din saci montai n poziie
vertical fie din suprafee plane de estur montate pe un cadru,
vitezele sunt limitate n general, la 0,005 ( 0,04 m/s, iar cderile
de presiune la 5 ( 15 mbar. Vitezele prea mari determin colmatarea
rapid a cartuului; de aceea, cnd gazele conin particule foarte fine
de praf vitezele trebuie limitate la 0,015 m/s.
Vitezele fiind mici, curgerea gazelor prin cartuele de esturi i
prin stratul de praf depus pe suprafaa cartuului care funcioneaz ca
un strat filtrant suplimentar, se face de regul n regim laminar. n
acest caz numrul Re trebuie s fie mai mic dect 8000.
Cderea de presiune prin estura cartuului este dat de relaia:
P=K(V0( (2.17.)
unde:
P cderea de presiune (mm col ap);
V0 viteza gazelor n raport cu suprafaa filtrant, presupus goal
(m/s);
- vscozitatea dinamic a gazelor (Kg/ms);
K constant, exprimnd raportul suprafeei fa de debit.
innd seama de faptul c porii esturii sunt nfundai de primele
particule de praf reinute, K va crete foarte repede putnd ajunge la
valori de peste 10 ori mai mari.
n acest caz este necesar ndeprtarea cartuului colmatat i
nlocuirea cu unul curat.
Curarea se poate realiza dup scoaterea din funciune a filtrului
prin scuturare sau suflare cu aer n sens invers fa de curentul de
gaz.
Cartuele din fetru au de regul form cilindric, gazele intrnd
prin interiorul cartului. Fetrul pentru cartu poate fi confecionat
din fibre de: bumbac, ln, nylon, sticl, acrilan etc., ale cror
caracteristici specifice , le fac utilizabile dup caz, n medii
neutre, n medii corozive, acide sau alcaline, n medii abrazive
etc.
n filtrele cu cartue de fetru, vitezele pot atinge 2,5 ( 15 m/s,
dar viteza optim este de 7-8 m/s, iar cderile de presiune trebuie s
fie sub 10 mbar.
Aceste filtre pot reine particule fine de praf, dar nu se
recomand folosirea lor la gazele cu coninut mare de praf sau umede,
pentru c acestea ar duce la colmatarea foarte rapid a
cartuelor.
Filtrele ceramice beneficiaz de randamente nalte de filtrare,
putnd elimina practic totalitatea particulelor de praf coninute n
gaze. Au de asemenea avantajul c particulele de praf nu ptrund n
profunzimea materialului ceramic, ceea ce uureaz curirea care se
poate face prin splarea cu ap sub forma unui jet puternic, curirea
cu peria i uscarea cu aer.
Cderea de presiune ntr-un filtru ceramic depinde att de
dimensiunile porilor ct i de structura granulometric a materialului
din care este confecionat, ele utilizndu-se n mod curent pentru
debite relativ mici.
DIN DEZVOLTAREA ASPECTELOR TEORETICE I A ANALIZEI TIPURILOR DE
FILTRE, PENTRU REZOLVAREA PROIECTULUI DE DIPLOM N CONFORMITATE CU
DATELE PROGRAM STABILITE DE COORDONATOR A REZULTAT C CEL MAI
ADECVAT ESTE FILTRUL DE IMPURITAI ARMAX 150 mm.
2.2. Separarea lichidelor libere
2.2.1. Principii de separare
Baza o constituie diferena de greutate specific a particulelor
lichide fa de moleculele de gaze ( pentru CH4). Fluxul de gaz
antreneaz prin plutire moleculele de lichide libere, meninerea
acestora n aceast faz de plutire fiind direct proporional cu viteza
de curgere a gazelor.
Pentru a separa moleculele de H2O din curentul de gaze se
utilizeaz urmtoarele fore i principii:
fora gravitaional care acioneaz mai puternic asupra moleculelor
de lichid care sunt mai grele;
fora de frecare i cea de aderen care sunt maxime la contactul
ntre fluxul de gaz i suprafeele staionare;
fore de inerie care la schimbarea direciei de curgere imprim
moleculelor mai grele tendina de a urma cursul iniial, deci de a
iei din curentul de gaze;
fora centrifugal prin intrarea fluxului de gaz ntr-un separator
i care acioneaz mai puternic asupra moleculei de lichid liber;
fore i efecte date de extractori de cea (demistere) care se
monteaz sub form de mpslituri n partea de ieire a separatoarelor
care utilizeaz efecte de aderen, de filtrare, de inerie i scderi
locale de vitez;
Mecanismul separatoarelor de lichid ca i la cel de filtrarea
particulelor solide e mult mai complex lund n considerare legile
generale ale gazelor, regimuri de curgere, vscozitile,etc., fapt
pentru care calculul practic al separatoarelor, innd seama de
principalele fore de separare se simplific ca urmare a unor calcule
teoretice, experimentri de laborator i rezultate din practic
prin:
- introducerea unui coeficient C, care difer dar este stabilit
pentru diferite tipuri de separatoare cu sau fr demister,
astfel:
C = 0,03 pentru separatoarele verticale fr demister;C = 0,0116
pentru separatoarele gravitaionale orizontale cu demister;C = 0,05
pentru separatoarele verticale cu demister;
C = 0,07 pentru separatoarele orizontale gravitaionale fr
demister;- nomograme funcie de diametru ale separatoarelor, debite,
presiuni, Q=S(V(P i fineea separrii care, se consider acceptabil la
reinerea particulelor lichide cu diametre mai mici de 10 microni (
= 90%)
Baza favorizrii, separrii unde fora gravitaional constituie
principiul dominant este scderea vitezei curentului de gaze n
separator i creterea vitezei gazului n separarea centrifugal,
combinat cu scderea vitezei pentru a separa gravitaional..
Acest lucru nseamn c indiferent de tipul separatoarelor, acestea
trebuie s aib un diametru mai mare dect al conductei, singure sau n
baterie.
Relaia de baz pentru favorizarea forei gravitaionale este:
(2.18.)
La separarea pe principiul gravitaional, pe lng factorul vitez
intervine factorul timp, adic durata dup care o molecul de lichid
se desprinde din curentul de gaz, dup ce parcurge un anumit
spaiu.
unde: (2.19.)
L - spaiul (m3);t - timpul necesar (s);a - acceleraia (m/s2);V -
viteza (m/s);De regul, ntre lungimea separatorului i diametrul
acestuia este relaia: L=4(D.
Separatoarele orizontale cu principiul gravitaional preponderent
sunt mai eficace dect cele verticale, dar au dezavantajul c ocup
spaiu mai mare i de aceea unde condiiile de spaiu sunt restrictive
se monteaz cele verticale.
Indiferent de tipul de separator, hotrtor este ca acestea s aib
la partea inferioar un spaiu de depozitare al lichidelor separate i
acestea s fie montate la un automat la umplerea spaiului de
depozitare.
Evacuarea lichidelor separate s se fac n condiii de protecie a
mediului, ntr-un circuit ce nu implic scurgerea lor n terenul
nconjurtor sau cu poluarea unor ape, etc.
n cazul n care pe lng apa liber avem i produi petrolieri
(hidrocarburi grele condensate) la separare n rezervorul de
depozitare al separatorului, acestea se vor separa funcie de
densitatea lor (apa jos i ele sus) i n acest caz i scurgerea lor
(evacuarea se va face funcie de aceste nivele prin dou dispozitive
plutitoare, ce acioneaz dou regimuri de evacuare, separare).
