ИЗМЕРИТЕЛЬ ПРИМЕСЕЙ В СЖАТЫХ ГАЗАХ Российский патент 2002 года по МПК G01N25/56 

Изобретение относится к технике измерения примесей в сжатых газах. Преимущественная область использования - измерение низких значений точки росы сжатых газов и концентрации в них паров масла и других примесей непосредственно при высоких давлениях.

Известен измеритель примесей в сжатых газах - определитель точки росы, содержащий магистрали анализируемого газа и охлаждающего агента, конденсационное зеркало, органы управления и контроля (см., например, [1]).

Данный измеритель примесей в сжатых газах позволяет измерять только точку росы сжатых газов. Охлаждение конденсационного зеркала производится с помощью специальных охлаждающих агентов (жидкий азот, диоксид углерода в твердом или жидком состоянии и т. п.). При этом измерения производятся путем визуального обнаружения начала образования росы на поверхности измерительного зеркала, что неизбежно связано с фактором субъективности. Контроль расхода анализируемого газа, необходимый для поддержания требуемых скоростей обтекания газом поверхности конденсационного зеркала при создании над ним различных давлений, не обеспечивается. Эти недостатки усложняют эксплуатацию измерителя примесей в сжатых газах, ограничивают область его использования, а также приводят к снижению достоверности полученных результатов.

Известен измеритель примесей в сжатых газах - автоматический фотоэлектронный индикатор влажности ДДН-1, содержащий магистрали анализируемого и охлаждающего газа, конденсационное зеркало с основанием конической формы, детектор точки росы, дроссельное устройство, нагреватель, органы управления и контроля (см., например, [2]).

Этот измеритель примесей в сжатых газах, как и рассмотренный выше, позволяет измерять только точку росы сжатых газов. При этом охлаждение конденсационного зеркала производится путем дросселирования сжатых газов. Однако конструкция дроссельного устройства, выполненного отдельно от конденсационного зеркала, не обеспечивает достаточной эффективности охлаждения. Кроме того, контроль расхода анализируемого газа, необходимый для поддержания требуемых скоростей обтекания газом конденсационного зеркала, обеспечивается только для сравнительно узкого диапазона давлений. Эти недостатки также ограничивают технические возможности и снижают достоверность полученных результатов.

Известен измеритель примесей в сжатых газах - гигрометр, содержащий магистрали анализируемого и охлаждаемого газа, конденсационное зеркало с основанием циклоидообразной формы, детектор точки росы, дроссельное устройство, нагреватель, органы управления и контроля, принятый за прототип (см. [3] ).

Данный измеритель также позволяет измерять только точку росы сжатых газов. При этом контроль расхода анализируемого газа также обеспечивается только для узкого диапазона давлений, при которых измеряется точка росы сжатых газов. Эффективность охлаждения конденсационного зеркала вследствие особенности его конструкции повышена, но недостаточно. То есть, основные недостатки этого измерителя примесей в сжатых газах фактически те же, что и в [2].

Настоящее изобретение направлено на решение задачи по улучшению технических характеристик измерителя примесей в сжатых газах и расширению области его применения. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении точности и сокращении времени измерений точки росы, а также в возможности измерений концентраций различных примесей, содержащихся в сжатых газах.

Указанный результат достигается тем, что в измерителе примесей в сжатых газах, содержащем магистрали анализируемого и охлаждающего газа, конденсационное зеркало с основанием циклоидообразной формы, детектор точки росы, дроссельное устройство, нагреватель, органы управления и контроля, магистраль анализируемого газа снабжена байпасной линией с дискретным регулятором расхода газа и пробоотборным устройством, к которому подсоединены индикаторные трубки и фильтроэлементы для измерения концентрации примесей, при этом дроссельное устройство расположено в основании конденсационного зеркала тангенциально к циклоидообразной поверхности, а основание конденсационного зеркала выполнено с каналом для подвода охлаждающего агента, расположенным тангенциально к циклоидообразной поверхности.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом измерителе примесей в сжатых газах дроссельное устройство выполнено непосредственно в основании конденсационного зеркала тангенциально к циклоидообразной поверхности, при этом магистраль анализируемого газа снабжена байпасной линией с дискретным регулятором расхода газа и пробоотборным устройством, к которому подсоединены индикаторные трубки и фильтроэлементы для измерения концентрации примесей, а в основании конденсационного зеркала выполнен канал для подвода охлаждающего агента, расположенный тангенциально к циклоидообразной поверхности.

