УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ РОСЫ В ГАЗАХ Российский патент 1998 года по МПК G01N25/66 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано преимущественно в газовой промышленности для определения качества очистки природного газа, в газоперерабатывающей, нефтеперерабатывающей, химической промышленностях.

Известны устройства для одновременного определения температур точек росы в газах, состоящие из металлического зеркального отполированного стержня, омываемого исследуемым газом, с закрепленными на нем по длине термодатчиками, охлаждаемого с одного конца и нагреваемого с другого. При этом на стержне образуется конденсационная поверхность с постоянным по времени и длине градиентом температур. Границы конденсации, соответствующие определяемым точкам росы определяются визуально, вычисляются значения температур на границах конденсации, и эти температуры считываются температурами точек росы [1]
Указанное техническое решение применять для определения точки росы нецелесоообразно из-за нечеткости границ конденсации на стержне. Кроме того, для точности их определения требуется высокая квалификация оператора.

Наиболее близким техническим решением является устройство для определения точки росы в газах, содержащее охладитель нагреватель, периодически нагревающий и охлаждающий конденсационную поверхность, измеритель температуры конденсационной поверхности, блок контроля состояния конденсационной поверхности и регистрирующий блок.

Определение точек росы с помощью указанного устройства происходит следующим образом: в процессе охлаждения конденсационной поверхности, температура которой непрерывно контролируется измерителем температуры, на ней при достижении температуры точки росы происходит конденсация паров контролируемого компонента газа, что регистрируется блоком контроля состояния конденсационной поверхности. Последний чаще всего реализовывается фотоспособом, заключающимся в том, что направленный на полированную конденсационную поверхность луч света при выпадении конденсата рассеивается. На пути отраженного луча света устанавливается фотоприемник, отмечающий уменьшение освещенности при выпадении конденсата.

Известны варианты этого устройства, например, установка фотоприемника, реагирующего на рассеянный свет; применение матированной конденсационной поверхности, отражающая способность которой повышается при выпадении конденсата.

Появление сигнала на выходе блока контроля состояния конденсационной поверхности вызывает срабатывание регистрирующего блока, фиксирующего температуру конденсационной поверхности в этот момент, как температуру точки росы.

В качестве регистрирующего блока применяются: стрелочный индикатор, непрерывно показывающий температуру конденсационной поверхности, совместно с лампочкой, загорающейся при достижении точки росы, цифровые индикаторы, в памяти которых записывается значение температуры точки росы, цифропечатающие устройства и т.п. [2]
Недостатками устройства по прототипу является высокая чувствительность к загрязнениям конденсационной поверхности и сложность определения нескольких точек росы в смесях газов.

Высокая чувствительность к загрязнениям объясняется тем, что появление загрязнений и появление капель конденсата на конденсационной поверхности оказывают одинаковое действие на блок контроля состояния конденсационной поверхности.

Например, если контроль состояния полированной конденсационной поверхности производится фотоспособом, то критерием для определения точки росы является степень рассеяния лучей света при появлении капель конденсата на поверхности, но загрязнение поверхности также вызывает рассеяние света, что приводит к возникновению погрешности.

Достаточно сильное загрязнение вызывает отказ устройства.

Аналогичная причина значительно усложняет определение нескольких точек росы в смесях газов.

При определении, например, второй точки росы слой конденсата компонента, вызвавшего появление первой точки росы мешает так же, как и загрязнения конденсационной поверхности.

Например, при фотоспособе степень рассеяния света, вызванная выпадением первого слоя конденсата, зависит от многих причин, в том числе и от разности температур между первой и второй точкой росы и поэтому однозначно определить вторую точку росы по дополнительному рассеянию света, вызвавшего выпадение второго компонента конденсата, невозможно.

В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для определения двух точек росы, в котором новое выполнение блоков и их расположение позволило бы обеспечить надежную регистрацию этих точек.

