книги / Приборы и средства учета природного газа и конденсата

пробковыми кранами 3 и 4 и утолщениями йа концах для при­ соединения резиновых трубок.

Вместимость пикнометра должна быть определена с высо­ кой точностью. Для этого пикнометр вначале продувают осу­ шенным воздухом и взвешивают на весах с точностью до 0,0002 г. Затем пикнометр полностью заполняется дистиллиро­ ванной водой. Избыток воды в трубках над кранами удаляется, а отдельные капли на стенках трубок и на наружной поверх­ ности колбы снимаются фильтровальной бумагой; прибор хо­ рошо просушивается, после чего пикнометр опять взвешивается. Одновременно с заполнением пикнометра и его взвешиванием измеряется температура воды, по которой определяется значе­ ние плотности воды, а затем вместимость пикнометра по фор­ муле (144):

У ^ (@Я ^в) / (рд рв).

Пикнометр изготовляется с упомянутой выше вместимостью, чтобы не превысить при взвешивании с водой грузоподъем­ ность аналитических весов (200 г). В1случае применения пик­ нометра вместимостью 130 см3 и аналитических весов с гру­ зоподъемностью 200 г погрешность определения плотности газа составляет 0,4—0,5%. Понизить погрешность измерения до 0,1—0,2% можно в случае использования пикнометра вмести­ мостью 1300—1500 см3 и образцовых весов с грузоподъем­ ностью |2 кг.

Схема установки для определения плотности газа в рабо­ чих условиях представлена на рис. 97. Она отличается от опи­ санной выше установки тем, что пикнометр, рассчитанный на работу при давлении газа 60—100 кгс/см2, изготовляется из легкого и прочного металла, а также тем, что для измерения давления газа используется грузопоршневой манометр высокой точности.

На первый взгляд кажется, что нет необходимости измерять давление газа, поскольку для вычисления плотности необхо­ димо знать только вместимость 'пикнометра и разность масс пустого и заполненного газом пикнометра. Однако вместимость пикнометра не остается постоянной величиной, а зависит от внутреннего давления и температуры, на которые нужно вводить 'поправки.

Установка содержит теплоизолированный ящик 1 , пикно­ метр 2 , преобразователь плотности газа в рабочих условиях 3, термометр 4, электронно-счетный частотомер 5, электронные весы с защитной витриной (на схеме не показаны), грузопорш­ невой манометр 6 с разделителем рред 7 (газ — масло), баллон 1 0 с испытательным газом, регулируемые вентили 8 и 9 для создания в системе заданного режима по давлению, подогрева­ тель 12, датчик температуры 13, регулятор-измеритель темпе-

221

Рис. 97. Схема образцовой установки для поверки плотномеров газа в рабочих уело-

ратуры 14, люк 11 для управления кранами 15, 18, муфты 16, 17 для отсоединения пикнометра от соединительных трубок.

Перед работой пикнометр заполняется дистиллированной водой при одном значении температуры и разных давлениях в пикнометре, затем при другом и т. д. значениях температуры. Вычисляют и составляют таблицы зависимости вместимости пикнометра от температуры и давления и строят номограммы. Затем заполняют пикнометр газом, записывают величину ча­ стотного сигнала преобразователя плотности, затем взвеши­ вают пикнометр и определяют значение плотности газа.

9.5. СРЕДСТВА ПОВЕРКИ СКОРОСТНЫХ РАСХОДОМЕРОВ И СЧЕТЧИКОВ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Поверка скоростных расходомеров и счетчиков жидкости (турбинных, вихревых и др.) может осуществляться с помощью образцовых мерников известного объема, трубопоршневых уста­ новок, а также образцовых счетчиков, достаточно подробно описанных в работах [1, 5, 6]. Принцип действия образцовых мерников для поверки расходомеров и счетчиков жидкости за­ ключается в измерении с заданной точностью с помощью об­ разцовой емкости известного объема жидкости, прошедшей че­ рез поверяемый счетчик. Для поверки указателя расхода пове­ ряемого счетчика-расходомера может быть использован образ­

222

Глава i6

ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ СОСТАВА И ВЛАЖНОСТИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

При измерении расхода и количества природного газа необ­ ходимо определять его компонентный состав, влажность и теп­ лоту сгорания. Определение компонентного состава газа в про­ центах объемного содержания производится с помощью газо­ вых хроматографов различных типов. Для измерения влажности газа могут быть использованы различные методы и приборы, описание которых приведено ниже.

