устройство для поверки конденсационных гигрометров природного газа

Формула изобретения

1. Устройство для поверки конденсационных гигрометров природного газа, содержащее камеру увлажнения с входным для подачи газа и выходным для подключения гигрометра штуцерами, в которой размещены влагозадающие элементы и датчик температуры, отличающееся тем, что влагозадающие элементы расположены вертикально вдоль всей камеры увлажнения и выполнены в виде периодически повторяемых слоев гидрофильной ткани, разделенных металлическими перфорированными перегородками, имеющими тепловой контакт со стенками камеры увлажнения, а камера увлажнения расположена в термостате и в нижней части заполнена конденсатом паров воды, технологических спиртов и высших углеводородов природного газа, при этом влагозадающие элементы погружены в конденсат.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что камера увлажнения через переключающие элементы соединена с газопроводом и исследуемым гигрометром так, что газ, поступающий на вход камеры увлажнения, по составу и давлению идентичен газу, поступающему на вход гигрометра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для поверки конденсационных гигрометров, применяемых для определения температуры точки росы (ТТР) на установках осушки газа, на станциях подземного хранения газа и других предприятиях газовой отрасли, добывающих газ или подготавливающих его к дальнему транспорту, например, на установках комплексной подготовки газа.

При контроле качества газа, подготовленного к транспорту на установках осушки газа или на установках комплексной подготовки газа, необходимо измерять температуру точки росы (ТТР) газа по влаге (Т_р) и ТТР по высшим углеводородам - , являющихся важнейшими параметрами, определяющими нижний предел однофазного (т.е. безжидкостного) потока природного газа в трубопроводе.

Значения Т_р и измеряют конденсационными гигрометрами - Харьков 1М, Bovar, Конг-Прима 2 и др. (Москалев И.Н. Влагометрия природного газа: взгляд на проблему, постановка задачи. Газовая промышленность. - 2000. - №12. - с.36-38), (Халиф А., Туревский Е.Н. и др. Приборы для определения влажности природного газа. М., ИРЦ Газпром, 1995 г.), основанными на принципе понижения температуры металлического зеркала, над которым медленно протекает газ, и фиксации момента начала выпадения конденсата воды или высших углеводородов. При этом, как показывает практика, наиболее важная величина (Т _р) в газе, подвергнутом гликолевой осушке, нередко измеряется с неопределенной погрешностью. Это происходит из-за того, что помимо паров воды в газе велико парциальное давление паров высших углеводородов, паров диэтиленгликоля, с помощью которого ведется осушка, и паров метанола, закачиваемого в скважины для предотвращения гидратообразования. При этом на зеркале гигрометра еще до начала выпадения воды (или водометанольного раствора) конденсируются высшие углеводороды и пары диэтиленгликоля, что мешает определению момента начала конденсации воды, т.е. определению Т _р. При этом значения Т_р, выдаваемые гигрометром, работающим в автоматическом режиме, становятся ненадежными: они либо испытывают немотивированные скачки либо долго не изменяются по величине ("зависают") и т.д. В таких случаях инженеры-технологи установок осушки газа или установок комплексной подготовки газа, отвечающие за качество газа, начинают сомневаться в правильности показаний гигрометра. Поэтому нужны средства, подтверждающие или опровергающие эти сомнения.

В настоящее время известно несколько типов устройств для поверки конденсационных гигрометров. Это динамические генераторы влажности «Родник 2» и «Родник 3», генераторы влажного воздуха «Полюс», зарубежные генераторы «Эндрюс-Хаузер», «Панаметрикс» и др. (Деревягин A.M., Селезнев С.В. и др. Анализаторы точек росы углеводородных газов по влаге и углеводородам. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности №3, 2004, с.6-12).

Генераторы влажности «Родник 2» и «Родник 3» основаны на принципе двух давлений (Лычиникова С.А. Приборы для измерения влажности газов и их поверка. М., изд-во Стандартов, 1988, с.32-34). Эти устройства содержат насыщающий увлажнитель, дроссельный кран и рабочую камеру, помещенные в общий термостат. Воздух поступает через регулятор давления в насыщающий увлажнитель, а затем через дроссельный кран в рабочую камеру и через дополнительный дроссель выбрасывается в атмосферу. Давление в рабочей камере поддерживают близким к атмосферному, а давление в насыщающем увлажнителе определяется заданной относительной влажностью.

