Dostarczenie gazu od miejsca ujęcia do końcowego odbiorcy wymaga zastosowania szeregu instalacji w postaci ujęć gazu, przepompowni i sieci przesyłowych. Wspomniane instalacje wyposażone są w różnego rodzaju urządzenia AKP (aparatury kontrolno-pomiarowej) zapewniające ciągły monitoring kluczowych parametrów zabezpieczających technologię wspomnianych instalacji oraz pozwalających na dostarczenie do odbiorcy końcowego gazu o odpowiednich parametrach jakościowych
i w dostatecznej ilości.
Stąd też do podstawowych elementów aparatury stosowanej w takich układach należą:
- przetworniki ciśnienia – określające ciśnienie w rurociągach,
- przetworniki ciśnienia atmosferycznego,,
- czujniki / przetworniki temperatury – określające temperaturę przepływającej mieszaniny gazowej,
- chromatografy / mierniki stężenia gazu – określające skład mieszaniny gazowej,
- wilgotnościomierze – określające wilgotność mieszaniny gazowej,
- kryzy pomiarowe, przepływomierze – mierzące ilość gazu przepływającą przez danych fragment sieci,
- przetworniki różnicy ciśnień – określające spadki ciśnienia na kryzie (tzw. ciśnienie różnicowe)
- wyłączniki ciśnieniowe,
- wyłączniki temperaturowe,
- wyłączniki awaryjne / bezpieczeństwa.
Aby mieszanina gazowa mogła być transportowana w rurociągach pod określonym ciśnieniem niezbędne jest zastosowanie, głównie na stacjach przetłaczania, czy ujęciach gazu, dmuchaw, wentylatorów i sprężarek pozwalających na przetłaczanie / zwiększenie ciśnienia tłoczonej mieszaniny. Elementy te są zasilane za pośrednictwem silników sprzęgniętych z nimi. Z kolei same silniki mogą mieć moc regulowaną pośrednictwem przetwornic częstotliwości.
Opis poszczególnych elementów i ich roli w układach ujęcia / przesyłu gazu.
Przetworniki ciśnienia
Służą do pomiaru nadciśnienia lub depresji w rurociągach poprzez które ujmowana / tłoczona jest mieszanina gazowa. Przetworniki mają różne zakresy pomiarowe oraz przyłącza procesowe za pośrednictwem których montowane są do rurociągów. W przypadku gdy temperatura mieszaniny jest wyższa niż zalecana dla przetwornika stosowane są specjalne przedłużenia wkręcane do rurociągów pozwalające na wychłodzenie mieszaniny.
Przetworniki ciśnienia atmosferycznego
Służą do pomiaru ciśnienia absolutnego. Określenie poziomu tego ciśnienia jest niezbędne dla obliczenia przepływu gazu przez przepływomierze.
Czujniki / przetworniki temperatury
Służą do pomiaru temperatury mieszaniny gazowej. Mogą być użyte jako czujniki z samym elementem rezystancyjnym np. Pt100 lub z przetwornika Pt100 na sygnał pomiarowy – np. 4..20mA.
Chromatografy / mierniki stężenia gazów
Chromatograf jest urządzeniem mierzącym skład mieszaniny gazowej w rozbiciu na kilka gazów składowych. Określa także takie wartości jak wartość opałowa czy wskaźnik emisji. Chromatograf jest podpięty do butli z mieszaniną wzorcową, z którą porównuje analizowaną próbkę pobraną z rurociągu. Oprócz tego jest podłączony do butli z helem, wykorzystywanym tutaj jako gaz nośny. Chromatograf wymaga podania odpowiednio przygotowanej próbki gazu (odpowiednie ciśnienie i wilgotność gazu), stąd też przed wejściem chromatografu znajduje się układ przygotowania próbki. Chromatograf jest urządzeniem dokładnym, którego pomiary są obarczone niewielkimi błędami.
Mierniki stężenia gazów mierzą zazwyczaj stężenie jednego z gazów w mieszaninie i w zależności od typu miernika mogą tego dokonywać np. metodą konduktometryczną czy infraredową. Nie porównują one wskazania z gazem wzorcowym i mają mniejszą dokładność niż chromatografy.
