УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ИНТЕНСИВНЫХ ОСАДКОВ КАПЕЛЬ И ПАРОВ ПРИ ВЫБРОСЕ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА В АТМОСФЕРУ

Область техники
Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для дистанционного измерения интенсивных до 30 мм/с осадков капель из двухфазных выбросов сжиженного природного газа и содержания его паров в атмосферу и может быть использовано в системах мониторинга атмосферного воздуха и контроля промышленной безопасности топливно-энергетических объектов на удаленных расстояниях.
Уровень техники
Известны устройства для определения интенсивности осадков капель, реализующие сбор их в специальные емкости и определение объема или массы выпавших осадков в единицу времени (Стернзат М.С. Метеорологические приборы и наблюдения, Л. Д. Гидрометеоиздат, 1968, с. 166-172; И.В. Литвинов, Осадки в атмосфере и на поверхности земли, Гидрометеоиздат, Москва, 1980, 208 С.). Однако данные устройства не позволяют дистанционно получать данные об интенсивных осадков капель из двухфазных выбросов сжиженного природного газа в атмосферу.
Известно устройство для определения интенсивности осадков, представляющее оптико-акустико-электронный прибор, в котором происходит преобразование количества капель осадков в число электрических импульсов за счет прерывания каплями луча лазера, а также звукового сигнала с помощью мембраны и микрофона в электрический сигнал (Патент США №3882381). Его недостатком является не возможность одновременно определять осадки капель и содержание паров сжиженного природного газа в атмосферном воздухе.
Известен индикатор атмосферных осадков в виде электродинамического логометра, содержащий первый измерительный конденсатор, открытый для свободного прохождения осадков через пространство между обкладками, которые выполнены в виде секционной обмотки с распределенной емкостью, образованной двумя изолированными проводниками, второй измерительный конденсатор, идентичным первому, но закрытый от проникновения осадков, и блок преобразования изменений емкости первого измерительного конденсатора в выходной сигнал (патент РФ №2097797). Его недостатком является не возможность одновременного определения количества осадков капель и паров при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу.
Известен газоанализатор метана с сенсорным модулем, включающим газовый датчик, плату для предварительной обработки аналогового сигнала, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, и вторичный микропроцессор, считывающий информацию с выхода сенсорного модуля (патент РФ №2321847). Недостатком устройства является невозможность одновременного анализа паров и осадков капель сжиженного метана в атмосфере.
Известен инфракрасный газоанализатор (патент РФ на полезную модель, №191610), содержащий цилиндрический корпус, внутри которого расположены электронный блоки плата внешней коммуникации, а на его поверхности установлен разъем для подключения внешних цепей и инфракрасный оптический датчик с отверстиями для входа и выхода анализируемого газа, газовый канал, состоящий из коаксиальных внутренней и внешней цилиндрических труб, причем внешняя труба герметично присоединена к цилиндрическому корпусу и на ее выходе размещен пылевой фильтр, а внутренняя труба коаксиально и герметично соединена с инфракрасным оптическим датчиком, на ее торце расположен измеритель наружной температуры газа, снаружи нее установлена цилиндрическая электропечь, а внутри нее коаксиально и последовательно расположены пористый металлический наполнитель, аэрозольный фильтр, побудитель расхода анализируемого газа через отверстия для его входа и выхода в инфракрасном оптическом датчике и измеритель его внутренней температуры, дополнительную плату управления измерителями наружной и внутренней температуры анализируемого газа, побудителем его расхода и цилиндрической электропечью, установленную внутри цилиндрического корпуса.