Fig. 2.3 Separator - filtru
1-elice: 2-3orp;3-fund;4-capac;5tub;6-cartus filtrant;7-racord
8-racord ieire ; 9-deflector;2.2.2. Dimensionarea
separatoarelor
Se iau n considerare legile Stokes i Newton, cu unii coeficieni
empirici pentru a se ine cont de distribuia particulelor i de
timpul de reinere minim.
2.2.2.1. Separatoare verticale bifazice
Diametrul minim al separatorului se calculeaz pornind de la
viteza maxim a gazelor:
(2.20.) unde:
V viteza maxim ascensional a gazelor (m/s);
D diametrul interior al separatorului (m);
Q debitul de gaz (106m3/zi);
P presiunea absolut a gazelor (bar);
T temperatura gazelor (K);
- masa volumic lichid la P i T (kg/m3);
- masa volumic a gazelor (kg/m3);
Z factorul de compresibilitate (0,95);
C coeficientul de separare (valoare empiric 0,06
(0,12)(m/s).
nlimea separatorului este dat de suma:
- nlimii separrii particulelor gazoase i se ia practic minim 1,5
( 2m;
- nlimea depunerilor lichide, calculat considernd timpul de
separare de 3 (5 minute.
2.2.2.2. Separatoare verticale trifazice
Se aplic aceleai principii de calcul dar se ia timpul de reinere
a lichidelor de 5 ( 6 minute i se regleaz nivelul interfeei
hidrocarburi ap pentru a pstra timpii de reinere individuali.
Nivelele lichidelor sunt calculate plecnd de la cota 0 situat la
20 cm deasupra cordonului de sudur a fundului inferior al
separatorului.
2.2.2.3. Separatoare orizontale bifazice sau trifazice
Calculele se complic foarte mult pentru c forele ce acioneaz
asupra particulelor nu sunt deloc coliniare.
Pentru dimensionri exacte i optimizate este necesar a se utiliza
programe de calcul informatic.
Totui se redau n continuare cteva reguli empirice
simplificatoare de antier:
valoarea practic a coeficientului C variaz ntre 0,10 ( 0,15
m/sec;
raportul lungime/diametru al separatorului este 4;
raportul nlime lichid/diametru este de 0,5 ( 0,7 dar niciodat
peste 0,7, valoarea practic fiind de 0,5;
viteza de cdere a particulelor de ap n lichid (ulei, condensat,
etc.) variaz ntre 0,05 ( 0,1 m/60 sec, n funcie de densitatea
lichidului, o valoare practic fiind 0,75 m/60 sec.
n aceste condiii simplificatoare, ecuaia de determinare a
diametrului separatorului este:
(m); (2.21.)
iar viteza orizontal de antrenare a particulelor de ulei sau
condensat n ap este:
(m/min); (2.22.)
Qulei - debitul de ulei (m3/zi);Qap - debitul de ap
(m3/zi);Poziia de interfa ap/ulei se calculeaz astfel ca
particulele de ap cele mai fine s poat atinge acest nivel nainte de
a fi antrenate.
n industria gazeifer din Romnia se utilizeaz diferite tipuri de
separatoare care vor fi analizate critic n continuare.
2.2.3. Separatoare orizontale
La curgerea gazelor pe conducte orizontale, direcia de depunere
a particulelor lichide i solide este vertical. n micarea orizontal
particula n suspensie care este antrenat n sensul curgerii de ctre
curentul de gaze, tinde s se depun cu viteza limit de cdere n
fluidul respectiv. n acest fel, traiectoria deplasrii particulei
este orientat spre direcia rezultantei celor dou viteze.
Pe poriunea orizontal a conductei, unde nu exist schimbri de
direcie, decantarea particulelor se realizeaz pe o distan mai mare
sau mai mic, n funcie de viteza gazului, de dimensiunile
particulelor, de natura acestora i de diametrul conductei.
Pe o conduct, gazul curge cu o vitez care poate fi calculat cu
urmtoarea relaie:
(2.23.)
, unde: (2.24.)
- viteza gazului ntr-o conduct de transport (m/s); q debitul de
gaze (m3N/s);
D diametrul conductei (m); P0 presiunea atmosferic
(p0=0.1013(106Pa); P presiunea din conduct (Pa); Z factorul de
abatere.
Viteza limit de decantare, wo, se poate calcula cu relaia:
(2.25.), unde:
viteza limit de cdere a particulei (m/s);g acceleraia
gravitaional (m/s2);
- vscozitatea dinamic a gazelor (Pa/s);
, - densitatea gazelor, respectiv a particulei (Kg/m3);d
diametrul particulei (m);Timpul de decantare, t, a unei particule,
care cade cu viteza limit , pe o poriune de conduct cu diametrul
interior D, de lungime l, se poate calcula cu relaia:
de unde: (2.26.)
(2.27.) n care, parametrii de calcul sunt exprimai n urmtoarele
uniti de msur:
t s, D m, l m, m/s.
Astfel, pentru decantarea particulelor din suspensie, cu o vitez
de cdere , este nevoie de o poriune orizontal de conduct de lungime
l.
Din considerentele prezentate, rezult c poriunile orizontale ale
conductelor constituie cele mai eficiente separatoare pentru
impuritile existente n gaze, problema principal fiind captarea i
evacuarea acestora n condiii controlate i fr poluarea
mediului.2.2.4. Separatoare verticale
Separatoarele verticale montate pe traseele conductelor
magistrale de transport, indiferent de concepia lor, de forele ce
intervin n desprinderea particulelor de ap din fluxul de gaze, au
un rol discutabil de acumulatoare de lichide separate, prin aderena
la pereii interiori ai evilor i o eficien limitat reinnd n cele mai
bune soluii pe cele cu diametre ( 0,25 ( 0,3 mm, fa de cerinele
actuale de 0,01 mm.
Separatoarele verticale realizate n diferite variante, cu
diametre de 800 ( 1400 mm, ce se pot monta n baterii de 2 ( 20
buc., la intrarea n unele instalaii tehnologice (puncte de import a
gazelor naturale, n cmpurile de extracie, la staiile de comprimare,
de uscare, instalaii mari de reglare i msurare, depozite subterane
de gaze etc.), au o eficien bun mergnd pn la o reinere de 90 ( 95%
a particulelor lichide cu 0,01 mm.
Dezavantajul acestora const n suprafaa mare pe care o ocup,
teren ce devine un element important al investiiei.
n condiiile dotrii fiecrei instalaii semnificative (diferite
instalaii tehnologice i staii de reglare i msurare ( 5000 m3/h)
realizate n sistem package din lips de spaiu sau de minimizare a
costurilor separatoarelor de lichide orizontale, se prefer de regul
cele verticale, n diferite concepii, unele din acestea fiind
studiate n continuare.
2.2.4.1. Separatoare verticale gravitaionale fr demister
Separatoarele verticale gravitaionale funcioneaz pe acelai
principiu ca i cele orizontale cu seciune mrit i n plus are loc o
schimbare de direcie a curentului de gaze.
Relaia de calcul a separatoarelor gravitaionale este:
(2.28.)
