АВТОМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ГАЗООБРАЗНЫХ ТОПЛИВ

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, промываемый охлаждающей средой. Камера имеет отверстия для отвода из нее сконденсированных паров, внутри камеры 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 известного 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.
Наиболее близким по технической сущности является автоматический анализатор объемной теплоты сгорания газообразных топлив (RU №30993, МПК G01N 25/22, 2003), содержащий камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, соединенная с помощью тройника с трубопроводом водорода и выходом колонки, автоматический дозатор, два входных штуцера которого соединены с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю, и потенциометр. Определение теплоты сгорания газообразного топлива осуществляется по температуре газообразных продуктов сгорания.
Недостатком такого анализатора является то, что на его сигнал оказывает влияние изменение высоты пламени при сгорании анализируемого газа, что вызывает изменение расстояния между пламенем и термопарой, а также диоксид углерода, содержащийся в ряде случаев в анализируемом газе и влияющий на режим горения, в силу чего значение теплоты сгорания измеряется неточно.
Задачей полезной модели является разработка конструкции, обеспечивающей поглощение диоксида углерода в процессе определения теплоты сгорания газообразных топлив и исключение его влияние на режим горения.
Технический результат - повышение точности автоматического анализатора теплоты сгорания газообразных топлив.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что автоматический анализатор теплоты сгорания газообразных топлив, содержит камеру, в днище которой установлена горелка для формирования пламени во внутренней полости камеры, соединенная с помощью тройника с трубопроводом водорода и выходом колонки, автоматический дозатор, два входных штуцера которого соединены с трубопроводом анализируемого газа и трубопроводом газа-носителя, термопару, расположенную над горелкой и подключенную к нормирующему преобразователю, и потенциометр, согласно полезной модели он дополнительно содержит колонку, заполненную поглотителем диоксида углерода с входным и выходным штуцерами и плоский металлический экран, размещенный во внутренней полости камеры между срезом горелки и термопарой перпендикулярно вертикальной оси камеры, причем входной штуцер колонки, заполненной поглотителем диоксида углерода, присоединен к выходному штуцеру автоматического дозатора, а выходной - к входу колонки. При этом плоский металлический экран выполнен с возможностью его перемещения вдоль оси камеры по вертикали.
Такая конструкция позволяет увеличить точность автоматических измерений теплоты сгорания газообразных топлив за счет использования колонки, заполненной поглотителем диоксида углерода, которая обеспечивает поглощение диоксида углерода и исключает его влияние на режим горения. Наличие плоского металлического экрана, который выполнен с возможностью перемещения вдоль оси камеры по вертикали и обеспечивает экранирование термопары от пламени, тем самым, уменьшая влияние изменения высоты пламени на результаты измерений.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема автоматического анализатора теплоты сгорания газообразных топлив показана на фиг.1.
Автоматический анализатор теплоты сгорания газообразных топлив содержит камеру 1, в днище 2 которой установлена горелка 3, соединенная с помощью тройника 4 с трубопроводом 5 водорода и выходом 6 колонки 7. Автоматический дозатор 8, два входа которого через штуцера 9 и 10 соединены с трубопроводом 11 анализируемого газа и трубопроводом 12 газа-носителя. Термопара 13 расположена над горелкой 3 и подключена к нормирующему преобразователю 14 и потенциометру 15. Колонка 16 заполнена поглотителем диоксида углерода и содержит входной штуцер 17 и выходной штуцер 18. Плоский металлический экран 19 размещен во внутренней полости камеры 1 между срезом 20 горелки 3 и термопарой 13 перпендикулярно вертикальной оси 21 камеры 1. Входной штуцер 17 колонки 16 присоединен к выходному штуцеру 22 автоматического дозатора 8. На входных трубопроводах 23, 5, 11 и 12 соответственно воздуха, водорода, анализируемого газа и газа-носителя установлены стабилизаторы 24, 25, 26 и 27 расхода газовых потоков соответственно. Плоский металлический экран 19 выполнен с возможностью перемещения вдоль оси камеры 1 на подвижном кронштейне 28 с помощью винта 29. Для регулировки высоты экрана 19 предусмотрена вращающаяся головка 30 винта 28. Для исключения турбулентных потоков воздуха в камере 1 установлен рассекатель 31, а для управления работой анализатора в состав анализатора включен программатор 32.
