Устройство для отбора проб газаиз МНОгОфАзНОй СМЕСи Советский патент 1981 года по МПК G01N1/22 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ГАЗА ИЗ МНОГОФАЗНОЙ СМЕСИ

измерения количеств продуктов, обнаруживаемых относительно общей массы. Удобным способом ограничения массы газовых продуктов, посылаемых на масс-спектрометр, является контроль температуры газовой смеси, посылаемой на масс-спектрометр. Точка кипения вещества находится в прямой зависимости от молекулярного веса указанного вещества. Устанавливая температуру смеси и посылая на измерительный прибор лишь газовые продукты при этой температуре, ограничивают область исследуемых веществ, находящихся в газообразном состоянии при этой температуре, при етом вещества с большими молекулярными весами соответствуют конденсированным веществам.

Продукты конденсации, полученные путем непрерывного отбора газовой смеси собирают в сосуд, называемый испарительным сосудом , температуру и давление в котором можно регулировать. Для достоверности анализа важно точно определить условия температуры и давления в этом сосуде, а также обеспечить непрерывность его действия. Строгий количественный анализ газообразных продуктов в многофазных пробах, в частности парофазных крекингов, невозможен при использовании обычных испарительных колонн, действие которых недостаточно стабильно для того, чтобы анализ отражал состав газообразных фаз. Контур отбора, проходит параллельно основному контуру циркуляции указанной смеси, фракцию которой отбирают в таких условиях давления, при которых критерии (числа) Рейнольдса в основном контуре и в контуре отбора были бы ойТанаковьимй. Анализируемую смесь направляют в нагревательные патрубки, затем, по крайней мере, через один пылеуловитель и один теплообменник, где циркулирует теплоносите при регулируемой температуре Т . в дальнейшем собирают конденсированные и газообразные фракции смеси в испарительном сосуде, помещенном в камеру с регулируемой температуро а на анализатор посылают компоненты смеси, молекулярный вес которых такой, что они находятся в газообразном состоянии при температуре Т, Патрубки нагреваются по всей своей длине за счет циркуляция перегретого пара в цилиндрическом патрубке, коаксиальном с первьаЛ( что предотвращает образование крйЛенсатов, а также опасность обра 30ван-ия пробок этими конденсатами в отдельных точках канала циркуляции (в нижней точке, в узких местах, и т.д.). Теплообменник предназначен для того, чтобы, понижая температуру циркулирующей в патрубках смеси, вызвать образование конденсата тяжелых компонентов, например после испарительного сосуда в нагреваемой линии, открывающейся в анализатор. Обычно в испариг тельном сосуде поддерживают температуру теплообменника Tj . Т, так, что повьииая температуру вдоль патрубков, по которым циркулирует смесь из теплообменника, добиваются того, чтобы в паре, посылаемом на анализатор, после выхода с испарительного сосуда отсутствовал конденсат. При анализе парофазных крекингов пылеуловитель в основном предназначен для удаления наибольшей части углеродных

частиц. Газообразную смесь с выхода испарительного сосуда посылают на масс-спектрометр, автоматически регулируют температуру Т и Tj первого теплообменника и испарительного сосуда, исходя из разницы молекулярного веса компонентов анализируют в масс-спектрометре, и регулируют выходы газообразных компонен5 .тов после испарительного сосуда с тем, чтобы получить допустимое время прохождения по линии. Регулировка температур Т и Т2. позволяет создать строгие и стабильQ ные рабочие условия для испарительного сосуда и осуществляется автоматически. С другой стороны, клапан, ограничивающий подачу газа к анализатору и предусмотренный после испарительного сосуда, находится на конце устройства отбора, так что давление контролируется , предельно точно внутри испарительного сосуда.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит контур отбора, проходящий параллб льно основному контуру циркуляции анализируемой смеси и снабженный двумя клапанами, находящимися на входе и на выходе этого .контура отбора, и устройство разре.жения после тройного клапана, причем последний соединяет при открытом положении 0 Отбора с нагреваемым патрубком; пылеуловитель; теплообменник с регулируемой температурой Т ; испарительный сосуд, помещенный в камеру с регулируемой температурой нагреваемые патрубки, осуществляющие соединение : тройной клапан - пылеуловитель - теплообменник - испарительный сосуд - анализатор, клапан после испарительного сосуда, регулирующий давление в последнем; автоматические

средства для регулировки температур Т-( и Т, и давления в испс ритель-ном сосуде, а именно, в указанных точках; средства для обеспе5 циркуляции теплоносителя в

теплообменнике; средства нагрева для регулировки температуры в камере, заключающей испарительный сосуд; средства для контроля уровня жидкости, полученной из продуктов конденсации в испарительном сосуде и для удаления из испарительного сосуда жидких продуктов конденсации и твердых частиц.