Qs debitul de gaze supuse separrii (Nm3/zi);
Ds diametrul separatorului (m);
P presiunea n separator
(bar);
Z factorul de abatere al gazelor reale fa de gazele ideale;
Vsa viteza admisibil a gazelor n seciunea separrii
gravitaionale,
(2.29.)
unde:
c coeficient adimensional care depinde de cifra Reynolds i care
se calculeaz innd cont de micarea relativ a particulei n mediul
respectiv;
Valoarea acestui coeficient este:
pentru separatoare verticale gravitaionale: c= 0,03;
pentru separatoare verticale cu extractor de cea: c= 0,05;
- greutatea specific a particulei lichide (Kgf/m3);
- greutatea specific a gazului (Kgf/m3);
Fa de debitele de gaze ce se vehiculeaz prin conductele
magistrale i prin instalaiile tehnologice aferente, de 4 ( 10 mil
Nm3/zi, i de fineea cerut separrii (particule sub 0,01 mm) i acest
tip de separator este nesatisfctor, dac nu se iau n considerare
diametre mai mari de 700 ( 800 mm utilizate n prezent.Pentru un
separator cu 1000 mm, pentru gaze cu densitatea relativ fa de aer
de 0,554 i pentru particule de 10 m, capacitatea de separare este
de 485000 Nm3/zi.
Pentru presiunile curente ntlnite n sistemul de transport, de
cca. 25 ( 40 at, la debite de 10 20 mil Nm3/zi, ar fi necesar un
numr de 20 ( 40 de astfel de separatoare.
2.2.4.2. Separatoare verticale gravitaionale cu demister
Din cele artate mai sus, separatoarele verticale gravitaionale
pentru a extrage din curentul de gaze particulele cu diametrul pn
la 10 m,pot separa n mod corespunztor debite relativ mici i de
aceea sunt necesare n numr mare la instalaiile tehnologice proprii
sau ale utilizatorilor din industrie sau centre de distribuie.
De aceea la separatoarele verticale ce utilizeaz fora
gravitaional, schimbrile de seciune i de sens a curgerii fluxului
de gaze cu lichide se nlocuiesc cu tipuri mai complexe dotate cu
demister.
Grilele suport ale masei separatoare se execut din oel
sudabil.
Viteza optim a fluidului de lucru are o importan deosebit
deoarece la viteze mari se produce o saturaie a esturii n lichid i
o reantrenare a acestuia n curentul de gaze, iar la viteze mici
picturile fine pot trece prin masa separatoare fr a putea fi
reinute:
(2.30.)
Se admite utilizarea unei viteze n limitele:
Vmin = 0,35 Voptim (2.31.)
Vmax = 1,4 Voptim (2.32.)
Pentru proiectare i pentru a se ine seama de variaiile de
debite, respectiv de viteze n zona de separare, se aplic
relaia:
Vp = 0,75 Voptim (2.33.)
La utilizarea separatoarelor de cea din srm tricotat la presiuni
mici (0,5 2 at), viteza fluidului trebuie s fie n limitele de 1 (
4,5 m/s.
Pentru calculul pierderii de presiune n demister se recomand
utilizarea relaiei:
P = KgV2 (mm col ap) (2.34.)
unde:
g greutatea specific a fluidului (Kg/m3);V viteza de circulaie a
fluidului (m/s);K coeficientul de pierdere de presiune (%);Pentru o
gam de viteze cuprinse n limitele Vmin = 0,35 Voptim, la Vmax = 1,4
Voptim, eficiena separrii este mai mare de 99%.
n afar de viteza gazului, eficiena separrii depinde de urmtorii
factori:
compoziia gazului;
vscozitatea i tensiunea superficial a lichidului;
dimensiunile picturilor de lichid;
eventuala existen n amestecul gaze-lichid a unor particule
solide.
La alegerea tipului de separator, trebuie avut n vedere toi
factorii ce influeneaz eficiena separrii, pierderea de presiune n
separator, preul de cost, consumul de material etc.
DIN DEZVOLTAREA ASPECTELOR TEORETICE I A ANALIZEI TIPURILOR DE
SEPARATOARE, PENTRU REZOLVAREA PROIECTULUI DE DIPLOM N CONFORMITATE
CU DATELE PROGRAM STABILITE DE COORDONATOR A REZULTAT C CEL MAI
ADECVAT ESTE SEPARATORUL VERTICAL CU DEMISTER CU D=600mm.
CAPITOLUL III
3. Reglarea presiunii gazelor naturaleNecesitatea reglrii
gazelor naturale apare ca o condiie foarte important pentru a putea
satisface cerinele consumatorilor de toate tipurile datorit
faptului c odat extrase gazele trebuiesc transportate i distribuite
la nivelul presiunilor i a debitelor necesare utilizrii lor, dat
fiind gama larg de valori ale acestora. Pentru a satisface aceste
cerine este necesar meninerea presiunii constante a gazelor i
reducerea acestora la parametrii dorii. Aceasta se face cu ajutorul
regulatoarelor de presiune, care prin variaia de curgere a gazelor
va varia i debitul, deci i presiunea.
Presiunea se poate menine constant dac tendinele ei de variaie
sunt comparate continuu cu seciunea de curgere a gazelor, ceea ce
constituie principiul reglrii.
Procesul reglrii gazelor trebuie s se desfoare n mod continuu i
n deplin siguran pentru a nu pune n pericol procesele tehnologice i
instalaiile de utilizare a gazelor naturale. Deci, rolul
regulatorului de presiune este de a menine n mod continuu i automat
valoarea presiunii de ieire ntre anumite limite dinainte stabilite,
la variaia debitului i a presiunii de intrare sunt stabilite pentru
fiecare tip de regulator n parte.
Principiul de funcionare a unui regulator este urmtorul:
a) Mrimea de intrare (presiunea de intrare a gazului) P1 este
redus prin trangularea n orificiu de ctre organul de execuie, la o
mrime de ieire (presiune de ieire) P2.
b) Mrimea P2 de ieire este comparat continuu cu valoarea
presiunii impuse Pr.
c) Din compararea valorilor P2 i Pr rezult o deplasare a
ventilului n orificiul de scurgere a gazelor, care modific seciunea
de scurgere a gazului (mai mare sau mai mic) n funcie de variaia
debitului i presiunii de intrare.
3.1. Tipuri de regulatoare de presiune
Regulatorul este un aparat care regleaz n mod automat i continuu
meninerea n limitele dinainte stabilite a presiunii gazului la
ieire, la variaia debitului i a presiunii de intrare. Regulatoarele
de presiune pentru debite i presiuni mici cu acionare direct au
specific faptul c ele se execut n poziie normal deschis (n lipsa
presiunii, deci n repaus ventilul este deschis pe scaunul su).
Funcionarea regulatoarelor cu acionare direct se bazeaz pe
principiul echilibrului dintre fora generat de presiunea reglat pe
suprafaa inferioar a membranei i de tensiunea introdus de arcul de
reglare. n urma acestei comparaii rezult modificarea poziiei
ventilului fa de scaun i implicit modificarea presiunii de ieire
care va rmne constant n limitele grupei de reglare GR.
Regulatoarele de presiune pentru debite mici se execut n
urmtoarea gam tipodimensional:
a) Dn - pentru debit de 10 m3/h
Dn 1-1 pentru debit de 20 m3/h
Dn 1- 1 pentru debit de 35 m3/h
Dn 1- 1 pentru debit de 50 m3/h
Dn 1-2 pentru debit de 100 m3/h
la caracteristicile funcionale:
- presiuni de intrare P1 = 0,2 (2 bari
- presiuni de ieire P2 = 0,03 ( 0,05 bari
- grupa de reglare GR 10-( 10% x Pr)
- grupa de nchidere GI 30-( 30% x Pr)
- debit maxim Qmax = 10 ( 100 m3/h
Din punct de vedere funcional, regulatoarele se mpart n dou mari
categorii:
a) regulatoare cu acionare indirect;
b) regulatoare cu acionare direct.
a) regulatoarele cu acionare indirect se caracterizeaz prin
faptul c impulsul de comand provine din curentul de gaz supus
reglrii. Impulsul se preia de pe partea de intrare n regulator,
trece printr-un filtru unde se rein impuritile i apoi prin cele dou
elemente de reducere i reglare a presiunii de comand, i anume prin
reductor i servoregulator.
