+7 (922) 6807898

Создание генератора влажности газа

Один из важнейших физико-химических показателей газа горючего природного поставляемого в магистральные газопроводы является температура точки росы по воде (ТТРв) и температура точки росы по углеводородам (ТТРув), они и определяют эффективность установки по комплексной подготовке газа. На данный момент проблема измерения ТТРв и ТТРув в природном газе не решена во всём мире, нет единого ISO или ASTM на воду в природном газе, существуют различные методы её определения. Стандарт ASMT D1142-95 дающий формулы пересчёта по Бюкачеку и стандарт ISO 18453:2004 дающий формулы пересчёта Гергу, расходятся до десяти градусов. Следует обратить внимание на наличие существенных неточностей в действующем в настоящее время ГОСТ 8.221-76 "ГСИ. Влагометрия и гигрометрия. Термины и определения", в частности отсутствие в нем такой величины влажности газа, как "точка инея" ведет к путанице при пересчете ТТРв. В ГОСТ Р 53763-2009 как и ГОСТ 20060-83 «Газы горючие природные. Методы определения содержания водяных паров и точки росы влаги» в расчётных формулах определения влагосодержания температура начинается только с -400С, что не даёт возможности пересчёта ТТРв при более низкой температуре. Точка росы газа определяется как значение температуры газа, при достижении которой парциальное давление водяного пара становится равным давлению насыщенного водяного пара и начинается конденсация влаги. При отрицательных температурах в равновесии с парами воды возможно существование как льда, так и переохлажденной воды вплоть до -500С. Поэтому в этом диапазоне температур различают понятия "давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью воды" и "давление насыщенного водяного пара над плоской поверхностью льда". Эти величины равны при 0ºС и начинают существенно расходиться при снижении температуры. Всё это ведёт к несопоставимости измеряемых данных различными гигрометрами, невозможность пересчёта по давлению, невозможность пересчёта между температурой точки росы и ppm. В газовой промышленности большое применение для определения ТТРв и ТТРув получили гигрометры с охлаждаемым зеркалом. Из-за сложного алгоритма работы автоматических гигрометров и большого периода времени измерительного цикла тяжело сопоставить показания дублирующих друг друга гигрометров. В отрицательных температурах конденсат воды выпадает в виде переохлаждённой воды, на зеркале может быть как вода, так и лёд, а если прибавить к этому выпавшие углеводороды то разобраться очень трудно. Искажает показания гигрометров с охлаждаемым зеркалом наличие метанола в природном газе, который гигрометры могут воспринимать за H20. Согласно СТО Газпром 089-2010 арбитражный метод определения ТТР должен быть с визуальной фиксацией, но приборы типа «Chandler» не позволяют ввиду субъективных ошибок оператора определять ТТРв, если температуры выпадения ТТРув лежит выше да и человеческий глаз не может сравниться с фотоприёмниками автоматических гигрометров. Очень сложно произвести сличения показаний гигрометров разных типов в рабочих условиях, из-за разных методов определения и приведения ТТР к одним единицам измерения. Единственная возможность проверки правильности показаний гигрометра это установить другой гигрометр этого же типа, но за это время ТТР в газе может измениться, и какой из гигрометров показывает правильно трудно определить. Выход на рабочий режим гигрометра после установки может длиться часами. Разборка гигрометра и его очистка, единственные меры которые можно принять для установления истинности показаний. Лишняя разборка и демонтаж приводит к трудозатратам и увеличивает вероятность повреждения прибора. На завод изготовитель отправлять гигрометр ошибочно признанным неисправным это лишний расход денег, и очень большая потеря времени.  Для проверки правильности показаний гигрометра и его нормальной работоспособности необходим эталон, который бы воспроизводил ТТР при давлениях близких к рабочим.

На рынке производителей генераторов влажности не так уж и много. Используется всего несколько методов создания необходимой влажности.

- Метод двух давлений;

- Разделение  газа на два потока и его смешивание;

- Метод равновесного фазового состояния воды;

- Насыщенные растворы солей.  

Согласно методике поверки анализаторов точки росы газа «Конг Прима» предприятие изготовитель рекомендует использовать генераторы влажного газа типа «Родник» или поверочный комплекс «КОНГ».

Принцип работы генератора «Родник» заключается в насыщении газа  влагой при повышенном давлении и стабильной температуре с последующим изотермическим понижением давления до рабочего давления первичных преобразователей влажности (метод двух давлений).  

Рисунок 1 – Генератор  влажности Родник-4

Недостатки: 

- Ценовой диапазон 700 000…745 000 руб.;

- Для достижения низкой ТТР необходим  адсорбент, азот и другие расходные материалы;

- Ограниченно выходное давление 1 МПа;

- Большие габариты установки;

- Необходимо рассчитывать заданную ТТР.  

