УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТОЧКИ РОСЫ ПО ВЛАГЕ В ПРИРОДНОМ ГАЗЕ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ ПАРОВ ВЫСШИХ УГЛЕВОДОРОДОВ Российский патент 2003 года по МПК G01N25/66 G01N19/10 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению влажности природного газа по методу определения температуры точки росы.

При определении природного газа конденсационным гигрометром измеряется температура охлаждаемого металлического зеркала в тот момент, когда на нем начинают конденсироваться мельчайшие капельки влаги. Эта температура называется температурой точки росы (ТТР); она однозначно связана с абсолютной влажностью газа.

Указанный способ реализуется во многих конденсационных приборах: Харьков-1, Dewscope, Anaconda, АГК-214, Bovar и др. [1].

Конденсационные гигрометры измеряют ТТР по влаге достаточно хорошо, если при понижении температуры зеркала первой начинает конденсироваться вода. Однако, если в газе содержатся в большем количестве пары пропана, бутана, пентана и других высших углеводородов, то при охлаждении зеркала первыми будут выпадать конденсаты ВУ. Именно такая ситуация реализуется в большинстве случаев: ТТР по ВУ (Тр^В У) лежит выше ТТР по воде на 3÷10^oС [2], [3].

При этом определение ТТР по влаге будет произведено с большой погрешностью [4], [5]. Это происходит вследствие того, что оптические свойства ВУ и воды близки и различить образование пленки воды на пленке ВУ (которая к тому же одновременно увеличивается по толщине из-за непрерывной конденсации ВУ) трудно, а зачастую и невозможно. Особенно тяжелая ситуация складывается на станциях подземного хранения газа (СПХГ), которые основаны на бывших газоконденсатных месторождениях - там Тр^В Упревышает на 10÷15^oC, так что даже новейшие конденсационные приборы работают ненадежно и, если и определяют то с большей погрешностью.

Устройство для измерения ТТР по влаге в природном газе типа "Харьков 1М" содержит конденсационный гигрометр, соединенный с атмосферой через вентиль, и является наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и может быть взято за прототип.

Решаемой технической задачей является создание устройства, позволяющего понизить температуру точки росы по высшим углеводородам до температуры точки росы по влаге и тем самым обеспечить измерение температуры точки росы по влаге с малой погрешностью и большей надежностью.

Поставленная задача решается следующим образом.

Устройство для определения ТТР по влаге в природном газе содержит конденсационный гигрометр, выход которого соединен с атмосферой через вентиль. Новым является то, что дополнительно введен конденсационный фильтр, включающий корпус, в котором расположены термоохлаждающие устройства, на которых непосредственно установлена металлическая пластина, на поверхности которой установлен датчик температуры, при этом над поверхностью пластины установлена крышка из материала с низкой теплопроводностью с образованием канала для прохождения газа над пластиной, дополнительно введен регулируемый источник питания конденсационного фильтра, вход которого соединен с газовым трактом через вентиль, первый выход соединен с входом конденсационного гигрометра, а второй выход является выходом конденсата высших углеводородов.

На фиг. 1 представлена функциональная схема заявляемого устройства, на фиг. 2 - конструкция конденсационного фильтра.

Устройство для измерения ТТР по влаге в природном газе содержит входной вентиль 1, конденсационный фильтр 2, имеющий два выхода 3 и 4, гигрометр 5, выходные вентили 6 и 7, ротаметр 8 и источник питания 9. Конденсационный фильтр на фиг. 2 состоит из корпуса 10 (показан пунктиром), в котором помещаются термоохлаждающие устройства 11, на которых располагается пластина 12 и датчик температуры 13, а также крышка из материала с низкой теплопроводностью 14, в которой создан канал для перехода газа 15. Корпус 10 рассчитан на то, чтобы выдерживать рабочее давление газа в трубопроводе.

Работа устройства происходит следующим образом.

Открываем вентиль 1, заполняем конденсационный фильтр 2 и гигрометр 5 до рабочего давления. Затем с помощью вентиля 6 и ротаметра 8 устанавливаем проток газа (обычно в пределах 0,1÷0,3 л/мин). После этого с помощью гигрометра 5 определяют интересующие нас характеристики газа, а именно: ТТР по ВУ (Тр₁ ^В У) и ТТР по влаге
При этом регистрация Тр^В У будет проведена с небольшой погрешностью, т.к. конденсат ВУ выпадает первым и хорошо фиксируется на чистой полированной поверхности зеркала гигрометра; определение же будет проведено с большей погрешностью, т.к. начало выпадения конденсата воды будет происходить на фоне уже существующей пленки конденсата ВУ, которая к тому же непрерывно растет, т.к. лежит по условию работы значительно ниже Тр^В У.

Обозначим первое приближение в значении ТТР по влаге как и погрешность в ее измерении как так что истинное значение заключено между значениями и
Конденсационный фильтр 2 при этих измерениях не включался и температура пластины 12 была равна температуре окружающей среды.

Далее очищают гигрометр, поднимая температуру пластины 12 до температуры окружающей среды или чуть выше; при этом выпавший на зеркале конденсат ВУ и воды испаряется и уносится протоком газа, который на время очистки можно увеличить с помощью вентиля 7.

Затем начинают следующее измерение. Включают блок 9 и с помощью регулировки устанавливают ток через термоохлаждающие устройства 11 такой, чтобы температура пластины 12 стала равной верхнему возможному пределу ТТР по влаге, т.е.