Reductorul are rolul de a reduce presiunea de intrare P1 la o
valoare mai mic denumit presiune de comand primar Pc1 a crei
valoare este n funcie de tipul regulatorului i este aproximativ 0,3
( 2 bari mai mare dect presiunea de ieire P2 din regulator (Pc1 =
(0,3 ( 2) + P2).
Servoregulatorul are rolul de a regla valoarea presiunii de
comand secundar Pc2care va aciona direct pe membrana
regulatorului.
Presiunea de comand Pc2 provine din Pc1 prin trecerea acesteia
prin servoregulator. Valoarea presiunii de comand secundar Pc2 este
dependent de variaia presiunii de ieire Pc2 din regulator care
acioneaz pe membrana servoregulatorului.
Regulatoarele cu aciune indirect se execut n poziia normal nchis
(regulatorul nu este acionat este n repaus, adic ventilul nchide pe
scaun i nu permite trecerea gazului prin el). Se utilizeaz n
S.R.M-uri sau n alte instalaii ce lucreaz la parametrii
regulatorului.
b) regulatoarele cu acionare direct iau impulsul de comand de pe
partea de ieire din regulator, impuls ce este adus direct sub
membrana de lucru a regulatorului.
Orice perturbaie ce apare dup regulator este transmis membranei
care acioneaz prghia ce deplaseaz ventilul n sensul deschiderii mai
mult sau mai puin a ventilului de pe scaunul su. Aceste regulatoare
se execut n sistem normal deschis. Acestea se folosesc mai mult n
instalaiile de utilizare i mai puin n transportul gazelor.
A) Tipuri de regulatoare de presiune cu acionare indirect
1.- RPA3 - cu caracteristicile funcionale:
- presiune nominal Pn = 16 bari
- presiune de intrare P1 = 0,5 (16 bari
- presiune de ieire P2 = 0,02 ( 6 bari
2.- RPA6 cu caracteristicile funcionale:
- presiune nominal Pn 16; 25; 40; 64 bari
- presiune de intrare P1 = 0,5 (64 bari- presiune de ieire P2 =
0,1 ( 40 bari
3.- RPA5 cu caracteristicile funcionale:
- presiune nominal Pn = 64 bari
- presiune de intrare P1 = 16 (64 bari
- presiune de ieire P2 = 6 ( 16 bari
4.- RPA Dn 25; Pn 25 cu caracteristicile funcionale:
- presiune nominal Pn = 25 bari
- presiune de intrare P1 = 2,5 ( 25 bari
- presiune de ieire P2 = 0.5 ( 6 bari
B) Tipuri de regulatoare de presiune cu acionare direct
- RPA cu caracteristicile funcionale:
- Pn = 40 bari
- P1 = 6 ( 40 bari
- P2 = 1 ( 6 bari
- Debit maxim Qmax = 100 m3/h
- Regulator de presiune pentru presiuni mici i debite mici cu
caracteristicile:
- P1 = 0,2 ( 40 bari
- P2 = 0,03 ( 0,05 bari
- Qmax = 100 m3/h
- Regulatoare de presiune tip RPG(ARMAX S.A. Media) cu
caracteristicile:
- Dn = 20 ( 200 mm
- P1 = 0,5 ( 7 bari
- P2 = 0,02 ( 0,05 bari
- Qmax = 0,05 ( 2 m3/h
- Regulatoare de uz casnic- Dn = 20 ( 50 mm
- P1 = 0,2 ( 25 bari
- P2 = 0,015 ( 2 bari
- Qmax = 10 ( 100 m3/h
- Regulatoare anti-nghe RPAI- Dn = 25 / 8 mm
- P1 = 64; 210 bari
- P2 = 0,5 ( 6,5 bari
- Qmax = 36 m3/h
Fig.3.1.1 Regulator cu acionare directa
1. Element prescriere; 2. Element acionare;3. Element comparaie;
4. Element de execuie.
Fig.3.1.2 Regulator cu acionare indirecta1.Dispozitiv de
comanda; 2. Element de acionare;3. Element de execuie.DIN
DEZVOLTAREA ASPECTELOR TEORETICE I A ANALIZEI TIPURILOR DE
REGULATOARE, PENTRU REZOLVAREA PROIECTULUI DE DIPLOM N CONFORMITATE
CU DATELE PROGRAM STABILITE DE COORDONATOR A REZULTAT C CEL MAI
ADECVAT ESTE REGULATORUL RPA6 ARMAX.
CAPITOLUL IV4. Sisteme i principii de msurare a gazelor
naturale4.1 Msurarea indirect a debitelor de gaze naturale
Principalele metode de msurare cu aparatura i instalaiile
adecvate sunt:
metoda indirect
metoda direct respectiv de determinare a vitezei gazului
metoda volumetric msurarea debitului direct cu ajutorul unor
spaii.
Preocupri din acest domeniu au nceput din anii 1600, iar la
sfritul anilor 1700, Pittot i Venturi au definitivat baza teoretic
pe baza legilor Bernoulli, a legilor fundamentale ale gazelor prin
demonstraii i transferri succesive.
Utilizatorii de gaze manufacturate i ulterior de gaze naturale,
cei casnici sau asimilai acestora ( cu debite i presiuni relativi
mici) au folosit msurarea direct ( contoare cu burduf, cu picoturi,
cu roi dinate, cu turbin,etc).
Cele de mai sus, alturi de faptul c acest sistem este multiplu
cu posibiliti multiple de etalonare i verificare i fr piese n
micare, a fcut ca el s se generalizeze ntre anii 1900 1960, s se
perfecioneze dup aceti ani i s constituie n prezent sisteme prin
care se msoar peste 65% debitele pe plan mondial, tendin ce se va
menine i n perspectiv.
Dup anii 1960 ncep s se dezvolte industriile i sistemele de
msurare direct: de tipul contoare cu turbin, contoare cu vrtej,
contoare ultrasonice etc. care au o serie de avantaje, dar i
dezavantaje.
n prezent n industria gazeifer din Romnia, la debite relativ
mari (import gaze, tranzit internaional de gaze, panouri de predare
ntre producie i transport, panouri de msurare la predarea din
activitatea de transport ctre distribuitor) n proporie de 90%,
aceasta este metoda de msurare.n viitor n Romnia n mare parte
aceast proporie se va menine, bineneles cu modernizrile tehnologice
actuale, mai ales n ceea ce privete contorul propriu-zis,
determinnd debitul i integrabilitatea ntr-un sistem SCADA.
De fapt exist studii acceptate pe plan naional, european i
mondial din care au rezultat tabele comparative ntre diferite
tipuri de sisteme de msurare din care rezult sub aspectul
factorilor economici msurarea indirect cea mai avantajoas:
cel mai larg domeniu de utilizare; elasticitate la variaii de
debite, presiune relativ sczut; nu admite prezena impuritilor
lichide i solide; impune distane relativ mai lungi la seciunile de
panou, amonte i aval de organul deprimogen; au o cdere de presiune
n organul deprimogen comparabil cu a altor sisteme de msurare i n
cazul unor exploatri normale mai bune; costuri de ntreinere mai
sczute fa de alte metode; domenii de temperatur foarte largi;
repetabilitatea i precizia msurrii; costuri i posibiliti de
calibrare i costuri de operare i ntreinere mai favorabile ca la
alte sisteme de msurare.
