Индексы в условных обозначениях величин обозначают следующее:
в - верхний предел измерений;
н - нижний предел измерений;
с - стандартные условия;
max - максимальное значение величины;
min - минимальное значение величины.
Знак «- » (черта над обозначением величины) - среднее значение величины или значение величины, рассчитанное по средним значениям величин.
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
ИТ - измерительный трубопровод;
СУ - сужающее устройство;
МС - местное сопротивление;
УПП - устройство подготовки потока;
ПТ - измерительный преобразователь температуры или термометр;
СИ - средства измерений.
В настоящем стандарте применены единицы Международной системы единиц (международное сокращенное наименование - SI).
Наряду с единицами Международной системы единиц по ГОСТ 8.417 допускается применять другие единицы, нашедшие широкое применение на практике, их сочетания с единицами SI, а также десятичные кратные и дольные единицы SI.
5.1.1 Расход среды определяют методом переменного перепада давления.
Метод основан на создании в ИТ с помощью СУ местного сужения потока, часть потенциальной энергии которого переходит в кинетическую энергию, средняя скорость потока в месте его сужения повышается, а статическое давление становится меньше статического давления до СУ. Разность давления (перепад давления) тем больше, чем больше расход среды, и, следовательно, она может служить мерой расхода.
Массовый расход среды при этом рассчитывают по формуле
qm= (πd2/4) CЕ ε (2ρ∆p)0.5(5.1)
Вывод формулы (5.1) приведен в приложении А.
5.1.2 Коэффициент истечения СУ зависит от шероховатости внутренних стенок ИТ. Влияние шероховатости ИТ, выходящей за границы, установленные международными стандартами [2] и [3], учитывают с помощью поправочного коэффициента Кш.
5.1.3 Коэффициент истечения диафрагмы зависит от радиуса входной кромки ее отверстия. Влияние радиуса входной кромки диафрагмы, превышающего границу, установленную международным стандартом [2], учитывают с помощью поправочного коэффициента Кп.
5.1.4 Массовый расход среды в общем случае с учетом поправочных коэффициентов Кш и Кпрассчитывают по формуле
qm= (πd2/4) КшКп СE (2ρ∆p)0.5 (5.2)
Примечание - В отличие от международных стандартов [2] и [3] введение поправочных коэффициентов Кш и Кп в ГОСТ 8.586.2 и ГОСТ 8.586.3 позволяет расширить возможность измерения расхода жидкостей и газов при применении стандартных СУ.
5.1.5 Связь массового расхода среды, объемного расхода среды при рабочих условиях и объемного расхода среды, приведенного к стандартным условиям, устанавливает следующая формула
qm = qyρ = qcρc. (5.3)
Тип СУ выбирают, используя рекомендации, приведенные в приложении Б. Основные принципы расчета внутреннего диаметра ИТ и СУ, относительного диаметра СУ, а также перепада давления на СУ приведены в приложении В.
Расчет массового расхода среды дт выполняют в соответствии с формулой (5.2) при известных значениях ее составляющих, часть из которых получают путем непосредственных измерений, другую часть - расчетным путем.
Уравнение расхода среды является неявным, т. к. коэффициент С (для СУ кроме сопел Вентури) и поправочный коэффициент Кш (для СУ кроме труб Вентури) зависят от числа Re, которое, в свою очередь, зависит от значения расхода среды. Такое уравнение решается итерационным методом. Руководство по выбору процедуры итераций и начальных приближений приведено в приложении В и ГОСТ 8.586.5 (раздел 8).
5.4.1 Определение физических свойств среды
5.4.1.1 При измерении расхода и количества жидкости необходимо знать значения ее плотности и вязкости.
При измерении расхода и количества газа определяют его плотность, вязкость и показатель адиабаты, а в случае измерений расхода и количества газа, приведенных к стандартным условиям, дополнительно - плотность при стандартных условиях.
Физические свойства среды могут быть определены путем прямых измерений или косвенным методом на основе данных, аттестованных в качестве стандартных справочных данных категорий СТД или СД (см. ГОСТ 8.566).
5.4.1.2 Плотность среды, показатель адиабаты и вязкость среды определяют для условий (температуры и давления) в плоскости отверстий, предназначенных для измерения статического давления до СУ.
