Новые схемотехнические решения в эффузионном контроле плотности газов

Выбор и порядок применения методов неразрушающего контроля должны определяться в каждом конкретном случае с учетом технологичности средств технической диагностики, разрешающей способности, выяв-ляемости дефектов и производительности контроля.

Коррозионный контроль в технологическом оборудовании и трубопроводах выполняется в местах наиболее подверженных коррозионному воздействию. Это зона верхней и нижней образующей, где возможна концентрация влаги, скопление минерализованной водной фазы и шлама; зона раздела фаз «газ-жидкость», где коррозионный процесс развивается достаточно интенсивно и имеет специфическое проявление, места резких поворотов труб, где возможен эрозионно-коррозионный износ.

Основными методами контроля состояния внутрипромысловых трубопроводов являются техническое освидетельствование, визуально-измерительный контроль (ВИК) с применением оптических и линейно--измерительных приборов, ультразвуковая толщинометрия (УЗТ) и радиографический метод.

Контроль скорости коррозии предусматривает применение гравиметрического метода, приборов для измерения скорости коррозии (коррозионно-индикаторные установки, коррозиметры), толщиномеров и водородных зондов (при процессах сульфат-редукции). Контроль скорости коррозии производится в пунктах наблюдения, оснащенных датчиками и вторичными приборами контроля.

Список литературы:

1. Отчет выполненных научно-исследовательских и опытно-промышленных работ по анализу основных проблем разработки месторождения Ка-ракудук и подготовке рекомендаций по оптимизации системы разработки и технологии ПНП с целью избегания преждевременной обводненности добываемой продукции. - Самара; Актау, 2011.

2. Защита нефте-промыслового оборудования от коррозии. Справочник рабочего. - М.: «Недра», 1985.

3. http://glavteh.ru/iiles/IP8-Lazarev-2.pdf.

НОВЫЕ СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ В ЭФФУЗИОННОМ КОНТРОЛЕ ПЛОТНОСТИ ГАЗОВ

© Жигулин С.Ю.*

Тверской государственный технический университет, г. Тверь

Приведены схемы эффузионных анализаторов плотности газов на основе пьезорезистивных преобразователей силы. Дано описание их

* Аспирант кафедры АТП.

работы. Проведён анализ схем. Выявлены их преимущества и недостатки. Предложена более удобная схема эффузиометра на базе пьезоре-зистивного преобразователя силы.

Ключевые слова анализатор, плотность газов, схема реализации.

На предприятиях нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и металлургической промышленности для определения качества и состава газовых потоков крайне важным является измерение их плотности. Одним из наиболее простых, удобных и точных принципов измерения плотности газов является эффузионный. Эффузионный принцип измерения плотности газов основан на измерении времени истечения анализируемого газа через миниатюрную диафрагму [1].

1 - миниатюрное турбулентное сужающее устройство, 2 - тройник 3 камера для сжатия анализируемого газа, 4 - измерительная камера, 5 - индикатор давления, 6 - мембрана, 7 - вентиль, с 8 - линия анализируемого газа, 9 - тумблер, 10 - шприц, 11 - выходной канал

шприца, 12 - входной канал камеры для сжатия анализируемого газа, 13 - штуцер, 14 - поршень, 15 - пьезорезистивный преобразователь силы, 16 - электронный компаратор, 17 - временной селектор, 18 - электронный усилитель, 19 - аналого-цифровой преобразователь, 20 - запоминающее цифровое устройство, 21 - дешифратор, 22 - цифровое отсчётное устройство, 23 - ёмкость с охлаждающей жидкостью, 24 - устройство задания уровня срабатывания

Рис. 1. Схема анализатора плотности газов

Ввиду быстрого развития науки и техники появилась возможность для существенного совершенствования эфузионного контроля плотности газов. Для этого было разработано несколько схемотехнических решений, основанных на применении высокоточных пьезорезистивных преобразователей силы.

Одна из возможных схем для реализации анализатора плотности газов с убывающим давлением и пьезорезистивным преобразователем силы показана на рис. 1.

Анализатор плотности газов [2] работает следующим образом. Перемещением поршня шприца влево (на рис. 1) на некоторое заранее выбранное положение анализируемый газ сжимается до некоторого постоянного давления и его температура несколько увеличивается. По истечении некоторого отрезка времени, в течение которого температура газа принимает некоторое постоянное значение, например, равное температуре охлаждающей жидкости, в измерительной камере и камере для сжатия устанавливается постоянное давление, затем с помощью тумблера сужающее устройство сообщается с атмосферой и анализируемый газ начинает истекать через сужающее устройство в атмосферу.

При этом давление в камере начинает постепенно уменьшаться. Поэтому уменьшается и электрический сигнал, возникающей на выходе преобразователя силы, то есть сила, возникающая на мембране под действием давления, постепенно уменьшается. Этот сигнал поступает на вход компаратора. Когда давление в измерительной камере достигает некоторого заранее заданного значения срабатывает компаратор, так как на его вход из устройства подаётся сигнал соответствующий принятому значению давления. Сигнал компаратора включает в работу временной селектор. При появлении на выходе временного селектора сигнала запоминающее цифровое устройство запоминает значение выходного сигнала аналого-цифрового преобразователя, который в цифровой форме отражает сигнал преобразователя силы, предварительно усиленный по уровню электронным усилителем. Выходной импульсный сигнал временного селектора имеет строго определённую длительность. В момент времени т, когда выходной сигнал временного селектора становится равным 0, в цифровом запоминающем устройстве запоминается уровень сигнала, несущий информацию о конечном значении давления в измерительной камере. Аналогичные описанным операции осуществляются с использованием эталонного газа, в качестве которого используется осушенный воздух.

