RU30992U1

RU30992U1 - Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив

Info

Publication number: RU30992U1
Application number: RU2003107755/20U
Authority: RU
Inventors: сов Л.В. Ил; Л.В. Илясов; В.О. Горбадей
Original assignee: Илясов Леонид Владимирович; Горбадей Владимир Олегович
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2003-07-10

Description

АВТОМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ТЕПЛОЦЕННОСТИ ГАЗООБРАЗНЫХ ТОПЛИВ

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам автоматического контроля теплоценности газообразных

Известен автоматический анализатор теплоценности газообразных ТОПЛИВ (Измерения в промышленности. Справочник. Иод ред. И. Ирофоса. М.: Металлургия, 1980. С. 440-441), содержащий горелку, размещенную во внутренней полости жидкостного теплообменника, на выходе и входе которого установлены батареи термопар, а также потенциометр и аппаратуру для стабилизации потоков анализируемого газа и воды. Оценка теплоценности газообразного топлива таким анализатором осуществляется по разности сигналов батарей термопар, которая возникает за счет нагревания воды в теплообменнике сгорающим анализируемым газом.

Иедостатком этого анализатора является то, что он обеспечивает получение информации только о вьющей объемной теплоте сгорания анализируемого газа, которая не является однозначной товарной характеристикой качества газообразного топлива.

Наиболее близким по технической сущности является автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив (Фарзане Н. Г., Илясов Л. В. Автоматический калориметр для измерения низшей объемной теплоты сгорания газов. Газовая промыщленность. № 8, 1970. С. 29-31). содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, соединенная с помощью тройника с трубопроводом водорода и выходом колонки, подключенной своим входом к выходному щтуцеру дозатора, два входных щтуцера которого соединены с трубопроводом газообразного топлива и трубопроводом газа-носителя, термопару.

расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю, и потенциометр. Определение теплоценности газообразного топлива осуществляется по температуре газообразных продуктов сгорания.

Недостатком этого анализатора является то, что он позволяет измерять только низщую объемную теплоту сгорания газообразного топлива которая только частично определяет качество газообразного топлива, а при товарном учете газообразных топлив помимо информации о низшей объемной теплоте сгорания используется ещё и информация о числе Воббе, которое зависит как от низщей объемной теплоты сгорания, так и от плотности газообразного топлива.

Задачей полезной модели является получение возможности комплексной автоматической оценки теплоценности газообразных топлив.

Технический результат - создание автоматического анализатора, позволяющего получить информацию о низщей объемной теплоте сгорания, числе Воббе и плотности газообразного топлива.

Технический результат достигается тем, что автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив, содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, соединенная с помощью тройника с трубопроводом водорода и выходом колонки, подключенной своим входом к выходному щтуцеру дозатора, два входных щтуцера которого соединены с трубопроводом газообразного топлива и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю, и потенциометр, дополнительно содержит вспомогательную колонку, турбулентный дроссель, дифманометр с унифицированным выходным электрическим сигналом, последовательно соединенные суммирующее вычислительное устройство и устройство извлечения квадратного корня, а также вычислительное делительное устройство, причем вход вспомогательной колонки подключен к выходному щтуцеру дозатора, турбулентный дроссель установлен на выходе всномогательной колонки и к его входу и выходу подключен дифманометр.

при этом выход дифманометра подключен ко входу суммирующего вычислительного устройства, выход устройства извлечения квадратного корня подключен ко входу делитель делительного устройства, выход нормир -ющего преобразователя подключен ко входу делимое делительного устройства, а выход последнего подключен к потенциометру.

Такая конструкция анализатора позволяет в процессе одного анализа измерять низшую объемную теплоту сгорания, нлотность и число Воббе анализируемого газообразного топлива за счет использования вспомогательной колонки, турбулентного дросселя, дифманометра и вычислительных устройств.

По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.

Схема автоматического анализатора теплоценности газообразных топлив показана на фиг. 1.

Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив содержит камеру 1, в днище 2 которой установлена горелка 3 для формирования пламени во внутренней полости камеры 1, соединенная с помощью тройника 4 с трубопроводом водорода 5 и выходом 6 колонки 7, подключенной своим входом 8 к выходному щтуцеру 9 дозатора 10. Два входных щт цера 11 и 12 дозатора 10 соединены соответственно с трубопроводом 13 газообразного топлива и трубопроводом 14 газа-носителя, термопару 15, расположенную над горелкой 3 и подключенную к нормирующему преобразователю 16, и потенциометр 17. Анализатор также содержит вспомогательную колонку 18, турбулентный дроссель 19, дифманометр 20, последовательно соединенные суммирующее вычислительное устройство 21, устройство извлечения квадратного корня 22 и вычислительное делительное устройство 23. Причем вход 24 вспомогательной колонки 18 подключен к выходному щтуцеру 9 дозатора 10, турбулентный дроссель 19 установлен на выходе 25 вспомогательной колонки и к его входу 26 и выходу 27 подключен дифмано.Гс///Г/Л7

метр 20, при этом выход дифманометра 20 подключен ко входу суммирующего вычислительного устройства 21, выход устройства 22 извлечения квадратного корня подключен ко входу делитель делительного устройства 23, выход нормирующего преобразователя 16 подключен ко входу делимое делительного устройства, выход последнего подключен к потенциометру 17. Для поддержания постоянства расходов воздуха, водорода, анализируемого газа и газа-носителя в состав анализатора включены стабилизаторы расхода 28-31. Для исключения турбулентных потоков воздуха в камере 1 установлен рассекатель 32, а для управления работой анализатора в состав анализатора включен программатор 33. Основные измерительные элементы анализатора, а именно камера 1, дозатор 10, колонки 7 и 18, турбулентный дроссель 19 и дифманометр 20 размещены в термостате 34, термостатирующемся при температуре 45°С. В составе анализатора используется многоточечный потенпиометр 17, что обеспечивает возможность регистрации сигналов делительного устройства 23, нормирующего преобразователя 16 и дифманометра 20. Измерительная схема анализатора состоит из двух частей: калориметрической и денсиметрической. Калориметрическая часть включает в себя: камеру 1 с горелкой 3, колонку 7, термопару 15 и нормирующий преобразователь 16, и предназначена для измерения низшей объемной теплоты сгорания газообразного топлива. Денсиметрическая часть включает в себя: колонку 18, турбулентный дроссель 19 и дифманометр 20, и предназначена для измерения разности плотностей анализируемого газообразного топлива и газаносителя (например, воздуха).

Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив является измерительным устройством циклического действия и имеет два режима работы: Подготовка и Анализ, которые реализуются следующим образом. Непрерывно в анализатор из стабилизаторов расхода 28-31 воздуха, водорода, анализируемого газа и газа-носителя (в частном случае может быть воздух) подаются постоянные расходы этих газов. Водород сгорает в горелке 3, рассекатель воздуха 32 создает равномерный по сечению поток

воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания измеряется термопарой 15 и нормирующим преобразователем 16.

В режиме Подготовка, в который дозатор 10, а с ним вместе и весь анализатор переключаются по команде программатора 33, через колонку 7 и дозатор 10 в горелку 3 поступает газ-носитель, а через дозируемый объем дозатора 10 протекает анализируемый газ, промывая этот объем от газаносителя. В режиме Подготовка в горелке 3 сгорает только водород, а формирующийся при этом сигнал термопары 15 принимают за начальный уровень калориметрической части анализатора. В это же время через дозатор 10 и колонку 18 в турбулентный дроссель 19 поступает газ-носитель с постоянным объемным расходом. Возникающий на дросселе 19 перепад давлений измеряется дифманометром 20, а формирующийся при этом на выходе дифманометра 20 сигнал принимается за начальный уровень сигнала денсиметрической части анализатора. Режим Подготовка длится 30 - 60 с. Затем по команде программатора 33 дозатор 10. а с ним вместе и весь анапизатор, переводится в режим работы Анализ. При этом проба анализируемого газа вводится в поток газа-носителя и через щтупер 9 подается одновременно в колонки 7 и 18 в заранее принятом соотнощении, которое определяется аэродинамическими свойствами элементов калориметрической и денсиметрической частей анализатора. Колонки 7 и 18 создают небольщую (15 - 30 с) временную задержку в поступлении анализируемого газа от дозатора 10 к горелке 3 и турбулентному дросселю 19. Эта задержка необходима для заверщения переходных процессов, возникающих при переключении дозатора 10, которые вызывают флуктуации начальных сигналов обеих частей анализатора. При поступлении пробы анализируемого газа в горелку 3 горючие компоненты сгорают в пламени водорода. При этом увеличивается температура потока газообразных продуктов сгорания, увеличивается сигнал термопары 15 и выходной сигнал нормирующего преобразователя. Одновременно при поступлении пробы анализируемого газа в турбулентный дроссель 19 изменяется разность давлений на этом дросселе, а следовательно, изменится и выходной