10.1. ГАЗОВЫЕ ХРОМАТОГРАФЫ

Сущность газовой хроматографии состоит в разделении смеси газов на отдельные газовые компоненты и их последую­ щей идентификации (3]. Принцип действия газовых хроматогра­ фов заключается в пропускании газовой смеси через колонку с адсорбирующим материалом, сорбции (поглощении) отдель­ ных компонентов путем последовательного продвижения их по колонке с помощью газа-носителя и идентификации отдельных компонентов (составляющих) исследуемой газовой смеси с по­ мощью детекторов по времени их появления на выходе ко­ лонки (рис. 98).

Компоненты исследуемой газовой смеси на выходе детек­ тора идентифицируются на ленточных диаграммах электронных потенциометров в виде пиков, разделенных участками нуле­ вой линии. Это дает возможность детектору отдельно фикси­ ровать компоненты, разделенные зонами чистого газа-носителя. В автоматических газовых хроматографах объемное содержа­ ние отдельных компонентов определяется с помощью микро­ процессорного вычислителя и фиксируется на ленте цифропе­ чатающего устройства с указанием времени и даты печати.

В основе адсорбционной газовой хроматографии лежит про­ цесс разделения исследуемых газовых смесей благодаря неоди­ наковой сорбции и десорбции ее компонентов с помощью ад­ сорбирующих материалов (сорбентов), в качестве которых обычно используются силикагель, активированный уголь, оксид магния и др. Отметим, что десорбцией называется выделение поглощенных веществ из сорбента.

Структурная схема простейшего газового хроматографа при­ ведена на рис. 98, а. Он содержит источник газа-носителя 1, регулятор давления 2 , фильтр-осушитель 3, измеритель расхода газа носителя 4, дозатор исследуемой газовой смеси 5, хрома­ тографическую колонку 6 , заполненную сорбентом, детектор выделенных компонентов 7 и регистратор хроматограмм 8 . Хроматографическая колонка, являющаяся основным узлом

224

d

Рис. 98. Газовый хроматограф.

а — структурная схема: б — распределение компонентов по длине колонки; в — Кривые пыхода компонентов из колонки.

хроматографа, представляет собой трубку, изготовленную из стекла, нержавеющей стали или медных сплавов. Кроме основ­ ных узлов газовые хроматографы обычно снабжаются еще ря­ дом дополнительных устройств, которые на данной схеме не показаны (термостаты для колонки и детектора, терморегуля­ торы, источники питания, элементы управления, блок вычисли­ теля, цифропечатающее устройство и др.).

Результат анализа смеси газов появляется в виде хрома­ тограммы, представляющей собой график, изображающий за­ висимость объема и количества газовых компонентов в газеносителе от времени или от объема газа-носителя.

Хроматограф работает следующим образом. Небольшая проба исследуемой смеси газов (рис. 98, а), подлежащая раз­ делению и идентификации, вводится в начало колонки 6 через дозирующее устройство 5. Одновременно через колонку 6 от источника 1 пропускается газ-носитель, который перемещает исследуемую смесь вдоль колонки, заполненной сорбентом. В качестве газа-носителя могут использоваться чистый осушен­ ный воздух, азот, двуоксид углерода, аргон, гелий, водород и др. Введенная проба с газом-носителем адсорбируется сор­ бентом на начальном участке колонки. Под действием движу­ щегося газа-носителя происходит десорбция компонентов пробы с начального участка колонки и сорбция их последующими участками. Распределение во времени компонентов исследуемой

по длине хроматографической колонки показано на рис. 98, б. Начальные участки колонки заполняются всеми компонен­ тами смеси Л+^+С+газ-носитель. при десорбции с выхода колонки первым поступает наиболее плохо адсорбирующийся газ А, а последним — наиболее легко адсорбирующийся газ С. Компоненты газовой смеси появляются на выходе колонки 6 раздельно в виде бинарных смесей с газом-носителем, отделен­ ных друг от друга интервалами времени, в которые из колонки

выходит чистый газ-носитель.