Устройство имеет клапан, называемый измельчителем, способный разбивать во время срабатывания корку кокса, осажденнук) вследствие отложения пылинок твердого углерода. Этот тройной клапан постоянно пропускает газообразные продукты во вторичный контур, а открывание клапана вводит в действие третий канал, т.е. позволяет отвести часть пода ваемого вещества к пылеуловителю и к устройству отбора. В последнем имеется пароструйный -эжектор, размещенный так, чтобы облегчить циркуляцию потоков в трубе, создавая искусственно разрежение перед точкой инжекции пара в контур. Пароструйный эжектор рассчитан так, чтобы критерии Рейноль)са были одинаковыми в обеих трубах. Пылеуловитель образован металлическим ситом с мелкой сеткой. При анализе парофазных крекингов функцией пылеуловителя является удаление частиц углерода при прохождении потоков через металлическое сито.

Камера, в которую помещен испарительный сосуд, содержит бачок, наполненный жидкостью, окружающей испарительный сосуд; изолированные резисторы, погруженные в указанную, жидкость и по которым идет электрический ток регулируемой величины; средства перемешивания, позволяющие сделать равномерной температуру жидкости в бачке и средства для измерения температуры этой жидкости Жидкостью, заключенной в бачке, является силиконовое масло, а в Качестве перемешивающих средств исползуются мешалки, погружающиеся в него. Силиконовое масло чаще используется, чем вода, так как его температура кипения выше, что позволяет производить регулировку температуры для более высоких величин и без чрезмерного испарения. Испарительный сосуд содержит емкость, дно которой наклонено относитель.но горизонтали, причем самая низкая часть дна испарительного сосуда соединена с выпускным патрубком периодического слива, снабженным клапаном; вертикальный патрубок, проходящий в испарительный сосуд через дно последнего, открытый на верхнем конце и снабжен--ный пневматическим клапаном с автоматическим управлением, предусмотренным в части патрубка за прет делами камеры; устройство для .измерения перепада давления между двумя точками в испарительном сосуде, ле- i жащими на вертикали; вертикальную стенку, разделяющую внутренний объем испарительного сосуда на две части, сообщающиеся у основания и металлический фильтр вблизи вершины испарительного сосуда перед патрубком для отвода газовой фазы.

Управление соединенного с выпускным патрубком клапана может быть

0 ручным, поскольку этот выпуск используется редко. Измерение перепада давления позволяет регилуровать уровень воды, воздействуя на клапан автоматического отбора. По5ток поступает в испарительный сосуд в части, где имеется детектор уровня для конденсации здесь легких углеводородов .

Отбор фракции смеси для прове0дения количественного анализа, осуществляется непрерывно, ограничивая число газообразных .компонентов теми, молекулярный вес которых меньше данного молекулярного веса. Этот верхний предел молекулярного веса газооб5разных компонентов фиксируется стабильностью температуры перед испарительньм сосудом, а продукты с большим молекулярным весом конденсиру-. ются в испарительном сосуде.

0

В основном трубопроводе циркулирует двухфазная смесь, анализ которой производят. Параллельно с тру-бопроводом 1 проходит цепь 2 отбора смеси снабженная впускным кла5паном 3 и выпускным клапаном 4, эжектором 5, соединенным с паропроводом, где давление выше давления в цепи 2, и клапаном 6, называемым измельчителем, с ручным уп0равлением, соединенным с фильтром 7 нагреваемым патрубком 8, при этом вы-, ход фильтра 7 соединен со входом теплообменника 9 нагреваемым патрубком 10. Теплообменник 9 имеет патрубок 11, по которому циркулиру5ет хладагент с контролируемой температурой. Выход Теплообменника соединен нагреваемым патрубком 12 со змеевиком, который вначале проходит вне испарительного сосуда, а затем 0;вовнутрь последнего. Испарительный сосуд 13 заключен в камере 14, внутФИ которой имеется ванна с силико,новым маслом. Внутренний объем испарительного сосуда делится на две

