Способ определения влажности газовойсреды

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТИ Н.ИЯ ())) 842536

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 07.06. 78 (21) 2625447/18-25 ... ( с присоединением заявки М— (23) Приоритет— (51)М. Кл .

G 01 N 25/56

Госудерственнмй квинтет

СССР

Ilo делам изобретений и откритнй

ОпУбликовано 30.06.81. Бюллетень рщ 24 (53) УДК533.

275(088 8) Дата опубликования описания 30. 06 .81 (72) Авторы изобретения

В.И. Ковтун, В.В. Рутковский, В.В. Лисицки", и В.С. Хвостенко (7I) Заявитель

Институт черной металлургии Министерства черной металлургии СССР

I (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ГАЗОВОЙ

СРЕДЫ

Изобретение относится к техничес- кой физике, и может быть использовано для определения влажности газа.

Известен способ измерения влажности газа, основанный на сравнении

5 теплопроводностей влажного насыщенного газа (эталона) и исследуемого.

В этом способе предварительно градуируют показываю:ций прибор,, пропуская через измерительную и срав10 нительную камеры вначале насыщенный гаэ, а затем через измерительную камеру подают сухой газ. Затем исследуемый газ пропускают через измерительную камеру, а этот же газ,.но

15 увлажненный до полного насыщения, подают параллельно через камеру сравнения. Таким образом, исследуемый газ непрерывно сравнивается с эталоном — тем же .газом с относительной влажностью, равной 1007, и показания прибора будут находиться в линейной зависимости от перциального давления водяного пара Г11.

Основная погрешность в этот способе обусловлена появлением в газовой смеси примесей, сильно отличающихся по своей теплопроводности от исследуемого газа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения влажности газовой среды, заключающийся в том, что анализируемую среду пропускают через капилляр, удаляют из нее конденсацией пары воды, оставшийся сухой газ пропускают через второй капилляр и с учетом параметров сухого газа судят о влажности анализируемой среды (21.

Указанный способ характеризуя недостаточной точностью определения влажности газа, которая может быть вызвана неточностью газового анализа исследуемого таза и определения rieрепадов давления газа на капиллярах.

Кроме того, в известном способе отсутствует контроль. достоверности

842536 4. пускают через змеевик 4 и капилляр

2, где происходят потери давления газа, равные рв т 2 в т 2( ного газа, м/с — удельный вес в влажного газа, icrc/ì ; — соответственно расход и удельный вес влажного газа при температуре

То 2?3 К

Р0 =760 мм рт. ст; . — температура и давление . влажного исследуемого газа; — ускорение свободного падения, м/с.; — коэффициент сопротивления капилляра 2; площадь поперечного сечения капилляра 2 м . 6 Заа т . р

Oв ) 09

Тв и РВ

3 определения как влажности газа, так и анализа газа на компоненты при единичном измерении функциональных величин расходов влажного и сухого газов;

Цель изобретения — повышение точ.ности определения влажности газовой среды.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения влажности газовой среды, заключающемся в том, что анализируемую среду пропускают через капилляр, удаляют из нее конденсацией пары воды, оставший-. ся сухой газ пропускают через второй капилляр и с учетом параметров сухЬго газа судят о влажности анализируемой среды, перед пропусканием через второй капилляр в сухой газ добавляют газ с удельным весом, равным удель-,о ному весу паров воды, и в количестве, равном количеству сконденсированных паров воды, определяют содержание компонентов в полученной смеси и содержание тех же компонентов в анализируемой среде и а учетом полученных результатов судят о влажности анализируемой среды.

Этот спосЬб повышает точность определения содержания паров воды и позволяет контролировать не только содержание паров воды, но и достоверность анализа по другим компонентам исследуемого, газа, На чертеже схематически представлен возможный вариант устройства, реализующего способ. устройство содержит термостат в котором помещены капилляры 2 и

3 со змеевиками 4 и 5, в промежутке между которыми снаружи термостата установлен холодильник-конденсатор 6, влагоотделитель 7 и влагопоглотитель .8. Капилляры подсоединены к перепадометрам 9 и 10. Влажный

45 исследуемый газ к устройству подводится по линии 11, а сухой исследуемый газ отводится по линии 12. После влагопоглотителя линия сухого газа соединена через ротаметр 13 и регулировочный вентиль 14 с линией

15 вводимого газа, а линия влажного исследуемого газа соединена с линией

16 тарировочного газа через регулировочный вентиль 17.

Сущность способа заключается в следующем.

Влажный исследуемый газ, подводимый к устройству по линии ll, протвв тв р где )((. скорость влажs )(ао р, т, р„Эти потери давления, (перепад давления) влажного газа на капилляре

2 регистрируются перепадомером 9.