Автоматический анализатор теплоты сгорания газообразных топлив является измерительным устройством циклического действия и имеет два режима работы: «Подготовка» и «Анализ», которые реализуются следующим образом. В камеру 1 анализатора через стабилизатор расхода 24 непрерывно подается воздух, обеспечивая горение в горелке 3 непрерывно подаваемого через стабилизатор 25 расхода водорода. В камере 1 рассекателем 31 создается равномерный по сечению поток воздуха. Газ-носитель непрерывно прокачивается через стабилизатор 27 расхода и дозатор 8. После дозатора 8 анализируемый газ вместе с газом-носителем проходит через колонку 16, заполненную поглотителем диоксида углерода. Температура газообразных продуктов сгорания измеряется термопарой 13, сигнал которой подается на вход нормирующего преобразователя 14, выходной сигнал которого подается на вход потенциометра 15. В режиме «Подготовка» в горелке 3 сгорает только водород, и формирующийся при этом сигнал термопары 13 принимают за начальный уровень сигнала анализатора. Затем по команде программатора 32 дозатор 8 переводится в режим «Анализ». При этом в дозаторе 8 происходит ввод в поток газа-носителя дозы анализируемого газообразного топлива, которая транспортируется им через колонку 16, заполненную поглотителем диоксида углерода, колонку 7 в горелку 3. Колонки 7 и 16 обеспечивают временную задержку в поступлении анализируемого топлива из дозатора 8 в горелку 3 для исключения влияния на сигнал анализатора переходных процессов, возникающих при переключении дозатора 8. При поступлении пробы анализируемого газообразного топлива в горелку 3 она сгорает в пламени водорода. При этом увеличивается температура потока газообразных продуктов сгорания, измеряемая термопарой 13. Указанный параметр при постоянных расходах воздуха, водорода и газа-носителя пропорционален низшей объемной теплоте сгорания газообразного топлива. Для обеспечения экранирования термопары 13 от пламени служит плоский металлический экран 19, который уменьшает влияние изменения высоты пламени на результаты измерений.
При экспериментальных исследованиях предлагаемого анализатора теплоты сгорания газообразных топлив, выполненных при расходе водорода 2 л/час, воздуха 12 л/час, газа-носителя (воздуха) 2 л/час, было установлено, что использование колонки 16 для поглощения диоксида углерода длиной 1 м и внутренним диаметром 3 мм, заполненной поглотителем (натронной известью), обеспечивается полное поглощение диоксида углерода даже при его концентрации в анализируемом газе до 40% об. и исключение изменения режима горения пламени, а использование экрана, выполненного в виде диска из нержавеющей стали диаметром 8 мм, позволяет на порядок уменьшить влияние изменения высоты пламени на результат измерений.
Преимуществом предлагаемого технического решения является:
- большая (по сравнению с прототипом) точность измерений низшей объемной теплоты сгорания газообразных топлив;
- простота конструкции.
Предлагаемый автоматический анализатор теплоты сгорания газообразных топлив может быть реализован на базе существующих автоматических анализаторов теплоты сгорания газообразных топлив при введении в его конструкцию дополнительных элементов: колонки, заполненной поглотителем диоксида углерода, и плоского металлического экрана с простым механизмом, обеспечивающим перемещение этого экрана.
Автоматический анализатор теплоты сгорания газообразных топлив может найти применение при необходимости постоянного контроля качества газообразных топлив на предприятиях нефтегазодобывающей и нефтегазоперерабатывающей промышленности и при коммерческих операциях с природным газом.