СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДНОГО РАСТВОРА ГЛИКОЛЯ Российский патент 2006 года по МПК G01N7/14 

Изобретение относится к области автоматического определения концентрации растворов, в частности, по измерению температуры их кипения и может быть использовано на газовых месторождениях и в подземных хранилищах газа на установках абсорбционной осушки газа, на которых в качестве абсорбента используется водный раствор ди- или триэтиленгликоля (далее гликоля).

В газопромысловой практике концентрация водного раствора, например, гликоля, используемого для осушки газа, составляет 95-99,6 мас.% и ее необходимо определять с высокой точностью (абсолютная погрешность не должна превышать 0,1-0,2 мас.%, так как концентрация гликоля оказывает существенное влияние на влагосодержание (качество) товарного газа).

Известен способ (Жданова Н.В., Халиф А.Л. Осушка природных газов. М.: Недра, 1975) определения концентрации водного раствора гликоля, путем измерения его плотности и определения концентрации водного раствора по заранее заготовленной таблице или графику.

Недостатками известного способа являются низкие точность и оперативность определения концентрации гликоля.

Наиболее близким по технической сущности и по решаемой задаче, взятый за прототип, является способ (а.с. № 257849, МПК G 01 N, опубл. 20.11.1969 г.), при осуществлении которого измеряют температуру кипения водного раствора гликоля при атмосферном давлении и по измеренному значению температуры кипения определяют концентрацию гликоля.

Однако температура кипения водного раствора гликоля зависит не только от его концентрации, но и от абсолютного давления паровой фазы над поверхностью раствора. Атмосферное (барометрическое) давление, при котором кипит раствор гликоля, как известно, изменяется. Это не учитывается в известном способе, что приводит к большим погрешностям определения концентрации водного раствора гликоля. В этом состоит недостаток известного способа определения концентрации водного раствора гликоля.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определения концентрации водного раствора гликоля.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения концентрации водного раствора гликоля осуществляют измерение температуры кипения его водного раствора.

Новое, что отличает заявляемый способ от прототипа, состоит в том, что дополнительно измеряют давление паровой фазы над кипящим раствором и вычисляют концентрацию С_г (мас.%) водного раствора гликоля из соотношений

Сг=Мг*Хг*100/(Мг*Хг+Мв*(1-Хг)),

где Хг=(10^Zв(T)-P)/(10^Zв(T)-10^Zг(T));

Zв(Т)=8,006-1691/(230+Т);

Zг(T)=9,270-3035/(230+T) для диэтиленгликоля;

Zг(T)=8,54-2927,5/(230+T) для триэтиленгликоля;

Zв(Т) - значение степени для определения давления насыщенного пара воды;

Zг(T) - значение степени для определения давления насыщенного пара диэтиленгликоля;

Мв=18 кг/кмоль - молярная масса воды;

Mг - молярная масса гликоля;

Мг=106 кг/кмоль - для диэтиленгликоля;

Мг=150,17 кг/кмоль - для триэтиленгликоля;

Т - температура кипения раствора гликоля, °С;

Р - давление паровой фазы над кипящим раствором, кгс/см².

Способ состоит в следующем: измеряют температуру кипения водного раствора гликоля и давление паровой фазы над кипящим раствором и вычисляют концентрацию водного раствора гликоля из соотношения:

Сг=Мг*Хг*100/(Мг*Хг+Мв*(1-Хг)),

где Хг=(10^Zв(T)-Р)/(10^Zв(T)-10^Zг(T));

Zв(Т)=8,006-1691/(230+T);

Zг(T)=9,270-3035/(230+T) для диэтиленгликоля;

Zг(T)=8,54-2927,5/(230+T) для триэтиленгликоля;

Zв(Т) - значение степени для определения давления насыщенного пара воды;

Zг(T) - значение степени для определения давления насыщенного пара диэтиленгликоля;

Мв=18 кг/кмоль - молярная масса воды;

Mг - молярная масса гликоля;

Мг=106 кг/кмоль - для диэтиленгликоля;

Мг=150,17 кг/кмоль - для триэтиленгликоля;

Т - температура кипения раствора гликоля, °С;

Р - давление паровой фазы над кипящим раствором, кгс/см².

Заявляемый способ может быть реализован с помощью устройства, например, изображенного на чертеже. Устройство содержит проточную емкость 1 с переливным патрубком 2 и U-образной циркуляционной трубкой 3, одна из ветвей которой (меньшая по высоте), сообщена с емкостью через днище, а другая в своей верхней части снабжена датчиком 4 температуры (например, термопарой) и соединена с проточной емкостью через боковую стенку на высоте, превышающей высоту переливного патрубка; нагреватель 5, расположенный вокруг большей ветви U-образной циркуляционной трубки; датчик 6 давления, установленный на проточной емкости; вычислительное устройство 7, к входам которого подключены датчики температуры и давления, а к выходу - устройство отображения информации 8, например жидкокристаллический дисплей; трубку 9 подачи контролируемого гликоля.