Требования к методам определения и средствам определения плотности среды приведены в ГОСТ 8.586.5 (пункт 6.4.1).
При отсутствии справочных данных о значениях показателя адиабаты или методов его расчета вместо показателя адиабаты может быть использовано значение отношения удельной теплоемкости при постоянном давлении кудельной теплоемкости при постоянном объеме.
Вязкость среды может быть непосредственно измерена или рассчитана с помощью эмпирических или теоретических уравнений или определена графоаналитическим методом.
Требования к методам определения и СИ плотности газа при стандартных условиях приведены в ГОСТ 8.586.5 (пункт 6.4.2).
5.4.2 Определение давления среды и перепада давления на сужающем устройстве
5.4.2.1 Давление среды, а также перепад давления на сужающем устройстве измеряют методами и СИ, соответствующими требованиям ГОСТ 8.586.5.
5.4.2.2 Отбор статического давления выполняют с помощью либо отдельных отверстий в стенках ИТ или фланцах, либо нескольких взаимно соединенных отверстий, либо с помощью кольцевой щели (сплошной или прерывистой), выполненной в камере усреднения [см. ГОСТ 8.586.2 (подраздел 5.2); ГОСТ 8.586.3 (пункты 5.1.5 и 5.3.3); ГОСТ 8.586.4 (подраздел 5.4)].
При применении нескольких взаимно соединенных отверстий для отбора статического давления до СУ, после СУ или в горловине СУ их рекомендуется соединять по схеме (на примере стандартной диафрагмы), представленной на рисунке 1.
а) Сечение А - А (до СУ) и сечение В - В (после СУ)
Рисунок 1 - Схема соединения нескольких отверстий для отбора статического давления
При измерении расхода газа давление среды рекомендуется измерять через отдельное отверстие в ИТ или в камере усреднения давления до СУ при ее наличии.
Допускается применение одного и того же отверстия для отбора статического давления с целью измерения перепада давления на СУ и измерения давления среды.
Требования к СИ давления среды и перепада давления и их монтажу приведены в ГОСТ 8.586.5 (подраздел 6.2).
5.4.3 Определение температуры среды
Для расчета физических свойств среды необходима информация о ее температуре до СУ в сечении ИТ, предназначенном для отбора статического давления. Для исключения влияния ПТ или его защитной гильзы (при ее наличии) на распределение скоростей потока в этом сечении его размещают до или после СУ на некотором расстоянии от СУ.
Требования к СИ температуры и размещению ПТ на ИТ с учетом обеспечения малой разности температуры в сечении для отбора давления и сечении, выбранном для ее измерения, приведены в ГОСТ 8.586.5 (подраздел 6.3).
5.5 Расчет диаметра отверстия сужающего устройства и измерительного трубопровода в рабочих условиях
Значения диаметров d и D рассчитывают по формулам:
d = d20Kcy; (5.4)
D = D20KT; (5.5)
Ксу= 1 + αtсу(t-20); (5.6)
КT= 1 + αtT(t-20); (5.7)
где αtсу - температурный коэффициент линейного расширения материала СУ;
α tT - температурный коэффициент линейного расширения материала ИТ.
Значения температурного коэффициента линейного расширения для различных материалов рассчитывают по формуле (Г.1), приведенной в приложении Г.
6.1.1 СУ должно быть изготовлено, установлено и применено в соответствии с требованиями соответствующей ему части комплекса стандартов.
Если характеристики СУ или условия их применения выходят за пределы, указанные в соответствующей ему части комплекса стандартов, то следует экспериментально определить коэффициент истечения данного СУ при фактических условиях его эксплуатации.
6.1.2 СУ должно быть изготовлено из коррозионно-эрозионно-стойкого по отношению к среде материала, температурный коэффициент линейного расширения которого известен в диапазоне изменения температуры среды.
6.2.1 Среда может быть либо сжимаемой (газ, в том числе сухой насыщенный и перегретый пар), либо несжимаемой (жидкость).
6.2.2 Среда должна быть однофазной и однородной по физическим свойствам. Коллоидные растворы с высокой степенью дисперсности (например, молоко) допускается считать однофазными.
Примечания
1 Среда считается однородной, если ее свойства (состав, плотность, давление и др.) изменяются в пространстве непрерывно.
2 Среда считается однофазной, если все ее составляющие части принадлежат к одному и тому же жидкому или газообразному состоянию.
6.3.1 Расход среды должен быть постоянным или медленно изменяющимся во времени. Допускаются пульсации потока, если выполняется условие [8] и [9]:
(6.1)
где n - число измерений перепада давления за интервал времени, принятый для оценки пульсаций потока;
i - номер измерения;
∆рi; - значение перепада давления на СУ при i-м измерении;
- среднее значение перепада давления на СУ.
Проверку данного условия выполняют в соответствии с ГОСТ 8.586.5 (приложение Ж).
Если условие (6.1) не выполняется, то при необходимости, определяемой заинтересованными сторонами, вводят соответствующие поправки к показаниям расходомера или рассчитывают оценку дополнительной составляющей неопределенности результата измерений количества среды, об условленной наличием пульсаций потока, в соответствии с ГОСТ 8.586.5 (приложение Ж).
Примечание - Основные положения измерения количества среды нестационарных потоков приведены в ГОСТ 8.586.5 (приложение Ж).
6.3.2 При течении среды через СУ ее фазовое состояние не должно изменяться.
6.3.2.1 При измерении расхода жидкости минимальное статическое давление среды в отверстии СУ должно быть больше давления насыщенного пара среды.
При наличии опасности изменения фазового состояния следует увеличить диаметр отверстия СУ и (или) рабочее давление.
6.3.2.2 При измерении расхода газа его температура в отверстии СУ должна быть выше темпера туры точки росы по влаге и температуры конденсации газа.
Температуру газа в отверстии СУ То по температуре газа T, измеренной в ИТ, рассчитывают по формуле
(6.2)
При наличии опасности нарушения данного условия следует повысить температуру газа и (или) понизить его давление.
6.3.3 Если среда является газом, то отношение перепада давления на СУ к давлению среды должно быть не более 0,25.
6.3.4 Значения чисел Re должны находиться в диапазоне, установленном в ГОСТ 8.586.2 (пункт 5.3.1), ГОСТ 8.586.3 (подпункты 5.1.6.1, 5.2.6.1, 5.3.4.1), ГОСТ 8.586.4 (пункты 5.5.2, 5.5.3, 5.5.4), для соответствующего типа СУ.
6.3.5 Скорость среды должна быть меньше скорости звука в этой среде.
7.1.1 ИТ должен быть круглого сечения по всей длине прямолинейных участков. Выполнение данного требования контролируют визуально, за исключением участков в непосредственной близости от СУ (длиной 2D), где такая оценка может быть дана только по результатам измерений геометрических характеристик сечения трубопровода, выполненных в соответствии с требованиями, зависящими от типа СУ.
7.1.2 ИТ может быть расположен горизонтально, вертикально и наклонно. При этом ИТ должен быть полностью заполнен средой.
7.1.3 СУ должно быть установлено между двумя прямолинейными участками ИТ, минимальная длина которых для каждого типа СУ приведена в соответствующих частях комплекса стандартов.
Участки ИТ, расположенные непосредственно до и после СУ, считают прямолинейными, если отклонение линии, образуемой наружной поверхностью трубопровода и любым продольным сечением, от прямой линии на любом отрезке участка ИТ не превышает 0,4 % длины отрезка.
Участок ИТ между двумя МС до СУ считают прямолинейным, если отклонение от прямолинейности визуально не обнаруживается.
При применении составной конструкции ИТ, уступ на стыке его секций не должен превышать установленных пределов, зависящих от типа СУ и расстояния от уступа до СУ.
7.1.4 Если для изготовления ИТ использованы прямошовные трубы и для отбора статического давления применяют одно отдельное отверстие, то шов трубы на участке длиной не менее 0,5Д расположенном непосредственно перед отверстием для отбора давления, не должен располагаться в секторе поперечного сечения ИТ с углом ±30° от оси данного отверстия. Если для отбора статического давления используют кольцевую щель или несколько взаимно соединенных отверстий, то шов может быть расположен в любом секторе.
При применении труб со спиральным сварным швом должна быть обеспечена гладкая внутренняя поверхность ИТ на длине 10Dдо СУ (или на всем участке между СУ и ближайшим до него МС, если длина этого участка не более 10D) и не менее 4D после СУ (после трубы Вентури - не менее 4d), путем ее механической обработки (внутренний валик должен быть сточен).