5 части металлической стенкой 15, Подача потока по патрубку 12 производится в левой части испарительного сосуда, где предусмотрен детектор уровня 16. Испарительный сосуд

0 снабжен металлическим фильтром 17., Резисторы 18 и 19, питаемые через регулятор температуры 20, поддерживают постоянную температуру в ванне с силиконовым маслом, кото5рая измеряется с помощью терпюпары 21. Перемешивание ванны с силиконовым маслом производится мешалкой 22. Патрубок 23, снабженный клапаном 24, служит для вывода периодически образующихся очень тяжелых конденсатов и твердых частиц,. осаждающихся на дне испарительного сосуда. Жидкие компонентьз (углеводороды и вода) и твердые частицы 25 стекают вдоль наклонной -стенки 26, образующей дно испарительного сосуда 13 относительно патрубка 23. С-образная труба 16 имеет два ответвления, которые входят в испарительный сосуд, она заключает устройство 27 для измерения перепада давления . ме-жду двумя точками; на основе эторо измерения осуществляется управление посредством регулятора открыванием пневматического клапа. на 28,- предусмотренного на патрубке 29 контроля уровня жидкости в испарительном сосуде. Находящиеся в испарительном сосуде газы выводятся к измерительн.ому прибору по нагреваемому-патрубку 30, в котором имеется проходной клапан 31, открывание которого управляется регулятором 32 (автоматом) давлени при этом давление измеряется датчиком 33.

В рабочих условиях уровень жидкости в испарительном сосуде фиксируется в постоянной точке, лежащей между обеими точками-реперами датчика перепада давления. Уровень воды поддерживается на верхнем конце трубы. Внутренняя поверхность испарительного сосуда выполнена из нержавеющей стали, поскольку она контактирует непосредственно с углеводородами. Объем между обеими стенками (испарительного сосуда и заключающей его камеры) заполнен силиконовым маслом, в которое погруженб несколько нагревающихся резисторов 18 и 19, которые позволяют регулировать температуру масл в ванне с помощью известного регул .Ьра (не показан на чертеже) , связанного с датчиком температуры ванны 21 (градуированная термопара ил термометр).

При анализе паро- фазные крекингвые истечения выходят из теплообменика при температуре, близкой 75°С проходящая в обменнике жидкость является водой при . Температура с силиконовым маслом 95°С. Таким образом температура повышает

в испарительном сосуде, но этого недостаточно для повторного испарения воды. Температуру ванны поддерживают такой, чтобы выбрать конечную точку газовой фазы, т.е. предельный молекулярный вес для компонентов, которые должны анализироваться в измерительном приборе. Эта точка определяется в зависимости от последующих нагрузок, т.е. веществ, концентрацию которых желают измерить в масс-спектрометре. Газовая фаза направляется к массспектрометру по патрубку 30, нагреваемому водным паром под давлением 8 бар (175°С). Таким образом, при

5 этой температуре нет конденсатов, которые поступали бы на масс-спектрометр, что губительно для его действия. Учитывая зти условия температуры, давления и подачи, устанавливаемые точно в.испарительном сосуде, можно экспериментально определить матрицу переноса, позволяющую при умножении на векторсостав паровой фазы, компоненты которой были измерены путем анализа, определить вектор-состав перед испарителем.

Формула изобретения

. Устройство для отбора проб газа из многофазной смеси, содержащее установленную между основным трубопроводом и анализатором цепь, параллельную основному трубопроводу и снабженную на выходе пылеуловителем, отличающеес.я тем, что, с целью повЕлшения надежности измерений, между цепью

0 пробоотбора и анализатором установлены последовательно соединенные обогреваемыми патрубками теплообменник с регулятором температуры и помещенный в регулируемую по температуре камеру испарительный сосуд, снабженный патрубком периодического слива тяжелого конденсата, регулятором уровня жидкости и патрубком отвода газовой фазы, на котором установлен регулируемый по давлению в сосуде проходной клапан.

Источники информации, принятые во внимание гфи экспертизе

1.Тхоржевский В.П. Автоматический анализ химического состава газов. М. , 1969, с. 195.

2.Там же, с. 197 (прототип).

V-.