Й.З. Адрианус, Т.К. Хернеманн - Способ определения теплотворной способности горючего газа, способ определения индекса Воббе природного газа и устройства для осуществления способов

Аннотация

Й.З. Адрианус, Т.К. Хернеманн Способ определения теплотворной способности горючего газа, способ определения индекса Воббе природного газа и устройства для осуществления способов. Рассмотрены характеристики бомбовых калориметров, высокоточные кислородные бомбы. Исследованы принципы выбора калориметра. Проведено сравнение сущесвующих моделей.

Определенное количество газа пропускают через устройство обнаружения углеводородов и сигнал с детектора углеводородов интегрируют. Полученное значение сравнивают с калибровочными значениями и вычисляют из них значение теплотворной способности. Индекс Воббе определяют по полученному значению теплотворной способности и плотности природного газа. Устройства для определения теплотворной способности и определения индекса Воббе содержат средство для точного взятия пробы, устройство обнаружения углеводородов, средство интегрирования сигнала, средство сравнения интегрированного сигнала с калибровочными значениями.

Предложенный способ обеспечивает определение теплотворной способности без сжигания анализируемого газа. Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения теплотворной способности горючего газа и к способу и устройству для определения индекса Воббе природного газа. Теплотворную способность горючих газов, например, природного газа и другого газообразного топлива необходимо определять по ряду причин.

Известно, что когда используют природный газ из различных источников, то состав и, следовательно, теплотворная способность различных газов не являются одинаковыми. Для потребителя важно знать теплотворную способность, чтобы можно было компенсировать отклонения этих характеристик в конкретных условиях использования. Стоимость газа также связана с его теплотворной способностью.

Теплотворную способность газа можно определить путем сжигания газа в определенных условиях и измерения при этом теплоты сгорания. Из различных данных для пробы газа, например, его массы, теплосодержания, повышения температуры и т.п., можно точно определить теплотворную способность газа. Однако такой способ является сложным и трудоемким и, следовательно, он не пригоден для быстрого определения на месте теплотворной способности газа. Таким образом, существует необходимость в способе, который позволит измерять теплотворную способность горючего газа быстро и точно.

Что касается определения индекса Воббе природного газа, то при его определении также важны быстродействие и точность.Настоящее изобретение относится к способу определения теплотворной способности горючего газа, который отличается тем, что точно определенное количество газа пропускают через устройство обнаружения углеводородов, при этом полученный сигнал интегрируют, полученное таким образом значение сравнивают с калибровочными значениями и вычисляют из них значение теплотворной способности. При этом в качестве устройства обнаружения углеводородов предпочтительно используют детектор углеводорода, основанный на каталитическом горении или пламенно-ионизационный детектор. Такие детекторы являются коммерчески доступными, они содержат в числе прочего камеру сгорания, в которой расположен термочувствительный проволочный резистор с нанесенным на него катализатором для каталитического сжигания углеводородов. Если проволочный резистор находится в контакте с горючим газом, то происходит горение, при этом сопротивление проволоки изменяется. Это изменение сопротивления можно определить, например, посредством моста Уитстона.

Заявителем было установлено, что через такое детекторное устройство можно пропускать известное количество газа и получать надежное значение теплотворной способности по результату измерения. Полученный заявителем результат является неожиданным, поскольку такие детекторы не основаны на сжигании всего количества газа, а предусматривают сжигание только его части. Тем не менее установлено, что сигнал от такого детектора можно использовать для получения надежного результата измерения.Таким образом, если через детектор углеводорода пропустить точно известное количество горючего газа, например, природного газа, то результат, полученный после интегрирования сигнала, т.е. после определения области под кривой, является значением, которое после сравнения с калибровочной характеристикой точно указывает теплотворную способность газа.

В упомянутом способе предпочтительно определяют теплотворную способность природного газа, синтез-газа, горючего газа, очищенного газа или пиролизного газа, при этом газ, у которого определяют теплотворную способность, пропускают из главного потока через трубопровод для взятия пробы, трубопровод для взятия пробы отключают от главного потока, и содержимое трубопровода для взятия пробы пропускают по меньшей мере через одно устройство обнаружения углеводородов. Устройство для определения теплотворной способности горючего газа, соответствующее изобретению, содержит средство для точного взятия пробы, устройство обнаружения углеводородов, средство интегрирования сигнала, полученного устройством обнаружения углеводородов, средство сравнения интегрированного сигнала с калибровочными значениями и вычисления теплотворной способности газа. Изобретение также относится к способу определения индекса Воббе природного газа, в котором точно определенное количество газа пропускают через устройство обнаружения углеводородов, полученный сигнал интегрируют, полученное таким образом значение сравнивают с калибровочными значениями, вычисляют из них значение теплотворной способности и определяют индекс Воббе по этому значению теплотворной способности и по полученной плотности природного газа.При этом плотность газа предпочтительно определяют при помощи катарометра, а в качестве устройства обнаружения углеводородов используют детектор углеводорода, основанный на каталитическом горении, или пламенно-ионизационный детектор.

В указанном способе предпочтительно определяют теплотворную способность природного газа, синтез-газа, горючего газа, очищенного газа или пиролизного газа, при этом газ, у которого определяют индекс Воббе, пропускают из главного потока через трубопровод для взятия пробы, трубопровод для взятия пробы отключают от главного потока, содержимое трубопровода для взятия пробы пропускают по меньшей мере через одно устройство обнаружения углеводородов. Соответствующее изобретению устройство для определения индекса Воббе природного газа содержит средство для точного взятия пробы, устройство обнаружения углеводородов, средство интегрирования сигнала, полученного устройством обнаружения углеводородов, средство сравнения интегрированного сигнала с калибровочными значениями, средство определения плотности природного газа, например, катарометр, и средство вычисления индекса Воббе по плотности и теплотворной способности.

Важным преимуществом способа в соответствии с изобретением является его простота, скорость и точность, с которой можно выполнять определения вышеуказанных характеристик. Определение может быть осуществлено за несколько десятков секунд. Это может быть весьма важным, в частности, для процессов контроля крупномасштабного потребления газа. Точность измерения теплотворной способности весьма высока, причем ошибка составляет менее 0,05%.Согласно изобретению газ, теплотворная способность которого должна определяться, может проходить из основного потока по трубопроводу для взятия пробы, затем трубопровод для взятия пробы отключается от главного потока и его содержимое направляется полностью через детекторное устройство. При необходимости, газ может быть разбавлен.

Способ, в соответствии с изобретением, можно осуществлять просто при помощи множества клапанов, например, двухходовых клапанов, как описано ниже. Могут использоваться и другие средства, например, двух-, трех- или шестиходовые клапаны. Такой системой можно успешно управлять при помощи компьютера, который обеспечивает не только управление устройством, но и вычисление теплотворной способности и/или индекса Воббе по данным измерений.Также можно использовать и другие средства подачи точного количества газа в измерительное устройство. Например, можно использовать систему, основанную на импульсном методе. Таким образом, можно также подавать газ в детектор импульсами. В этом случае можно получить синусоидальный сигнал измерений, амплитуда которого является мерой теплотворной способности.