Таким образом

После охлаждения газа в холодильнике-конденсаторе 6, отделения влаги во влагопоглотителе 7 и поглощения ее остатка во влагопоглотителе

8 исследуемый, но уже сухой газ пропускают через капилляр 3, где потери давления будут равны

2 c g (3) в(с "ас

Ч с Tc-р где И- †- скорость сухого

С ЗЬОО.> Ta ° Рс о с газа, м/с; с = ЪС т .р удел ный

Kr c/и э

Чос, Ос расход и удель5 842536 6 ный вес сухого Процентное содержание паров воды газа при темпе- равно ратуре TO 2?3 К ч„о и давлении н,о у )„

" o .юо, )о)

Р, =7 60 мм рт . ст

7а, q

) нм /ч

Ф

9. — коэффициент соп" V — расход сухого газа, нм / ротивления ка- . 10 Здесь неизвестен расход газа V пилляра 3 который определяют следующим образо — площадь попереч- Если в исследуемый газ после ного сечения ка- влагопоглотителя 8 вводится другой пилляра 3, м

2 газ, расход которого равен V

Таким образом

Yog д Roc "с Ро с - З ЗЬаО 1=З 2ц то.Рс (4) У„-,„- v„

)„о=

1„ 1

Эти потери давления (перепад дав20 ления) сухого газа на капилляре 3 регистрируются перепадомером 10.

Если через капилляры 2 и 3 предварительно пропускают сухой газ, то при любом значении расхода этого газа, подводимого по линии 16 через регулировочный вентиль 17, но при условии, что температура газа на входе в капилляры 2 и 3 будет одна и та же, получают градуировочную прямую зависимости ! (дР2)

RrIH P = f(hP ) (s) где дР и дР— потери давления газа на капилляра:-с 2 и 3 при пропускании через них тарировочного газа при температуре Т> и давлении P, кгс/м .2.

Зависимость 5 справедлива для любого сухого газа. Если же через

40 эти капилляры пропускают исследуемый газ, то вследствие конденсации и поглощения паров воды (расход которых равен Чн ), будет изменяться расход исследуемого газа и его удельный 45 вес. В этом случае нарушается зависимость (S), соответствующая условиям градуировки капилляра 2 и 3.

Если после влагопоглотителя в сухой исследуемый газ ввести по линии

15 гаэ, расход которого, измеряемый и контролируемый с помощью ротаметра

13, равен расходу поглощенных паров, . а удельный вес равен удельному весу паров воды, то вновь установится соответствие ДР = )

55 градуировки.

В дальнейшем поступают следующим образом.

A ч.

М.

Н у0о то он изменит концентрацию компонентов исследуемого газа.

Пусть расходы компонентов исследуемого газа V< (до места ввода

1 газа с удельным весом, равным удельному весу fy ) Тогда процентное со, содержание их" будет равно .100 () Процентные содержания этих компонентов после смешения будут равны

V„. — "а — аоо Cs)

2. Чс+Уъо

Решая (7) и (8) относительно Ч и подставив его значение в (6), получим

) : "я.. ао (9)

;0= V

1„

Если в исследуемом и вводимом газах содержатся одинаковые компоненты, процентные содержания которых во вводимом газе равны V, то в этом случае .

Из 9 и 10 видно, что если проведен анализ. сухого газа во влажном газе на компоненты (он необходим), а затем анализ уже смешанного газа, то, подставляя значения

Ч„ и V- в (9) и (10), можно сравнительно просто определить Ч11 о

И2.0 и, кроме того, иметь двойной. к< нтроль правильности определения влажности газа, а также контроль правиль- ности определения состава сухого исследуемого газа.

Пример l. Пусть через капилляр 2 проходит влажный газ, расход компонентов которого равен соотве)ственно: V 0 =3 10 нм /ч

-3 3 а состав компонентов сухого газа во влажном будет равен 74с,о= 35,7!Ж, VqСО = 14,29%, Ъалее, пусть вводимый газ состоит из смеси водорода и азота. Для получения газа, удельный вес которого равен удельному весу паров воды, вводимый газ должен иметь состав

Ч4! = 61,6% и V> 38,4% при расхо—

1 де поглощаемых паров воды, равном

V44 0 = 3 ° 10 нм /ч, расход этих

-3 3 20 компонентов будет равен

VN = 1,847.10 нм /ч

VII = 1,153 нм /ч. Тогда содержание

У

3 компонентов смеси сухого анализируемого газа и вводимого будет следукицим

СО happ — -ggg=g9 4-4%;

1 2СО Е V

Ч сод.400 2 БООИ?У%;

2 СО ХЛ 7

Зо

"Н

Ч = " . ÎP- .ЮО=ЗОж1

Й 2. 3+4,847

Y „= .4ао= — чоа=гв о1%

2 ЕЧ х7

Процентное содержание паров воды, определенное .по всем компонентам исследуемого газа и смеси составит (СО) !1СР— 2СР

%о- ...