Недостатком данного устройства является невозможность анализа осадков капель из двухфазных выбросов сжиженного природного газа.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для анализа интенсивных осадков капель и содержания газов в атмосфере (патент РФ на полезную модель, №198022, прототип). Устройство включает накопитель осадков капель сжиженного метана с теплоизоляцией, на дне которого горизонтально расположен плоский электрический конденсатор, состоящий из нижней листовой пластины и верхней плоской сетки с прямоугольными ячейками, и подключенный к электронному блоку конденсатора для измерения его электрической емкости, при накоплении осадков капель сжиженного метана с передачей оцифрованных данных к удаленному компьютеру по витой паре, газоанализатор метана, расположенный на верхнем торце накопителя осадков, с побудителем расхода газа, защитным аэрозольным фильтром и электронным блоком газоанализатора для регистрации и передачи его оцифрованных данных к удаленному компьютеру по витой паре. Изменение емкости конденсатора С от времени t пропорционально количеству V и/или интенсивности dV/dt заполнения межэлектродного объема осадком капель топливных жидкостей в атмосфере. Калибровка конденсатора позволяет определять интенсивность осадков с быстродействием около 0,1 с.
При детектировании капель сжиженного природного газа используется накопитель осадков с экранно-вакуумной теплоизоляцией. Это позволяет снизить тепловой поток из воздуха и от грунта за счет уменьшения теплопроводности и лучистого обмена собранного жидкого осадка с окружающей средой. Эффективная теплопроводность экранно-вакуумной теплоизоляции достигает значений до 0,003 мВт/(м.К) и ее использование для криогенной изоляции позволяет уменьшить испарения осадка сжиженного природного газа.
к
п
Недостатками устройства по прототипу являются ошибки и неточности измерения количества интенсивных осадков капель из выбросов сжиженного природного газа в атмосферу, так как при попадании капель природного газа на нижний пластинчатый электрод первоначально реализуется пленочное кипение сжиженного природного газа, вследствие теплового потока от нижней стальной пластины конденсатора толщиной до 2 мм и от корпуса накопителя осадков с теплоизоляцией, поскольку их начальная температура близка к атмосферной и существенно превышает температуру хранения жидкого метана Т ≈ 111 К при нормальном давлении и его предельную температуру перегрева Т ≈ 166 К. (Горев В.А., Овсянников Д.Л. Испарение жидкого метана с металлической поверхности // Пожаровзрывобезопасность. Процессы горения, детонации и взрыва. 2019. Т. 28. №1, С. 14-21).
Скорость испарения осадка СПГ определяется режимом теплообмена между СПГ и поверхностью стальной нижней пластины конденсатора, а также теплообменом между СПГ, окружающим воздухом и корпусом накопителя осадков с теплоизоляцией.
Теплообмен между СПГ и нижней пластиной конденсатора определяется режимом кипения, который зависит от температурного напора между средами.
Теплообмен между СПГ и окружающим воздухом зависит от состояния воздушной среды, температуры воздуха и скорости ветра, а также от площади испарения СПГ.
Теплообмен между СПГ и корпусом накопителя с теплоизоляцией определяется его массой, теплопроводностью, теплоемкостью и площадью контакта.
4
Экспериментально было показано, что основная скорость испарения осадка СН определяется режимом теплообмена между СПГ и поверхностью стальной нижней пластины конденсатора, а также между СПГ и корпусом накопителя осадков с теплоизоляцией.
Наличие интенсивного пленочного кипения с испарением СПГ из электрического конденсатора приводит к уменьшению его емкости и ошибке анализа осадков.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является унификация конструкции устройства для анализа интенсивных осадков капель и паров при выбросе СПГ в атмосферу и расширение его функциональных возможностей.
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение технических характеристик устройства для анализа интенсивных осадков капель и паров при выбросе сжиженного природного газа в атмосферу и расширение его функциональных возможностей путем повышения точности измерения количества и интенсивности осадков капель сжиженного метана за счет уменьшения скорости его кипения и испарения с поверхности нижнего пластинчатого электрода конденсатора.
Для достижения технического результата предложено устройство для анализа интенсивных осадков капель и паров при выбросе СПГ в атмосферу, включающее накопитель осадков капель СПГ с теплоизоляцией, плоский электрический конденсатор, состоящий из нижней пластины и верхней плоской сетки с прямоугольными ячейками, и подключенный к электронному блоку конденсатора для измерения его электрической емкости при накоплении осадков капель СПГ с передачей оцифрованных данных к удаленному компьютеру по витой паре, газоанализатор метана, расположенный на верхнем торце накопителя осадков, с побудителем расхода газа, защитным аэрозольным фильтром и электронным блоком газоанализатора для регистрации и передачи его оцифрованных данных к удаленному компьютеру по витой паре, при этом на дне накопителя осадков капель СПГ с теплоизоляцией горизонтально установлена дополнительная прямоугольная ванна с теплоизоляцией из газонепроницаемого пенополиуретана, в которой размещен плоский электрический конденсатор, причем его нижняя пластина выполнена из фольгированного термостойкого стеклотекстолита.