4.1.1. Realizri tehnice ale instalaiei de msurare indirect a
debitului de gaze naturaleInstalaia de msurare indirect a debitului
de gaze naturale se compune din:
Panoul (cuponul de msurare) avnd:
poriunea amonte de organul deprimogen; organul deprimogen;
poriunea dup organul deprimogen.Lungimile poriunii amonte i aval
sunt date n normative i n general n funcie de diametrul D al
panoului se dau ca multiplii ai acestuia, de exemplu:10D amonte i
5D aval.
Tot n norme se dau tot ca multiplii de D, distanele fa de panou
n funcie de configuraia instalaiei (coturi, reducii, ali robinei
deschii complet, teaca termostatului, etc.).
Referitor la aceste distane se face meniunea c n scopul obinerii
unei curgeri ct mai uniforme, standardele strine prevd lungimi mai
mari, nu permit derogri ca normele romneti i n plus nainte de
panoul de msurare sunt obligatorii dispozitivele de uniformizare a
curgerii gazelor constnd din plci gurite cu tuburi, diferite alte
construcii.
Rolul acestor dispozitive n afara uniformizrii curgerilor poate
s determine i o oarecare reducere a lungimilor amonte i aval de
organul deprimogen ale panoului.
Organul deprimogen poate fi:
- Diafragm adic o plan gurit cu un orificiu calibrat i
confecionat cu mai mult exigen n conformitate cu normele.
Raportul diametrului diafragmei =d/D, trebuie s fie mai mare
dect 0,12 i mai mic dect 0,75.
Avantajul utilizrii ca organ deprimogen a diafragmei este uurina
introducerii i scoaterii acesteia din panou pentru schimbri
tehnologice, verificri, curiri.
Grosimea plcii, a diafragmei este ntre 0,05D ( 0,05. Orificiul
este de form conic evazat nspre aval.
Amonte i aval de diafragm, ca i la oricare alt organ deprimogen
, la distane prevzute n normative sunt practicate dou orificii,
care conduc prin nite conducte de impuls, prin cea de naintea
organului deprimogen, prin presiunea p, iar cea de dup organul
deprimogen dup cdere n organul deprimogen, ntre cele dou valori de
presiune Pintrare Pieire =P = h determinnd cderea de presiune
proporional cu viteza de curgere a gazelor.
La diafragm, ca i la alte tipuri de organe deprimogene (ajutaje
lungi, scurte, tuburi Pittot i demisteri etc.) att valoarea lui p
(presiunea gazelor) ct i p=h, fiecare se conduc la vasele
contorului diferenial umplute cu Hg, deasupra fiecrui vas existnd
plutitori, de la fiecare plutitor un mecanism mecanic de acionare a
braului pentru nscrierea pe o diafragm circular a presiunii p i a
presiunii difereniale H.
Fig.4.1. Curgerea gazului prin diafragme
- Ajutaje sunt elemente deprimogene n diferite construcii, care
se execut dup diferite norme (fiecare tip) i n funcie de lungimea
lor sunt cu baz lung, baz scurt etc. adic cu referire la distana
ntre partea de intrare a gazelor n ajutaj i partea de ieire.
De regul, raportul d/D este acelai ca la diafragme cu excepia
celor lungi care au = 0,05 ( 0,55.
Precizia de msurare a ajutajelor este superioar diafragmelor,
sunt cu autocurire fa de eventualele depuneri solide, dar:
sunt foarte scumpe; necesit o precizie i o dotare special; sunt
foarte greu de manevrat.De aceea, innd seama de domeniul mai larg
de utilizare d/D, de necesitatea schimbrii ajutajelor pentru ca
acest raport s fie corelat i cu caracteristicile contorului de
nregistrare a lui p i h, se utilizeaz n domeniul gazelor naturale
diafragmele (n industria Gaz Metan cea mai mare rspndire au avut
ajutajele iar n industria Gaze asociate diafragmele).
Figura 4.2. Curgerea gazelor prin ajutaj
- Tuburile Venturi au o construcie convergent-divergent fa de
ajutaje, care aveau construcia numai convergent, cu pierderi de
presiune mai mici dect la ajutaje i mai mici ca la diafragme, se
construiesc conform specificaiilor ASME i ISO, sunt mai lungi ca
ajutajele, sunt foarte scumpe i greu manevrabile.
Utilizarea tuburilor Venturi este de regul datorit preciziei
oferite n laborator i n aplicaii tehnologice de mare finee dar
fluidul trebuie s aib o valoare relativ constant ca i presiunea
p.
- Tuburile Pittot sunt relativ asemntoare cu tuburile Venturi,
nu se utilizeaz n aplicaiile practice ale industriei gaziere, au o
precizie relativ redus, un exemplu de utilizare e n aviatic, unde,
prin deplasarea avionului, prin tubul Pittot intr n curent de
aer.
Tot ansamblul, panou de msurare, organ deprimogen, orificiile
acestuia indiferent de tipul lui trebuie s fie coaxiale i
perpndiculare pe axa panoului de msurare.
Organele deprimogene (diafragme i ajutaje) se monteaz n panou
prin flane i garnituri de etanare, etanarea lor fiind
obligatorie.
4.1.2. Analiza critic a contoarelor pentru determinarea
debitelor de gaze naturale prin metoda indirect
Metoda clasic i care din nefericire reprezint peste 70% din
sistemul de contorizare din cadrul industriei gaziere romneti este
cea indirect, din care distingem: panoul de msurare cu organul
deprimogen, conductele de impuls i conducta de egalizare.
Conductele de impuls acioneaz asupra unor vase umplute cu Hg.,
prevzute cu plutitoare i sisteme mecanice ce acioneaz dou brae ale
contorului, ce nscriu pe o diagram circular cu ajutorul unor penie
i cerneal n culori diferite de regul albastru pentru p i rou pentru
h.
Contorul e prevzut cu un dispozitiv ceasornic, ce rotete cu o
caden egal diagrama de hrtie. Diagrama are un cerc de fixare pe
butonul mecanismului de rotire, un cerc de O i un cerc de %. ntre
aceste cercuri sunt cercuri concentrice reprezentnd n procente
distana fa de cercul O care e O% i cercul 100%.
Cu raza n centrul diagramei, dar pornind de la cercul O sunt
curbele logaritmice sau de rdcin ptrat din or n or.
Baza teoretic a planimetrrii acestor diagrame este satisfcut de
:
cercurile concentrice ale diagramei sunt concentrice ntre ele i
cu axul de fixare a diagramei;
diagrama fcut dintr-o hrtie special, care s nu sug cerneala;
braele au o lungime i o curbur prevzute n normele de fabricaie a
contorului;
nivelul mercurului n vasele de p i h este la reperele
acestuia;
dac contorul se evacueaz sau se nchid robinetele de pe
conductele de impuls de p i h, peniele trebuie s revin pe cercul
0.
De regul p trebuie s varieze foarte puin n 24h i s fie nscris
ntre 30 ( 60% din raza diagramei, h trebuie s fie nscris ntre 30 (
90% din raza diagramei.
Planimetrarea diagramelor cu planimetre autorizate i cu precizie
de 0,25 0,5% (de regul de rdcin ptrat) trebuie s se fac prin
parcurgerea celor dou curbe, care trebuie s fie continu i nu sub
form de band.
Pentru a respecta regulile contorizrii corespunztoare i a
planimetrrii corecte, trebuie s existe n permanen:
respectarea raportului d/D; corelarea caracteristicilor
debitmetrului:presiunea static, presiunea diferenial cu variaiile i
valorile debitului i presiunii i cu ale raportului d/D.
