Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив

Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам автоматического контроля теплоценности газообразных топлив. Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив, содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, снабженная штуцером для подачи водорода, буферную колонку, автоматический дозатор с двумя входными штуцерами, соединенными с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную последовательно к нормирующему преобразователю и к устройству обработки и отображения информации. Отличие анализатора состоит в том, что он дополнительно содержит две вспомогательные колонки, делитель потока, турбулентное пневматическое сопротивление и два тройника, при этом первый тройник подключен к входу горелки, выходам буферной и первой вспомогательной колонок, вход делителя потока подключен к выходу дозатора, а его выходы соединены с входами буферной и второй вспомогательной колонок, а второй тройник соединен с входом первой вспомогательной колонки, выходом второй вспомогательной колонки и входом турбулентного пневматического сопротивления. 2 илл.

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

Известен автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив (Измерения в промышленности. Справочник. Под ред. П.Профоса. 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 при сгорании анализируемого газа.

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

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому анализатору является автоматический анализатор объемной теплоты сгорания газообразных топлив (RU 30993, Кл. G01N 25/22, 2003), содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, снабженная штуцером для подачи водорода, буферную колонку, автоматический дозатор с двумя входными штуцерами, соединенными с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную последовательно к нормирующему преобразователю и к устройству обработки и отображения информации. Определение теплоты сгорания газообразного топлива осуществляется по температуре сгорания газообразных продуктов.

Недостатком такого анализатора является то, что он позволяет измерять только низшую объемную теплоту сгорания газообразного топлива, которая лишь частично определяет качество газообразного топлива, а при товарном учете газообразных топлив помимо информации о низшей объемной теплоте сгорания используется еще и информация о плотности и числе Воббе.

Задачей полезной модели является получение возможности комплексной автоматической оценки теплоценности газообразных топлив, которая характеризуется низшей объемной теплотой сгорания, плотностью и числом Воббе.

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

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив, содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, штуцер для подачи водорода в камеру, буферную колонку, автоматический дозатор с двумя входными штуцерами, соединенными с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную последовательно к нормирующему преобразователю и к устройству обработки и отображения информации, согласно полезной модели он дополнительно содержит две вспомогательные колонки, делитель потока, турбулентное пневматическое сопротивление и два тройника, при этом первый тройник подключен к входу горелки, выходам буферной и первой вспомогательной колонки, вход делителя потока подключен к выходу дозатора, а его выходы соединены с входами буферной и второй вспомогательной колонки, а второй тройник соединен с входом первой вспомогательной колонки, выходом второй вспомогательной колонки и входом турбулентного пневматического сопротивления.

Такая конструкция анализатора позволяет в процессе одного анализа измерять низшую объемную теплоту сгорания, плотность и число Воббе анализируемого газообразного топлива за счет использования двух вспомогательных колонок, делителя потока, турбулентного пневматического сопротивления и двух тройников.

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; на фиг.2 показаны сигналы анализатора.

Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив (фиг.1) содержит камеру 1, в днище 2 которой установлена горелка 3 для формирования пламени во внутренней полости 4 камеры 1, снабженная штуцером 5 для подачи водорода. Анализатор также содержит буферную колонку 6, автоматический дозатор 7, входные штуцера 8 и 9 которого соединены соответственно с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару 10, расположенную над горелкой 3 и подключенную последовательно к нормирующему преобразователю 11 и к устройству обработки и отображения информации 12. Также анализатор содержит вспомогательные колонки 13 и 14, делитель 15 потока, турбулентное пневматическое сопротивление 16 и два тройника: первый 17 и второй 18. Первый тройник 17 подключен к входу 19 горелки 3, выходам 20 и 21 буферной колонки 6 и первой вспомогательной колонки 13. Вход 22 делителя 15 потока подключен к выходу 23 дозатора 7, а его выходы 24 и 25 соединены с входом буферной колонки 6 и входом 26 второй вспомогательной колонки 14. Второй тройник 18 соединен с входом 27 первой вспомогательной колонки 13, выходом 28 второй вспомогательной колонки 14 и входом 29 турбулентного пневматического сопротивления 16. На входных трубопроводах соответственно воздуха, водорода, анализируемого газа и газа-носителя установлены стабилизаторы 30, 31, 32 и 33 расхода газовых потоков соответственно. Для исключения турбулентных потоков воздуха в камере 1 установлен рассекатель 34, а для управления работой анализатора в состав анализатора включен программатор 35.