Распределение концентраций газовых компонентов на вы­ ходе колонки в виде последовательных пиков (рис. 98, в) обус­ ловлено тем, что ширина зоны адсорбированного компонента при его продвижении по колонке расширяется из-за различных условий адсорбции и десорбции в порах сорбента разной ши­ рины и глубины. При этом концентрация компонента меняется плавно от нуля до максимума и вновь до нуля. Выход иссле­ дуемого компонента из колонки длится некоторое время, и он не сразу весь входит в ячейку детектора.

Детектор 7 (рис. 98, а) служит для обнаружения компонен­

не показан). В зависимости от типа хроматографа применяются различные виды детекторов (термокондуктометрические, пла­ менно-ионизационные, высокочастотно-ионизационные, термо­ ионные я др.), достаточно подробно описанные в работе [3].

Отечественной промышленностью выпускаются газовые хроматографы «Нефтехим СКЭП», ХП-499, «Газохром» и др. За рубежом выпускается целый ряд автоматических газовых хроматографов фирм «Энкал» «Хьюлетт— Паккард» (США), «Даниель» (Англия), «Вкогава» (Япония), «Делси-,инструмент» (Франция).

226

10.2. ИЗМЕРИТЕЛИ ВЛАЖНОСТИ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Присутствие влаги и тяжелых легкосжижающихся углево­ дородов (углеводородного конденсата) в газе приводит к из­ менению многих параметров и свойств этого газа. Для измере­ ния влажности газа используются такие параметры и свойства газообразных сред, количественные изменения которых одно­ значно связаны с влагосодержанием. В настоящее время из­ вестно большое число методов измерения влажности природ­ ных газов, к которым можно отнести спектрально-оптические, сорбционные, электролитические, химические, конденсационные, испарительно-психрометрические, акустические и др. [3).

Из известных методов и приборов контроля влажности при­ родного газа практически ни один не может в полной мере удовлетворить требованиям автоматического контроля его влажности. Это связано с тем, что в добываемом или транспор­ тируемом газе помимо основных компонентов природного газа и паров воды дополнительно находится капельная влага и угле­ водородный конденсат, гликоли, метанол, частицы компрессор­ ного масла, меркаптаны и др., которые либо разрушают чувст­ вительный элемент прибора, либо приводят к большим погреш­ ностям или нестабильности показаний.

Не вызывает сомнения, что нет необходимости рассматри­ вать подробно все методы измерения влажности и применяе­ мые в этих методах разновидности приборов. Здесь кратко рассмотрим лишь те методы и приборы, которые нашли прак­ тическое применение в газовой промышленности.

Сорбционный метод является одним из наиболее широко применяемых методов контроля влажности газа. Для этого ме­ тода характерно использование адсорбции или абсорбции вла­ ги. Первое явление состоит в способности твердых веществ от­ бирать из окружающей среды пары воды и накапливать их на своей поверхности. В зависимости от температуры и давления водяных паров влага адсорбируется в виде пара или водяной пленки. Явление абсорбции заключается в растворении паров воды во всем объеме жидкости или твердого тела. В качестве примера рассмотрим сорбционно-емкостный автоматический влагомер газа. Принцип действия такого влагомера основан на изменении электрической емкости конденсатора с диэлект­ риком, сорбирующим влагу из газа, контактирующего с этим диэлектриком. Изменение емкости конденсатора связано с из­ менением диэлектрической проницаемости диэлектрика, взаимо­ действующего с влажным газом.