По значениям сигналов, соответствующих начальному и конечному значениям давления анализируемого и эталонного газов в камере 4 микропроцессор вычисляет значение плотности анализируемого газа, а результат измерений через дешифратор 21 выводится на цифровое отсчётное устройство 22.

Расчёт плотности анализируемого газа осуществляется по формуле

(

Ра = Ре

1п

'

1п

V V \ ' '/у

где ре - плотность воздуха в нормальных условиях, К - коэффициент, зависящий от начального давления в измерительной камере, Ре - давление воздуха в камере в момент времени т, Ра - давление анализируемого газа в камере в момент времени т, Ратм - атмосферное давление.

Другой вариант [3] реализации схемы анализатора с пьезопреобразова-телем силы приведён на рис. 2.

Анализатор, основанный на данной схеме работает в целом аналогично описанному выше.

Различие между ними заключается в том, что в процессе истечения сигнал с мембраны поступает одновременно на вход двух компараторов компараторов. Когда сигнал на выходе преобразователя достигает принятого максимального значения (задаётся одним из компараторов), соответствующего принятому максимальному давлению, на выходе компаратора формируется сигнал, который через вход включает в работу измеритель временных интервалов. Начинается отсчёт времени. Когда при постепенном уменьшении давления в измерительной камере и уменьшении сигнала преобразователя последний достигает принятого минимального значения, соответствующему минимальному давлению, (задаётся вторым компаратором), компаратор вырабатывает сигнал, который через вход отключает счёт времени, осуществляемый измерителем временных интервалов. В результате измеряется значение интервала времени истечения анализируемого газа через турбулентное сужающее устройство.

Расчёт плотности анализируемого газа осуществляется по формуле

Ра = Ре

Г* V

' У

где та, тв - времена истечения анализируемого и эталонного газа (воздуха) соответственно.

Приведённые выше примеры реализации схем эффузионных анализаторов плотности газов с убывающим давлением, использующих для определения давления пьезорезистивный преобразователь силы содержат в своём составе довольно большое число вспомогательных элементов (компараторы, измеритель временных интервалов), необходимых для получения и преобразования сигнала измерительной информации, что значительно усложняет их реализацию и делает их реализацию нецелесообразной с точки зрения проведения лабораторных исследований прибора.

2

1 - миниатюрное турбулентное сужающее устройство, связанное 2 - тройник, 3 - камера для сжатия анализируемого газа, 4 - измерительная камера, 5 - индикатор давления, 6 - упругая мембрана, 7 - вентиль, 8 - линией анализируемого газа. Анализатор содержит также 9 - тумблер, 10 - шприц, 11 - выходной канал шприца, 12 - входной канал камеры для сжатия анализируемого газа, 13 - штуцер, 14 - поршень, 15 - измеритель временных интервалов, 16 - включающий вход, 17 - выключающий вход, 18 - пьезорезистивный преобразователь силы, 19, 20 - рлектронные компараторы максимального и минимального сигнала пьезорезистивного преобразователя, 21 - ёмкость с охлаждающей жидкостью, 22, 23 - устройства задания уровней срабатывания максимального и минимального значений сигналов пьезорезистивного преобразователя силы

Рис. 2. Схема анализатора плотности газов

Гораздо более удобной и простой является реализация эффузиометра с пьезорезистивным преобразователем силы на базе микропроцессора (рис. 3), либо с использованием АЦП и ПК, что позволит получать сигнал измерительной информации в форме наиболее удобной для дальнейшей обработки и анализа. Кроме того реализация прибора на базе ПК позволяет повысить точность измерений за счёт возможности реализации концепции многократных измерений, когда данные о давлении газа в определённый момент времени в процессе истечения, полученные во время измерения, разбиваются по отрезкам времени, а итоговое значение плотности рассчитываться как некое среднее значение плотностей, полученных по результатам обработки данных на этих отрезках времени. Также, следует отметить, что в данном случае более широкой является возможность цифровой фильтрации полученных данных для исключения очевидно недостоверных результатов.

1 - миниатюрное турбулентное сужающее устройство, 2 - тройник, 3 - камера для сжатия

анализируемого газа, 4 - измерительная камера, 5 - индикатор давления, 6 - мембрана, 7 - вентиль, с 8 - линия анализируемого газа, 9 - тумблер, 10 - шприц, 11 - выходной канал

шприца, 12 - входной канал камеры для сжатия анализируемого газа, 13 - штуцер, 14 - поршень, 15 - пьезорезистивный преобразователь силы, 16 - ёмкость с охлаждающей жидкостью, 17 - АЦП, 18 - ПК

Рис. 3. Схема анализатора плотности газов на базе ПК

Список литературы:

1. Фарзане Н.Г., Илясов Л.В., Азим-Заде А.Ю. Технологические измерения и приборы. - М.: Высшая школа, 1989. - 456 с.

2. Патент 140253 РФ, МПК7 в0Ш9/00 Анализатор плотности газов./ Л.В. Илясов. С.Ю. Жигулин С.Р. Насибов; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ТвГТУ» № 2013158235/28, заявл. 26.12.2013, опубл. 10.05.2014, Бюл. № 13.

3. Патент 2531043 РФ, МПК7 в0Ш9/00 Лабораторный анализатор плотности газов./ Л.В. Илясов С.Ю. Жигулин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ТвГТУ» № 2013135368/28,заявл. 26.07.2013, опубл. 20.10.2014 Бюл. № 29.