Эта задача решается тем, что в известное техническое решение, содержащее конденсационную поверхность, снабженную охладителем нагревателем, измеритель температуры конденсационной поверхности, блок контроля состояния конденсационной поверхности и регистрирующий блок, дополнительно введены ключ, два аналого-цифровых преобразователя, детектор уровня, два регистра, блок вычитания и генератор квантующих импульсов. При этом выход последнего соединен с управляющими входами первого и второго регистров, информационный вход второго регистра соединен с выходом первого регистра, информационный вход первого регистра соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом блока контроля состояния конденсационной поверхности, вход первого аналого цифрового преобразователя соединен с выходом измерителя температуры конденсационной поверхности, а выход с информационным входом ключа и входом генератора квантующих импульсов, два входа вычитания соединены с выходами первого и второго регистров соответственно, а выход со входом детектора уровня, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен со входом регистрирующего блока.

Блок вычитания определяет разность освещенностей фотоприемника при изменении температуры конденсационной поверхности на заданную величину, что обеспечивает надежность определения точек росы: преимущественно двух близко расположенных точек.

Введение двух регистров дает возможность выявить разницу между освещенностями конденсационной поверхности в момент, соответствующий двум последовательным импульсам, поступающим от генератора квантующих импульсов.

Генератор квантующих импульсов обеспечивает управление регистрами, нормируя замер разности освещенности при изменении температуры конденсационной поверхности на заданную величину. Эти новые конструктивные решения повышают надежность регистрации точки росы.

На фиг. 1 дана схема устройства; на фиг. 2 зависимости освещенности фотоприемника и ее производной от температуры.

Устройство содержит охладитель-нагреватель 1, блок контроля состояния конденсационной поверхности 2, измеритель температуры конденсационной поверхности 3, конденсационную поверхность 4. Устройство также содержит первый аналого-цифровой преобразователь 5, второй аналого-цифровой преобразователь 6, генератор квантующих импульсов 7, первый регистр 8, второй регистр 9, блок вычитания 10, детектор уровня 11, ключ 12, регистрирующий блок 13, при этом вход генератора 7 соединен с выходом первого преобразователя 5, а два выхода генератора 7 с управляющими входами первого 8 и второго 9 регистров соответственно. Информационный вход второго регистра 9 соединен с выходом регистра 8, а выход каждого регистра соединен с соответствующим выходом блока вычитания, выход которого соединен с детектором уровня 11.

Работает устройство следующим образом:
После завершения очередного цикла работы конденсационная поверхность 4 в результате нагрева достигает максимальной температуры, превышающей возможный диапазон измеряемых точек росы, охладитель-нагреватель переключается в режим охлаждения.

Блок контроля состояния конденсационной поверхности 2 в процессе измерений непрерывно контролирует конденсационную поверхность 4. Контроль может осуществляться, например, фотоспособом, при котором измеряется отражательная способность конденсационной поверхности, снижающаяся при выпадении на нее конденсата. Сигнал блока контроля конденсационной поверхности 2 (уменьшающийся при выпадении конденсата), поступает на второй аналого-цифровой преобразователь 6, где преобразуется в цифровую форму для удобства дальнейшей обработки. С него сигнал поступает на первый регистр 8, причем запись в регистр осуществляется каждый раз в момент поступления импульса квантующих импульсов 7.

Температура конденсационной поверхности 4 измеряется измерителем ее температуры 3, преобразуется в цифровую форму первым аналого-цифровым преобразователем 5, поступает на вход генератора квантующих импульсов 7, вырабатывающего импульсы при изменении температуры конденсационной поверхности на заданную величину φT
Выход первого регистра 8 соединен со входом второго регистра 9, который осуществляет запись сигнала с выхода первого регистра по тем же импульсам генератора квантующих импульсов, что и первый регистр. В результате в первом регистре оказывается записанным последнее значение измерения, произведенное блоком контроля состояния конденсационной поверхности 2, а во втором регистре предыдущее, которое записывалось при более высокой температуре конденсационной поверхности 4.

