АНАЛИЗАТОР ПЛОТНОСТИ ГАЗОВ

Полезная модель относится к области автоматического контроля технологических параметров, а именно, к средствам измерений плотности газов на технологических потоках.
Известен анализатор плотности газов (Кивилис С.С. Плотномеры. М: Энергия. 1980 - с.217), содержащий камеру, в которой расположены две турбинки. Одна из турбинок приводится во вращательное движение синхронным двигателем и направляет на вторую поток анализируемого газа, протекающего через камеру. Кинетическая энергия газа воспринимается второй турбинкой. При этом на ней возникает вращающий момент, который уравновешивается спиральной пружиной прикрепленной к оси, на которой установлена эта турбинка, а угол поворота этой оси пропорционален плотности газа.
Недостатком такого анализатора плотности является наличие подвижных элементов и, особенно, синхронного двигателя, использование которого в условиях многих технологических процессов требует его дорогостоящего взрывобезопасного исполнения.
Наиболее близким по технической сущности является анализатор плотности газов (Фарзане Н.Г. и др. Технологические измерения и приборы. М: Высшая школа. 1989. - с.280. рис.10.3б), содержащий последовательно по потоку соединенные стабилизатор объемного расхода анализируемого газа и турбулентный дроссель с измерительным преобразователем разности давлений. Стабилизатор расхода анализируемого газа представляет собой вентилятор, расположенный в камере, которая соединена с источником анализируемого газа. Он приводится во вращательное движение синхронным двигателем и создает поток анализируемого газа через трубопровод. В этом трубопроводе расположен турбулентный дроссель, к которому подключен измерительный преобразователь разности давлений. При постоянном объемном расходе анализируемого газа через турбулентный дроссель, создаваемом вентилятором, разность давлений на дросселе несет информацию о плотности анализируемого газа.
Недостатком данного анализатора плотности является сложность конструкции, а именно, наличие вращающихся элементов и синхронного двигателя, требующего во многих случаях дорогостоящего взрывобезопасного исполнения.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции анализатора плотности газа.
Технический результат - создание простого анализатора плотности газов для технологических потоков, в котором отсутствуют подвижные и взрыво - и пожароопасные элементы.
Технический результат достигается тем, что анализатор плотности газов, содержащий последовательно по потоку соединенные стабилизатор объемного расхода анализируемого газа и турбулентный дроссель с измерительным преобразователем разности давлений, согласно полезной модели дополнительно содержит двухвходовое вычислительное устройство, стабилизатор давления газа, вход которого подключен к источнику анализируемого газа, а выход - к входу стабилизатора объемного расхода, камеру, в которой размещены стабилизатор объемного расхода, турбулентный дроссель и измерительный преобразователь разности давлений, и измерительный преобразователь температуры в камере, при этом выходы измерительных преобразователей разности давлений и температуры подключены к двухвходовому вычислительному устройству, а стабилизатор объемного расхода выполнен в виде ламинарного дросселя и регулятора разности давлений на этом дросселе.
Такая конструкция анализатора позволяет простыми средствами осуществлять измерение плотности газов, т.к. путем поддержания постоянного перепада давления на ламинарном дросселе при постоянной его температуре обеспечивается поддержание постоянного объемного расхода, необходимого для измерения плотности по разности давлений на турбулентном дросселе без применения подвижных и взрыво- и пожароопасных элементов. Такая возможность определяется тем, что вязкость газов, особенно природных газов, транспортируемых по магистральным газопроводам, обычно изменяется незначительно.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема анализатора плотности газов показана на фиг.1.
Анализатор плотности газов содержит последовательно по потоку соединенные стабилизатор расхода 1 анализируемого газа и турбулентный дроссель 2 с измерительным преобразователем 3 разности давлений на этом дросселе.
Анализатор дополнительно содержит двухвходовое вычислительное устройство 4, стабилизатор давления 5, вход 6 которого подключен к источнику анализируемого газа 7, а выход 8 - к входу 9 стабилизатора объемного расхода 1 анализируемого газа. Кроме этого, газоанализатор содержит камеру 10, в которой размещены стабилизатор объемного расхода 1, турбулентный дроссель 2 и измерительный преобразователь разности давлений 3. Для измерений температуры в камере предусмотрен измерительный преобразователь температур 11. Выходы измерительных преобразователей разности давлений на турбулентном дросселе 3 и температуры 11 подключены к двухвходовому вычислительному устройству 4. стабилизатор объемного расхода 1 выполнен в виде ламинарного дросселя 12 и регулятора разности давлений 13 на этом дросселе. Выход двухвходового вычислительного устройства 4 подключен к вторичному прибору 14.
Анализатор работает следующим образом. Анализируемый газ под давлением поступает из источника давления 7 в стабилизатор давления 5, на выходе которого поддерживается постоянное давление. С выхода этого стабилизатора анализируемый газ поступает в стабилизатор объемного расхода 1. Здесь газ протекает последовательно через регулятор перепада давления 13 и ламинарный дроссель 12. Поддержание постоянного перепада давления на ламинарном дросселе обеспечивает постоянство объемного расхода анализируемого газа через турбулентный дроссель 2, который соединен последовательно с ламинарным дросселем, а измерение разности давлений на турбулентном дросселе при постоянном объемном расходе через него позволяет измерить плотность анализируемого газа.
Действительно, т.к. ламинарный и турбулентный дроссели соединены последовательно, то при малых перепадах давлений справедливо:
,
Л
где Q - объемный расход газа через ламинарный дроссель;
Т
Q - объемный расход газа через турбулентный дроссель.
Объемный расход газа через ламинарный дроссель можно описать выражением:
,
Л
где К - постоянный коэффициент, зависящий от геометрических параметров ламинарного дросселя (капилляра);
η - динамическая вязкость анализируемого газа;
Δp - разность давлений на ламинарном дросселе.
Л
Л
Если η изменяется незначительно, т.е. η=const, а Δp поддерживается стабилизатором разности давлений постоянной, то Q=const.
Для турбулентного дросселя известна зависимость:
,
где ρ - плотность анализируемого газа;
Т
K - постоянный коэффициент, зависящий от параметров турбулентного дросселя (диафрагмы);
Т
Δp - разность давлений на турбулентном дросселе.
Л
Т
Т.к. Q=Q, выражение (3) можно представить в виде:
,
где  - коэффициент преобразования анализатора плотности.
Таким образом, по значению разности давления на турбулентном дросселе можно определять плотность анализируемого газа.
Экспериментальные исследования макета анализатора плотности газа показали, что он способен обеспечить бесперебойное измерение плотности потока природного газа с погрешностью не превышающей ±1%.
Преимущество предлагаемого технического решения:
- простота конструкции;
- низкая стоимость.
Предлагаемый анализатор плотности может быть реализован на базе стандартных стабилизаторов расхода газов после незначительной модификации и стандартных преобразователей разности давлений.
Анализатор плотности газов может найти применение для контроля газовых потоков предприятий нефтедобывающей, газодобывающей, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности.