Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ГРАВИМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ В ПРИРОДНОМ ГАЗЕ ПУТЁМ ОСАЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано при анализе природного газа с целью контроля его качества на соответствие техническим условиям.

Природные и попутные газы, транспортируемые по магистральным газопроводам, могут содержать различные твердые примеси (песок, пыль, частицы сварочного аэрозоля, окалина и т.п.) и жидкие компоненты (вода, конденсат, масло). Во избежание негативного влияния этих примесей на оборудование газотранспортной системы и инфраструктуры потребителей газа, в том числе поршневые компрессоры, нагнетатели, арматуру, фильтры ТЭС и др., содержание механических примесей в газе ограничивается и должно контролироваться.

Известные методы измерения концентрации пыли и прочих механических примесей в газе делятся на две группы:

- основанные на предварительном осаждении частиц и исследовании осадка;

- без предварительного осаждения [1] (Алиев Г.М. - А.М. «Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов». Справочник, Металлургия, М., 1986, 544 с.).

К первой группе относятся:

- денситометрический метод, основанный на предварительном осаждении частиц пыли на фильтре и определении оптической плотности пылевого осадка;

- пьезоэлектрический метод, основанный на измерении частоты колебаний кристалла во время осаждения на его поверхности твердых частиц;

- метод на основе измерения перепада давления на фильтре [1].

К недостаткам данной группы методов относятся циклический характер измерения, большая трудоемкость, низкая чувствительность, длительный пробоотбор при малых концентрациях.

Ко второй группе относятся:

- электрические методы, основанные на способности частиц пыли к электризации [1];

- акустический метод, основанный на измерении параметров акустического поля в рабочем зазоре между источником и приемником звука [1], [2] (Клименко А.П. «Методы и приборы для измерения концентрации пыли», М., Химия, 1978);

- оптические методы, основанные на явлении поглощения света движущимся пылегазовым потоком и рассеяния света движущимися частицами пыли. Например, известен способ определения концентрации пыли в газе с помощью оптического пылемера, описанного в [3] (Патент России №2095792, кл. МПК G01N 21/85, опубл. 10.11.1997), определение запыленности газа с применением промышленного пылемера [4] (http://cyklon-cn.ru/automatic-semiautomatic-dustmeters.html).

Ограничением применения методов второй группы являются влияние на результат таких параметров, как дисперсный состав пыли, влажность газа, сложность аппаратурного оформления.

Технические условия на газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения [5] (ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия»), а также технические условия на газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам [6] (СТО Газпром 089-2010 «Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия») являются основными документами, устанавливающими требования к показателям качества природного газа в Российской Федерации. Данные стандарты регламентируют содержание механических примесей в природном газе не более 0,001 г/м³ и устанавливают метод испытаний на этот показатель - [7] (ГОСТ 22387.4-77 «Газ для коммунально-бытового потребления. Метод определения содержания смолы и пыли»).

ГОСТ 22387.4-77 является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу. Сущность метода по [7] заключается в осаждении смолы и пыли из газа на фильтре и установлении количества осажденных веществ взвешиванием.

При использовании этого метода две трубки наполняют гигроскопической ватой, а третью трубку наполняют свежепрокаленным хлористым кальцием. Трубки, соединив их в последовательности: вата -хлористый кальций - вата, подсоединяют к газовому счетчику и пропускают через них не менее 1000 дм³ газа со скоростью 75-80 дм³/ч. По окончании пропускания газа от системы отсоединяют предварительно взвешенную первую трубку, закрывают ее, выдерживают 15-20 мин, взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г. Результат рассчитывают по изменению веса в пересчете на объем пропущенного газа.

