СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ ГИГРОМЕТРОВ ТОЧКИ РОСЫ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано, в частности для градуировки гигрометров, применяемых для измерения точки росы природных газов, содержащих пары спирта или тяжелые углеводороды.

Проблема определения влажности газа в газовой отрасли в значительной мере связана с применением метанола, ДЭГа и др. веществ для борьбы с гидратообразованием в скважинах, газопроводах и технологических установках. Попадая в датчик измерителя влажности (гигрометра), эти спирты и тяжелые углеводороды, содержащиеся в газе, приводят к завышению фактического значения точки росы по влаге и, соответственно, к заниженной оценке качества поставляемого природного газа, что немаловажно при взаиморасчетах за поставляемый газ. Различие между измеренным гигрометром и фактическим значением точки росы по влаге тем существеннее, чем выше концентрация паров спирта и тяжелых углеводородов в газе и чем суше газ. Проблема усложняется тем, что одно и тоже, измеренное гигрометром, значение точки росы (при Р=const) может отвечать различному влагосодержанию при различных концентрациях паров спирта и тяжелых углеводородов в газе.

В связи с развитием газовой отрасли, ростом количества действующих скважин и технологических установок, а также расширением сети магистральных газопроводов, необходимость учета влияния паров спиртов и тяжелых углеводородов на измерение влажности - точки росы природных газов - становится все более актуальной.

Известен способ градуировки гигрометров точки росы природных газов, включающий насыщение потока исходного сухого инертного газа парами воды, ряд последующих циклов разбавления, подачу разбавленного влажного газа в гигрометр и построение градуировочной характеристики гигрометра для диапазона концентраций паров воды в природном газе (Халиф А.Л. и др. Приборы для определения влажности природного газа. М., ИРЦ Газпром, 1995 г., стр. 38-39).

Известно устройство для градуировки гигрометров точки росы природных газов, содержащее гигрометр и, связанные между собой, сатуратор для воды и камеру разбавления, соединенные с помощью ротаметров и дросселей с источником исходного сухого инертного газа (Халиф А.Л. и др. Приборы для определения влажности природного газа. М., ИРЦ Газпром, 1995 г., стр. 38-39).

Недостаток известного способа градуировки гигрометров точки росы природных газов в том, что отградуированный по этому способу гигрометр дает завышенные значения точки росы по влаге, поскольку способ не обеспечивает возможность создания потока влажного газа с заданной концентрацией в нем тяжелых углеводородов и спиртов, находящихся в составе природного газа, что приводит, соответственно, к заниженной оценке качества природного газа.

Недостаток известного устройства для градуировки гигрометров точки росы природных газов состоит в том, что гигрометр дает искаженные значения точки росы по влаге.

Задачей настоящего изобретения является повышение точности определения точки росы природных газов по влаге.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в предлагаемом способе градуировки гигрометров точки росы природных газов, включающем насыщение потока исходного сухого инертного газа парами воды, ряд последующих циклов разбавления, подачу разбавленного влажного газа в гигрометр и построение градуировочной характеристики гигрометра для диапазона концентраций паров воды в природном газе, разбавление полученного влажного газа исходным сухим инертным газом проводят, по крайней мере, до удвоенного значения требуемой концентрации, при этом разбавленный влажный газ смешивают в равных частях с дополнительным потоком исходного сухого инертного газа и подают смесь в гигрометр, затем насыщают исходный сухой инертный газ парами спирта или тяжелого углеводорода, разбавляют полученную смесь исходным сухим инертным газом, по крайней мере, до удвоенного значения требуемой концентрации и направляют ее в поток влажного разбавленного газа в количестве, равном количеству дополнительного потока исходного сухого инертного газа, перекрывая последний, после чего повторяют указанные действия с учетом концентраций, соответствующих содержанию паров воды и паров спирта или тяжелых углеводородов в природном газе.

Предлагаемый способ реализуют с помощью устройства для градуировки гигрометров точки росы природных газов, содержащего гигрометр и, связанные между собой, сатуратор для воды и камеру разбавления, соединенные с помощью ротаметров и дросселей с источником исходного сухого инертного газа, снабжено дополнительными сатуратором и камерой разбавления, соединенных между собой и с помощью ротаметров и дросселей с источником исходного сухого инертного газа, а также снабжено узлом смешения разбавленных потоков, включающем, по крайней мере, три идентичных ротаметра, входы двух из которых соединены с соответствующими им дросселями сброса и камерами разбавления, вход третьего - через дроссель с источником исходного сухого инертного газа, а выходы всех трех соединены через запорные вентили между собой и через камеру смешивания и пневмосопротивление с гигрометром.