Din complexitatea schemei contorului i din motive de precizie i
exploatare rezult c transmiterea p i h prin conductele de impuls,
vasele de nivele cu mercur, mecanismul de ceasornic, mecanismele de
aciune a braelor pentru peni, calitatea diagramei i a cernealelor
introduc erori mari, obiective i subiective, mai ales n cazul
planimetrelor manuale.
De aceea schema clasic prezentat i care din nefericire prezint
peste 70% din punctele de msurare,dup anii 1960, cu precdere dup
1980 a fost modernizat n sensul:-mrimile fizice (nu numai p i h)
sunt transformate prin traductoare de mrimi fizice n mrimi
electrice care se transmit la un contor electronic dotat cu soft
specializat, alturi i de presiunea barometric, t temperatura, D
densitatea relativ fa de aer i care calculeaz n timp real debitul
pe care-l afieaz instantaneu la or, la 24h, la lun, etc., rmnnd
valoarea nregistrat n baza de date sau dup caz, grafic.
Deoarece orice contor, orict ar fi de perfecionat e fcut n
anumite referine de presiune P i T i Z, contoarele moderne au un
corector de PTZ care automat actualizeaz valorile calculate. Astfel
de dispozitive cu posibilitate de schimbare automat a diafragmei i
de calcul electronic cu compensare sunt foarte scumpe (valoarea
medie a unui contor cu compensator pentru parametrii medii e ntre
6000 10000 euro) iar numrul de puncte de msur e de peste 2000
rezultnd c generalizarea necesit un timp ndelungat. Dar cele mai
importante condiii sunt:
corelarea ntre contorul propriu-zis i panoul de msurare;
variaia parametrilor de temperatur i presiune trebuie controlat
pentru a se asigura compatibilitatea cu sistemul de msurare;
gazul trebuie s fie n conformitate din punct de vedere calitativ
cu prevederile standardelor i a contractului, neadmindu-se prezena
lichidelor libere (n stare monofazic) i nici a impuritilor solide
care pot obtura orificiul organului deprimogen sau l pot eroda,
deci mri.
4.2. Determinarea debitelor de gaze naturale prin metoda
directCuprinde:msurarea volumetric, adic utiliznd spaii calibrate
de tipul unor camere (burduf) care se umplu cu gaze i se golesc
alternativ sau cu spaii calibrate ntre palete rotative (picoturi),
etc.
Din relaia Q = S(P(V, se determin viteza (V) cu ajutorul unor
turbine i transform viteza de rotaie n vitez liniar, cu msurarea
vitezei gazelor n contor cu ajutorul ultrametrelor, cu ajutorul
unor vrteje create de un element perturbator n curentul de gaze,
proporionale cu vitezele de curgere a gazelor.
- Contoare cu burduf
Principiul de funcionare const n umplerea i golirea camerelor
(de regul dou), care n aceste faze, de umplere i golire acioneaz
sertrae care la rndul lor activeaz un mecanism ce pun n funciune un
sistem de roi dinate cu ajutorul crora se afieaz debitul.
Tot mecanismul e montat ntr-o carcas etan din tabl, sunt
cunoscute sub numele de contoare casnice, dar se utilizeaz n
diferite tipodimensiuni i pentru debite mai mari, pentru sedii
administrative, spitale, coli etc.
Debitele nominale sunt ntre 3 ( 300 m3/h, cele mai frecvente
game fiind sub 100 m3/h (cele casnice sunt de regul de 6 m3/h ).
Dar, cum flexibilitatea lor e de cca. 10% ( 200% din debitul
nominal rezult c ele pot msura debitul de 0,2 ( 500 m3/h.
Pentru gama de debite superioare la 100 m3/h, contoarele sunt
greoaie i scumpe, de aceea se prefer pentru debite mai mari de 100
m3/h s se monteze n paralel mai multe contoare cu debite nominale
mai mici (2 ( 4 contoare).
Presiunea de lucru este de 30 ( 50 milibari, iar presiunea de
regim e de 500 milibari. La cerere i pentru utilizri speciale se
construiesc contoare volumetrice i pentru presiuni mai mari, de
exemplu: 2, 5, 6, 10 bari i mai mari.
Cderile de presiune sunt relativ mici n contor, ntre 0,5 ( 1,8
milibari (cderile mai mari pentru contoare de debite de peste 20
m3/h).
Sensibilitatea este bun, iar erorile admise prin norme sunt ntre
1% - 1,5% n U.E. i ntre 2% - 3% n Romnia, dar n realitate pot
ajunge i la 5%
Foarte important n ncadrarea n limita de eroare este meninerea
unei presiuni constante, deoarece ele au la baz teoria rezultat din
legile gazelor pentru care ecuaia de stare: P(V = Z(R(T. Din aceast
cauz naintea acestor contoare se monteaz un regulator de presiune,
care n situaia determinat de cderi mari de presiune naintea lui, el
nu mai poate asigura presiunea corespunztoare la ieire, motiv
pentru care de multe ori n perioade de criz de gaze se suspend
funcionarea lui, iar la revenirea unor presiuni normale se depete
presiunea admis n carcas, spargerea acesteia i dac contorul e
montat ntr-un spaiu relativ nchis (casa scrilor etc) se produc
explozii i incendii.- Contoare cu piston
Se folosesc att n distribuie la presiuni joase i reduse sau
chiar la cei branai la presiune medie (exemplu: consumatori
industriali).
Principiul de funcionare se bazeaz pe umplerea i golirea
spaiilor calibrate n interiorul unui cilindru n care culiseaz un
piston ce acioneaz mecanismul de contorizare.
Avantajul acestora fa de cele cu burduf l constituie gama de
debite cuprins ntre 3 ( 500 m3/zi, dar la presiunea de 500 ( 5000
mmcolH2O. Precizia lor e de 1%, dezavantajele fiind date de o cdere
mai mare de presiunii n contor, sunt mai mari, mai grele i mai
scumpe dect contoarele cu burduf.
- Contoare cu pistoane rotative
Au la baz tot spaiile calibrate determinate ntre dou profile ale
paletajului, angrenajului i sub aciunea gazului, paletajele se
nvrt, deci are loc prin mecanisme speciale o umplere i o golire,
restul principiului de contorizare fiind similar cu celelalte
contoare volumetrice. Dezavantajul acestui tip de contor const n
faptul c poate fi uzat sau deteriorat de impuriti coninute n gaze.
Sunt mai scumpe dect alte tipuri de contoare cu spaii calibrate,
dar pot funciona la game de presiuni mai mari dect cele cu burduf
sau cele cu piston.
Dac limitele ca presiune i debite sunt mai largi ca la celelalte
tipuri de contoare volumetrice presiunea ntre 1 ( 100 bari, cele
mai utilizate tipuri fiind de pn la 40 bari (2,5; 4, 6, 10, 16, 25,
40) pentru debite mai mari de 300 ( 500 m3/h, dup aceste valori
costul lor crete foarte mult. Dezavantaj important este c
mecanismul paletajului se poate bloca datorit impuritilor din gaze
i se blocheaz astfel curgerea gazului.
La toate tipurile de contoare volumetrice, lungimile conductelor
dinainte i dup ele nu influeneaz precizia msurrii.
Contoare ce determin viteza curgerii gazelor prin ele respectiv
direct debitul conform relaiei P(V = Z(R(T
Figura 4.3. Schema de functionare contor cu pistoane
rotative.1-corp; 2- plac;3-piston; 4-angrenaj; 5-ungtor;6-mecanism
inregistrator;
- Contoare cu turbin
Principiul determinrii vitezei, respectiv a debitului, const n
faptul c curentul de gaze antreneaz un rotor care se nvrte cu o
turaie anume, sesizat prin numr de rotaie a axului pe care e montat
turbina sau cu ajutorul unui sistem de bobinaje electromagnetic ce
produce un curent proporional cu numrul de turaii.
