Автоматический анализатор объемной теплоты сгорания газообразных топлив

2003108006
АВТОМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ОБЪЕМНОЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ
ГАЗООБРАЗНЫХ ТОНЛИВ
Полезная модель относится к области аналитической техники, а именно, к средствам измерений теплоты сгорания газообразных топлив.
Известен теплообменный анализатор теплоты сгорания для газообразных веществ (Измерения в промышленности. Справочник. Под ред. П. Профоса. М.: Металлургия, 1980. С. 440-441), представляющий собой камеру, стенки которой являются теплообменником, промываемым охлаждающей средой, и имеющую отверстия для отвода из камеры сконденсированных паров, внутри которой расположена горелка, в которой непрерывно сжигается анализируемый газ при постоянном давлении.
Данный анализатор позволяет автоматически измерять высшую теплоту сгорания анализируемого вещества, которая пропорциональна разнице температур входящего в теплообменник и выходящего из него потоков охлаждающей среды.
Недостатком такого анализатора является то, что он позволяет автоматически измерять только высшую теплоту сгорания газообразных топлив, которая не является основной при товароучетных операциях с топливом, а также его сложность и большая постоянная времени, измеряемая минутами.
Наиболее близким по технической сущности является автоматический анализатор низшей объемной теплоты сгорания газов (Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. М.: Высш. шк., 1989. С. 292), представляюший собой цилиндрическую камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости цилиндрической камеры, соединенная с помощью тройника с трубопроводом водорода и выходом колонки, вход которой подключен к выходному штуцеру дозатора анализируемого газообразного топлива, два входных штуМПКGO 1 N25/22
цера которого соединены с трубопроводами анализируемого газообразного топлива и газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю, и потенциометр.
Недостатком такого анализатора является то, что он не позволяет измерять энергию, которая непосредственно излучается при горении анализируемого вещества, в силу чего значение теплоты сгорания измеряется неточно.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание автоматического анализатора теплоты сгорания, позволяющего более точно измерять теплоту сгорания газообразных топлив благодаря учету излучаемой при горении топлива энергии.
Технический результат - увеличение точности автоматических измерений теплоты сгорания газообразных топлив.
Технический результат достигается тем, что в автоматическом анализаторе объемной теплоты сгорания газообразных топлив, содержащем цилиндрическую камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости цилиндрической камеры, соединенная с помощью тройника с трубопроводом водорода и выходом колонки, вход которой подключен к выходному щтуцеру дозатора анализируемого газообразного топлива, два входных щтуцера которого соединены с трубопроводами анализируемого газообразного топлива и газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю, и потенциометр. Согласно полезной модели дополнительно содержится приемник излучения пламени, масштабирующий усилитель и суммирующее вычислительное устройство, причем приемник излучения выполнен в виде батареи термопар, горячие спаи которых размещены в сквозных отверстиях, выполненных в стенке камеры с возможностью облучения этих спаев пламенем, а выход батареи термопар подключен ко входу масщтабирующего усилителя, при этом выходы нормирующего преобразователя и масщтабирующего усилителя подключены ко входам суммирующего вычислительного
устройства, a выход последнего подключен к потенциометру.
Такая конструкция позволяет увеличить точность автоматических измерений низшей объемной теплоты сгорания газообразных топлив за счет использования дополнительного приемника излучения.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема автоматического анализатора объемной теплоты сгорания газообразных топлив изображена на фиг. 1.
Схема дополнительного приемника излучения пламени показана на фиг. 2.