Wilgotnościomierze
Określają wilgotność względną mieszaniny gazowej.
Kryzy pomiarowe / gazomierze
Zarówno kryzy, jak i gazomierze są zabudowywane w rurociągu.
Pomiar z użyciem kryzy polega na określeniu różnicy ciśnień występujących przed i za kryzą w kierunku przepływającej mieszaniny. Pomiaru różnicy ciśnień dokonuje się za pomocą przetworników różnicy ciśnień. Na podstawie danych fizycznych kryzy (współczynniki przepływu, przewężenie kryzy itp.) oraz danych dotyczących temperatury, ciśnienia, ciśnienie różnicowego mieszaniny możliwe jest obliczenie strumienia przepływającej mieszaniny.
Przykładowa kryza pomiarowa wraz z przetwornikiem różnicy ciśnień
Gazomierze mierzą strumień przepływającej mieszanki gazowej. Mogą mieć różna budowę i zasada pomiaru stąd wynikająca też może się nieco różnić. Ja miałem do czynienia z gazomierzami turbinowymi. Ilość obrotów generowanych przez turbinę zabudowaną w gazomierzu odwzorowywana jest ilością impulsów na podpiętym impulsatorze. Dane z impulsatora może odczytać sterownik PLC i przeliczyć na wielkość strumienia przepływu uwzględniając dane gazomierza podane przez producenta (np. ilość impulsów na m3). Gazomierze są urządzeniami certyfikowanymi do rozliczeń.
Przetworniki różnicy ciśnień
To urządzenia mierzące różnicę ciśnień na kryzie pomiarowej. Na podstawie tej różnicy ciśnień oraz danych fizycznych kryzy możliwe jest obliczenie wartości strumienia gazu przepływającego przez kryzę.
Przepustnice regulacyjne
To urządzenia pozwalające na regulowanie ilości gazu przepływającego przez określone punkty sieci oraz regulujące ciśnienie gazu utrzymywane w rurociągu. Spotyka się przepustnice regulowane za pomocą napędów elektrycznych jak i pneumatycznych.
Wyłączniki ciśnieniowe i temperaturowe
To urządzenia zabezpieczające, których zadaniem jest wyłączenie zasilania urządzeń przetłaczających mieszaninę gazową w razie przekroczenia wartości krytycznych ciśnienia lub temperatury. W moim mniemaniu wyłączniki powinny działać na wyłączenie zasilania urządzeń poza systemem sterowania (sterownikiem PLC) – bezpośrednio na stycznik / wyłącznik przez który zasilane jest urządzenie napędzające. Do sterownika PLC powinna jedynie być udostępniana informacja o zadziałaniu wyłącznika.
Wyłączniki awaryjne / bezpieczeństwa (NOT-AUS)
Zadziałanie wyłącznika powoduje wyłączenie zasilania urządzenia napędzającego. Wyłączenie bezwzględnie powinno być realizowane poza systemem sterowania, bezpośrednio na stycznik / wyłącznik zasilający urządzenie. Do sterownika PLC powinna zostać przesłana informacja o zadziałaniu wyłącznika awaryjnego.
Podsumowanie
W niniejszym blogu chciałem przedstawić pokrótce urządzenia stosowane w obiektach, których rolą jest dystrybucja gazu. W planie następne artykuły dotyczące urządzeń AKP stosowanych w strefach zagrożenia wybuchem oraz współpracy sterowników PLC z urządzeniami zabudowanymi w tych strefach.
O Autorze – Leszek Sowa
Jestem inżynierem automatykiem. Obecnie zajmuję się utrzymaniem i serwisowaniem układów AKP na powierzchniowych stacjach odmetanowania w kopalniach JSW S.A.
Przytoczone w powyższym artykule urządzenia mają zastosowanie m.in. na tychże stacjach. W celu zobrazowania roli takiej stacji zapraszam do zapoznania się ze stroną https://www.cmm-energy.eu/pl.