Вследствие того, что дроссельное устройство выполнено непосредственно в основании конденсационного зеркала (непосредственно в корпусе) и тангенциально к циклоидообразной поверхности, увеличивается путь и соответственно время контакта дросселируемого газа с поверхностью конденсационного зеркала, что существенно повышает эффективность охлаждения конденсационного зеркала дроссельным устройством. При этом конденсационное зеркало дополнительно подохлаждается за счет холодопередачи от дроссельного устройства.

Байпасная линия с дискретным регулятором расхода газа, которой снабжена магистраль анализируемого газа, дает возможность регулировать расход и соответственно скорость обтекания газом конденсационного зеркала практически во всем диапазоне давлений, при которых измеряется точка росы. Например, в случае давления анализируемого газа, близкого к атмосферному, требуется обеспечить скорость обтекания конденсационного зеркала 1 м/с. При давлении над конденсационным зеркалом 10 МПа для обеспечения этой же скорости обтекания контролируемый расход газа должен быть увеличен примерно в 100.

Пробоотборное устройство, установленное в байпасной линии с дискретным регулятором расхода, позволяет производить измерения не только точки росы, но и других примесей, содержащихся в сжатых газах. Например, возможно измерение паров масла, частиц твердодисперсной фазы и других примесей с помощью индикаторных трубок, фильтроэлементов и т. д., так как необходимые параметры - расход и давление анализируемого газа могут быть установлены и измерены.

Канал для подвода охлаждающего агента, выполненный в основании конденсационного зеркала, расположенный тангенциально к циклоидообразной поверхности, позволяет с большей эффективностью использовать для охлаждения конденсационного зеркала не только дросселирование сжатых газов, но и охлаждающие агенты, как, например, в [1].

Таким образом достигается возможность получить указанный выше технический результат.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором показан измеритель примесей в сжатых газах.

Измеритель примесей в сжатых газах включает измерительную камеру 1, источник света 2, конденсор 3, защитное стекло 4, смотровое стекло 5, линзу 6, защитное стекло 7, фотоприемник 8, конденсационное зеркало 9 с основанием 10, датчик температуры 11, теплоизоляцию 12, дроссельное устройство 13, входную магистраль анализируемого газа 14, клапан 15, выходную магистраль анализируемого газа 16, манометр 17, клапан 18, ротаметр 19, байпасную линию 20 с дискретным регулятором расхода газа 21 и пробоотборным устройством 22, магистраль дросселируемого газа 23, клапан 24, нагреватель 25, теплообменник 26, канал 27, трубопровод подвода охлаждающего агента 28.

Источник света 2, конденсор 3 и фотоприемник 8 представляют собой детектор точки росы. Конденсационное зеркало 9 выполнено в виде круглой пластины и соединено, например, путем пайки с основанием 10 циклоидообразной формы. Конденсационное зеркало 9 и основание 10 теплоизолированы теплоизоляцией 12. Дроссельное устройство 13, представляющее собой втулку с дроссельным отверстием, установлено тангенциально в основании 10 в его верхней части. Кроме того, в основании 10 выполнен канал 27, расположенный тангенциально к циклоидообразной поверхности и соединенный с трубопроводом подвода охлаждающего агента 28.

Магистраль анализируемого газа 14 снабжена байпасной линией 20 с дискретным регулятором расхода 21 и пробоотборным устройством 22. Дискретный регулятор расхода 21 позволяет увеличивать расход анализируемого газа в целое число раз с учетом расхода через ротаметр 19 в зависимости от установленного давления. Пробоотборное устройство 22 позволяет подсоединять индикаторные трубки и фильтроэлементы для измерения концентрации паров масла, частиц твердодисперсной фазы и т.п.

Измеритель примесей в сжатых газах работает следующим образом. Вначале открывают клапаны 15, 18 и пропускают анализируемый газ через измерительную камеру 1 над поверхностью конденсационного зеркала 9 с определенным расходом, создавая в измерительной камере 1 необходимое давление. Контроль осуществляют соответственно по манометру 17 и ротаметру 19. Анализируемый газ через клапан 15 и входную магистраль анализируемого газа 14 поступает в измерительную камеру 1, обтекает конденсационное зеркало 9 и через выходную магистраль анализируемого газа 16, клапан 18 и ротаметр 19 сбрасывается в атмосферу. Затем включают детектор точки росы. Световые лучи от источника света 2 через конденсор 3, защитное стекло 4 направляются на конденсационное зеркало 9 и, отражаясь, через защитное стекло 7 попадают на фотоприемник 8 с максимальным значением сигнала.

