Дослідження впливу конструктивних характерстик трубопроводу на похибку ультразвукового витратоміра - Левченко, Андрій Сергійович; Levchenko, Andrii Serhiiovych (Національний університет "Львівська політехніка", 2024)
Левченко А.С., Роман В.І. (керівник). Дослідження впливу конструктивних характеристик трубопроводу на похибку ультразвукового витратоміра. Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Актуальність досліджень. Ультразвукові витратоміри (УЗВ) часто використовують для комерційного обліку плинних високовартісних енергоносіїв, зокрема, природного газу. При цьому, вони конкурують з альтернативними (традиційними) методами (турбінні лічильники або витратоміри змінного перепаду тиску) [1-2]. Сучасні вимоги до точності обліку плинних високовартісних енергоносіїв вимагають підвищеної достовірності їх роботи, зокрема і для УЗВ, особливо під час їх експлуатації в умовах, що відмінні від умов їх калібрування [3-4]. Це стосується і геометричних характеристик вимірювальних трубопроводів (ВТ), як от шорсткості внутрішньої поверхні їх стінок. Оскільки існуючі стандарти та методики не враховують у повному обсязі впливу шорсткості внутрішньої поверхні стінки (ШВПС) ВТ [3-4], зокрема із-за варіативності конструкції УЗВ, це може спричинити появу додаткової систематичної похибки. Враховуючи те, що з часом стан ШВПС ВТ погіршується (її значення росте) [1-2], а конструкція акустичних каналів (АК) УЗВ ускладнюєть, дослідження впливу ШВПС ВТ на точність УЗВ є актуальним з погляду як наукових досліджень, так і практичного застосування. Об'єкт дослідження – процес вимірювання витрати плинних високовартісних енергоносіїв за допомогою УЗВ. Предмет дослідження – вплив конструктивних характеристик ВТ, зокрема абсолютної та відносної ШВПС ВТ, на точність вимірювання витрати діаметральних та хордових УЗВ. Мета дослідження. Підвищення точності обліку плинних високовартісних енергоносіїв шляхом розробки методик дослідження впливу ШВПС ВТ на похибки УЗВ та розробка рекомендацій щодо усунення цього впливу. Для досягнення поставленої мети дослідження, необхідно вирішити такі завдання: 1. Провести аналіз науково-технічної та нормативної літератури щодо впливу конструктивних характеристик ВТ на точність УЗВ. 2. Визначити типові значення абсолютної та відносної ШВПС ВТ, що використовують в газовій промисловості, на різних етапах їх експлуатації. 3. Проаналізувати вимоги міжнародного стандарту ISO 17089 щодо урахування впливу ШВПС ВТ на похибку вимірювань витрати УЗВ. 4. Дослідити існуючі аналітичні рівняння, які зв’язують ШВПС ВТ з експонентоюНікурадзе степеневого закону розподілу (описує турбулентний режим руху потоку). 5. Розробити методики дослідження впливу ШВПС ВТ на похибку діаметральних та хордових УЗВ, що враховуватимуть ламінарний і турбулентний режими руху потоку. 6. Провести аналітичні розрахунки та CFD-моделювання для кількісної оцінки похибки вимірювання витрати різних типів УЗВ залежно від режиму руху потоку, геометрії ВТ та шорсткості. 7. Надати рекомендації щодо вибору типу УЗВ для високоточного вимірювання в умовах шорстких трубопроводів. У першому розділі магістерської кваліфікаційної роботи на базі аналізу наукових та нормативних джерел, розглянуто суть шорсткості внутрішньої поверхні стінки вимірювального трубопровода (як однієї із конструктивних характеристик трубопроводу) та її вплив на похибку вимірювання витрати ультразвукових витратомірів. У другому розділі магістерської кваліфікаційної роботи розроблено дві методики дослідження впливу шорсткості внутрішньої поверхні стінки вимірювального трубопровода на похибку ультразвукових витратомірів – одноканальних діаметральних та багатоканальних хордових, відповідно. У третьому розділі магістерської кваліфікаційної роботи на базі розроблених методик (на базі аналітичних законів розподілу швидкості потоку) проведено моделювання впливу шорсткості внутрішньої поверхні стінки вимірювального трубопровода на похибку ультразвукових витратомірів.

