Петришин Ігор Степанович. Науково-методологічні та технічні засади забезпечення точності вимірювань витрати природного газу : Дис... д-ра наук: 05.11.01 - 2007.
Анотація до роботи:
Петришин І.С. Науково-методологічні та технічні засади забезпечення точності вимірювань витрати газу. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.01 – Прилади і методи вимірювання механічних величин. – Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2007.
Дисертація присвячена вирішенню важливої науково-технічної проблеми – підвищення точності та достовірності вимірювань об’єму та об’ємної витрати газу в процесі його обліку. На основі аналізу стану наукової, методологічної та технічної бази витратометрії газу встановлено, що основними чинниками, які обмежують точність обліку, є характерні властивості методів вимірювань (методичні похибки) та засобів вимірювальної техніки (інструментальні похибки). У дисертації досліджено вплив кліматичних та географічних чинників на точність вимірювання витрати газу в комунально-побутовій сфері, на основі якого розроблені аналітичні та графічні методи визначення поправкових коефіцієнтів з метою зведення виміряного об’єму газу до стандартних умов. Запропоновано методи та алгоритми ідентифікації законів розподілу похибок вимірювальних каналів державного еталона одиниць об’єму та об’ємної витрати газу, визначення метрологічних та градуювальних характеристик робочих еталонів. Встановлено залежності змін метрологічних характеристик різних типів лічильників газу від фізико-хімічних параметрів вимірювального середовища. Розроблено та впроваджено в метрологічну практику нову повірочну схему, вторинний еталон, еталони передавання, з допомогою яких забезпечена можливість передачі одиниці методом безпосереднього звіряння, а також проведення міжнародних звірень. Розроблено методи та запропоновано технічні засоби для реалізації побудинкового обліку, а також механічний коректор та вдосконалений лічильний газу з автоматичною корекцією виміряних об’ємів. На основі розробленої сертифікаційної моделі лічильників газу сформульовано концептуальні підходи до оцінки надійності та технічного рівня якості витратовимірювальної техніки, розроблена відповідна нормативна база. Основні результати роботи впроваджені в метрологічну практику для вимірювання об’єму та об’ємної витрати газу.
В дисертаційній роботі на основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень стану технічних засобів та методів вимірювання механічних параметрів газоподібного середовища розроблено та впроваджено в практику методи, способи, технології, технічні засоби та нормативні документи, направлені на підвищення точності вимірювань об’єму та об’ємної витрати газу. Таким чином, вирішено науково-технічну проблему, що має надзвичайно важливе значення для забезпечення енергетичної безпеки України. При цьому отримані такі основні наукові та практичні результати:
1. На основі аналізу стану та тенденцій розвитку вимірювань об’єму та об’ємної витрати газу встановлено, що основними чинниками, які обмежують точність вимірювання, є недосконалість методів відтворення та передачі одиниць вимірювання, визначення та контролю в експлуатації метрологічних характеристик засобів вимірювання, способів приведення виміряного об’єму до стандартних умов, технологій обліку газу, а також похибки технічних засобів вимірювання. Зменшення методичних та інструментальних похибок є оптимізаційним завданням підвищення точності вимірювань об’єму та об’ємної витрати газу.
2. У результаті досліджень фізичних процесів удосконалено, порівняно із зарубіжними аналогами, математичну та метрологічну моделі створюваного державного вторинного еталона одиниць об’єму та об’ємної витрати газу на базі установки еквівалентного витіснення рідини в частині визначення чинника дії виштовхувальної сили під час зважування мастила та густини навколишнього повітря, а також введеного в експлуатацію робочого еталона на базі резервуара високого тиску в частині визначення температурних градієнтів, визначено впливові чинники на точність відтворення еталонами фізичних одиниць, які враховані у розробленні методик їх метрологічної атестації.