Кроме того, нижняя пластина электрического конденсатора выполнена из фольгированного термостойкого стеклотекстолита толщиной 1,1 мм с медной фольгой шириной 18 микрон.
Создание устройства для анализа интенсивных осадков капель и содержания паров СПГ в атмосферу, в котором на дне накопителя осадков капель с теплоизоляцией горизонтально установлена дополнительная прямоугольная ванна с теплоизоляцией из газонепроницаемого пенополиуретана, в которой на ее дне размещен плоский электрический конденсатор с нижнем пластинчатым электродом, выполненным из фольгированного термостойкого стеклотекстолита толщиной от 1,1 до 1,5 мм и с медной фольгой шириной от 18 до 35 микрон позволяет в 2-4 раза уменьшить ошибку измерения интенсивности осадков капель dV/dt≤30 мм/с из двухфазного выброса СПГ в атмосферу за счет существенного уменьшения по сравнению с прототипом интенсивности пленочного кипения и скорости испарения осадка СПГ на поверхности нижнего пластинчатого электрода из фольгированного стеклотекстолита. Это обусловлено тем, что величина теплового потока от медной фольги толщиной не более 35 микрон существенно меньше значения теплового потока от стальной пластины конденсатора толщиной до 2 мм к осадку в устройстве по прототипу. Таким образом, поверхность фольгированного стеклотекстолита, теплоизолированная с тыльной стороны ванной из газонепроницаемого пенополиуретана, характеризуется малым тепловым ресурсом и меньшим тепловым потоком к осадку сжиженного метана по сравнению со стальной пластиной конденсатора толщиной до 2 мм и тепловым потоком от сборника осадка с термоизоляцией по прототипу. Причем интенсивность пленочного кипения и скорость испарения осадка СПГ значительно меньше по сравнению с интенсивностью его пленочного кипения и скоростью испарения осадка СПГ с поверхности плоской стальной пластины толщиной до 2 мм в устройстве по прототипу (Горев В.А., Овсянников Д.Л. Испарение жидкого метана с металлической поверхности // Пожаровзрывобезопасность. Процессы горения, детонации и взрыва. 2019. Т. 28. №1, С. 14-21).
В качестве фольгированного стеклотекстолита оптимально использовать марку FR-4МИ ТУ 2296-012-00213060-2006, выполненный из стеклоткани, пропитанной и прессованной с эпоксибромированным связующим и покрытой медной гальваностойкой фольгой. Оптимальная толщина стеклотекстолита составляет 1,1 мм, а ширина медной фольги - 18 микрон. Экспериментально было показано, что данный материал выдерживает термоудары в течение более 20 минут при его периодическом погружении в жидкий азот при 77 К или СПГ с температурой около 111 К. Отслоения медной фольги от стеклотекстолита и ее коррозии не наблюдалось в течении 20 минут.
В отсутствии дополнительной ванны из газонепроницаемого полипеноуретана на скорость испарения СПГ влияет тепловой поток от стенок накопителя осадков с теплоизоляцией. Использование дополнительной ванны из газонепроницаемого полипеноуретана с установленным в ней электрическим конденсатором позволяет существенно уменьшить влияние накопителя осадков с теплоизоляцией на скорость испарения осадка. Экспериментально было показано, что скорость испарения СПГ с толщиной слоя от 2 до 15 мм из дополнительной ванны из пенополиуретана без электрического конденсатора в 2-3 раз меньше скорости его испарения из накопителя осадков с теплоизоляцией без конденсатора, так как их массы и коэффициенты теплопроводности существенно отличаются. Причем глубина дополнительной ванны минимизирована и ее значение больше расстояния между электродами конденсатора не более, чем 1,5 раза. Кроме того, ее высота более чем в 10 раз меньше высоты накопителя осадков с теплоизоляцией, а их массы различаются более чем в 100 раз.