Sunt contoare precise care necesit un panou de msurare, adic o
lungime anume nainte i dup ele, au o elasticitate mare de peste 10
la 1 n ceea ce privete gamele de debite i presiuni, mergnd pn la
100/1 pentru debite la presiuni mai mari de 70 bari.
Condiiile de panou sunt 10D nainte i 5D dup contorul
propriu-zis. Este preferabil a se monta n poziie vertical a
panoului.
Pot avea defeciuni i uzuri importante dac gazul nu este curit de
particule solide i de aceea naintea lor trebuie montat un filtru,
iar lichidele libere conduc la vicierea msurrii.
Dezavantajele constau n:
costul ridicat: cca. 5000 euro pentru contoarele de 6 oli;
se pot bloca complet datorit impuritilor, oprind astfel curgerea
gazelor ctre utilizatori i de aceea necesit un by-pass sau o linie
de rezerv;
ntreinerea e costisitoare, iar etalonarea cerut de verificarea
preciziei i de prevederile metrologice este complicat i
costisitoare;
n domeniul presiunilor joase, precizia de msur scade;
n momentul n care se oprete fluxul de gaze turbina se nvrte prin
inerie, deci contorizeaz n plus ceea ce nu este;
Fiind un contor modern de msurare, cu performane bune, dar i
scump i cum este proiectat pentru anume presiune, temperatura i Z
de referin necesit i un colector de PTZ care introduce valoarea de
corecie n softul de calcul, dar cost aproximativ -1% din valoarea
contorului.
Figura 4.4. Contor cu turbin1-Corp; 2-linititor de curgere;3-
turbin;
4- cuplaj magnetic de transmiterea micrii
5-contor
- Contoare ultrasonice
Principiul de funcionare este transmiterea i recepia unor
semnale ultrasonice cu ajutorul unor traductori de emisie-recepie,
care aflndu-se la o distan determinat ntre ei, determin viteza
cunoscut a sunetului.
n curentul de gaze prin viteza de curgere a gazelor i natura
mediului acest semnal (viteza sonic) este perturbat ntr-un raport
determinat de viteza de curgere a gazelor. Determinnd perturbaia,
se stabilete viteza de curgere a gazelor.
Amplasarea emitorului i receptorului de ultrasunete se face att
n sensul curgerii gazelor ct i n sens invers; respectiv se obine o
vitez amplificat de curgere a gazului sau o vitez modificat n
sensul micrii, dac semnalul este invers curgerii gazelor.
Sistemul de amplasare a emitoarelor i receptoarelor de
ultrasunete merg de la o pereche la dou perechi sau mai multe,
amplasate cu unghi ntre ele (din punct de vedere circular) precizia
crescnd cu complexitatea acestora, cu emiterea semnalelor liniare
sau ncruciat fa de axa de curgere a gazelor dar i preul este
majorat funcie de aceast complexitate.
Contorul se monteaz ntr-un panou avnd 10D n amonte i 3D n aval,
nainte de panou la cel puin 5D se monteaz filtrul de impuriti.
Traductorul de temperatur se monteaz la 5D aval de contor. Pus
se monteaz nainte de contor la cel puin 1D. Dup contor se monteaz
prize de gaze pentru cromatografele ce determin densitatea
acestora. Dimensionarea lui D trebuie s se fac funcie de debite i
presiune, astfel ca viteza gazului n contor s fie cuprins ntre 1 (
20 m/s, iar cifra Re cuprins ntre 2000 ( 7000.
Avantajele preciziei i elasticitii domeniul de debite i presiune
compenseaz costurile ridicate (de exemplu: un contor cu ultrasunete
de 16 oli poate prelua debite i variaiile acestora pentru care ar
fi necesare 3 panouri de msurare cu diafragm).
Figura 4.5. Contor cu ultrasunete- Contoare masice
Se compun dintr-un compresor axial, o turbin montat pe axul
compresorului i un integrator giroscopic. Compresorul imprim
gazelor o vitez bine determinat, iar turbina, care este frnat de un
arc, opune un moment rezistent de frnare, acest moment este
transmis integratorului giroscopic i e proporional cu masa gazelor,
deci se determin direct debitul masic. Folosirea acestui contor
este indicat n aplicaii de laborator, domeniul de debite i presiuni
fiind relativ redus.
- Contoare cu vrtej
Principiul de funcionare const n aceea c viteza curentului de
gaze ntlnind un obstacol creeaz vrtejuri, proporionale ca
amplitudine cu viteza. Teoria s-a fondat pornind de la proiectarea
zgrie-norilor, supui aciunii curenilor de aer.
Figura 4.6. Schema de funcionare a contorului Vortex
Condiii de alegere a tipului de msurare:Toate tipurile de
msurare au avantaje i dezavantaje i depind de: natura fluidului
supus msurrii, debitele i presiunea fluidului, temperatura gazelor
supuse msurrii, precizia, repetabilitatea, liniaritatea, cderea de
presiune, caracteristicile semnalului de ieire, timpul de rspuns,
orientarea i mrimea panoului de msurare, locaia impus i tipul
acestuia, temperatura exterioar ce trebuie asigurat, accesorii i
necesitatea sursei de curent, natura gazelor naturale, influena
umiditii mediului n care e montat msurarea, pre de achiziie,
cheltuieli de construcii i montaj, de ntreinere, de calibrare,
durata de via a mijlocului tehnic, precizia i elasticitatea
prelucrrii variaiei debitelor i presiunilor.Toate caracteristicile
de departajare ntre tipuri de contoare comport teorii complexe care
sunt redate n prospectele firmelor furnizoare, dar trebuie reinute
urmtoarele:
pentru aplicaiile n domeniul gazelor naturale au fost, sunt i
vor fi utilizate cu precdere la debite i presiuni mari, sisteme de
msur indirect cu modernizrile i condiionrile artate anterior, sub
aspectul posibilitilor de fabricare, fiabilitii, preciziei i a
uurinei etalonrii;
din punct de vedere a modernizrii, contoarele cu turbin pentru
debite i presiuni mari au avantajul gamelor extinse de variaie, de
presiune i debite fa de msura indirect, dar dezavantaje viznd
costurile, cderile de presiune, ntreinerea, uzura i posibilitatea
blocrii curgerii gazelor prin ele.
Contoarele vortex (cu vrtej) vor reprezenta o extindere a
utilizrii pe msur ce legislaia metrologic i preurile de achiziie
vor permite acest lucru.
Contoarele cu burduf, cu pistoane sau cu paletaj sunt indicate n
domeniul distribuiei gazelor i a utilizrii casnice, la presiuni i
debite reduse.
Toate sistemele de msur impun gazelor curite (curgere
monofazic), o vitez de maxim 20 m/s i o compensare de presiune,
temperatur i factorul de abatere. n domeniul industrial, la
presiunea de peste 2 bari i debite de peste 30.000 m3/h nu se poate
vorbi de o msurare corespunztoare dect dac aceasta este corelat cu
cromatografierea. La toate sistemele de msurare a debitelor se
impune meninerea unei presiuni relativ constante.
Toate msurrile de debite semnificative trebuiesc luate n
considerare ca integrabile ntr-un sistem SCADA. Toate contoarele,
inclusiv cele casnice trebuiesc modernizate i completate n vederea
rapiditii, convenirii i pltirii gazelor cumprate.