3. У результаті досліджень законів розподілу похибок вимірювальних каналів тиску та температури державного еталона методом побудови гістограм розподілу, визначення за їх параметрами оцінок ентропійного коефіцієнта, ексцесу та контрексцесу з використанням графіка топографічної класифікації законів розподілу встановлено ділянку нестаціонарного стохастичного процесу зміни надлишкового тиску під дзвоном, причиною якого була недосконалість конструкції пристрою стабілізації тиску в еталоні. Внесені зміни в конструкцію пристрою стабілізації тиску під дзвоном з застосуванням компенсатора виштовхувальної сили на базі «спіралі Архімеда», експериментальні дослідження якого підтвердили стаціонарність процесу зміни тиску під дзвоном внаслідок зменшення розсіювання результатів повторних вимірювань (загальний розкид даних вимірювання тиску зменшився з 0,018 кПа до 0,013 кПа) та нормальність розподілу похибок з меншим середньоквадратичним відхиленням (0,002 кПа) ніж було задекларовано під час здачі еталона в експлуатацію (0,005 кПа). Запропоновано методологію визначення та контролю метрологічних характеристик робочих еталонів об’єму та об’ємної витрати газу на базі лічильників з використанням методу дисперсійного аналізу результатів багаторазових вимірювань з метою виключення систематичної складової похибки та побудови методом найменших квадратів дійсних градуювальних характеристик з урахуванням фактора апроксимаційної залежності їх від вибраного виду, що дало можливість суттєво зменшити похибку передачі та відтворення робочими еталонами вказаних фізичних одиниць (з ±0,3% до ±0,2%).
4. Вперше встановлено залежності змін метрологічних та експлуатаційних характеристик різних типів лічильників газу від фізико-хімічних параметрів вимірювального середовища, на базі яких запропоновано опосередкований метод визначення метрологічних характеристик та діапазонів вимірювання лічильників газу в реальних умовах за робочих тисків їх експлуатації на основі проведеної метрологічної атестації на повітрі за атмосферного тиску, що підвищує точність обліку.
5. На основі досліджень впливу кліматичних та географічних чинників вперше розроблено математична модель впливу температури повітря навколишнього середовища, в якому встановлений лічильник, та висоти розміщення населеного пункту над рівнем моря на точність обліку витрати газу в комунально-побутовій сфері, що дало можливість введення поправкових коефіцієнтів на виміряний лічильником об’єм газу без необхідності вимірювання температури газу та атмосферного тиску з метою зведення об’єму до стандартних умов. Встановлено, що за умови прийняття за стандартну температуру 15 єС, втрати газо-збутових організацій від експлуатації в комунально-побутовій сфері лічильників газу без елементів температурної компенсації зменшаться на 1,7%. Таким чином актуальним є питання перегляду діючих нормативних документів (ГОСТ 2939-63) на предмет зміни номінального значення температури газу за стандартних умов і гармонізації його з нормою, прийнятою в більшості країн Європи.
6. Розроблено та впроваджено в метрологічну практику нову повірочну схему з використанням вторинних еталонів та еталонів передавання, а також методологію передачі розміру одиниць об’єму та об’ємної витрати газу від державного еталона до вторинних та робочих еталонів методом прямих вимірювань та методом безпосереднього звірення, який є найбільш точним у метрологічній практиці і дасть змогу виявити систематичні складові похибки еталонів, а також забезпечить проведення міжнародних звірень державного еталона. Виготовлено та впроваджено патентозахищений компаратор для таких звірянь на базі критичного сопла та пристрою для інжектування потоку.
7. Розроблено аналітичні (за допомогою ПЕОМ) та графічні (за допомогою номограм) методи визначення поправкових коефіцієнтів, а також запропоновано нові технічні рішення (механічний коректор та вдосконалений лічильник газу з автоматичною корекцією) для зведення виміряного лічильником об’єму газу до стандартних умов, впровадження яких дасть можливість зменшити втрати природного газу в комунально-побутовій сфері на 3-5%. Запропоновано ряд патентозахищених технічних рішень, направлених на вдосконалення еталонних витратовимірювальних установок, реалізація яких суттєво підвищить їх точність та продуктивність під час проведення градуювально-повірочних операцій.
8. Розроблено нові методи та запропоновано технічні засоби для побудинкового обліку витрати природного газу в комунально-побутовому секторі, впровадження яких дозволить здійснювати облік природного газу з нормованими, згідно з нормативними документами похибками (1% і 2%) у діапазоні вимірювання об’ємних витрат 1:1000 і ширше, що не забезпечується у даний час існуючими засобами вимірювальної техніки.
9. Сформульовано концептуальні підходи до оцінки надійності витратовимірювальної техніки, на основі яких розроблено алгоритм визначення міжповірочних інтервалів лічильників газу та їх коригування в процесі експлуатації, що ліг в основу розробленого відповідного нормативного документу з метрології. Запропоновано впровадження статистичних методів контролю якості (діаграма Паретто, причинно-наслідкова діаграма Ісікави) в процесі проектування та виробництва витратовимірювальної техніки як ефективного інструменту виявлення дефектів та відмов, які зумовлюють найбільший ризик споживача, та вироблення коригувальних заходів, направлених на запобігання дефектів або зменшення негативних наслідків для користувачів витратовимірювальною технікою.
10. На основі аналізу технічних та метрологічних характеристик лічильників газу та впливових чинників на умови їх експлуатації створено сертифікаційну модель лічильника газу, яка характеризується групуванням показників за ознаками безпеки, конструктивними, експлуатаційними, ресурсними та метрологічними ознаками і закладена в основу розроблених нормативних документів зі стандартизації технічних вимог до лічильників газу, а також методики оцінки технічного рівня якості витратовимірювальної техніки на базі методу аналізу ієрархій із застосуванням зворотньосиметричної шкали, що суттєво підвищує точність експертних оцінок показників якості та їх погодженість.
Публікації автора:
Вимірювання тиску. Навчальний посібник / Петришин І.С., Сафронов Б.М. – Івано-Франківськ: Факел, 2004.–269 с.
Вимірювання витрати та кількості газу. Довідник /Андріїшин М.М., Карпаш О.М., Каневський С.О., Марчук Я.С., Петришин І.С., Руднік А.А., Середюк О.Є., Чеховський С.А./. – Івано-Франківськ: ПП "Сімик", 2004. – 160с.
ДСТУ 3383:2006 Метрологія. Державна повірочна схема для засобів вимірювання об’єму та об’ємної витрати газу. Розробники: Петришин І.С., Кузь М.В., Безгачнюк Я.В. 2006 р.
ДСТУ 3867-99. Лічильники газу турбінні. Загальні технічні умови. Розробники: В.Лах, Л. Хохлова, О. Гаєвська, І. Петришин, А. Бестелесний. 1999 р.
Петришин І.С. Стан та проблеми забезпечення обліку газу в Україні// Методи та прилади контролю якості.–1999.–№3.–С. 49-51.
Петришин І.С. Стан метрологічного забезпечення обліку газу в Україні // Методи та прилади контролю якості.-2001.-№ 7.- С86-88
Петришин І.С. Алгоритм дослідження та контролю метрологічних характеристик робочих еталонів об’єму газу// Методи та прилади контролю якості.-2001.-№7.-С.97-99.
Петришин І.С. Дослідження впливу стандартних умов приведення об’єму газу на достовірність його обліку// Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу.-№1 (15).-2007.-С. 172-175.
Петришин І.С. Методологічні питання підвищення точності обліку витрати та кількості природного газу// Методи та прилади контролю якості.– №4.– 1999.– С. 86-88.
Петришин І.С. Методологічні аспекти вдосконалення державної повірочної схеми// Український метрологічний журнал.-№1.-2007.-С. 42-43
Петришин І.С. Алгоритм визначення міжповірочних інтервалів витратовимірювальної техніки// Нафтова і газова промисловість.-2004.-№5.-С.51-52.
Петришин І.С. Сертифікаційна модель лічильників газу// Методи та прилади контролю якості.-2000.-№6.-С.54-57.
Петришин І.С. Інформаційно-вимірювальна система побудинкового обліку газу// Стандартизація, сертифікація, якість.-2003.-№6.-С.42-44.
Петришин І.С. Оцінка технічного рівня якості витратовимірювальної техніки методом аналізу ієрархій на базі зворотньосиметричної шкали// Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ.-2007.-№1 .-С. 145-149
Петришин І.С., Кузь М.В. Вплив атмосферного тиску на достовірність обліку газу в побуті // Нафтова і газова промисловість.– 2004.– №4.–С. 54-55.
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. До питання ідентифікації закону розподілу похибок еталонів// Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу.-1(7).-2004.-С.59-62.
