УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЯНОГО ПАРА В ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

Полезная модель относится к добыче и переработке природного газа и может быть использована на газоперерабатывающих и газотранспортных предприятиях для измерения содержания водяного пара в составе природного газа.
В настоящее время для измерения влажности природного газа используются приборы, работающие на различных физических принципах. Эти приборы и их недостатки кратко представлены ниже.
- Анализатор, измеряющий температуру конденсации паров воды на охлаждаемом зеркале (патент РФ №2346264, опубл. 2009.02.10).
- Анализатор с электролитической ячейкой (патент РФ №2263936, опубл. 2005.11.10).
- Анализаторы, использующие емкостные датчики (патент РФ №2296318, опубл. 2007.03.27). Емкость конденсатора, образованного двумя электродами и диэлектриком изменяется при изменении давления паров воды.
Эти приборы, однако, обладают рядом недостатков, а именно:
1. Длительное время измерения. Например, для образования конденсата на охлаждаемом зеркале при низкой влажности может потребоваться несколько часов.
2. Неспособность отличить воду от технологических примесей (метанол, диэтиленгликоль, СO2 и т.д.), содержащихся в природном газе. Из-за этого фактически измеряется содержание водяного раствора примесей, а не чистой воды, что может привести к существенному искажению результатов.
3. Неизбежное загрязнение чувствительного элемента прибора при помещении его в газовый поток. Поверхность датчика покрывается пленкой диэтиленгликоля, которая изолирует его от измеряемого газа.
Задачей настоящего технического решения является повышение точности измерения содержания водяного пара в природном газе, уменьшение времени, затрачиваемого на измерение и экономический эффект, связанный с упрощением обслуживания прибора.
Задача решается устройством измерения содержания водяного пара в природном газе, которое содержит: оптическую кювету для исследуемого газа, источник излучения, работающий на длине волны, которая поглощается молекулами воды значительно сильнее, чем всеми остальными компонентами исследуемой газовой смеси; оптические окна, детектор излучения, принимающий излучение от источника и блок обработки и вычислений, подключенный к детектору. Устройство может содержать зеркало или иную другую систему для увеличения длины поглощения. Источник излучения может иметь фиксированную длину волны, соответствующую линии поглощения воды, либо сканировать диапазон длин волн, содержащий линии поглощения воды. Блок обработки и вычислений может отображать непосредственно концентрацию водяного пара, а также может выражать ее в любых других принятых формах, например, в температуре точки росы и т.д. В качестве источника излучения могут использоваться разные устройства, например, перестраиваемый диодный лазер, полупроводниковый лазер с вертикальным резонатором VCSEL, полупроводниковый лазер на квантовых каскадах или лазер на красителях.
Прибор отличается от анализаторов влажности, построенных на других физических принципах тем, что:
а) спектральный принцип позволяет безошибочно отличать воду от других веществ, тем самым повышается точность измерений;
б) предлагаемый анализатор влажности не требует датчиков, входящих в контакт с исследуемым газом, поэтому отсутствие в газовом тракте чувствительного элемента избавляет от необходимости менять этот элемент при загрязнении и позволяет сэкономить на дорогостоящих процедурах по обслуживанию прибора.
в) процесс измерения занимает несколько секунд, позволяя оператору своевременно получать информацию.
На фиг.1 изображено устройство для измерения содержания водяного пара в природном газе.
Оно включает в себя: оптическую кювету (1), в которую через входной штуцер (5) напускают исследуемый газ; источник излучения (2), формирующий световой луч, который входит в оптическую кювету (1) через оптические окна (8), затем распространяется через исследуемый газ вдоль кюветы (1) и, отразившись от зеркала (4) попадает на фотоприемник (3). Сигнал с фотоприемника анализируется блоком обработки (7), который вычисляет количество поглощенного в газе излучения, определяет содержание водяного пара в газе и обеспечивает запись и индикацию данных.
Устройство работает следующим образом.
Через исследуемый газовый объем пропускается оптическое излучение на такой длине волны, которая поглощается молекулами воды и одновременно является прозрачной для других компонент газового объема. По измеренной степени поглощения вычисляется содержание воды в газовом объеме. При этом не требуется помещать в газовый объем какие-либо чувствительные элементы, а значит, проблема их загрязнения не возникает. Излучение поглощается только молекулой воды, независимо от того, находится вода в чистом виде или в ней растворены какие-либо вещества, поэтому по результатам измерений вычисляется содержание воды в чистом виде, даже при значительном загрязнении газового потока технологическими примесями. Что касается времени измерения -
оно определяется только вычислительными процессами и значительно меньше времени отклика приборов, использующих равновесный принцип измерения.
Предлагаемое устройство может также использоваться для калибровки других систем измерения влажности природного газа, а также может использоваться в составе измерительного комплекса вместе с другими приборами для измерения влажности.