Способ определения расхода влажного газа



Способ определения расхода влажного газа
Способ определения расхода влажного газа
Способ определения расхода влажного газа

 


Владельцы патента RU 2535515:

Орлинский Сергей Борисович (RU)
Мамин Георгий Владимирович (RU)
Джэмисон Эндрю Уильям (GB)
Володин Михаил Александрович (RU)

Способ определения расхода влажного газа основан на зависимости степени разбавления вещества индикатора от величины расхода измеряемого вещества при известном расходе и начальной концентрации вещества индикатора. При этом в качестве вещества индикатора выступают парамагнитные метки, а в качестве используемого метода - метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Технический результат - повышение точности определения процентного содержания воды и газового конденсата во влажном газе и корректировка показания преобразователей расхода сухого газа по результатам анализа спектральных характеристик проб, отобранных из потока влажного газа. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в газодобывающей и других отраслях промышленности для точного измерения расхода газа, содержащего в своем составе до 10% (по объему) воды и газового конденсата (далее - влажного газа) при его транспортировке по трубопроводу.

Известны концентрационные методы измерения расхода жидкостей и газов. Они основаны на зависимости степени разбавления индикатора или примеси от величины расхода измеряемого вещества Q0 при известной начальной концентрации индикатора Cu и величине его расхода qu. После достаточного смешения индикатора с измеряемым веществом ниже по течению потока отбирается проба фиксированного объема, в которой измеряется концентрация индикатора Cx. Расход измеряемого вещества при этом можно определить из уравнения баланса индикатора:

Q 0 C 0 + q u C u = ( Q 0 + q u ) C x , ( 1 )

где С0 - возможная начальная концентрация индикатора в измеряемом веществе.

Если С0=0 и С0<<Cu, то

Q 0 = q u C u C x ( 2 ) .

Способ приведен в международном стандарте ISO 2975-1 [1]. Суть его более подробно описана во многих статьях, например [2].

Таким образом, для измерения расхода жидкостей и газов необходимо с высокой точностью определять концентрацию индикатора в потоке после его перемешивания. Для газов, содержащих в своем составе до 10% (по объему) воды и газового конденсата, предлагается сначала определять указанным выше способом расход жидкой фазы, а затем осуществлять коррекцию показаний преобразователей расхода газа.

В зависимости от вещества индикатора методы основаны на следующих физических принципах и методах исследования: химических, колориметрических, флуорометрических, рефрактометрических, кондуктометрических. Данные методы предназначены для разовых или периодических измерений расхода при поверке/калибровке стандартных сужающих устройств и других преобразователей расхода газа.

Впервые в качестве вещества индикатора применены парамагнитные метки двух различных типов. Благодаря своей химической структуре и свойствам один тип меток растворим только в воде, а другой тип меток растворим только в газовом конденсате. Интенсивность сигнала ЭПР, пропорциональная количеству парамагнитных меток, убывает с уменьшением их числа в отобранной пробе, и при фиксированном объеме пробы пропорциональна концентрации индикатора, Сх после перемешивания [3]. Анализируя спектры ЭПР парамагнитных меток в отобранных пробах, можно определить расход влажного газа в данном потоке.

Техническим результатом изобретения является увеличение точности результатов измерений расхода влажного газа, возможность одновременного определения содержания воды и газового конденсата во влажном газе, уменьшение количества вещества-индикатора, необходимого для проведения измерений по сравнению с методами, описанными ранее [1, 2, 4].

Поставленная цель достигается за счет высокой чувствительности метода ЭПР при определении концентрации парамагнитных меток в пробе. На Фиг.1 представлены зависимости интенсивности сигнала ЭПР различных типов парамагнитных меток от их концентрации. Также за счет высокой чувствительности метода ЭПР достаточно вводить в поток влажного газа растворы с низкой начальной концентрацией парамагнитных меток, что позволяет уменьшить ее затраты при проведении измерений.

Этот метод одновременного определения содержания воды и газового конденсата во влажном газе очень прост и нагляден благодаря тому, что сигналы ЭПР от различных типов парамагнитных меток «разнесены» (возникают при различных значениях индукции постоянного магнитного поля).