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 30-33 расхода воздуха, водорода, анализируемого газа и газа-носителя (водорода) подаются постоянные расходы этих газов. Водород сгорает в горелке 3, рассекатель 34 воздуха создает равномерный по сечению поток воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания измеряется термопарой 10 и нормирующим преобразователем 11. В режиме «Подготовка» (в интервале времени T _n=t₂-t₁) в горелке 3 сгорает только водород, а формирующийся при этом сигнал термопары 10 принимают за начальный уровень сигнала анализатора U₀. Затем в момент времени t₂ по команде программатора 35 дозатор 7, а с ним вместе и весь анализатор, переводится в режим работы «Анализ». При этом проба анализируемого газа вводится в поток газа-носителя и через делитель 15 потока подается одновременно в буферную колонку 6 и вторую вспомогательную колонку 14 в заранее принятом соотношении. Длины колонок 6 и 14 подобраны так, что первоначально часть пробы, поступившая в буферную колонку 6, транспортируется в горелку 3, где сгорает в пламени водорода, тем самым, увеличивая температуру потока газообразных продуктов сгорания, измеряемую термопарой 10. При этом формируется первый импульсный сигнал И1 на выходе нормирующего преобразователя 11 (фиг.2). Вторая часть пробы, поступившая во вторую вспомогательную колонку 14, потоком газа-носителя транспортируется в тройник 18. При этом часть пробы вытекает в атмосферу через турбулентное пневматическое сопротивление 16, а оставшаяся часть поступает в первую вспомогательную колонку 13. В период времени, когда часть пробы истекает через турбулентное пневматическое сопротивление 16 в атмосферу, давление газа-носителя перед сопротивлением 16 увеличивается. Поэтому поток газа-носителя через турбулентное пневматическое сопротивление 16 уменьшается, а через первую вспомогательную колонку 13 - увеличивается. Так как газ-носитель является горючим газом (водородом), это вызывает увеличение потока водорода, сгорающего в пламени горелки 3. Поэтому температура продуктов сгорания, омывающих термопару 10, увеличивается. При этом на выходе нормирующего преобразователя 11 формируется второй импульсный сигнал И2 (фиг.2). В течение следующего отрезка времени часть пробы, поступившая из тройника 18 в первую вспомогательную колонку 13, транспортируется в горелку 3 и сгорает в пламени водорода. При этом на выходе нормирующего преобразователя 11 формируется третий импульсный сигнал И3 (фиг.2). На этом заканчивается режим работы «Анализ», продолжительность которого занимает интервал времени Т_а . В дальнейших циклах работы анализатора, продолжительностью каждый T_ц, все операции, описанные выше, повторяются.

Сигналы И1 и И2 (фиг.2) используются устройством 12 обработки и отображения информации для определения значений низшей объемной теплоты сгорания анализируемого газа, его плотности в нормальных условиях и числе Воббе. При этом учитываются следующие модели сигналов анализатора:

амплитуда первого сигнала описывается выражением:

где K₁ - коэффициент преобразования анализатора по теплоте сгорания;

Q_Н - низшая теплота сгорания анализируемого газа;

Q_Г-Н - низшая теплота сгорания газа-носителя (водорода).

Амплитуда второго сигнала описывается выражением:

где K₂ - коэффициент преобразования анализатора по плотности;

_Н - плотность анализируемого газа в нормальных условиях;

_Г-Н - плотность газа-носителя (водорода) в нормальных условиях. Из моделей (1) и (2) при известных значениях сигналов U₁, U₂, коэффициентов преобразования K₁ и K₂, значениях Q_Г-Н и _Г-Н в устройстве 12 обработки и отображения информации определяются величины Q_H и _H, а число Воббе вычисляется по формуле:

где _ОТН - относительная плотность анализируемого газа в нормальных условиях по воздуху:

где _ВОЗ.Н - плотность воздуха в нормальных условиях.

При экспериментальных исследованиях предлагаемого анализатора теплоценности газообразных топлив, выполненных при расходе водорода 2 л/час, воздуха 12 л/час, газа-носителя (водорода) 2 л/час, было установлено, что за время одного анализа, который длится 90-100 секунд, оказывается возможным измерить все основные характеристики, определяющие теплоценность газообразных топлив. Причем, так как в анализаторе все время сгорает водород, он позволяет осуществлять анализ как природных, так и бедных (горючими компонентами) газов.

Таким образом, предлагаемый анализатор 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;

- простота конструкции;

- возможность определения теплоценности бедных (горючими

компонентами) газов.

Предлагаемый автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив может быть реализован на базе существующих автоматических анализаторов теплоты сгорания газообразных топлив при введении в его конструкцию дополнительных элементов: двух вспомогательных колонок, делителя потока, турбулентного пневматического сопротивления и двух тройников.

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

Автоматический анализатор теплоценности газообразных топлив, содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, штуцер для подачи водорода в камеру, буферную колонку, автоматический дозатор с двумя входными штуцерами, соединенными с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную последовательно к нормирующему преобразователю и к устройству обработки и отображения информации, отличающийся тем, что анализатор дополнительно содержит две вспомогательные колонки, делитель потока, турбулентное пневматическое сопротивление и два тройника, при этом первый тройник подключен к входу горелки, выходам буферной и первой вспомогательной колонок, вход делителя потока подключен к выходу дозатора, а его выходы соединены с входами буферной и второй вспомогательной колонки, а второй тройник соединен с входом первой вспомогательной колонок, выходом второй вспомогательной колонки и входом турбулентного пневматического сопротивления.