При охлаждении конденсационного зеркала 9 путем дросселирования газа открывают клапан 24 и подают дросселируемый газ к дросселю 15. Дросселируемый газ через клапан 24 по магистрали дросселируемого газа 23 и через нагреватель 25 подводится к дроссельному устройству 13. Охлажденный после дросселирования газ обтекает по винтовой линии основание 10 и по межтрубному зазору теплообменника 26 сбрасывается в атмосферу, предварительно подохлаждая поступающий на дросселирование газ. При этом происходит интенсивное охлаждение основания 10 с соответственно измерительного зеркала 9 вследствие того, что путь и время контакта охлажденного после дросселирования газа существенно увеличиваются. Температура конденсационного зеркала контролируется с помощью датчика температуры 11. В момент образования росы на конденсационном зеркале 9 световой сигнал, поступающий на фотоприемник 8, резко уменьшается. Температура конденсационного зеркала 9, измеренная в этот момент с помощью датчика температуры 11, принимается за точку росы анализируемого газа при давлении, установленном в измерительной камере 1, то есть над конденсационным зеркалом 9.

При необходимости снизить скорость охлаждения конденсационного зеркала 9, а также для нагрева или поддержания его температуры постоянной, включается нагреватель 25 (электрическая схема измерителя примесей в сжатых газах, а также электрические органы управления и контроля на чертеже не показаны). Визуальное наблюдение за состоянием конденсационного зеркала 9 осуществляется через линзу 6 и смотровое стекло 5.

Для охлаждения конденсационного зеркала 9 с помощью охлаждающих агентов к трубопроводу подвода охлаждающего агента 28 подсоединяют сосуд с охлаждающим агентом и открывают клапан (не показано). Пары охлаждающего агента по трубопроводу охлаждающего агента 28 через нагреватель 25 и канал 27 поступают на охлаждение основания 10 с конденсационным зеркалом 9. Вследствие того, что канал 27 выполнен тангенциально к циклоидообразной поверхности основания 10, путь и соответственно время контакта паров охлаждающего агента с основанием 10 существенно увеличиваются. При необходимости снизить скорость охлаждения конденсационного зеркала 9, а также для нагрева или поддержания его температуры постоянной, включается нагреватель 25.

Для измерения концентрации паров масла, частиц твердодисперсной фазы и других примесей в пробоотборное устройство 22 устанавливаются соответственно индикаторные трубки или фильтроэлементы. Анализируемый газ через магистраль анализируемого газа 14, клапан 15, измерительную камеру 1, выходную магистраль анализируемого газа 16, клапан 18, дискретный регулятор расхода газа 21 и пробоотборное устройство 22 подают на анализ в течение необходимого времени. При этом с помощью клапанов 15, 18 устанавливаются необходимое давление и расход анализируемого газа. Контроль осуществляется соответственно с помощью манометра 17 и ротаметра 19 с учетом расхода через дискретный регулятор расхода газа 21.

После измерений измеритель примесей в сжатых газах приводится в исходное состояние.

Источники информации
1. Deaton W. M. and Frost E.M. Jr. "Bureau of Mines Apparatus for Determining the Dew Point of Gases Under Pressure". Bureau of Mines Report of Investigations 3399, May 1938.

2. Автоматический фотоэлектронный индикатор влажности ДДН-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1978, 52 с.

3. Патент Российской Федерации 2117178 от 10.08.98 на изобретение "Гигрометр".

Сущность изобретения: измеритель примесей в сжатых газах включает измерительную камеру, источник света, конденсатор, защитное стекло, смотровое стекло, линзу, защитное стекло, фотоприемник, конденсационное зеркало с основанием, датчик температуры, теплоизоляцию, дроссельное устройство, входную магистраль анализируемого газа, клапан, выходную магистраль анализируемого газа, манометр, клапан, ротаметр, байпасную линию с дискретным регулятором расхода газа и пробоотборным устройством, магистраль дросселируемого газа, клапан, нагреватель, теплообменник, канал, трубопровод подвода охлаждающего агента. Технический результат - повышение точности измерений. 1 ил.

Измеритель примесей в сжатых газах, содержащий магистрали анализируемого и охлаждающего газа, конденсационное зеркало с основанием циклоидообразной формы, детектор точки росы, дроссельное устройство, нагреватель, органы управления и контроля, отличающийся тем, что магистраль анализируемого газа снабжена байпасной линией с дискретным регулятором расхода газа и пробоотборным устройством, к которому подсоединены индикаторные трубки и фильтроэлементы для измерения концентрации примесей, при этом дроссельное устройство расположено в основании конденсационного зеркала тангенциально к циклоидообразной поверхности, а основание конденсационного зеркала выполнено с каналом для подвода охлаждающего реагента, расположенным тангенциально к циклоидообразной поверхности.