ГОСТ 22387.4-77 не пересматривался много лет и имеет существенные недостатки и ограничения при практическом применении. Недостатком данного способа является то, что аппаратура, реактивы и материалы, установленные данным стандартом, удобны к применению только в условиях стационарной лаборатории, а не для испытаний на пробоотборных точках газопроводов [8] (ГОСТ 31370-2008 «Газ природный. Руководство по отбору проб»), которые преобладают при определении механических примесей в природном газе, кроме того, [7] не подходит для сухих газов с низкой температурой точки росы газа по влаге, так как гигроскопическая вата, на которой осаждаются механические примеси, за время проведения анализа высушивается природным газом сильнее, чем хлористым кальцием. В результате можно наблюдать отрицательный привес массы на фильтре даже при визуальном наличии механических примесей в газе, что делает невозможным применение данного стандарта для сухих газов. Также одним из существенных недостатков [7] является значительная длительность измерений. За результат испытаний принимают среднее арифметическое двух измерений, каждое из которых длится в среднем 12-14 часов, что является ограничением по применению данного метода.

Задачей настоящего изобретения является создание способа гравиметрического определения механических примесей в природном газе, подходящего для газов разной степени осушки, путем осаждения примесей из газа на фильтре аналитическом аэрозольном промышленного производства со скоростью газа, при которой сокращается время проведения испытания.

Поставленная задача решается за счет:

- замены системы хлоркальциевых трубок на фильтры аналитические аэрозольные типа АФА-ВП-10;

- увеличения скорости пропускания газа через фильтр.

Сущность настоящего изобретения состоит в том, что в известном способе определения механических примесей в природном газе путем осаждения частиц из природного газа, включающем точку отбора проб, счетчик газовый барабанный, устройство для осаждения частиц, согласно изобретению осаждение механических примесей производится на фильтр аналитический аэрозольный типа АФА-ВП-10 с более высокой скоростью пропускания газа 200-250 дм³/ч с последующим установлением количества осажденных веществ гравиметрическим (весовым) методом.

Способ осуществляется следующим образом.

Для проведения испытания используются следующие средства измерений, вспомогательные устройства, реактивы, материалы:

• Счетчик газа объемный диафрагменный типоразмера G 1.6 по [9] (ГОСТ Р 50818-95. «Счетчики газа объемные диафрагменные. Общие технические требования и методы испытаний») с пределами допускаемой относительной погрешности счетчика ±1,5% - в диапазоне расходов от 0,16 м³/ч до 2,5 м³/ч.

• Весы аналитические не ниже высокого (II) класса точности по [10] (ГОСТ Р 53228-2008 «Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания»).

• Фильтры аналитические аэрозольные АФА-ВП-10 по [11] (ТУ 95 1892-89 «Фильтры типа АФА-ВП. Технические условия»),

• Фильтродержатель (аллонж) ИРА-10-2 с рабочей поверхностью 10 см², закрытый, изготовленный из ударопрочного полистирола по [12] (ТУ 95 1021-82 «Фильтродержатель ИРА. Технические условия»).

• Трубка силиконовая прозрачная по [13] (ТУ 9398-003-00152106-2003 «Трубки силиконовые медицинские. Технические условия»).

• Эксикатор по [14] (ГОСТ 25336-82 «Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры»).

• Хлористый безводный кальций по [15] (ТУ 6-09-4711-81 «Реактивы. Кальций хлористый (обезвоженный), чистый. Технические условия»).

Допускается применение других средств измерений, вспомогательного оборудования, реактивов и материалов с техническими и метрологическими характеристиками и квалификаций не хуже приведенных.

Начертеже показана схема осуществления способа гравиметрического определения механических примесей в природном газе путем осаждения частиц из природного газа, где

1 - фильтр аналитический аэрозольный типа АФА-ВП-10;

2 - фильтродержатель типа ИРА-10-2;

3 - силиконовые трубки;

4 - штуцер пробоотборный с шаровым краном;

5 - вентиль регулировки скорости газа;

6 - счетчик газа.