Причем, для генерирования многокомпонентной парогазовой смеси, генератор влажного газа может быть снабжен несколькими дополнительными сатураторами и камерами разбавления. В этом случае разбавление потоков газа, насыщенных, например, парами спиртов или углеводородов, проводят до концентраций в n раз, превышающих требуемые, где n - число задаваемых примесных компонентов в смеси, при этом потоки разбавленных газов перед поступлением в гигрометр смешивают в равных частях.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для градуировки гигрометров природного газа.

На фиг.2 изображены градуировочные характеристики гигрометра.

Устройство для градуировки гигрометров точки росы природных газов содержит источник исходного сухого инертного газа 1, сатуратор 2 для воды, сатуратор 3 для спирта (или тяжелого углеводорода) и узел смешения разбавленных потоков 4. Сатуратор 2 для воды снабжен ротаметром 5 расхода влажного газа (газа, насыщенного парами воды), ротаметром 6 расхода исходного сухого инертного газа, двумя дросселями 7 и 8 тонкой регулировки для управления потоками влажного и исходного сухого инертного газа, и камерой разбавления 9. Аналогично сатуратор 3 для спирта (или углеводорода) снабжен ротаметром 10 расхода газа, насыщенного парами жидкости, залитой в сатуратор, ротаметром 11 расхода исходного сухого инертного газа, двумя дросселями 12 и 13 тонкой регулировки для управления потоками насыщенного газа и исходного сухого инертного газа, и камерой разбавления 14. Узел смешения разбавленных потоков 4 включает три идентичных ротаметра 15, 16, и 17. Входы 18 и 19 ротаметров 15 и 16 соединены соответственно с дросселями 20 и 21 сброса и через камеры разбавления 9 и 14 с сатураторами 2 и 3. Вход 22 ротаметра 17 соединен через дроссель 23 с источником исходного сухого инертного газа. Выходы 24, 25 и 26 ротаметров 15, 16 и 17 через запорные вентили 27, 28 и 29 соединены между собой и через камеру смешивания 30 и пневмосопротивление 31 с градуируемым гигрометром 32. Для улавливания капельной жидкости на выходе из сатураторов 2 и 3 установлены фильтры 33 и 34, а для улавливания влаги, содержащейся в жидкости, залитой в сатуратор 3, - ловушка 35. Температуру жидкости в сатураторах замеряют термометрами 36 и 37, давление задают регулятором 38. Запорные вентили 39 и 40 предназначены для предотвращения выброса жидкости из сатураторов 2 и 3 в систему во время остановки работы устройства. Для исключения подсоса атмосферного воздуха в систему (путем противотока), на выходе дросселей 20 и 21 установлены трубки-удлинители 41 и 42.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Исходный сухой инертный газ направляют из источника 1 через сатуратор 2, в который предварительно залита дистиллированная вода. Для этого открывают вентиль источника 1, регулятором давления 38 устанавливают требуемое давление по манометру регулятора и далее открывают запорный вентиль 39. Давление насыщенного водяного пара и соответственно концентрация водяного пара над жидкостью в сатураторе зависят от температуры сатуратора (термометр 36) и природы вещества в сатураторе (вода).