Течение влажного газа в горизонтальном трубопроводе носит слоистый характер. В нижней части потока находится жидкая фаза влажного газа, состоящая из воды и газового конденсата. Сущность изобретения поясняется чертежом, представленным на Фиг.2. В поток влажного газа, текущий по трубопроводу 1 диаметром D и проходящий через преобразователь расхода сухого газа 2, с помощью систем впрыска 3 при постоянном расходе из емкости 4 инжектируются растворы парамагнитных меток с известной начальной концентрацией. После прохождения потоком расстояния не менее 100-D, что обеспечивает необходимое его перемешивание, из трубопровода с помощью пробоотборной системы 5 отбирается проба жидкой фазы влажного газа.

Отобранная проба помещается в СВЧ-резонатор спектрометра ЭПР, и регистрируется ее спектр ЭПР. По интенсивности полученного спектра определяется концентрация обоих типов введенных выше по течению потока парамагнитных меток. Расход жидкой фазы, присутствующей в потоке влажного газа, находится из уравнения баланса индикатора по формуле (1).

Работоспособность метода была определена в лабораторных экспериментах при помощи спектрометра ЭПР Elexsys 500 фирмы Bruker на частоте 9,5 ГГц (что соответствует длине волны 3 см, Х-диапазон), амплитуда модуляции - 0,5 Гс, температура - 300 К.

В качестве парамагнитных меток в экспериментах использовались сульфат меди (медный купорос), растворимый в воде, и спиновая метка на основе нитроксильных радикалов TEMPON, растворимая в керосине. Необходимая концентрация меток в воде и керосине достигалась путем перемешивания в ультразвуковой ванне, масса компонентов контролировалась взвешиванием на весах Vibra НТ (абс.погр. - 1 мг).

Образцы спиновой метки, растворенной в керосине, помещались в стеклянный капилляр с внутренним диаметром 1 мм при помощи тонкой длинной пипетки. Общий объем образца не превышал 5 мкл, что позволяло поддерживать добротность СВЧ-резонатора на приемлемом уровне.

Образцы сульфата меди, растворенные в воде, помещались в стеклянный капилляр с внутренним диаметром 4 мм, общий объем образца не превышал 0,5 мл.

Также были проведены эксперименты, в ходе которых в СВЧ-резонатор спектрометра одновременно в различных количественных пропорциях помещались образцы сульфата меди в воде и образцы спиновой метки в керосине. На спектрах ЭПР (Фиг.3) одновременно присутствуют сигналы от обоих типов меток, интенсивность этих сигналов меняется в соответствии с количественным соотношением двух растворов в резонаторе. Сигналы ЭПР от различных типов парамагнитных меток возникают при значениях магнитного поля 3150 и 3450 Гс соответственно. Интегральная интенсивность сигнала убывает с уменьшением числа парамагнитных меток в отобранной пробе. Сопоставив спектр ЭПР пробы неизвестной концентрации с данными «калибровочными» спектрами, можно определить концентрацию обоих типов меток в пробе и, следовательно, определить расход жидкости на основании уравнения (2), а затем скорректировать показания преобразователей расхода газа, т.е. определить расход влажного газа.

Источники информации

1. ISO 2975-1 «Измерение расхода воды в закрытых каналах. Методы прививок».

2. П.П. Кремлевский. «Расходомеры и счетчики количества», СПб.:

Политехника, 136-152 с. (2004).

3. R. S. Alger, Electron paramagnetic resonance: techniques and applications, New York, pp.201-221 (1971).

4. H. de Leeuw, Wet gas flow measurement by means of a Venturi meter and a tracer technique, North Sea Measurement Workshop (1994).

Способ определения расхода влажного газа, основанный на зависимости степени разбавления вещества индикатора от величины расхода измеряемого вещества, при известном расходе и начальной концентрации вещества индикатора, отличающийся тем, что в качестве вещества индикатора выступают парамагнитные метки, а в качестве используемого метода - метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), который позволяет с высокой точностью определить процентное содержание воды и газового конденсата во влажном газе и скорректировать показания преобразователей расхода сухого газа по результатам анализа спектральных характеристик проб, отобранных из потока влажного газа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода текучих сред, в частности для измерения расхода топлива двигателем внутреннего сгорания.
Наверх