УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ВОДЫ ВО ВЛАЖНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ

Настоящая полезная модель относится к технике измерения влажности газов и может быть использована при контроле физико-химических свойствах газа в газоперерабатывающей отрасли, нефтехимии и в других областях промышленности, где требуется измерение малых концентраций воды (преимущественно в диапазоне от 0 до 3000 ppm) при транспортировке природного газа, в системах контроля качества продукции в нефтяной и газовой промышленности, в коммерческих узлах учета, в системах измерений количества и показателей качества газа и сжиженных углеводородных газов на магистральных газопроводах.
Известен абсорбционный метод определения содержания водяных паров и точки росы влаги, заключающийся в поглощении водяных паров безводным диэтиленгликолем и последующем определении связанной диэтиленгликолем воды титрованием раствором Карла Фишера или методом газовой хроматографии (ГОСТ 20060-83 Газы природные горючие. Методы определения содержания водяных паров и точки росы влаги) [1].
3
Недостатком метода является то, что он применяется для определения водяных паров при их содержании в газе более 100 мг/м, имеет большую погрешность.
Известен прибор для измерения влажности грунта, выполненный в виде герметически закрываемого и соединенного с манометром сосуда для навесок исследуемого грунта и карбида кальция, в котором при взаимодействии воды, содержащейся в навеске грунта, и карбида кальция возникает химическая реакция с выделением ацетилена, который в камере повышает давление, отражаемое показаниями манометра. По результирующему значению давления в камере вычисляют искомую концентрацию воды в исследуемом грунте, приняв во внимание мольные соотношения исходных соединений и продуктов химической реакции (Авторское свидетельство на изобретение SU №79680, МПК G01N 33/24, опубл. 01.01.1949 г.) [2], (прототип способа).
Недостатками прибора являются отсутствие возможности непрерывного измерения влажности продукта, точность измерения концентрации воды зависит от точности измерения навески грунта, давления, температуры, полноты прохождения химической реакции.
Техническим результатом данной полезной модели является возможность непрерывного измерения малых концентраций воды в потоке анализируемой влажной газовой среды в пределах, обеспечиваемых навеской карбида кальция, повышение точности измерения малых концентраций воды в анализируемой влажной газовой среде.
Техническая задача решается устройством измерения малых концентраций воды во влажных газовых средах, выполненным в виде герметичного сосуда, с засыпанной в полость герметичного сосуда навеской карбида кальция, в котором упомянутый герметичный сосуд снабжен впускным патрубком для подключения к каналу подачи анализируемой влажной газовой среды и выпускным патрубком для подключения к каналу отвода образовавшегося в процессе взаимодействия влаги анализируемой влажной газовой среды с карбидом кальция ацетилена в аналитический блок. Кроме того, техническая задача решается также тем, что упомянутый герметичный сосуд установлен в полости рабочей камеры термостата.
Сущность полезной модели заключается в том, что в отличие от прототипа анализируемая влажная газовая среда непрерывно, в пределах, обеспечиваемых навеской карбида кальция, подается в герметичный сосуд, взаимодействует с карбидом кальция, и образующийся при этом ацетилен по каналу отвода поступает в аналитический блок. Содержание ацетилена в выходящем из герметичного сосуда газе пропорционально концентрации воды в анализируемой влажной газовой среде. По количеству ацетилена, определяемому аналитическим блоком, путем простого расчета определяют содержание воды в анализируемой влажной газовой среде. Поддержание требуемой температуры в рабочей камере термостата обеспечивает постоянную температуру герметичного сосуда и условия реакции, при которых на скорость и выход реакции влияют только давление и расход анализируемой влажной газовой среды.
На чертеже представлена схема устройства измерения малых концентраций воды во влажных газовых средах.
Устройство измерения состоит из герметичного сосуда 1, термостата 2, канала 3 подачи анализируемой влажной газовой среды в герметичный сосуд 1, канала 4 отвода образовавшегося в процессе взаимодействия влаги анализируемой влажной газовой среды с карбидом кальция ацетилена в аналитический блок 5.
Герметичный сосуд 1 выполнен с впускным краном 6 с патрубком 7, соединяющим герметичный сосуд 1 с каналом 3 подачи анализируемой влажной газовой среды, и с краном 8 отвода через патрубок 9 в канал 4 образующегося ацетилена. Герметичный сосуд 1 снабжен патрубком 10 для засыпки в полость 11 навески 12 карбида кальция. Для стабилизации процесса получения ацетилена герметичный сосуд 1 установлен в герметичной рабочей полости 13 термостата 2.
На канале 3 подачи анализируемой влажной газовой среды в герметичный сосуд 1 установлен фильтр 14 для защиты полости 11 от механических примесей. На канале 4 отвода ацетилена из герметичного сосуда 1 установлен фильтр 15 для предупреждения выноса карбида кальция из герметичного сосуда 1, регулятор давления 16 и аналитический блок 5, например, газовый хроматограф. К каналу 4 отвода ацетилена подведена байпасная линия 17 с регулировочным вентилем 18 и измерителем расхода газа 19.
Устройство измерения малых концентраций воды во влажных газовых средах работает следующим образом. Перед запуском устройства измерения в эксплуатацию проводят градуировку устройства, для чего к фильтру 14, установленному на канале 3 подачи анализируемой влажной газовой среды в герметичный сосуд 1, подсоединяют источник микропотока влажного газа (не показан) и под избыточным давлением подают пробы влажной газовой среды с различной влажностью (не менее пяти проб). При протекании через герметичный сосуд 1 вода, содержащаяся в газе, необратимо реагирует с находящимся в герметичном сосуде 1 карбидом кальция, образуя ацетилен. Содержание ацетилена, выходящего из герметичного сосуда 1, пропорционально концентрации воды в газе. Выделившееся при каждом измерении количество ацетилена регистрируют с помощью газового хроматографа, получают соответствующий сигнал в виде пиков ацетилена на хроматограмме. Полученная калибровочная характеристика позволяет затем измерять влажность газовой среды путем пропорционального пересчета площади пика ацетилена в концентрацию воды. После градуировки устройства источник микропотока влажного газа (не показан) отсоединяют. Устройство готово к проведению измерений.
Для измерения малых концентраций воды канал 3 подачи анализируемой влажной газовой среды в герметичный сосуд 1 подсоединяют к устройству отбора пробы трубопровода (не показаны) влажной газовой среды. После прохождения отобранной пробы анализируемой влажной газовой среды через герметичный сосуд 1 и образовавшегося в результате реакции ацетилена через аналитический блок 5 (газовый хроматограф) устанавливают пик ацетилена и по имеющейся хроматограмме определяют концентрацию воды в анализируемой влажной газовой среде. Стабильность течения реакции получения ацетилена обеспечивается термостатом 2.
Предлагаемая полезная модель повышает точность измерения малых концентраций воды в анализируемой влажной газовой среде за счет высокой селективности и специфичности применяемой реакции карбида кальция с водой, гарантированного отсутствия продукта реакции (ацетилена) в исходной исследуемой среде, отсутствие эффектов адсорбции ацетилена (в отличие от воды) на внутренних поверхностях системы, возможность измерения следовых концентраций ацетилена простыми и распространенными детекторами, что позволит эффективно использовать устройство измерения малых концентраций воды в различных областях промышленности.