Газовый счетчик — это специализированный расходомер , используемый для измерения объема топливных газов, таких как природный газ и сжиженный нефтяной газ . Газовые счетчики используются в жилых, коммерческих и промышленных зданиях, которые потребляют топливный газ, поставляемый газовой компанией . Газы сложнее измерять, чем жидкости, поскольку измеряемые объемы сильно зависят от температуры и давления. Газовые счетчики измеряют определенный объем, независимо от сжатого количества или качества газа, протекающего через счетчик. Для измерения фактического количества и значения газа, проходящего через счетчик, необходимо выполнить компенсацию температуры, давления и теплотворной способности.
Широко используются несколько различных конструкций газовых счетчиков в зависимости от объемного расхода измеряемого газа, диапазона ожидаемых расходов, типа измеряемого газа и других факторов.
Газовые счетчики, которые существуют в холодном климате в зданиях, построенных до 1970-х годов, обычно располагались внутри дома, как правило, в подвале или гараже. С тех пор подавляющее большинство из них теперь размещается снаружи, хотя есть несколько исключений, особенно в старых городах.
Это наиболее распространенный тип газового счетчика, который можно увидеть почти во всех жилых и небольших коммерческих установках. Внутри счетчика есть две или более камер, образованных подвижными диафрагмами . При потоке газа, направляемом внутренними клапанами , камеры попеременно наполняются и вытесняются газом, создавая почти непрерывный поток через счетчик. Когда диафрагмы расширяются и сжимаются, рычаги, соединенные с кривошипами, преобразуют линейное движение диафрагм во вращательное движение коленчатого вала, который служит первичным элементом потока . Этот вал может приводить в действие механизм счетчика , похожий на одометр , или может вырабатывать электрические импульсы для компьютера потока .
Мембранные газовые счетчики представляют собой счетчики вытеснительного типа .
Ротационные счетчики — это высокоточные приборы с высокой механической обработкой, способные работать с более высокими объемами и давлениями, чем мембранные счетчики. Внутри счетчика два кулачка в форме цифры «8», роторы (также известные как рабочие колеса или поршни), вращаются в точном выравнивании. С каждым оборотом они перемещают определенное количество газа через счетчик. Принцип работы аналогичен принципу работы нагнетателя Рутса . Вращательное движение коленчатого вала служит первичным элементом потока и может производить электрические импульсы для вычислителя потока или может приводить в действие счетчик , похожий на одометр .
Турбинные газовые счетчики выводят объем газа, определяя скорость газа, проходящего через счетчик. Поскольку объем газа выводится из потока, важно, чтобы условия потока были хорошими. Небольшая внутренняя турбина измеряет скорость газа, которая механически передается на механический или электронный счетчик. Эти счетчики не препятствуют потоку газа, но ограничены при измерении более низких скоростей потока.
Диафрагменный газовый счетчик состоит из прямой трубы, внутри которой точно известная диафрагма создает перепад давления, тем самым влияя на поток. Диафрагменные счетчики являются типом дифференциальных счетчиков, все из которых определяют скорость потока газа путем измерения разницы давления через специально спроектированное и установленное возмущение потока. Статическое давление газа, плотность, вязкость и температура должны быть измерены или известны в дополнение к дифференциальному давлению, чтобы счетчик мог точно измерить жидкость. Диафрагменные счетчики часто не обрабатывают большой диапазон скоростей потока . Однако они приняты и понятны в промышленных приложениях, поскольку их легко обслуживать в полевых условиях и они не имеют движущихся частей.
Ультразвуковые расходомеры сложнее, чем чисто механические, поскольку они требуют значительных возможностей обработки сигнала и вычислений. Ультразвуковые расходомеры измеряют скорость движения газа, измеряя скорость, с которой звук распространяется в газообразной среде внутри трубы. Американская газовая ассоциация [1] охватывает правильное использование и установку этих расходомеров и определяет стандартизированный расчет скорости звука, который предсказывает скорость звука в газе с известным давлением, температурой и составом .
Самые сложные типы ультразвуковых расходомеров усредняют скорость звука по нескольким путям в трубе. Длина каждого пути точно измеряется на заводе. Каждый путь состоит из ультразвукового преобразователя на одном конце и датчика на другом. Счетчик создает «пинг» с преобразователем и измеряет время, прошедшее до того, как датчик получит звуковой импульс. Некоторые из этих путей направлены вверх по течению, так что сумму времен полета звуковых импульсов можно разделить на сумму длин полета, чтобы получить среднюю скорость звука в направлении вверх по течению. Эта скорость отличается от скорости звука в газе на скорость, с которой газ движется в трубе. Другие пути могут быть идентичными или похожими, за исключением того, что звуковые импульсы движутся вниз по течению. Затем счетчик сравнивает разницу между скоростями вверх по течению и вниз по течению, чтобы вычислить скорость потока газа.
Ультразвуковые счетчики стоят дорого и работают лучше всего, когда в измеряемом газе вообще нет жидкостей, поэтому они в основном используются в приложениях с высоким расходом и высоким давлением, таких как станции учета коммунальных трубопроводов, где газ всегда сухой и обедненный, и где небольшие пропорциональные неточности недопустимы из-за большой суммы денег на кону. Коэффициент динамического диапазона ультразвукового счетчика, вероятно, самый большой среди всех типов счетчиков природного газа, а точность и диапазон высококачественного ультразвукового счетчика фактически выше, чем у турбинных счетчиков, с которыми они сравниваются.
Недорогие разновидности ультразвуковых счетчиков доступны в виде накладных расходомеров, которые могут использоваться для измерения расхода в трубах любого диаметра без интрузивной модификации. Такие устройства основаны на двух типах технологий: (1) время пролета или время прохождения; и (2) перекрестная корреляция. Обе технологии включают преобразователи, которые просто крепятся к трубе и программируются с учетом размера и графика трубы и могут использоваться для расчета расхода. Такие счетчики могут использоваться для измерения практически любого сухого газа, включая природный газ, азот, сжатый воздух и пар. Накладные счетчики также доступны для измерения расхода жидкости.
Расходомер Кориолиса обычно представляет собой одну или несколько труб с продольно или аксиально смещенными секциями, которые возбуждаются для вибрации на резонансной частоте. Расходомеры Кориолиса используются с жидкостями и газами. Когда жидкость внутри смещенной секции находится в состоянии покоя, как восходящая, так и нисходящая часть смещенной секции будут вибрировать в фазе друг с другом. Частота этой вибрации определяется общей плотностью трубы (включая ее содержимое). Это позволяет расходомеру измерять плотность потока газа в реальном времени. Однако как только жидкость начинает течь, в игру вступает сила Кориолиса . Этот эффект подразумевает связь между разностью фаз вибрации восходящей и нисходящей секций и массовым расходом жидкости, содержащейся в трубе.
Опять же, из-за объема вывода, аналогового управления и расчета, присущих кориолисовому счетчику, счетчик не является полным только своими физическими компонентами. Для функционирования счетчика должны присутствовать элементы приведения в действие, считывания, электронные и вычислительные элементы.
Расходомеры Кориолиса могут работать в широком диапазоне скоростей потока и обладают уникальной способностью выводить массовый расход — это обеспечивает наивысшую точность измерения расхода, доступную в настоящее время для измерения массового расхода. Поскольку они измеряют плотность потока, расходомеры Кориолиса также могут определять скорость потока газа в условиях потока.
В отчете Американской газовой ассоциации № 11 приводятся рекомендации по получению хороших результатов при измерении природного газа с помощью кориолисового расходомера.
Объем потока газа, предоставляемый газовым счетчиком, является всего лишь показанием объема. Объем газа не учитывает качество газа или количество тепла, доступного при сжигании. Потребители коммунальных услуг получают счета в соответствии с теплом, доступным в газе. Качество газа измеряется и корректируется в каждом расчетном цикле. Это известно под несколькими названиями: теплотворная способность , теплотворная способность или термическое значение.
Теплотворную способность природного газа можно определить с помощью газового хроматографа , который измеряет количество каждого компонента газа, а именно:
Кроме того, для преобразования объема в тепловую энергию необходимо учитывать давление и температуру газа. Давление, как правило, не является проблемой; счетчик просто устанавливается непосредственно за регулятором давления и калибруется для точного считывания при этом давлении. Затем компенсация давления происходит в системе выставления счетов коммунальной службы. С переменной температурой не так легко справиться, но некоторые счетчики спроектированы со встроенной температурной компенсацией, чтобы поддерживать их достаточно точную работу в пределах их расчетного диапазона температур. Другие корректируются по температуре электронным способом.
Любой тип газового счетчика может быть оснащен большим количеством индикаторов. Наиболее распространенными являются индикаторы, которые используют несколько стрелок часов (стиль указателя) или цифровые считыватели, похожие на одометр , но также становятся популярными дистанционные считыватели различных типов — см. Автоматическое считывание показаний счетчика и Интеллектуальный счетчик .
Газовые счетчики должны регистрировать объем потребленного газа с приемлемой степенью точности. Любая существенная ошибка в зарегистрированном объеме может представлять собой убыток для поставщика газа или завышенный счет для потребителя. Точность обычно устанавливается в законе для места, где установлен счетчик. Законодательные положения должны также определять процедуру, которой необходимо следовать, если точность оспаривается.
В Великобритании допустимая погрешность газового счетчика, произведенного до Европейской директивы по измерительным приборам [2], составляет ±2%. [3] Однако Европейская директива по измерительным приборам гармонизировала погрешности газовых счетчиков по всей Европе, и, следовательно, счетчики, произведенные после вступления в силу директивы, должны показывать показания в пределах ±3%. Счетчики, точность которых оспаривается покупателем, должны быть сняты для проверки утвержденным проверяющим счетчиков. [4] Если будет обнаружено, что счетчик показывает показания за пределами предписанных пределов, поставщик должен возместить потребителю стоимость газа, неправильно измеренного, когда у потребителя был этот счетчик (но не наоборот). Любой возврат ограничен предыдущими шестью годами. [5] Если счетчик невозможно проверить или его показания ненадежны, потребитель и поставщик должны договориться об урегулировании. Если будет обнаружено, что счетчик показывает показания в пределах, потребитель должен оплатить расходы на проверку (и оплатить любые непогашенные платежи). Это контрастирует с позицией в отношении электросчетчиков, где проверка бесплатна, а возврат средств производится только в том случае, если можно определить дату, когда счетчик начал показывать неточные показания.
Удаленное считывание становится популярным для газовых счетчиков. Часто это делается через электронный импульсный выход, установленный на счетчике. Существуют различные стили, но наиболее распространенным является переключатель замыкания контактов.
Турбинные, роторные и диафрагменные счетчики могут быть скомпенсированы с помощью расчета, указанного в отчете Американской газовой ассоциации № 7. Этот стандартизированный расчет компенсирует количество измеренного объема к количеству объема при наборе базовых условий . Расчет AGA 7 сам по себе является простым отношением и, по сути, представляет собой подход коррекции плотности для перевода объема или расхода газа в условиях потока в объем или расход при базовых условиях .
Диафрагменные расходомеры являются очень распространенным типом расходомеров, и из-за их широкого применения характеристики потока газа через диафрагменный расходомер были тщательно изучены. Отчет Американской газовой ассоциации № 3 рассматривает широкий спектр вопросов, связанных с измерением расхода природного газа с помощью диафрагмы, и определяет алгоритм расчета расхода природного газа на основе дифференциального давления, статического давления и температуры газа с известным составом.
Эти расчеты частично зависят от закона идеального газа , а также требуют расчета сжимаемости газа , чтобы учесть тот факт, что реальные газы не являются идеальными. Очень часто используемый расчет сжимаемости — это Отчет Американской газовой ассоциации № 8, подробная характеристика.
Бытовые, коммерческие и промышленные газовые счетчики имеют свои собственные стандартные размеры резьбы. Газовый счетчик подключается к трубопроводу клиента через поворотный шарнир и гайку, которые имеют специальный набор размеров резьбы. Эти размеры резьбы изначально были названы по количеству газа, которое должно было протекать через них в терминах газовых ламп, например, 30-литровый счетчик может обеспечить достаточно газа для 30 ламп и упоминался в конце 19 века как 30-световой газовый счетчик. [6] Эти размеры обычно составляют 10 литров, 20 литров, 30 литров, 45 литров или 60 литров, хотя доступны меньшие и большие размеры. Размеры резьбы немного, примерно на 1 ⁄ 16 дюйма (1,6 мм), больше ближайшего размера NPT , чтобы разместить соответствующий внутренний диаметр внутри поворотного соединения. [7]