Msurarea i determinarea debitului este o operaiune ce vizeaz
cantiti, trebuie completat cu instalaia de determinare a calitii
(putere caloric), compoziia amestecului de gaze, densitatea
amestecului, densitatea relativ a amestecului fa de aer, coninutul
energetic n Kw, dar i perfecionarea contractual de predare, primire
i de decontare ntre pri.
4.3. Determinarea coninutului energetic a debitelor de gaze
msurate prin cromatografiere
Stabilirea proporiei n care diferiii constitueni intr n
amestecul de gaze, adic selectarea fiecruia din acesta, dar cu puin
a celor mai importani cu ajutorul cromatografelor care sunt fie de
tipul continuu n linie sau discontinuu, iar principiul este diferit
de emigraie a diferiilor constitueni ce trec peste o mas de
material absorbant ce constituie faza staionar i cu care au loc
diferite procese de absorbie ntre constitueni i faza staionar.
Pe baza a diferite condiii de echilibru i a unor scheme n
aparatul ce cuprinde n principal o pomp de injecie, coloane i
detectorul colectate n evi capilare, diferite surse de nclzire, ce
permit separarea n coloane, componentele fiind detectate i
nregistrate de detector.
Exist diferite tipuri i diferite moduri de a pune n eviden
constitueni.
Cromatografierea care determin constituenii i procentajul
acestora confer gazelor naturale valoarea de marf energetic, fapt
pentru care n C.E, pentru debite mai mari de 10.000 m3/h sunt
cromatografe la punctele de msurare i determin constitueni
principali, la debite de peste 30.000 m3/h cromatografe pentru apte
constitueni principali i la debite de peste 100.000 m3/h
cromatografe pentru 11 constitueni principali fapt ce permite
facturarea primire, predare gaze n Kw.
n afara factorului energetic cromatografierea permite
determinarea densitii amestecului i a densitii relative fa de aer a
acestuia, valoare ce intr n diferite formule de calcul.
DIN DEZVOLTAREA ASPECTELOR TEORETICE I A ANALIZEI TIPURILOR DE
MSURARE, PENTRU REZOLVAREA PROIECTULUI DE DIPLOM N CONFORMITATE CU
DATELE PROGRAM STABILITE DE COORDONATOR A REZULTAT C CEA MAI
ADECVAT METOD DE MSURARE ESTE CEA INDIRECT. AM ALES CALCULATORUL DE
DEBIT TIP SCANNER 1140/1140D.CAPITOLUL V
5. Necesitatea i oportunitatea nclzirii gazelor nainte de
reglare pentru ca dup reglare temperatura gazelor s fie mai mare de
50C
nclzirea gazelor naturale apare ca o necesitate a reducerii sau
a eliminrii efectelor cauzate de ctre laminarea gazelor; laminarea
este nsoit de scderea brusc a temperaturii care ajunge uneori la
valoarea de formare a gheii i hidrailor. De asemenea, exist
pericolul de ngheare a apei libere din gaze n conductele de impuls
ale regulatoarelor conducnd la scoaterea lor din funcionarea
normal, afectnd i buna funcionare a aparatelor din instalaiile de
extracie, transport, distribuie, nmagazinare, conducnd la obturarea
seciunii de curgere.
Pentru a combate aceste fenomene nedorite se impune nclzirea
gazelor nainte de laminarea acestora.
Temperatura gazului la ieirea din schimbtorul de cldur (T1l) va
fi impus att de temperatura, debitul i presiunea gazului care intr
n instalaii ct i de factorii climatici. Este recomandabil ca
temperatura la ieirea din schimbtorul de cldur s fie mai mare cu
20C dect temperatura indicat n diagrama de funcionare a
schimbtorului i se va urmri ca temperatura, dup ultima laminare s
nu fie mai mic de +50C.
Prin schimbtor de cldur se nelege un aparat sau o instalaie care
are drept scop realizarea unui transfer de cldur de la un corp mai
cald la un corp mai rece. Cele dou corpuri ntre care are loc
transferul de cldur sunt denumii ageni termici (purttori de cldur);
corpul mai cald care cedeaz cldura i se rcete se numete agent
primar, iar corpul mai rece, care preia cldura cedat de primul se
numete agent secundar. Dup modul de transfer al cldurii de la
agentul primar la cel secundar rezult:
a) schimbtor de amestec, n care cei doi ageni vin n contact unul
cu altul
b) schimbtoare de suprafa, transferul de cldur se face prin
intermediul unui perete
c) schimbtoare cu tuburi termice n care transferul de cldur se
face prin intermediul unui fluid de lucru.
Fig. 5.1. nclzitor indirect de gaze1-picior; 2-fund
inferior;3-manta inferioar; 4-racord intrare gaz;5-racord ieire
gaz; 6-plac tubular;7-racord retur ap cald;8-manta
superioar;9-ican;10-eav fierbtor; 11-capac superior;12-racord tur
ap cald;12-aerisitor;14-supap siguran;
5.1. Asigurarea unei funcionri a instalaiei de reglare prin
nclzire n amonte de acestea a gazelor naturale pentru a asigura o
temperatur de +50C dup reglare.
Scderea temperaturii gazelor sub zona de formare a criohidrailor
determin necesitatea nclzirii gazelor amonte de regulator pn la
temperatura impus.
Cunoscnd detenta de presiune produs n regulator de 19 bara,
temperatura de ieire conform normelor europene (0,50C/1 bar) rezult
19 bara ( 0,5 = 9,50C.
Temperatura de ieire este de 100C 9,50C = 0,50CSi, unde:
(7.41)Pi, Pe presiunea de intrare, respectiv ieire din regulator
(bara);Si, Se seciunea de intrare, respectiv ieire din regulator
(m2);Tn temperatura normal (K);Pn presiunea normal (bara);Z
factorul de neidealitate.
Pn=25 bara pentru Plucru=25 bar.
(m2).
(m).Dracord iesire=0,859 (m). Si=0,058 (m2). Se=0,58 (m2).(
Se>Si
7.11.2. Calculul limitei minime-maxime de msurare.
Se pleac de la urmtoarea ipotez: meninerea presiunii difereniale
pe faa amonte-aval a elementului deprimogen ntre 30%-90% din
presiunea diferenial maxim. Astfel deoarece presiunea diferenial
minim-maxim permis a fi nregistrat:
(7.42)
( (mm col Hg).
(7.43)
( (mm col Hg).7.11.3 Calculul panoului de msurare.Determinarea
diametrului panoului:
, unde: (7.44)V viteza fluxului de gaz maxim admis
(V=20m/s);Qmax debitul maxim (m3/h);P presiunea gazelor (bara).
(m).Din SR EN 10208-1-Anexa1 se alege Dp=300mm
Calculul diametrului interior al conductei:
, unde: (7.45)t grosimea de perete (mm)
Prmax presiunea maxim de regim a gazelor (bara);De diametrul
exterior al evii (mm);
- coeficientul de calitate al mbinrii sudate
- rezistena admisibil a oelului (N/mm2);a adaos la grosimea
peretelui (mm).
(mm).S-a adoptat =422 pentru oel X60, pentru clasa I-a de locaie
c=2, =1, a=0 mm.
Din SR EN 10208-1-Anexa3 se adopt t=4mm.
Diametrul interior al conductei n aceste condiii are valoarea:
d=De-2(t;
d=300-2(4=292 mm.
Determinarea diametrului ajutajului:
, unde: (7.46)d diametrul ajutajului (cm);Q debitul de msurat
(m3/h);Hmax presiunea diferenial maxim (mm col Hg);P presiunea
static (bara).
(cm).Calculm raportul d/Di: (7.47)7.11.4. Calculul parametrilor
geometrici ai elementului deprimogen. Deoarece d