Петришин І.С., Кузь М.В., Гончарук М.І. Вплив температурного фактора навколишнього та робочого середовища на достовірність обліку газу в комунально-побутовій сфері // Розвідка та розробка нафтових та газових родовищ.– 2002.–№1.–С. 22-26.
Петришин І.С., Кузь М.В., Гончарук М.І. Експериментальні дослідження процесів теплообміну робочого та навколишнього середовищ при обліку газу в побуті // Розвідка та розробка нафтових та газових родовищ.– 2002.–№2.–С. 39-41.
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. Особливості повірки лічильників газу при робочих умовах// Український метрологічний журнал.-2006.-№2.-С.46-48.
Петришин І.С., Кузь М.В. Визначення поправочного барометричного коефіцієнта до показів побутових лічильників газу графічним методом// Прилади та методи контролю якості. – 2005. – №13.–С. 59-61.
Середюк О.Є., Петришин І.С., Середюк Д.О., Дмитрусь М.М. Пристрій для діагностування форми дзвона витратовимірювальних установок// Наукові вісті Інституту менеджменту та економіки «Галицька академія».- 2006.-№1(9).-С.49-53.
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В., Середюк Д.О. Впровадження еталонів передавання в повірочну практику засобів вимірювальної техніки об’єму та об’ємної витрати газу// Український метрологічний журнал.-2006.-С.55-59
Лах В.І., Петришин І.С., Бестелесний А.Г. Стандартизація технічних вимог та методів випробувань побутових лічильників газу// Стандартизація, сертифікація, якість.-1998.-№2.-С.28-30.
Карпаш О.М., Петришин І.С., Петришин Н.І. Шляхи впровадження сучасних технологій менеджменту якості при розробленні та виробництві витратовимірювальної техніки// Методи та прилади контролю якості.-№16.-2006.-С.65-69.
Петришин І.С., Петришин Н.І. Узагальнена причинно-наслідкова діаграма Ісікави для визначення потенційних дефектів газової витратовимірювальної техніки// Стандартизація, сертифікація, якість.-№3.-2006.-С.52-55.
Петришин І.С., Гончарук М.І., Бестелесний А.Г., Прудніков Б.І. Доцільність впровадження лічильників в трубопроводах низького та середнього тиску з метою зменшення втрат природного газу при його обліку// Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ.-2002.-№4(5).-С.105-109
Петришин І.С., Середюк О.Є. Використання дзвонових витратовимірювальних установок для метрологічної атестації критичних сопел// Методи та прилади контролю якості.-1999.-№3.-С.76-77.
Бродин І.С., Петришин І.С., Бестелесний А.Г. Державний спеціальний еталон та державна повірочна схема для засобів вимірювань об’єму та об’ємної витрати газу// Вимірювальна техніка та метрологія.-1999.-№55.-С.137-140.
Крижанівський Є.І., Карпаш О.М., Петришин І.С., Зінчак Я.М. Стан та перспективи розвитку сертифікації в нафтогазовій галузі України// Розвідка та розробка нафтових родовищ.-2001.-№1.-С.86-88
Петришин І.С., Середюк О.Є. Технічне забезпечення звіряння еталону об’єму та витрати газу// Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-2001.-№1.-С.49-51
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. Вибір типу та типорозміру витратомірів і лічильників газу// Нафтова і газова промисловість. – 2004.–№3.–С. 44-45.
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. Математична та метрологічна модель вторинного еталону одиниці об’єму та об’ємної витрати газу// Український метрологічний журнал. – №2. – 2007. – С.40-42
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. Дослідження метрологічних характеристик лічильників газу в реальних умовах експлуатації та їх вплив на точність обліку природного газу// Всеукраїнський науково-технічний журнал «Нафтогазова енергетика».-2006.-№1.-С.110-113.
Петришин І.С., Кузь М.В. Номограми для визначення поправочного температурного коефіцієнта до показів побутових лічильників газу та методика їх побудови// Матеріали третьої міжнародної науково-технічної конференції "Метрологія та вимірювальна техніка (Метрологія – 2002)": Наукові праці конференції у 2-х томах. – Т.2. – Харків, 2002. – С. 118-120.
Середюк О.Є., Петришин І.С. Метрологічна модель повірочної установки на базі резервуара високого тиску// Третя Всеукраїнська науково-технічна конференція «Вимірювання витрати та кількості газу і нафтопродуктів».-2003.-С.112-114.