Недостатком этих устройств являются их большие габариты и вес, работа при небольших избыточных давлениях, необходимость внимания со стороны квалифицированного персонала, большое количество расходного материала (жидкий азот, очищенный воздух, специальные фильтры-осушители, конденсаторы и пр.). Кроме этого при практической поверке правильности работы гигрометра его снимают с рабочего места на трубопроводе и переносят к устройству для поверки, расположенному в помещении. Эта операция усложняет процедуру поверки. При этом сама поверка происходит в других условиях, не адекватных рабочим, например температура в помещении +22°C, а на трубопроводе минус 15°С; газ, на котором поверяют гигрометр, - азот, а в трубопроводе - метан; поверка происходит при давлении 1 атм (редко 10-15), а в трубопроводе давление 50-70 атм. Это является недостатками существующих устройств поверки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для поверки конденсационных гигрометров (Патент РФ №2167442 кл. G01W 1/18, 1/11), включающее камеру увлажнения, совмещенную с рабочей камерой, соединенную с входным для подачи газа и выходным для подключения входного патрубка гигрометра штуцерами. В рабочей камере размещены влагозадающий элемент, газоперекачивающий агрегат и датчик температуры. При этом влагозадающий элемент выполнен в виде термоэлектрического холодильника, а газоперекачивающий агрегат - в виде вентилятора.

Недостатком данного устройства является то обстоятельство, что некоторые конструкции гигрометров имеют высокое газодинамическое сопротивление газовому потоку, поэтому для обеспечения гигрометрического равновесия при циркуляции газа с помощью вентилятора по замкнутому циклу в системе "генератор - гигрометр" при поверке последнего требуется значительное время, достигающее иногда нескольких часов. Кроме того, для практической поверке правильности работы гигрометра так же, как в аналогах, необходим его демонтаж с рабочего места на трубопроводе, что усложняет процедуру поверки.

При создании изобретения решалась задача поверки гигрометра без его демонтажа с трубопровода в условиях, адекватных условиям его эксплуатации, т.е. при рабочем давлении и газе того же состава, что и анализируемый газ (т.е. транспортируемый в данное время по газопроводу), а также сокращение времени измерения.

Эта задача решается следующим образом. Устройство для поверки конденсационных гигрометров природного газа содержит камеру увлажнения с входным для подачи газа и выходным для подключения входного патрубка гигрометра штуцерами, в которой размещены влагозадающие элементы и датчик температуры. При этом влагозадающие элементы расположены вертикально вдоль всей камеры увлажнения и выполнены в виде периодически повторяемых слоев гигрофильной ткани, разделенных металлическими перфорированными перегородками, имеющими тепловой контакт со стенками камеры увлажнения. Сама камера увлажнения расположена в термостате и заполнена в нижней части конденсатом паров воды, технологических спиртов и высших углеводородов, присутствующих в анализируемом газе так, что влагозадающие элементы заведомо погружены в конденсат, температура камеры увлажнения задается термостатом.

Кроме этого камера увлажнения через переключающие элементы соединена с газопроводом и исследуемым гигрометром. Поэтому газ, поступающий на вход камеры увлажнения, по составу и давлению идентичен газу, поступающему на вход гигрометра.

Данное изобретение поясняется фиг.1-3.

На фиг.1 представлена конструкция влагозадающей камеры, где 1 - термостат, 2 - камера увлажнения, 3 - толстостенный металлический цилиндр, 4 - влагозадающие элементы, 5 - гидрофильная ткань, 6 - перфорированные металлические перегородки, 7 - металлические шайбы, 8 - датчик температуры, 9 - жидкий конденсат, 10, 11, 12 - штуцеры для подключения.

На фиг.2 представлен влагозадающий элемент 4, состоящий из гидрофильной ткани 5 и перфорированной перегородки 6.

На фиг.3 представлена схема включения устройства для поверки в газовый тракт, где 13 - трубопровод, 14 - заборное устройство, 15, 16, 17, 18, 19 - игольчатые вентили, 20 - гигрометр, 21, 22 - ротаметры, 23 - манометр.

Устройство для поверки конденсационных гигрометров природного газа состоит из (фиг.1) термостата 1, в котором размещена камера увлажнения 2, представляющая собой закрытый с двух концов толстостенный металлический цилиндр 3, способный выдержать рабочее давление газа в трубопроводе. Камера увлажнения 2 перегорожена влагозадающими элементами 4, расположенными вертикально вдоль всей камеры. Каждый влагозадающий элемент представляет собой (фиг.2) несколько слоев гидрофильной ткани 5, расположенных между круглыми по диаметру цилиндра 3 металлическими перфорированными перегородками 6. Влагозадающие элементы разделены между собой металлическими шайбами 7, расположенными вдоль стенок цилиндра. Металлические перегородки имеют тепловой контакт со стенками цилиндра камеры увлажнения. Датчик температуры 8 прикреплен к шайбе 7. Нижняя часть камеры увлажнения заполнена конденсатом 9 паров воды, технических спиртов и высших углеводородов природного газа, характерных для процесса осушки на данном предприятии. Влагозадающие элементы 4 погружены частично в конденсат 9 так, что гидрофильная ткань смачивается этим конденсатом. Камера увлажнения имеет входной для подачи газа штуцер 10 и выходные штуцеры 11 и 12 для подключения входного патрубка гигрометра и уровнемера уровня конденсата (в рабочем состоянии заглушен). Камера увлажнения подключена (фиг.3) к трубопроводу 13 через заборное устройство 14 и игольчатый вентиль 15. Игольчатые вентили 16, 17, 18, 19 служат для подключения гигрометра 20 к трубопроводу и камере увлажнения 2. Ротаметры 21 и 22 измеряют поток газа через гигрометр 20 и камеру увлажнения 2. Манометр 23 измеряет давление газа в гигрометре 20.