Это позволяет улучшить технические характеристики заявленной полезной модели и расширить ее функциональные возможности по сравнению с устройством по прототипу.
Электрическая емкость конденсатора измеряется методом генератора (Н.Г. Фарзане, Л.В. Илясов, А.Ю. Азим-заде, Технологические измерения и приборы, Москва, Высшая школа, 1989, 456 С.; Форейт Й. Емкостные датчики неэлектрических величин, Москва, Энергия, 1966, 160 С.). В процессе детектирования метана и паров углеводородов используется оптический инфракрасный газоанализатор согласно патенту РФ на полезную модель №191610.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного устройства для анализа интенсивных осадков капель и паров при выбросе СПГ в атмосферу, где:
1 - верхний сетчатый плоский электрод конденсатора;
2 - нижний пластинчатый электрод конденсатора из фольгированного стеклотекстолита;
3 - осадок капель на поверхности электрода 2;
4 - накопитель осадка капель в виде прямоугольной ванны;
5 - теплоизоляция накопителя 4;
6 - электронный блок конденсатора 13;
7 - газоанализатор;
8 - побудитель расхода анализируемого СПГ в газоанализатор 7;
9 - аэрозольный фильтр газоанализатора 7;
10 - электронный блок сенсора;
11 - компьютер, расположенный на удаленном расстоянии от места анализа осадков и паров;
12 - торец накопителя осадка капель, на котором закреплен газоанализатор 7;
13 - электрический конденсатор, включающий электроды 1 и 2;
14 - дополнительная прямоугольная ванна из газонепроницаемого пенополиуретана;
d(к) - расстояние между электродами 1 и 2;
Н - глубина дополнительной ванны 14;
L - расстояние удаления компьютера от места анализа осадков;
Q(s) - объемный расход анализируемого газа в газоанализатор 7;
V - количество осадков капель в ванне 14.
На фиг. 2 приведена схема нижнего пластинчатого электрода 2 конденсатора 13 из фольгированного стеклотекстолита, где:
15 - медная фольга;
16 - стеклотекстолит, фольгированный медной фольгой 15;
d(c) - толщина стеклотекстолита 16;
d(ф) - толщина медной фольги 15.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 изображена принципиальная схема заявленного устройства для анализа интенсивных осадков капель и паров при выбросе СПГ в атмосферу. Устройство содержит плоский электрический конденсатор 13 из двух: верхнего сетчатого 1 и нижнего пластинчатого 2 прямоугольных электродов, установленный внутри и горизонтально на дне дополнительной ванны 14 из газонепроницаемого пенополиуретана. Конденсатор 13 и ванная 14 размещены на дне накопителя осадков капель в виде прямоугольной ванны 4 из диэлектрика с теплоизоляцией 5. Нижний электрод 2 выполнен из пластины фольгированного стеклотекстолита. Верхний электрод 1 изготовлен из нержавеющей сетки с прямоугольными ячейками. Электроды 1 и 2 подключены к электронному блоку 6 измерения емкости конденсатора 13, преобразования и передачи цифрового сигнала на удаленный компьютер 11 по витой паре. На торце 12 накопителя 4 закреплен газоанализатор 7, подключенный к электронному блоку сенсора 10 для его питания, регистрации и передачи данных к удаленному компьютеру 11. Вход анализируемого потока Q(s) в газоанализатор 7 защищен аэрозольным фильтром 9. Величина Q(s) задается побудителем расхода 8. При анализе осадков устройство устанавливается на подставке на высоте от 0,5 до 1,5 м.
На фиг. 2 показана схема электрода 2, стоящего из стеклотекстолита 16 толщиной d(c)=1,1-1,5 мм, фольгированного медной фольгой 15 толщиной d(ф)=18-35 микрон. Оптимальное значение d(ф)=18 микрон, a d(c)=1,1 мм.