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В., Кузь М.В., Бестелесний А.Г., Прудніков Б.І. Експрес-контроль та технічна діагностика промислових лічильників газу в експлуатації// Третя науково-технічна конференція і виставка «Сучасні прилади, матеріали і технології для неруйнівного контролю і технічної діагностики промислового обладнання».-2002-С.94-97
Середюк О.Є., Чеховський С.А., Петришин І.С. Нові технічні рішення в еталонній витратометрії природного газу як шлях його економії при транспортуванні до споживачів// Нафта і газ України. Матеріали 8-ої Міжнародної науково-практичної конференції «Нафта і газ України-2004».-Т.2.- Судак, 2004.-С.171-172.
Петришин І.С., Бестелесний А.Г. Аналіз основних причин витрат при обліку природного газу// Матеріали 6-ої Міжнародної науково-практичної конференції "Нафта і газ України – 2000".–Том 3. – Івано-Франківськ.– 2000.– С 247-248.
Середюк О.Є., Петришин І.С. Нові концепції проектування еталонних дзвонових витратовимірювальних установок// Науково-технічна конференція «Приладобудування 2002: підсумки і перспективи».-Київ.-2002.-С.96
Петришин І.С., Середюк О.Є. Мобільна повірочна установка на базі критичних сопел для приладів обліку газу в мережах низького тиску// Наукова конференція «Метрологія та вимірювальна техніка» (Метрологія-2002).-Т.2.-Харків.-2002.-С.111-113
Петришин І.С., Кузь М.В. Моделювання впливу кліматичних факторів на достовірність обліку газу в побуті // Матеріали третьої науково-технічної конференції "ПРИЛАДОБУДУВАННЯ: стан і перспективи": Збірка наукових праць. – Київ, 2004. – С. 243.
Петришин І.С., Середюк Д.О. Аналіз комплексного показника якості турбінних лічильників газу// Матеріали третьої науково-технічної конференції "ПРИЛАДОБУДУВАННЯ: стан і перспективи": Збірка наукових праць. – Київ, 2004. – С.242
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. Метрологічний аналіз повірочної установки на базі резервуара високого тиску// Матеріали третьої науково-технічної конференції "ПРИЛАДОБУДУВАННЯ: стан і перспективи": Збірка наукових праць. – Київ, 2004. – С.249-250
Петришин І.С., Середюк Д.О., Безгачнюк Я.В. Дослідження характеристик робочих еталонів об’єму газу роторного типу// Матеріали четвертої науково-технічної конференції "ПРИЛАДОБУДУВАННЯ 2006: стан і перспективи": Збірка наукових праць. – Київ.-2006.-С.292-293.
Петришин І.С., Кузь М.В. Математичне моделювання функції впливу атмосферного тиску на виміряний об’єм газу побутовими лічильниками// Матеріали десятої науково-технічної конференції „Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах”: Збірник матеріалів конференції, випуск № 10 (2003).-Хмельницький, 2004.-С. 33
Петришин І.С., Кузь М.В. Механічні пристрої корекції об’єму газу// Всеукраїнська науково-технічна конференція „Вимірювання витрати та кількості газу”: Матеріали конференції.-Івано-Франківськ.-2005.-С. 23
Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. Особливості повірки лічильників газу при робочих умовах. // Всеукраїнська науково-технічна конференція „Вимірювання витрати та кількості газу”: Матеріали конференції.-Івано-Франківськ.-2005.-С.22
Патент 30411. Україна, МПКG F 25/00. Пристрій для градуювання критичних витратомірів газу. / Середюк О.Є., Петришин І.С. Опубл. 17.02.2003; Бюл. № 2.
Патент 54463. Україна G01F25/00. Спосіб градуювання та перевірки витратомірів і лічильників газу. / Козак В.О., Прудніков Б.І., Середюк О.Є., Петришин І.С., Федоришин Я.С. Опубл. 17.03.2003; Бюл. №3.
Патент 78795. Україна G01F5/00. Спосіб градуювання та перевірки лічильників газу. / Петришин І.С., Безгачнюк Я.В. Опубл. 25.04.2007; Бюл. №5.