Устройство работает следующим образом. В нормальном положении, когда устройство для поверки не подключено, вентили 15, 17 и 19 закрыты, вентиль 16 открыт, вентиль 18 приоткрыт таким образом, чтобы установить по ротаметру 22 требуемый для измерения ТТР гигрометром 20 поток газа (обычно он составляет от 0,1 до 1,0 л/мин). При этом гигрометр 20 периодически замеряет ТТР пропускаемого газа по влаге - Т_р.

В какой-то момент времени регистрируемые гигрометром 20 значения ТТР (Т_р1) начинает вызывать сомнения. Для того чтобы убедиться в истинности или ложности показаний гигрометра, устанавливают температуру термостата 1 на 5-6°С ниже, чем средняя ТТР за последние несколько часов, т.е. устанавливают согласно соотношению Т_m=T _p1-5°С и выдерживают эту температуру некоторое время для того, чтобы она надежно установилась в камере увлажнения 2. Открывают вентили 15 и 19 и по ротаметру 21 устанавливают поток газа, равный потоку через гигрометр 20, регулируемый ротаметром 22.

Через некоторое время, достаточное для установления температурного равновесия в камере 2, которое контролируется датчиком температуры 8, вентили 16 и 19 закрывают, а вентиль 17 открывают, так что через гигрометр 20 теперь идет газ, проходящий через камеру увлажнения 2. Камера увлажнения 2 и все находящиеся в ней элементы - влагозадающие элементы 4, гидрофильная ткань 5, конденсат 9 - находятся при температуре термостата Т _m. В камере увлажнения существует влажность 100% при рабочем давлении газа, при этом температура точки росы газа по влаге в камере увлажнения равна температуре ее стенок, т.е. температуре термостата Т_m. Такое же состояние - 100% насыщения влагой - существует, когда вентили 15 и 19 открыты. Если газ из трубопровода 13 поступает более сухой, т.е. с более низкой ТТР, чем тот, что содержится в камере увлажнения 2 (допустим имеет влажность 60%), то, проходя через влагозадающие элементы 4, он становится влажным на 100%, т.е. его ТТР становится равной Т_m. Если же газ из трубопровода 13 поступает более влажным (т.е. имеет ТТР выше Т_m), то, проходя через камеру увлажнения, он оставляет избыточную влагу прежде всего на перфорированных пластинах 6, т.е. газ, принимая температуру термостата Т_m, сбрасывает избыточную влагу, так что его ТТР снова становится равной Т _m. Таким образом в устройстве для поверки всегда получают газ с ТТР=Т_m и, измеряя ТТР газа, прошедшего через него, можно установить правильно или неправильно работает гигрометр (т.е. насколько его показания совпадают с ТТР=Т _m). Меняя температуру термостата, можно проконтролировать правильность работы гигрометра в некотором диапазоне температур.

Так, например, влагозадающие элементы с перфорированными металлическими пластинами имеют температуру, равную Т_m =T_p1-5°С. Прошедший через нее газ остынет до температуры Т_m, часть паров влаги осядет на влагозадающих элементах, т.е. газ несколько осушится и с необходимостью приобретет ТТР, равную Т_р2 =Т_m=Т_p1-5°С. Если гигрометр 20 исправен, то через некоторое время (время установления температуры) он обязан показать ТТР, равную Т _р2. Отсутствие такого показания означает, что гигрометр не исправлен. Дополнительно в проверке этого вывода можно убедиться, сняв показания гигрометра при более высоких температурах ТТР. Для этого устанавливают температуру термостата Т _m=T_p1+5°С. Влагозадающие элементы зададут выходящему из камеры увлажнения 2 газу влажность именно с такой ТТР. Гигрометр 20, если он исправлен, покажет через некоторое время (время установления температуры) именно такую ТТР. Если это не происходит, гигрометр дает ошибочные показания, причем величина ошибки равна разности между показаниями термостата (Т _m) и гигрометра (Т_р).

Таким образом устанавливается правильность работы гигрометра в рабочей точке и ее окрестностях - на газе того же состава, при рабочем давлении без демонтажа гигрометра. При этом время измерения по сравнению с прототипом сокращается.