В гигрометрах, использующих этот метод (рис. 99), нашли применение датчики с алюминиевооксидной пленкой. Датчики обладают высокой чувствительностью к влажности, имеют ма­ лые габаритные размеры, малую инерционность (5 с), доста­ точную стабильность характеристик.

Ряс. 99. Сорбционно'диэлькометрический гигрометр.

а—схема датчика; б— внешний вид датчика; в — структурная схема.

Датчик (рис. 99, а) представляет собой помещаемый в тру­ бопровод с исследуемым газом алюминиевый цилиндрик 1 не­ большого размера, на торце которого выполнен чувствитель­ ный элемент — тонкая пористая пленка 2 из оксида алюминия, покрытая пористым слоем золота 3. Слой золота и алюминие­ вое основание служат обкладками конденсатора, емкость ко­ торого (порядка 1000 пф) изменяется в зависимости от коли­ чества сорбированной влаги пленкой оксида алюминия. Внеш­ ний вид датчика показан на рис. 99, б.

Структурная схема сорбционно-емкостного гигрометра при­ ведена на рис. 99, в. Датчик гигрометра 2 устанавливается не­ посредственно на газопроводе 1 с контролируемым газом. Если газ содержит капли влаги и другой жидкости, датчик допол­ нительно защищается экраном цилиндрической формы, откры­ тым с нижнего конца. Поскольку выходным параметром дат­ чика является небольшая по значению емкость, соединительная линия, связывающая датчик с электронным блоком 3, не может быть длинной и обычно выполняется в виде отрезка высокоча­ стотного кабеля длиной 2 м. Электронный блок 3 предназначен для преобразования сигнала датчика в форму, пригодную для передачи на значительное расстояние. Электронный блок 3 представляет собой измеритель полного внутреннего сопротив­ ления и выполнен на полупроводниковых элементах. Обычно сигнал датчика преобразуется в частоту.

В этом случае расстояние между датчиком и электронным сигнализирующим прибором 5 может составлять несколько ты-

228

Глава 11

ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ, НАЛАДКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПУНКТОВ УЧЕТА ГАЗА И КОНДЕНСАТА НА ОБЪЕКТАХ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

11.1. ОХРАНА ТРУДА НА ОБЪЕКТАХ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

При монтаже, наладке и эксплуатации приборов и оборудо­ вания пунктов учета природного газа и углеводородного кон­ денсата рабочие и инженерно-технический персонал, занятые на этих работах, могут подвергаться опасности поражения раз­ личными факторами, что приводит при несоблюдении правил техники безопасности к производственным травмам, отравле­ ниям, тяжелым ожогам, поражениям электрическим током идр.

Опасность для здоровья человека на пунктах учета газа представляют физические и химические свойства природного газа и конденсата.

Оборудование и промышленные установки на объектах га­ зовой промышленности постоянно находятся под высоким из­ быточным давлением. В случае коррозии толщина стенок умень­ шается, что может привести к разрывам, связанным с разру­ шениями, человеческими жертвами, к взрывам газовоздушных смесей и пожарам. При разрыве сосудов с нестабильным кон­ денсатом попадание на человека струй конденсата может вы­ звать переохлаждение организма и даже обморожение кожного покрова.

Широко известны взрыво- и пожароопасные свойства при­ родного газа и конденсата. Именно они являются наиболее ча­ стой причиной гибели людей и большого материального ущерба.

газа (трубопроводов, запорной арматуры, камер для размеще­ ния измерительных диафрагм, блок-боксов и т. п.) использу­ ются грузоподъемные механизмы, также требующие соблюде­ ния мер безопасности. С опасностью связано 'проведение газоопасных и огневых работ в любых метеорологических условиях на открытых строительных площадках, выполняемых при со­ оружении пунктов учета газа и конденсата.

Ниже приведены основные положения мероприятий по охра­ не труда и техники безопасности, которые должны быть учтены при монтаже, наладке и эксплуатации пунктов учета газа и

230