Автоматический анализатор объемной теплоты сгорания газообразных топлив содержит цилиндрическую камеру 1, в днище 2 которой установлена горелка 3, соединенная с помощью тройника 4 с трубопроводом водорода 5 и выходом 6 колонки 7, вход 8 которой подключен к выходному щтуцеру 9 дозатора 10 анализируемого газообразного топлива, входные штуцеры 11 и 12 которого соединены с трубопроводом 13 анализируемого газообразного топлива и трубопроводом 14 газа-носителя, термопару 15, расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю 16, потенциометр 17, приемник излучения пламени 18, масщтабирующий усилитель 19 и суммирующее вычислительное устройство 20. Приемник излучения изображен на фиг.2 и выполнен в виде батареи термопар, горячие спаи 21 которых размещены в сквозных отверстиях 22, выполненных в стенке камеры 1 на уровне, соответствующем высоте расположения газового факела, а выход батареи термопар подключен ко входу масщтабирующего усилителя 19, при этом выходы нормирующего преобразователя 16 и масштабирующего усилителя 19 подключены ко входам суммирующего вычислительного устройства 20, а выход последнего подключен к потенциометру 17. На входных трубопроводах воздуха, водорода, анализируемого газообразного топлива и газаносителя установлены стабилизаторы расхода газовых потоков 23, 24, 25 и 26
l(
соответственно. К дозатору 10 и суммирующему вычислительному устройству 20 подключен программатор 27, термопары 21 батареи термопар заключены в керамические трубки 28 (фиг. 2), а рассекатель воздуха 29 рассекает камеру 1 в горизонтальной плоскости между выходным соплом горелки 3 и отверстием для подачи воздуха в камеру.
Работа анализатора предполагает циклическую работу в режимах Подготовка и Анализ и осуществляется следующим образом. В камеру 1 анализатора через стабилизатор расхода 23 непрерывно подается воздух, обеспечивая горение в горелке 3 непрерывно подаваемого через стабилизатор расхода 24 водорода. В тройнике 4 водород смещивается с газом-носителем, непрерывно прокачиваемым через стабилизатор расхода 26, дозатор 10, колонку 7, тройник 4 и горелку 3. В камере 1 рассекателем 29 создается равномерный по сечению поток воздуха. Температура газообразных продуктов сгорания измеряется термопарой 15, сигнал которой подается на вход нормирующего преобразователя 16, выходной сигнал которого подается на вход суммирующего вычислительного устройства 20. Излучение газового факела измеряется размещенными в приемнике излучения пламени 18 горячими спаями 21 батареи термопар, сигнал которых подается на масщтабирующий усилитель 19, выходной сигнал которого также подается на вход суммирующего вычислительного устройства 20. Результирующий сигнал суммирующего вычислительного устройства 20 измеряется потенциометром 17. В режиме Подготовка в горелке 3 сгорает только водород, и формируемые при этом сигналы термопары 15 и приемника 18 излучения пламени принимаются за начальный уровень сигнала анализатора. Затем по команде программатора 27 дозатор 10 переводится в режим Анализ. При этом в дозаторе 10 происходит ввод в поток газа-носителя дозы анализируемого газообразного топлива, которая транспортируется им через колонку 7 в горелку 3. Наличие колонки 7 обусловлено необходимостью введения задержки в поступлении пробы анализируемого топлива из дозатора 10 в горелку 3 для исключения влияния на сигнал анализатора переходных процессов, возникающих при переключении дозатора
10. При поступлении пробы анализируемого газообразного топлива в горелку 3 она сгорает в пламени водорода. При этом увеличиваются температура потока газообразных продуктов сгорания и излучение газового факела, измеряемые соответственно термопарой 15 и горячими спаями 21 батареи термопар. Изменение указанных параметров при постоянных расходах воздуха, водорода и газа-носителя пропорционально низшей объемной теплоте сгорания анализируемого газообразного топлива, значение которой регистрируется потенциометром 17 и по сигналу программатора 27 может запоминаться суммирующим устройством 20 до следующего цикла анализа.
Преимуществом предлагаемого технического решения является:
-большая (по сравнению с прототипом) точность измерений низшей объемной теплоты сгорания газообразных топлив;
-простота дополнительного измерительного элемента.
Предлагаемый автоматический анализатор объемной теплоты сгорания газообразных топлив может быть реализован на базе существующих автоматических анализаторов низшей объемной теплоты сгорания при введении в его конструкцию дополнительно приемника излучения и стандартных электрических вычислительных устройств.
Автоматический анализатор объемной теплоты сгорания газообразного топлива может найти применение при необходимости постоянного контроля качества газообразных топлив на предприятиях нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей промышленности и при коммерческих операциях с природным газом.