Рисунок 2 – Поверочный комплекс Конг

Принцип работы поверочного комплекса «КОНГ» заключается в создании замкнутого объёма, в котором требуемая ТТР достигается созданием гидродинамического равновесия между паровой и конденсированной фазой воды.

Недостатки: 

- Цена в районе 2 000 000 руб.;

- Работает при атмосферном давлении;

- Нет возможности использовать его для калибровки гигрометров других типов;

Генераторы относительной влажности. Принцип работы основан на регулировании и разделении газа на два потока. Один - насыщается, другой - сохраняется сухим. Эти два потока смешиваются вместе, с помощью расходомеров.

Рисунок 3 – Генератор Humilab

Недостатки: 

- Высокая цена, начинается с 1 500 000 руб.

- Необходим для работы сухой газ.

- Ограниченно выходное давление.

- Необходим эталонный гигрометр.

Исследовав рынок, напрашивается вывод -генераторы влажности при всей своей простате конструкции очень дорогие и не подходят в полной мере для реальной оценки работоспособности гигрометра работающего под большими давлениями. У гигрометров с охлаждаемым зеркалом диапазон измерений будет снижаться по мере роста давления газа, поскольку возрастающая плотность газа (и, соответственно, возрастающая теплопроводность) вызовет рост тепловой нагрузки, а предлагаемые генераторы влажности работают в основном при давлениях близких к атмосферному. Нетрудно изготовить генератор ТТР который бы удовлетворил всем необходимым условиям:

  1. Давление на выходе генератора должно создаваться до 7 МПа.
  2. Единицы измерения влажности на генераторе должны задаваться в ТТР.
  3. Генератор должен быть прост в эксплуатации и не требовать расходных материалов.
  4. Цена не должна превышать 100 000 руб.

Для изготовления генератора температуры точки росы можно использовать оборудование которое уже есть в наличии практически в каждой метрологической лаборатории. Для создания давления подойдёт компрессор Junior II который предназначен для стенда калибровки датчиков давления. Производительность компрессора 120 литров в минуту, максимальное создаваемое давление 330 бар.

Рисунок 4 – Компрессор Junior II

Для создания необходимой ТТР газа идеально подходит Криостат КР-40-2 омского завода «Эталон» предназначенный для калибровки датчиков температуры. Диапазон воспроизведения температур, -40…+40°С, нестабильность заданной температуры за 30 мин, ±0,05°С, перепад температуры на глубине от 300 до 200 мм, не более ±0,02°С °С.

 

Рисунок 5 – Криостат КР-40-2

Для создания необходимой ТТР будем использовать равновесное фазное состояние воды. Для этого в криостат погружается сепаратор (рисунок 6). Воздух с компрессора попадая в сепаратор соприкасаясь с его стенками начинает охлаждаться до температуры заданной в криостате. В результате создаётся гидродинамическое равновесие между паровой и конденсированной фазой воды. Так как поток в сепараторе ламинарный, сконденсировавшиеся вода (иней) под действием гравитации выпадает на дно. Получаем, что температура ТТР газа на выходе из сепаратора будет равна температуре заданной в криостате.

Рисунок 6 – Принцип работы сепаратора

Для изготовления генератора ТТР понадобилось 50 см трубы ДУ60, 6 метров трубы ДУ6 и три вентиля. Калибровка с помощью генератора ТТР позволила производить настройку и диагностику гигрометров. Метрологические характеристики Генератора ТТР:

Диапазон воспроизведения ТТР                                       -40…+40°С;

Нестабильность заданной температуры за 30 мин,         ±0,05°С;

Погрешность определения температуры                          ±0,05°С;

Диапазон задаваемого давления                                       0,6…10 МПа.

Достоинства генератора ТТР:

- Цена 30 000 руб.;

- Метрологические характеристики выше, чем у представленных генераторов на рынке;

- Рабочее давление подаваемое на гигрометр  до 10 МПа;

- Единица измерения температура точки росы  газа;

Недостатки:

- Не внесен в государственный реестр СИ.

В каждой метрологической лаборатории есть термостат или криостат  который можно использовать для изготовления генератора ТТР, при отсутствии компрессора можно использовать баллоны с жатым воздухом.  Не нужно тратить деньги предприятия на бессмысленную дорогую игрушку, когда изготовить генератор ТТР своими силами как показано выше не представляет никакой трудности. При желании конструкцию генератора можно доработать и расширить диапазон измерения с помощью метода двух давлений. Можно установить в сепаратор датчик температуры, но считаю это излишеством. При расходе газа  1..2 литра в минуту и минимальном давлении 0,6 МПа хватает времени для получения равновесного фазного состояния воды. 

 

< Обсудить на форуме >