Влажный газ (газ, насыщенный парами воды при температуре сатуратора), выходящий из сатуратора 2, разбавляют исходным сухим инертным газом в камере разбавления 9 и далее через открытый дроссель сброса 20 узла смешения потоков 4 выводят в атмосферу. Концентрация паров воды в разбавленном влажном газе зависит от величины давления насыщенного водяного пара в сатураторе 2 и от соотношения расходов влажного и сухого газа. Расход влажного газа устанавливают с помощью дросселя 7 и ротаметра 5, расход исходного сухого инертного газа - с помощью дросселя 8 и ротаметра 6. Разбавление проводят до удвоенного значения требуемой концентрации паров воды в газе. Затем открывают вентиль 27 и, плавно прикрывая дроссель сброса 20, направляют часть разбавленного влажного газа из камеры разбавления 9 через ротаметр 15, камеру смешивания 30 и пневмосопротивление 31 в градуируемый гигрометр 32. Скорость потока разбавленного влажного газа через ротаметр 15 должна составить 1/n скорости, необходимой для работы градуируемого гигрометра 32 (n - число задаваемых примесных компонентов смеси). Невостребованную часть газа через дроссель 20 выводят в атмосферу. Перед поступлением в гигрометр поток разбавленного влажного газа смешивают в равных частях с дополнительным потоком исходного сухого инертного газа. Для этого открывают вентиль 29, направляя исходный сухой инертный газ из источника 1 в камеру смешивания 30. Скорость дополнительного потока исходного сухого инертного газа устанавливают дросселем 23 по ротаметру 17. Далее направляют исходный сухой инертный газ от источника 1 через сатуратор 3, в который предварительно залит, например, спирт. Для этого открывают запорный вентиль 40. Газ, насыщенный парами спирта, выходящий из сатуратора 3, разбавляют исходным сухим инертным газом в камере разбавления 14 и далее через дроссель 21 выводят в атмосферу. Концентрация паров спирта в разбавленном газе на выходе из камеры разбавления 14 зависит от величины давления насыщенного пара спирта в сатураторе 3 и соотношения расходов потоков, насыщенных парами спирта и исходного сухого инертного газа, которые устанавливают соответственно дросселями 12 и 13 по ротаметрам 10 и 11. Разбавление проводят до удвоенного значения требуемой концентрации паров спирта в газе. Затем открывают вентиль 28 и, плавно прикрывая дроссель сброса 21, направляют часть разбавленного газа с парами спирта через ротаметр 18 в поток влажного разбавленного газа в количестве, равном количеству дополнительного потока исходного сухого инертного газа через ротаметр 17, при этом дополнительный поток исходного сухого инертного газа перекрывают вентилем 29. Смешение разбавленных потоков влажного газа и газа, содержащего пары спирта, осуществляют в камере смешивания 30. Из камеры смешивания 30 газ с заданными концентрациями паров воды и спирта поступает через пневмосопротивление 31 в градуируемый гигрометр 32.

Таким образом, при замене дополнительного потока исходного сухого инертного газа потоком газа, содержащим пары спирта, концентрация паров воды в суммарном потоке газа, поступающем в гигрометр, не меняется.

Далее повторяют указанные действия с другими концентрациями, соответствующими содержанию паров воды и спирта (или углеводородов) в природном газе. По полученным экспериментальным данным строят градуировочные характеристики гигрометра.

Пример осуществления способа.

Способ градуировки гигрометров точки росы природных газов применен для экспериментальной оценки влияния паров этилового спирта на показания гигрометра адсорбционного типа.

В сатуратор 2 залита дистиллированная вода, в сатуратор 3 - 92% водный раствор этанола (по объему). Ловушка 35 заполнена хлористым кальцием. Температура сатураторов 2 и 3 колебалась от 16,5 до 17^oС. Исходный сухой инертный газ - азот подают в систему из источника 1. Регулятором давления 38 устанавливают давление 1 кгс/см². Далее открывают запорный вентиль 39 и с помощью дросселя 7 и ротаметра 5 газ направляют через сатуратор 2 в камеру разбавления 9, а из нее через полностью открытый дроссель сброса 20 газ выводят в атмосферу. В эту же камеру 9 с помощью дросселя 8 и ротаметра 6 направляют исходный сухой инертный газ из источника 1. Для подачи в гигрометр 33 потока газа, температура точки росы по влаге которого равна - 49^oС (концентрация паров воды 0,0042% об.), устанавливают скорость влажного газа через ротаметр 5, равную 20 см³/мин (дроссель 7) и скорость потока исходного сухого инертного газа через ротаметр 6, равную 4500 см³/мин (дроссель 8). Затем открывают вентиль 27 и с помощью дросселя сброса 20 и ротаметра 15 направляют поток разбавленного влажного газа через камеру смешивания 30 и пневмосопротивление 31 в градуируемый гигрометр 32. Скорость газа через ротаметр 15 задают равной 250 см³/мин, лишний газ выводится через дроссель 20 в атмосферу. Далее открывают запорный вентиль 29 узла смешения разбавленных потоков 4 и с помощью дросселя 23 устанавливают скорость дополнительного потока исходного сухого инертного газа через ротаметр 17 равной скорости потока разбавленного влажного газа через ротаметр 15 (250 см³/мин). В результате смешения в равных частях потоков разбавленного влажного и исходного сухого инертного газа, на входе в гигрометр обеспечивают необходимую для его работы скорость потока газа (500 см³/мин) и требуемую концентрацию паров воды в газе (температура точки росы - 49^oС). Сняв показания гигрометра, получают первую точку для построения его градуировочной характеристики (температура точки росы - 49^oС, пары спирта отсутствуют).