Устройство для определения концентрации водного раствора гликоля работает следующим образом. Водный раствор гликоля по трубке 9 подается в проточную емкость 1, из которой через переливной патрубок 2 сливается в приемную атмосферную емкость (на чертеже не показана). В проточной емкости поддерживается постоянный уровень и атмосферное давление. При включенном нагревательном элементе 5 температура контролируемого раствора в той части циркуляционной трубки 3, которая охвачена этим элементом, увеличивается и достигает температуры кипения, в результате этого плотность раствора в циркуляционной трубке 3 уменьшается. За счет более высокого давления, создаваемого столбом жидкости (как более холодной и имеющей большую плотность), находящейся в проточной емкости 1, раствор из нижней ее части проходит в циркуляционную трубку 3, а оттуда через верхнюю часть - снова в проточную емкость 1. Таким образом достигается циркуляция контролируемого раствора. Кипящий раствор как более легкий проходит (скользит) по поверхности холодного раствора и через переливной патрубок 2 сбрасывается в атмосферную емкость. Температура кипящего раствора и давление в проточной емкости измеряются соответственно датчиком температуры 4 и датчиком давления 6, сигналы от которых поступают в вычислительное устройство 7, которое по измеренным значениям температуры кипения и давления вычисляет концентрацию водного раствора гликоля и ее значение выводит на устройство 8 отображения информации.

Мощность нагревательного элемента и расстояние (по высоте) от торца переливной трубки до ввода верхнего конца циркуляционной трубки в емкость, определяющие скорость циркуляции раствора, обеспечивают кипение раствора самой высокой концентрации.

Использование предложенного технического решения дает возможность повысить точность определения концентрации водного раствора гликоля.

Изобретение относится к области автоматического определения концентрации растворов, в частности, по измерению температуры их кипения и может быть использовано на газовых месторождениях и в подземных хранилищах газа на установках абсорбционной осушки газа, на которых в качестве абсорбента используется водный раствор ди- или триэтиленгликоля (далее гликоля). Способ определения концентрации водного раствора гликоля осуществляют путем измерения температуры кипения, при этом дополнительно измеряют давление паровой фазы над кипящим раствором и вычисляют концентрацию водного раствора гликоля из соотношений

Сг=Мг*Хг*100/(Мг*Хг+Мв*(1-Хг)),

где Хг=(10^Zв(T)-Р)/(10^Zв(T)-10^Zг(T);

Zв(Т)=8,006-1691/(230+T);

Zг(T)=9,270-3035/(230+T) для диэтиленгликоля;

Zг(T)=8,54-2927,5/(230+T) для триэтиленгликоля;

Zв(Т) - значение степени для определения давления насыщенного пара воды;

Zг(T) - значение степени для определения давления насыщенного пара диэтиленгликоля;

Мв=18 кг/кмоль - молярная масса воды;

Mг - молярная масса гликоля:

Мг=106 кг/кмоль - для диэтиленгликоля;

Мг=150,17 кг/кмоль - для триэтиленгликоля;

Т - температура кипения раствора гликоля, °С;

Р - давление паровой фазы над кипящим раствором, кгс/см².

Достигается повышение точности определения. 1 ил.

Способ определения концентрации водного раствора гликоля путем измерения температуры кипения, отличающийся тем, что дополнительно измеряют давление паровой фазы над кипящим раствором и вычисляют концентрацию водного раствора гликоля из соотношений

Сг=Мг*Хг*100/(Мг*Хг+Мв*(1-Хг)),

где Хг=(10^Zв(T)-Р)/(10^Zв(T)-10^Zг(T);

Zв(T)=8,006-1691/(230+T);

Zг(T)=9,270-3035/(230+T) для диэтиленгликоля;

Zг(T)=8.54-2927,5/(230+Т) для триэтиленгликоля;

Zв(T) - значение степени для определения давления насыщенного пара воды;

Zг(T) - значение степени для определения давления насыщенного пара диэтиленгликоля;

Мв=18 кг/кмоль - молярная масса воды;

Mг - молярная масса гликоля;

Мг=106 кг/кмоль - для диэтиленгликоля;

Мг=150,17 кг/кмоль - для триэтиленгликоля;

Т - температура кипения раствора гликоля, °С;

Р - давление паровой фазы над кипящим раствором, кгс/см².