При достижении входным сигналом блока вычитания 10 заданного уровня, срабатывает детектор уровня 11, ключ 12 пропускает сигнал, соответствующий температуре конденсационной поверхности с выхода аналого-цифрового преобразователя на регистрирующий блок 13, который фиксирует температуры точек росы.

После этого устройство переводится в режим нагрева конденсационной поверхности и цикл повторяется.

На фиг. 2 показана зависимость освещенности фотоприемника Ф от температуры конденсационной поверхности T (контроль состояния конденсационной поверхности осуществляется фотоспособом).

В процессе охлаждения от максимальной температуры освещенность фотоприемника вначале не меняется (участок 1), затем происходит выпадение конденсата на конденсационную поверхность, при этом она "мутнеет", световой луч рассеивается, освещенность падает (участок 2).

При дальнейшей конденсации происходит коалесценция (участок 3), сопровождающаяся увеличением освещенности, которая затем стабилизируется (участок 4).

При измерении второй точки росы картина аналогична (участок 5).

Очевидно, что наличие загрязнений на конденсационной поверхности, рассеивающее падающий свет, со стороны фотоприемника воспринимается как снижение освещенности Ф, т.е. "сдвигает" вниз рассматриваемую кривую. Если определение точки росы производится устройством по прототипу по фиксированному уровню освещенности фотоприемника Ф, то при малых загрязнениях это резко снижает точность измерения, а при больших вызывает отказ. Для замера второй точки росы трудности усугубляются, поскольку в случае выпадения на конденсационную поверхность второго слоя конденсата "поверх" первого на уровни освещенности влияют как конкретные значения температур точек росы и загрязнения, так и величина разности температур между двумя точками росы.

В предлагаемом устройстве трудности устранены: производная от постоянной величины равна нулю, критерием для фиксации точки росы является резкое изменение освещенности Ф, которое происходит только непосредственно вблизи точек росы, вызывая достаточный уровень производной.

Точность прибора, в котором использовано предлагаемое изобретение, составляет ±0,5^oC по точке росы.

Потери углеводородного конденсата на одной установке газовой сепарации при погрешности в определении точки росы в 2-3^oC составляют до 3-5 г/куб.м, что при производительности в 1 млн. куб.м/сутки составляет 3-5 т/сутки.

Использование: в измерительной технике, в частности, в устройствах для определения температуры точки росы. Сущность изобретения: устройство содержит охладитель-нагреватель 1, блок контроля состояния конденсационной поверхности 2, измеритель 3 температуры конденсационной поверхности 4, первый аналого-цифровой преобразователь 5, второй аналого-цифровой преобразователь 6, генератор квантующих импульсов 7, первый регистр 8, второй регистр 9, блок вычитания 10, детектор уровня 11, ключ 12, регистрирующий блок 13. При работе устройства в первом регистре записывается последнее значение измерения, а во втором регистре - предыдущее. Если разность между двумя значениями, полученная в блоке вычитания достигает заданного уровня, то соответствующий сигнал поступает на регистрирующий блок 13, который фиксирует температуру точки росы. 2 ил.

Устройство для определения температуры точки росы в газах, содержащее конденсационную поверхность, снабженную охладителем-нагревателем, измеритель температуры конденсационной поверхности, блок контроля состояния конденсационной поверхности и регистрирующий блок, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено ключом, двумя аналого-цифровыми преобразователями, детектором уровня, двумя регистрами, блоком вычитания и генератором квантующих импульсов, при этом выход последнего соединен с управляющими входами первого и второго регистров, информационный вход второго регистра соединен с выходом первого регистра, информационный вход первого регистра соединен с выходом второго аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом блока контроля состояния конденсационной поверхности, вход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом измерителя температуры конденсационной поверхности, а выход с информационным входом ключа и входом генератора квантующих импульсов, два входа блока вычитания соединены с выходами первого и второго регистров соответственно, а выход с входом детектора уровня, выход которого соединен с управляющим входом ключа, выход которого соединен с входом регистрирующего блока.