Затем открывают запорный вентиль 40 и с помощью дросселя 12 и ротаметра 10 направляют газ из источника 1 через сатуратор 2 в камеру разбавления 14, а из нее через полностью открытый дроссель сброса 21 выводят в атмосферу. Через эту же камеру 14 с помощью дросселя 13 и ротаметра 11 направляют исходный сухой инертный газ из источника 1. Для подачи в гигрометр 33 потока газа, содержащего 0,11% паров этилового спирта, устанавливают скорость потока газа, насыщенного парами спирта через ротаметр 10, равную 200 см³/мин, (дроссель 12) и скорость потока исходного сухого инертного газа через ротаметр 11, равную 4500 см³/мин (дроссель 13). Затем открывают вентиль 28 и дросселем 21 устанавливают скорость потока разбавленного газа, содержащего пары спирта, через ротаметр 16 равной 250 см³/мин, при этом дополнительный поток исходного сухого инертного газа перекрывают вентилем 29. В результате в поток разбавленного влажного газа, вместо дополнительного потока исходного сухого инертного газа, поступает идентичный ему поток газа, содержащий пары спирта, при этом предварительно достигнутая концентрация паров воды в суммарном потоке газа не меняется. Из камеры смешивания 30 газ с требуемой концентрацией паров спирта и с требуемой концентрацией паров вода (с требуемой точкой росы по влаге) непрерывно поступает через пневмосопротивление 31 в градуируемый гигрометр 32. Сняв показания гигрометра, получают вторую точку для построения его градуировочной характеристики (температура точки росы по влаге - 49^oС, концентрация паров спирта 0,11% об.). Затем перекрывают запорный вентиль 28 и открывают запорный вентиль 29. Далее повторяют указанные действия с другими концентрациями.

В рассматриваемом примере выполнено четыре серии измерений, каждая из которых характеризовалась собственной точкой росы по влаге (- 49^oС; - 40^oС; -29^oС; - 21,5^oС).

Концентрацию паров спирта в каждой серии измерений изменяли дискретно от 0,03% об. до 1,3% об. Каждая серия включала 19 замеров точки росы, каждый замер отвечал определенной концентрации паров спирта.

По полученным данным построены градуировочные характеристики гигрометра (фиг.2).

Как видно из графика на фиг.2 пары этилового спирта при их концентрации в газе свыше 0,1% об. завышают фактические значения точки росы по влаге во всем указанном диапазоне, что ведет к заниженной оценке реальных качественных показателей газа. Одно и тоже измеренное гигрометром значение точки росы соответствует различному влагосодержанию при р=const и разном содержании паров спирта. Так, гигрометр показывает температуру точки росы - 30^oС при ее фактическом значении (по влаге) - 49^oС и концентрации паров этилового спирта 1,3% об. ; при фактическом значении - 43^oС и концентрации 0,9% об.; при фактическом значении - 38^oС и концентрации 0,8% об.; при фактическом значении - 36^oС и концентрации 0,7% об.; и лишь при концентрации паров этилового спирта ниже 0,1% об. измеренная гигрометром температура точки росы (- 30^oС в нашем примере) соответствует фактической температуре точки росы по влаге.

Представленные на фиг. 2 градуировочные характеристики гигрометра дают возможность по измеренному значению температуры точки росы и известной концентрации паров спирта в газе (например, из хроматографического анализа) найти ее фактическое значение - температуру точки росы по влаге.

Применение заявленного способа градуировки гигрометров точки росы природных газов и устройства для его осуществления позволяет:
- оценить влияние паров спиртов и тяжелых углеводородов на показания применяемых в газовой отрасли гигрометров;
- установить для каждого типа гигрометра предельные значения содержания спиртов, начиная с которых показания гигрометра завышены и однозначно не связаны с содержанием водяных паров в природном газе;
- градуировать гигрометры точки росы природных газов с учетом влияния на их показания паров метанола и, при известной концентрации последних, по измеренному значению точки росы определять ее фактическое значение (температуру точки росы по влаге);
- повысить точность определения точки росы природных газов по влаге, что весьма актуально для газовой промышленности, поскольку влажность газа - один из важнейших качественных показателей, определяющих стоимость экспортируемого природного газа.