УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ МЕТАНА Российский патент 2004 года по МПК E21F17/18 G01N21/45 

Устройство контроля метана предназначено для использования в различных областях промышленности, например в нефтегазовой промышленности для анализа содержания газа в процессе добычи и переработки природного газа и нефти.

Известно устройство для автоматического контроля метана и других горючих газов. Устройство содержит термокаталитический мостовой датчик, в диагональ которого включен усилитель, выход последнего подключен на выпрямительный мостик, к выходу которого через резистор подключены аналоговый прибор, показывающий концентрацию метана и преобразователь напряжения в частоту, блок управления диагностикой, компаратор предельной концентрации метана, блок звуковой сигнализации, блок вычислений мгновенной концентрации газа, интегральной концентрации газа и величины корректировки показаний концентрации газа, блок постоянной памяти, блок энергонезависимой памяти, блок цифровой индикации, модулятор последовательного интерфейса, блок цифровой обработки информации частотных датчиков, блок оптронной развязки входных цепей, на входы которого подключены частотные выходы датчиков, выходы блока через мультиплексор подключены на вход блока, управляющие входы которого подключены к выходам порта блока вычислений, генератор частоты с программируемым делителем частоты, управляющие входы которого подключены к выходам портов блока вычислений, выход генератора через демультиплексор подключен на вход блока оптронной развязки выходных цепей, выходы блока подключены к частотным фильтрам, выходы которых через силовую сеть подключены к входам датчиков, блок питания, первый выход переменного напряжения которого подключен к дроссельным фильтрам, а выходы фильтров соединены с входами датчиков, исполнительный блок и блок звуковой сигнализации, входы которых подключены к выходам порта блока вычислений. Недостатком данного устройства является узкие пределы производимых измерений и периодичность контроля содержания газов. (Патент РФ 2013565, Е 21 F 17/00, 1994.05.30).

Известен шахтный интерферометр ШИ-7, принятый за прототип. Интерферометр содержит металлический корпус прямоугольной формы, с наружной стороны на нем размещены: окуляр, штуцер для присоединения резиновой груши, распределительный кран со штуцером, патрон с лампой накаливания, кнопка для включения источника света и поводок для перемещения интерференционной картины. Внутри корпус прибора разделен перегородками на три отделения: в первом размещены все оптические детали, во втором находится поглотительный патрон, который крепится пружиной и здесь же укладывается лабиринт, представляющий собой катушку с намотанной на ней трубкой из полихлорвинила. Между патроном и лабиринтом находится штуцер, закрытый резиновым колпачком. На этот штуцер надевается трубка резиновой груши при заполнении воздушной линии чистым атмосферным воздухом. Отделение с поглотительным патроном закрывается крышкой. В третьем отделении корпуса прибора помещается сухой элемент для питания лампочки. Один контакт сухого элемента замыкается на корпус прибора, а другой через изолированный контакт соединен проводами с кнопкой включения. Это отделение прибора закрывается выдвижной крышкой. Недостатком данного устройства является периодичность контроля, возможность контроля метана и углекислого газа и необходимость присутствия людей при измерении содержания газов в шахтной атмосфере. (Цейслер П.П., Жариков И.И. Руководство по ремонту шахтных интерферометров, М., Недра, 1977, с.49-50).

Техническим результатом изобретения является повышение безопасности измерений за счет автоматизации контроля метана, расширение области применения за счет градуировки шкалы для измерения содержания других газов.

Технический результат достигается тем, что устройство контроля метана, содержащее корпус с размещенными в нем источником света, конденсорной линзой, отражательными зеркалами, корпусом газовой и воздушной полостей, газовой и воздушной полостями, призмой, гадоподающей, газоудалительной, воздухоподающей, воздухоудалительной и соединительной трубками, шкалой, согласно изобретению источник света выполнен в виде поляризационного излучателя, а устройство снабжено регистратором, анализатором и оптоволоконным кабелем, расположенным между источником излучения и конденсорной линзой, а анализатор установлен перед шкалой и выполнен в виде двух рядов линз, расположенных в шахматном порядке.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить безопасность измерений за счет автоматизации контроля метана, расширить область применения за счет возможности градуировки шкалы для измерения содержания других газов.

Устройство контроля метана поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена газовоздушная схема, на фиг.2 изображена оптическая схема прибора, на фиг.3 изображен анализатор с линзами, расположенными в шахматном порядке, разрез А-А, на фиг.4 изображено устройство, закрепленное на трубопроводе.

На чертежах представлены: 1 - поляризационный излучатель, например лазер; 2 - оптоволоконный кабель; 3 - конденсорная линза; 4 - первое отражательное зеркало; 5 - отклоняющее зеркало; 6 - первая воздушная боковая полость; 7 - призма; 8 - корпус воздушных и газовой полостей; 9 - вторая воздушная боковая полость; 10 - газовая полость; 11 - второе отражательное зеркало; 12 - третье отражательное зеркало; 13 - анализатор; 14 - шкала с линзами; 15 - регистрирующий прибор; 16 - газоподающая трубка; 17 - газоудалительная трубка; 18 - воздухоподающая трубка; 19 - воздухоудалительная трубка; 20 - соединительная трубка; 21 - два ряда линз анализатора, расположенных в шахматном порядке; 22 - корпус; 23 - газопровод; 24 - дроссель.

Действие прибора основано на измерении смещения интерференционной картины, происходящего вследствие изменения состава исследуемой газовой среды, которая находится на пути одного из лучей, способных интерферировать. Величина смещения пропорциональна разности между показателями преломления света исследуемой газовой смеси и атмосферного воздуха.