Отношение глубины Н ванны 14 к расстоянию между электродами 1 и 2 составляет H/d(к)=1,2-1,5.
Анализ паров газообразного природного газа осуществляется инфракрасным газоанализатором 7 по патенту №191610.
Расстояние удаления компьютера L от места анализа капель и паров составляет до 1200 м.
В процессе измерения интенсивности осадков конденсатор 13 калибруется для установления зависимости С от V при фиксированном расстоянии d(к)=(5-15) мм между электродами 1 и 2.
-4
При анализе осадков капель СПГ используется экранно-вакуумная теплоизоляция накопителя 4. Создание накопителя осадков капель 4 с экранно-вакуумной теплоизоляцией 5 позволяет снизить лучистый обмен собранного жидкого осадка с окружающей средой. Экранирование излучения достигается за счет большого числа слоев (до 5-10) тонкой алюминиевой фольги. Слои фольги разделены между собой стеклобумагой. Весь пакет изоляционных экранов находится под давление около 10 мм рт.ст. Ее использование позволяет повысить точность измерений величины V за счет уменьшения скорости испарения осадка метана.
Сетчатый электрод 1 выполнен из нержавеющей, проволочной тканой сетки с живым сечение S(c) ее квадратных ячеек от 60 до 90%. Величина, S(c) определяется отношением площади ячеек в свету ко всей площади сетки, выраженным в процентах согласно ГОСТ 2715-75.
Для измерения малых значений электрической емкости конденсатора 13 в диапазоне С=10-500 пФ используется метода генератора (Н.Г. Фарзане, Л.В. Илясов, А.Ю. Азим-заде, Технологические измерения и приборы, М., Высшая школа, 1989, 456 С.; Форейт И. Емкостные датчики неэлектрических величин, Москва, Энергия, 1966, 160 С.). Измеряемая емкость является частотозадающим элементом генератора. В качестве генератора выбран таймер EN 555. Схема малочувствительна к параллельному сопротивлению утечки. Надежно измеряемое изменение величин емкости составляет 0,03-0,05 пФ. Нулевая частота составляет 100-300 кГц. Микропроцессор измеряет частоту, обрабатывает данные и передает их по витой паре в удаленный компьютер, который расположен от места сбора осадков и анализа паров на расстояние до 1200 м. Период опроса составляет около 0,1 секунды, а разрешение по генерации около 100 импульсов на 1 пФ. Схема чувствительна к изменению емкости на величину 0,01 пФ.
Создание устройства для анализа интенсивных осадков капель и содержания паров СПГ в атмосферу, в котором на дне накопителя осадков капель 4 с теплоизоляцией 5 горизонтально установлена дополнительная прямоугольная ванна 14 с теплоизоляцией из газонепроницаемого пенополиуретана, в которой на ее дне размещен плоский электрический конденсатор 13 с нижним пластинчатым электродом 2, выполненным из фольгированного термостойкого стеклотекстолита толщиной менее 1,5 мм и с медной фольгой толщиной не более 35 микрон позволяет в 2-4 раза уменьшить ошибку измерения интенсивности осадков капель dV/dt≤30 мм/с из двухфазного выброса СПГ в атмосферу за счет существенного уменьшения по сравнению с прототипом интенсивности пленочного кипения и скорости испарения метанового осадка на поверхности нижнего пластинчатого электрода из фольгированного стеклотекстолита. Это обусловлено тем, что величина теплового потока от медной фольги 15 толщиной не более 35 микрон существенно меньше значения теплового потока от стальной пластины конденсатора толщиной до 2 мм к осадку в устройстве по прототипу. Таким образом, поверхность фольгированного стеклотекстолита, теплоизолированная с тыльной стороны ванной из пенополиуретана, характеризуется малым тепловым ресурсом и меньшим тепловым потоком к осадку СПГ по сравнению с стальной пластиной конденсатора толщиной до 2 мм по прототипу. Причем интенсивность пленочного кипения и скорость испарения осадка сжиженного метана значительно меньше по сравнению с интенсивностью его пленочного кипения и скоростью испарения осадка метана с поверхности плоской стальной пластины толщиной до 2 мм в устройстве по прототипу (Горев В.А., Овсянников Д.Л. Испарение жидкого метана с металлической поверхности // Пожаровзрывобезопасность. Процессы горения, детонации и взрыва. 2019. Т. 28. №1, С. 14-21).