Высушенный до постоянного веса в эксикаторе с хлористым кальцием и предварительно взвешенный с погрешностью не более 0,0002 г фильтр аналитический аэрозольный типа АФА-ВП-10 1 устанавливают в фильтродержатель типа ИРА-10-2 2. Один конец фильтродержателя типа ИРА-10-2 2 присоединяют силиконовой трубкой 3 к штуцеру пробоотборному с шаровым краном 4 через вентиль регулировки скорости газа 5 в точке пробоотбора газопровода, а другой конец фильтродержатель типа ИРА-10-2 2 присоединяют к счетчику газа 6 и пропускают через фильтр аналитический аэрозольный типа АФА-ВП-10 1 не менее 1000 дм³ газа со скоростью 200-250 дм³/ч. По окончании пропускания газа фильтр аналитический аэрозольный типа АФА-ВП-10 1 высушивают до постоянного веса в эксикаторе и взвешивают с погрешностью не более 0,0002 г.

Массовую долю механических примесей в испытуемом газе (х) в граммах на 1 м³ (г/м³) вычисляют по формуле:

X = (m₂-m₁)/V₂₀,

где m₁ - масса высушенного до постоянного веса фильтра до пропускания газа, г;

m₂ - масса высушенного до постоянного веса фильтра после пропускания газа, г;

V₂₀ - объем испытуемого газа, измеренный по счетчику и приведенный к 293 К (20°С) и 101325 Па (760 мм рт. ст.), м³.

За результат испытания принимают среднее арифметическое двух последовательных определений, допускаемые расхождения между которыми не должны превышать 0,0005 г на 1 м³.

Приведение объема газа к стандартным условиям при температуре 293 К (20°С) и атмосферном давлении 101,325 кПа (760 мм рт. ст.) проводят по формуле:

V₂₀ = V_t⋅293⋅P / (273+t)⋅101,325,

где V_t - объем газа, измеренный по счетчику, м³;

P - барометрическое давление в месте отбора проб, кПа (101,325 кПа = 760 мм рт. ст.);

t - температура газа при проведении испытания, °С.

Заявляемый способ позволяет значительно сократить длительность определения механических примесей в природном газе. Гравиметрический метод с использованием пробоотбора на фильтр аналитический аэрозольный может быть использован для экспрессной оценки содержания механических примесей в природном газе в экстренных ситуациях, когда длительные сроки проведения испытаний носят критический характер. Также заявляемый способ не зависит от влажности испытуемого газа, прост и удобен в практическом воплощении.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Алиев Г.М. - А.М. «Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов». Справочник, Металлургия, М., 1986, 544 с.;

2. Клименко А.П. «Методы и приборы для измерения концентрации пыли», М., Химия, 1978;

3. Яковлев В.И. «Оптический пылемер». Пат. России №2095792, кл. МПК G01N 21/85;

4. http://cyklon-cn.ru/automatic-semiautomatic-dustmeters.html;

5. ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия»;

6. СТО Газпром 089-2010 «Газ горючий природный, поставляемый и транспортируемый по магистральным газопроводам. Технические условия»;

7. ГОСТ 22387.4-77 «Газ для коммунально-бытового потребления. Метод определения содержания смолы и пыли»;

8. ГОСТ 31370-2008 «Газ природный. Руководство по отбору проб»;

9. ГОСТ Р 50818-95. Счетчики газа объемные диафрагменные. Общие технические требования и методы испытаний.

10. ГОСТ Р 53228-2008. Весы неавтоматического действия. Часть 1. Метрологические и технические требования. Испытания.

11. ТУ 95 1892-89. Фильтры типа АФА-ВП. Технические условия.

12. ТУ 95 1021-82. Фильтродержатель ИРА. Технические условия.

13. ТУ 9398-003-00152106-2003. Трубки силиконовые медицинские. Технические условия.

14. ГОСТ 25336-82. Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры.

15. ТУ 6-09-4711-81. Реактивы. Кальций хлористый (обезвоженный), чистый. Технические условия.