Устройство контроля метана содержит корпус 22, в котором находится конденсорная линза 3, оптоволоконный кабель 2, отражательные зеркала 4, 11, 12, отклоняющее зеркало 5, корпус 8 газовой и воздушных полостей, газовая 10 и воздушные полости 6,9, призма 7, газоподающая 16, газоудалительная 17, воздухоподающая 18, воздухоудалительная 19 и соединительная 20 трубки, поляризационный излучатель 1, анализатор 13, шкалу 14, регистрирующий прибор 15, причем анализатор 13 содержит два ряда линз 21 анализатора 13, расположенных в шахматном порядке.

Устройство контроля метана работает следующим образом, например при оснащении им газопровода (фиг.4).

Газовая схема прибора (фиг.1) состоит из двух герметически обособленных друг от друга линий: газовой и воздушной. При определении концентрации метана газ поступает из газопровода через газоподающую трубку 16, далее газ попадает в газовую полость 10 корпуса 8 воздушной и газовой полостей, откуда через газоудалительную трубку 17 возвращается в газопровод. Воздушная линия заполняется чистым воздухом, подаваемым с помощью воздухоподающей трубки 18, проходящим через первую воздушную полость 6, далее по соединительной трубке 20 во вторую воздушную полость 9 и выходящим по воздухоудалительной трубке 19. Воздух служит основой для сравнения изменений показателя преломления.

Оптическая схема хода лучей (фиг.2) следующая. Свет от поляризационного излучателя 1, например лазера попадает по оптоволоконному кабелю 2 на конденсорную линзу 3 и, отразившись от верхней посеребренной грани первого отражательного зеркала 4 параллельным пучком падает на отклоняющее зеркало 5, где пучок света разлагается на два интерферирующих пучка. Первый пучок света, отразившись от верхней грани отклоняющего зеркала 5, проходит через первую воздушную боковую полость 6 корпуса 8 воздушной и газовой полостей.

Второй пучок света, отразившись от нижней грани отклоняющего зеркала 5, проходит через газовую полость 10 корпуса 8 воздушной и газовой полостей. Далее оба пучка света попадают на призму 7 и, дважды отразившись от ее катетных граней, поворачивают на 180° и проходят через вторую, воздушную боковую полость 9 и через газовую полость 10.

Через первую 6 и вторую 9 воздушные боковые полости постоянно проходит чистый воздух, подаваемый с помощью воздухоподающей трубки 18, проходящий по соединительной трубке 20 и выходящий по воздухоудалительной трубке 19.

Через газовую полость 10 постоянно проходит газ, поступающий из газопровода 23 за счет разницы давлений, созданных дросселем 24. Газ подается в газовую полость 10 по газоподающей трубке 16, а удаляется по газоудалительной трубке 17.

Оба пучка света, выйдя из камеры, попадают на второе отражательное зеркало 11 и, отразившись от его верхней и нижней граней, попадают на верхнюю посеребренную грань третьего отражательного зеркала 12, с помощью которого лучи отклоняются и под прямым углом попадают на анализатор 13. Оптические сигналы, принятые анализатором 13 с помощью двух рядов линз 21 анализатора 13, расположенных в шахматном порядке (фиг.3) попадают на шкалу 14, причем показания шкалы непрерывно фиксируются регистрирующим прибором 15. По величине смещения, зафиксированной регистрирующим прибором 15 определяют содержание метана. Для измерения содержания других газов предусматривается градуировка шкалы, которая по необходимости настраивается на нужный газ.

Применение устройства контроля метана обеспечивает следующие преимущества: повышение безопасности измерений; возможность осуществления непрерывного автоматизированного контроля; расширение области применения данного вида устройств за счет измерения содержания других газов; повышение точности, оперативности и достоверности измерений; возможность применения заявляемого устройства при эксплуатации трубопроводов различного назначения; дистанционное снятие сигнала с устройства.

Устройство контроля метана предназначено для использования в различных областях промышленности, например в нефтегазовой промышленности для анализа содержания газа в процессе добычи и переработки природного газа и нефти. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности измерений, возможность осуществления непрерывного автоматизированного контроля, расширение области применения данного вида устройств за счет измерения содержания других газов, повышение точности, оперативности и достоверности измерений, возможность применения заявляемого устройства при эксплуатации трубопроводов различного назначения, дистанционное снятие сигнала с устройства. Для этого устройство содержит корпус с размещенными в нем источником света, конденсорной линзой, отражательными зеркалами, корпусом газовой и воздушной полостей, газовой и воздушной полостями, призмой, газоподающей, газоудалительной, воздухоподающей, воздухоудалительной и соединительной трубками и шкалой. При этом источник света выполнен в виде поляризационного излучателя, а устройство снабжено регистратором, анализатором и оптоволоконным кабелем, расположенным между источником излучения и конденсорной линзой. Анализатор установлен перед шкалой и выполнен в виде двух рядов линз, расположенных в шахматном порядке. 4 ил.

Устройство контроля метана, содержащее корпус с размещенными в нем источником света, конденсорной линзой, отражательными зеркалами, корпусом газовой и воздушной полостей, газовой и воздушной полостями, призмой, газоподающей, газоудалительной, воздухоподающей, воздухоудалительной и соединительной трубками, шкалой, отличающееся тем, что источник света выполнен в виде поляризационного излучателя, а устройство снабжено регистратором, анализатором и оптоволоконным кабелем, расположенным между источником излучения и конденсорной линзой, а анализатор установлен перед шкалой и выполнен в виде двух рядов линз, расположенных в шахматном порядке.