Levchenko A.S., Roman V.I. (supervisor).Studyoftheinfluenceofthedesigncharacteristicsofthepipelineontheerroroftheultrasonicflowmeter. Master'squalificationwork. – LvivPolytechnicNationalUniversity, Lviv, 2025. Relevanceofresearch. Ultrasonicflowmeters (UFMs) areoftenusedforcommercialmeteringofhigh-valueliquidenergycarriers, inparticular, naturalgas. Atthesametime, theycompetewithalternative (traditional) methods (turbinemetersorvariablepressuredropflowmeters) [1-2]. Modernrequirementsfortheaccuracyofmeteringofhigh-valueliquidenergycarriersrequireincreasedreliabilityoftheiroperation, inparticularforUFMs, especiallyduringtheiroperationinconditionsthatdifferfromtheircalibrationconditions [3-4]. Thisalsoappliestothegeometriccharacteristicsofmeasuringpipelines (PT), suchastheroughnessoftheinnersurfaceoftheirwalls. Sinceexistingstandardsandmethodsdonotfullytakeintoaccounttheinfluenceoftheroughnessoftheinnerwallsurface (IWS) ofthe VT [3-4], inparticularduetothevariabilityofthedesignoftheultrasonictransducer, thismaycausetheappearanceofadditionalsystematicerror. Consideringthatovertimetheconditionofthe IWS ofthe VT deteriorates (itsvalueincreases) [1-2], andthedesignoftheacousticchannels (AC) ofthe VT complicatesit, thestudyoftheinfluenceofthe IWS ofthe VT ontheaccuracyofthe VT isrelevantfromthepointofviewofbothscientificresearchandpracticalapplication. Theobjectofthestudyistheprocessofmeasuringtheflowofliquidhigh-valueenergycarriersusingthe VT. Thesubjectofthestudyistheinfluenceofthedesigncharacteristicsofthe VT, inparticulartheabsoluteandrelative IWS ofthe VT, ontheaccuracyofmeasuringtheflowofdiametricalandchordal VT. Thepurposeofthestudy. Increasingtheaccuracyofaccountingforliquidhigh-valueenergycarriersbydevelopingmethodsforstudyingtheinfluenceofthe SHVPS of VT ontheerrorsofthe UZV anddevelopingrecommendationsforeliminatingthisinfluence. Tosolvethesetgoalofthestudy, itisnecessarytosolvethefollowingtasks: 1. Toanalyzethescientific, technicalandregulatoryliteratureontheinfluenceofthedesigncharacteristicsof VT ontheaccuracyofthe UZV. 2. Todeterminethetypicalvalues oftheabsoluteandrelative SHVPS of VT usedinthegasindustryatdifferentstagesoftheiroperation. 3. Toanalyzetherequirementsoftheinternationalstandard ISO 17089 fortakingintoaccounttheinfluenceofthe SHVPS of VT ontheerrorofmeasurementsofthe UZV flowrate. 4. Toinvestigatetheexistinganalyticalequationsthatrelatethe SHVPS of VT totheNikuradzeexponentofthepowerlawofdistribution (describestheturbulentflowregime). 5. Developmethodsforstudyingtheinfluenceofthe SHVPS VT ontheerrorofdiametricalandchordalultrasonicflowmeters, whichwilltakeintoaccountlaminarandturbulentflowregimes. 6. Conductanalyticalcalculationsand CFD modelingtoquantitativelyassesstheerrorofflowmeasurementofdifferenttypesofultrasonicflowmetersdependingontheflowregime, VT geometryandroughness. 7. Providerecommendationsonthechoiceofthetypeofultrasonicflowmeterforhigh-precisionmeasurementinroughpipelines. Inthefirstsectionofthemaster'squalificationwork, basedontheanalysisofscientificandregulatorysources, theessenceoftheroughnessoftheinnersurfaceofthemeasuringpipelinewall (asoneofthedesigncharacteristicsofthepipeline) anditsinfluenceontheerrorofflowmeasurementofultrasonicflowmetersareconsidered. Inthesecondsectionofthemaster'squalificationwork, twomethodsofstudyingtheinfluenceoftheroughnessoftheinnersurfaceofthemeasuringpipelinewallontheerrorofultrasonicflowmeters - single-channeldiametricandmulti-channelchordal, respectively, weredeveloped. Inthethirdsectionofthemaster'squalificationwork, basedonthedevelopedmethods (basedonanalyticallawsofflowvelocitydistribution), theinfluenceoftheroughnessoftheinnersurfaceofthemeasuringpipelinewallontheerrorofultrasonicflowmeterswassimulated.
Investigation ofInfluence of Pipeline Design Characteristics on Ultrasonic Flowmeter Error
Keywords: 3.174.00.00