В качестве фольгированного стеклотекстолита оптимально использовать марку FR-4МИ ТУ 2296-012-00213060-2006 с оптимальной толщиной 1,1 мм и толщиной его медной фольги 18 микрон. Последний выполнен из стеклоткани, пропитанной и прессованной с эпоксибромированным связующим, и покрыт медной гальваностойкой фольгой. Экспериментально было показано, что данный материал выдерживает термоудары в течение более 20 минут при его периодическом погружении в жидкий азот при 77 К или сжиженный метан с температурой около 111 К. Отслоения медной фольги 15 от стеклотекстолита 16 и ее коррозии не наблюдалось.
3
Оптимальная толщина медной фольги 15 составляет 18 микрон, ее плотность ρ ≈ 8,9 г/см, теплоемкость С(m) ≈ 390 Дж/кг.К и теплопроводность γ ≈ 385-400 Вт/м.К. Плотность стеклотекстолита 16 составляет ρ ≈ 1,8-1,9 г/см3, его теплоемкость С(m) ≈ 840 Дж/кг.К и γ ≈ 0,2 Вт/м.К.
В отсутствии дополнительной ванны из газонепроницаемого полипеноуретана на скорость испарения СПГ влияет тепловой поток от стенок накопителя осадков с теплоизоляцией. Использование дополнительной ванны из полипеноуретана с установленным в ней электрическим конденсатором позволяет существенно уменьшить влияние накопителя осадков с теплоизоляцией на скорость испарение капель СПГ. Экспериментально было показано, что скорость испарения СПГ с толщиной слоя от 2 до 15 мм из дополнительной ванны из пенополиуретана без электрического конденсатора в 2-3 раз меньше скорости его испарения из накопителя осадков с теплоизоляцией без конденсатора. Причем глубина дополнительной ванны больше расстояния между электродами конденсатора не более, чем 1,5 раза. Кроме того, ее высота более чем в 10 раз меньше высоты накопителя осадков с теплоизоляцией, а их массы отличаются более чем в 100 раз.
Это позволяет улучшить технические характеристики заявленной полезной модели и расширить ее функциональные возможности по сравнению с устройством по прототипу. В результате, достигается технический результат заявляемой модели. Пример
4
3
В атмосфере при 280 К анализировались осадки капель из выброса СПГ с температурой хранения 111 К при атмосферном давлении. Их первоначальный диаметр d≤10000 мкм. СПГ распылялся газообразным азотом с образованием затопленной струи капель и паров объемом более 10 м в атмосфере. Удаленный компьютер был расположен на расстоянии L ≈ 1000 м.
Конденсатор 13 с сетчатым верхним 1 и пластинчатым нижним 2 прямоугольными электродами был установлен в дополнительной прямоугольной ванне 14 из газонепроницаемого полипеноуретана на дне диэлектрического сборника 4 жидких капель объемом ≈ 60 литров и габаритами ≈ 40×62×27 см (высота, длина и ширина, соответственно). Толщина стенок пенополиуретана ванны 14 составляла 2 см, ее глубина Н=1,5 см, а ее высота - 3,5 см.
2
Электрод 1 был выполнен из нержавеющей сетки с размером прямоугольных ячеек 8x8 мм и толщиной проволоки 0,5 мм. Нижний электрод 2 был изготовлен из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,1 мм марки FR-4 МИ ТУ 2296-012-00213060-2006. Фольга 15 из меди 18 микрон с тыльной стороны была теплоизолированной стеклотекстолитом 16, теплоизоляцией ванны 14 и накопителя 4. Длина каждого электрода составляла 56 см, а ширина - 21 см. Их площадь поверхности ≈ 1176 см, а расстояние между ними d(к) ≈ 10 мм. Электроды были расположены горизонтально на дне ванны 14. Измеренное значение их емкости без осадка составляло около 100 пФ.
