устройство для измерения температуры точки росы по влаге в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов

Формула изобретения

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.

Описание изобретения к патенту

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 310^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 У}превышает на 1015^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 0,10,3 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 = Tp^BУ₂ = 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. К3.

Устройство для определения ТТР по влаге в случае, когда Тр^{В У}превышает на 1020^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.