Анализируемый газ с температурой Тг, медленно проходя над пластиной 12, охлаждается до температуры Txoл₁ или близкой к ней (длина и ширина пластины 12, высота крышки 14 и скорость протока газа выбираются такими, чтобы условие Txoл₁ = Тг на заднем срезе пластины 12 было бы заведомо выполнено). Так как Тхол лежит ниже Тр^В У, то на пластине 12 начнет выпадать жидкий углеводородный конденсат и на выходе фильтра 2 газ приобретает новое значение ТТР по ВУ, а именно Тр^В У = Txoл₁. Выпавший на пластину 12 конденсат ВУ стекает с нее в самое низкое место в основании силового корпуса 10, откуда время от времени удаляется через вентиль 7.

Снова измеряют гигрометром 5 ТТР по влаге. Ввиду того, что часть паров ВУ сконденсировалась в фильтре 2, упругость пара ВУ, поступающего на анализ в гигрометр 5 стала меньше: ТТР по ВУ снизилось и стало равным Тр^В У2 < Tp₁ ^В У. При этом толщина пленки конденсата ВУ при достижении на измерительном зеркале значения заметно уменьшилась, т.е. условия регистрации ТТР по влаге существенно улучшились, и определение будет дано с заметно меньшей погрешностью. Пусть после второго измерения гигрометр 5 даст значения:
TTP по BУ: Tp^BУ = TpBУ2

= Tхол₁;
ТТР по влаге:
при этом
Истинное значение лежит в интервале между

После второго измерения ТТР по ВУ и по влаге гигрометр 7 очищают, как это описано выше, устанавливают на пластине 12 температуру, равную верхнему пределу ТТР по влаге, т.е.

проводят следующее измерение ТТР по ВУ и воде, и т.д.

Процедуру последовательного изменения температуры пластины 12 Тхол и измерения ТТР по ВУ и влаге повторяют К раз - до тех пор пока значения температур Трк^В У и не сравняются (в пределах ошибок измерения). Это означает, что пары воды и пары ВУ конденсируются одновременно. При этом погрешность определения ТТР по влаге минимальная.

Практика показывает, что обычно для этого достаточно провести два-три измерения, т.е. К≤3.

Устройство для определения ТТР по влаге в случае, когда Тр^В Упревышает на 10÷20^oС было проверено в лабораторных условиях. Регулировка Тхол и ее стабилизация во время измерений осуществлялись оператором вручную. В качестве ВУ использовались пары пентана. ТТР по влаге устанавливалась генератором точки росы в районе +5÷+1^oС.

Измерения показали, что погрешность определения ТТР по влаге при использовании описанного устройства при наличии ВУ и при их отсутствии различаются незначительно - на 1 ÷ 2^oС, что позволяет рекомендовать его для определения ТТР по влаге в условиях, когда Тр^В У значительно превышает
Источники информации
1. Халиф А.Л., Туревский Е.И., Сайкин В.В., Сахаров В.Е., Бахметьев П.И. Приборы для определения влажности газа. М.: ИРЦ Газпром, 1995, 45 с.

2. Газы горючие природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным трубопроводам. ОСТ 51.40-93.

3. Анализ газов. Определение точки росы природного газа. Гигрометры с охлаждаемой поверхностью. Международный стандарт ИСО 6321-81, 1984, 9 с.

4. Плехоткин В.П., Ткаченко М.Ф., Серебро Ж.М. Методические особенности определения точки росы природных горючих газов. В сб. "Всесоюзная научно-техническая конференция "Термогаз-89". г. Харьков, 1989, с.209-214.

5. Москалев И.Н., Битюков B.C., Филоненко А.С., Гаврилин А.К., Федосов В. М., Ефременко Н.А. Влагометрия природного газа: состояние и проблемы. М.: ИРЦ Газпром, 1999, 36 с.

Изобретение относится к измерению влажности природного газа по методу определения температуры точки росы по влаге (ТТР по влаге, ). Предлагается устройство, позволяющее понижать содержание паров ВУ до тех пор, пока ТТР по ВУ не сравняется с ТТР по влаге. Это достигается с помощью установки перед гигрометром конденсационного фильтра, представляющего собой металлическую пластину, охлаждаемую с помощью термоэлектрического устройства до температуры верхнего предела значения ТТР по влаге, т. е. до величины где ΔТ - погрешность измерения Проводя последовательные измерения ТТР по влаге и уточняя температуру, которую надо установить на конденсационной пластине, добиваются значительного снижения погрешности измерения ТТР по влаге. Технический результат - уменьшение погрешности измерения. 2 ил.

Устройство для измерения температуры точки росы по влаге в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов, содержащее конденсационный гигрометр, выход которого соединен с атмосферой через вентиль, отличающееся тем, что дополнительно введен конденсационный фильтр, включающий корпус, в котором расположены термоохлаждающие устройства, на которых непосредственно установлена металлическая пластина, на поверхности которой установлена крышка из материала с низкой теплопроводностью с образованием канала для прохождения газа над пластиной, дополнительно введен регулируемый источник питания конденсационного фильтра, вход которого соединен с газовым трактом через вентиль, первый выход соединен с входом конденсационного гигрометра, а второй выход является выходом конденсата высших углеводородов.