З,т -29,41 ОО= (.

35 71 (сод)» <со2- г сод

Х

- 100=

Х 2 С02 50

44, 29-" 4i 77 щ,4 6УУд -

14,29 (IIg) 1 н1 2нд ., о " H 0

2442 "2

Ю57-3o,> „„, =.47

28,57- Ж 1

7 8425

V о 5.10-3нмЗ/ч, Чго = 2 10 им /ч, VN =3 10 нм/ч ион =4 ° !О нм/ч

-Э з -3 Э

2. 44.д

Тогда процентное содержание паров воды составит 4!

1 4-4. О

"20 "О+"С-+51, "Í "Н О вЂ” / б5 о/

Т ("Д) Мд "2N .4ОО

Н,О 444 4д

-2 1,4 -2В 51

24у43- 61, 6

Пример 2. Пусть расходы исследуемого газа то же, что и в первом примере. Но результат анализа исследуемого газа вследствие неточности газового анализа по водороду будет не 28,57%, а например 27,2%.

Анализ смеси такой же, как и в первом примере. Тогда будем иметь 71Юд = !00-(Vgcо 7 со + /1нд )=

=100-(35,71+14,29+27,2 =22,8, что дает V = 17,64; V qzo = !7,63%; (нд) 271 2- 0,31, 0О 77„cy . ,Н20 2712- 38,4 „(Мг) 22,8- 2В,51 ОО- Ф

"!00=14)72%. нд0 гд,в -e<> 4

Это указывает на то, что один из компонентов в первом анализе определен неточно и очевидно водород, так как содержание азота вычисляется как остаток от 100%. Определяют содержание Ч4 Н из равенства 17>65+47, 64) Жйд — 7„„- 38,4 откуда V1H = 28,58% и Ч-44,4д — 100 -(35,71+! 4,29+28,58) =21,42%.

Тогда VI "z) = 17,62 и Ч®z) = 17 65.

НдО Н>О

Таким образом, помимо достаточно высокой точности определения влажности газа, этот способ позволяет также контролировать в случае необходимости анализ состава исследуемого газа.

Пример 3. Пусть теперь сос- . тав смеси газов по водороду определен неточно. Имеем Ч 7 Н = 29,5

f2 =29,2., 1 тогда (СО) /7, 64; (С 2) 4741 (Нд) 28,57-29,5 - ОО-- 9 З /

Нд0 28, 5 7- 38,4 (йд) 21,43-29,2

1- „,,1, (О -"9,34%

Как в примере 2, определяют истинное . начение V из равенства !

7,64 !7 6З 2.8,Ь-4 — 72Нд

2. 28,64-36,+ Ьд Нд = 30,34%; Чг 4 /д = 100- (?9, 41+

+11,77+30,34) = 28,48%.

842536

9

Из соотношений значений Ч,1

Ну0 определяемых по величине компонентов Н.> и N можно сделать вывод .фримеры 2 и 3), что если Ч >Ч

Н О (Нд(11, значит ошибка в газовом анализе иссле . дуемого сухого газа, а в противном случае наоборот, т.е. смеси.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить влажность газа, О контролировать достоверность ее определения, а также точность определения состава сухого исследуемого газа во влажном. Причем в предлагаемом способе не требуется знания величин расходов влажного, сухого и вводимого газа, так как дополнительный . ввод газа осуществлют в количестве,,равном количеству поглощенных паров воды, до получения градуировочной 20 зависимости потерь давления на капиллярах 2 и 3.

Для исключения влияния на точность определения содержания паров воды таких факторов, так температура, давление газа (избыточное и барометрическое) градуировку капилляров 2 и 3 осуществляют непосредственно перед пропуском через устройство влажного исследуемого газа. В этом ЗО случае можно считать что Т

8

= Т := Т и E Р = Р

С т 9 с- г

Формула изобретения

Способ определения влажности газовой среды, заключающийся в том, что анализируемую среду пропускают через капилляр, удаляют из нее конденсацией пары воды, оставшийся сухой газ пропускают через второй капилляр и с учетом параметров сухого газа судят о влажности анализируемой среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, перед пропусканием через второй капилляр в сухой газ добавляют газ с удельным весом, равным удельному весу паров воды, и в количестве, равном количеству сконденсированных паров воды, определяют содержание компонентов в полученной смеси и содержание тех же компонентов в анализируемой среде и с учетом полученных результатов судят о влажности анализируемой среды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I, Берлинер М.А. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности. M.Ë., "Энергия",19?О, с. 288-289.

2. Авторское свидетельство СССР

""по заявке Ф 2524436/18-25, 13.09.77 (прототип).

84253б

Редактор Т. Портная Техред З.Фанта Корректор В.Бутяга ;Заказ 5057/46 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комтитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Проектная, 4