В процессе измерения емкости конденсатора 13 в диапазоне 10-500 пФ использовался метод генератора (Н.Г. Фарзане, Л.В. Илясов, А.Ю. Азим-заде, Технологические измерения и приборы, Москва, Высшая школа, 1989, 456 С.; Форейт Й. Емкостные датчики неэлектрических величин, Москва, Энергия, 1966, 160 С.). Измеряемая емкость являлась частотозадающим элементом генератора. В качестве генератора применен таймер EN 555. Схема была малочувствительна к параллельному сопротивлению утечки. Для контроля параллельно с измеряемым конденсатором было установлено сопротивление 5.6 Мегом. Нулевая частота составляла 100-300 кГц. Микропроцессор измерял частоту, обрабатывал данные и передавал их по витой паре в удаленный до 1000 м компьютер. Сигнал с компьютера передавался по оптоволоконному кабелю на головной сервер сбора данных, удаленный на расстояние около 5000 м. Компьютерная программа записывала их в файл. Период опроса устройства составлял около 0,1 с. Разрешение по генерации составляло 100 импульсов на 1 пФ. Соответственно, схема чувствительна к изменению емкости на величину 0,01 пФ.
При анализе осадков сжиженного метана, одновременно, регистрировалась концентрация его паров инфракрасным газоанализатором с быстродействием менее 0,5 с, выполненному по патенту РФ на полезную модель №191610.
-4
В качестве теплоизолятора 5 накопителя 4 из поливинилхлорида использовалась экранно-вакуумная изоляция при давлении 10 мм рт.ст. с восьмью слоями тонкой алюминиевой фольги, разделенных стеклобумагой.
Сигнал с устройства, расположенного от центра выброса на расстоянии 12 м, был синхронизирован с началом процесса распыления СПГ. В результате была измерена интенсивность осадков и объемная концентрация паров метана. Показано, что за первые 3,5-4 секунды выпало более 75% массы осадков с максимальной интенсивностью около 4-5 мм/с в течение первых 0,5-1 с, а объемная концентрация паров метана флуктуировала с возрастанием от 1 до 25% об. Кроме того, измеренная средняя скорость испарения жидкого метана из ванны 14 без конденсатора 13 за время 40-50 секунд была в 3 - 4 раза меньше скорости его испарения в присутствии конденсатора 13. В результате ее влияние на процесс испарения СПГ из конденсатора было несущественным.
В отсутствии дополнительной ванны из полипеноуретана 14 скорость испарения СПГ за счет теплового потока от стенок накопителя 4 в первые 30-40 секунд была существенно выше и соизмерима со скоростью испарения СПГ в присутствии конденсатора 13, поскольку масса стенок накопителя 4 из поливинилхлорида более чем в 100 больше массы ванны 14.
3
При использовании устройства по прототипу с пластинчатым электродом 2 из нержавейки толщиной 1,8 мм было показано, что в течение первых 4 секунд выпало не более 50% массы осадков с максимальной интенсивностью около 2 мм/с. Плотность стального электрода составляла 7,8 г/см, его теплоемкость 460-480 Дж/кг.м, а теплопроводность 53-55 Вт/м.К. Измеренные значения количества осадков V и интенсивности dV/dt были ошибочно занижены в два раза из-за интенсивного пленочного кипения и испарения СПГ с поверхности нержавеющей пластины толщиной 1,8 мм.
Таким образом, сравнение характеристик заявленного устройства для анализа интенсивных осадков капель и паров при выбросе СПГ в атмосферу с прототипом показывает, что за счет расположения на дне накопителя осадков капель с теплоизоляцией дополнительной ванны из газонепроницаемого полипеноуретана с плоским электрическим конденсатором, состоящим из верхней плоской сетки и нижней пластины, выполненной из фольгированного термостойкого стеклотекстолита толщиной менее 1,5 мм и с медной фольгой не более 35 микрон, удается уменьшить ошибку измерения интенсивности осадков капель из выброса СПГ в атмосферу, так как интенсивность кипения и количество испаренного СПГ в заявленном устройстве значительно меньше по сравнению с устройством по прототипу.