сигнал дифманометра 20. Объем пробы, отбираемой дозатором 10. выбирается так, чтобы сигналы на выходе нормирующего преобразователя 16 и дифманометра 20 имели форму трапепии, высота которой является информативным параметром, что увеличивает точность измерений (Фарзане Н. Г., Илясов Л. В., Азим-заде А. Ю. Автоматические детекторы газов и жидкостей. М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 12). При этом сигнал нормирующего преобразователя Ui пропорционален низщей объемной теплоте сгорания Q газообразного топлива, а сигнал дифманометра U2 пропорционален разности плотностей газообразного топлива р и газа-носителя р,.,, в нормальных условиях, то есть

U, K,.Q,(1)

U2 K2-(p-p,.,,),(2)

где К| и Кз - коэффициенты преобразования калориметрической и денсиметрической частей анализатора. Сигнал U2 с выхода дифманометра подается в суммирующее устройство, где к нему прибавляют постоянный сигнал Uo, значение которого определяется плотностью газа-носителя р,.„ (Uo ,,). Выходной сигнал УЗ устройства 21 определяется выражением:

УЗ U2 +и„ К2-(Р - Р,.„) + К2-Р,,, К2-р.(3)

в устройстве 22 из сигнала УЗ извлекается квадратный корень, а сигнал этого устройства определяется выражением:

,.vW7,(4)

где К, -р, - постоянный коэффициент;

PIJ - плотность воздуха при нормальных условиях;

Р/

РОТП - - относительная плотность анализируемого газа (по воздуху).

Сигнал U| нормирующего преобразователя и сигнал U4 устройства 22 подаются соответственно на входы Делимое и Делитель делительного устройства 23. Выходной сигнал Us этого устройства определяется числом Воббе анализируемого газообразного топлива, а именно: и.- -К-8е, ,. к, где - т - коэффициент (5) преобразования анализатора по числу Воб

6 - - ЧИСЛО Воббе.

Сигнал и,, а также сигналы U| и ЬЧ, подают на вход многоточечного потенциометра 17. Все описанные операции повторяются в каждом цикле автоматического анализа газообразного топлива. Время одного цикла работы анализатора составляет 1 - 2 мин.

Таким образом предлагаемый анапизатор теплоценности газообразных топлив обеспечивает полный контроль качества газообразных топлив., так как позволяет получить информацию о низшей теплоте сгорания, числе Воббе и плотности этого топлива.

Преимуществом предлагаемого технического решения является:

-простота контроля теплоценности газообразного топлива;

-комплексность контроля;

возможность использования в системах товарного учета газообразных топлив.

Предлагаемый анализатор может быть реализован на базе серийных промышленных автоматических хроматографических анализаторов., дифманометров с унифицированным электрическим выходным сигналом и серийных электрических вычислительных устройств.

Анализатор может найти широкое применение для контроля теплоценности газообразных топлив на магистральных трубопроводах и газопроводах промышленных предприятий.

Claims

Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив, содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, соединенная с помощью тройника с трубопроводом водорода и выходом колонки, подключенной своим входом к выходному штуцеру дозатора, два входных штуцера которого соединены соответственно с трубопроводом газообразного топлива и трубопроводом газаносителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю, и потенциометр, отличающийся тем, что анализатор дополнительно содержит вспомогательную колонку, турбулентный дроссель, дифманометр с унифицированным выходным электрическим сигналом, последовательно соединенные суммирующее вычислительное устройство и устройство извлечения квадратного корня, а также вычислительное делительное устройство, причем вход вспомогательной колонки подключен к выходному штуцеру дозатора, турбулентный дроссель установлен на выходе вспомогательной колонки и к его входу и выходу подключен дифманометр, при этом выход дифманометра подключен ко входу суммирующего вычислительного устройства, выход устройства извлечения квадратного корня подключен ко входу "делитель" делительного устройства, выход нормирующего преобразователя подключен ко входу "делимое" делительного устройства, а выход последнего подключен к потенциометру.