CN213456654U - 热值燃气表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热值燃气表，包括本体，本体包括光学检测装置、超声波检测装置、主控制器和电源模块；光学检测装置设有燃气管道、进气管道、参考气管道以及出气管道；超声波检测装置设有与燃气管道连通的检测管道；光学检测装置、超声波检测装置的输出端连接电源模块输入端，电源模块的输出端连接主控制器的输入端。本实用新型可使用电池供电，提高了防爆性能，具有较高的安全性，能同时体积计量和天然气热值实时在线测量，最终计算出天然气的整体热值，为气源管理、生产高质量燃气、买卖公平合理提供了重要参数。

Description

热值燃气表

技术领域

本实用新型涉及天然气计量技术领域，更具体涉及一种热值燃气表。

背景技术

我国天然气大量从国外进口，且天然气气源多、进口气体组成复杂，部分不法分子还会在天然气中掺入氮气和氩气等其他气体，导致天然气质量水平不同。行业的流量仪表大部分都是体积计量仪表，如膜式燃气表、涡轮流量计、腰轮流量计、超声波燃气表、热式燃气表。这些计量仪表大都以容积式方式或速度式方式来计量体积，由于体积受到温度和压力的影响，因此以体积计量的方式容易造成计量结算不公平，而且体积无法代表天然气的质量优劣。

天然气的气质优劣是以天然气的热值来衡量的。目前，行业通用的热值计量方式为赋值法计算，即将热值仪安装在燃气管道上，间歇性的测得管道燃气的热值，然后将热值传送给安装在相距较远的用户端，再使用计量仪表(如涡轮流量计、腰轮流量计、燃气表)计量燃气的体积，通过计算得到一定体积下的热值。该方式存在的问题是，热值测量并不实时，且热值仪的价格高昂，一般在场站安装一台，距离真正计量的仪表非常远，所测气体热值也并非当前仪表正在计量的热值，存在较大的误差。

另一方面，现有的色谱分析、燃烧法、红外检测、热传导、密度仪、拉曼散射等测量方法中：色谱分析法对热值进行检测时存在无法实时检测的问题；燃烧法则受燃烧范围的局限，影响检测结果；红外检测法对氢气(H2)、氮气(N2)、氧气(O2)没有感度反应，对国内的复杂气源不适应；热传导和密度仪则无法去除N2和CO2的组合干扰，同样会受国内气质的影响而无法准确计量；拉曼散射是定性检测而不是定量检测并且价格昂贵，无法大规模使用。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种热值燃气表，以通过体积计量天然气无法代表天然气质量的问题，以实现实时在线计算天然气的热值。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种热值燃气表，包括安装于天然气管路上、通过取样管道连通取样装置、外部设有显示器和电缆连接口的本体，所述本体包括用于检测碳氢系列可燃气体在光中折射率的光学检测装置、用于检测声音在碳氢系列可燃气体中的传播速度的超声波检测装置、主控制器和用于供电的电源模块；所述光学检测装置设有连通取样装置的燃气管道、用于连通标准气瓶和高纯甲烷气瓶的进气管道、用于连通高纯空气瓶的参考气管道以及出气管道；所述超声波检测装置设有与燃气管道连通的检测管道；所述光学检测装置、超声波检测装置的输出端连接用于提供电能和信号中转的电源模块的输入端，所述电源模块的输出端连接主控制器的输入端。

进一步优化技术方案，所述光学检测装置内设有光学传感器，所述光学传感器包括光源，所述光源右侧依次设置有平面镜、凸镜、凹镜、光屏，所述光源的上方设有倾斜45°设置的平行镜，平行镜的右侧依次设有检测器、用于使光线反向的棱镜；所述检测器包括上下并列布置的第一检测气体层、参考气体层、第二检测气体层。

进一步优化技术方案，所述超声波检测装置包括声速传感器，所述声速传感器包括声源器、接收器以及设置在声源器和接收器之间的检测管道，所述检测管道的前部设有与燃气管道连通的燃气入口、尾部设有燃气出口。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型是利用光谱分析和超声波两种方法同时对天然气的热值进行检测，实时检测出管道内天然气的热值，可进一步计算出天然气热量，本实用新型还改了测试元件的加工工艺、减小了仪器体积，改进了线路板设计、减小了能耗。本实用新型可使用电池供电，提高了防爆性能，具有较高的安全性，能同时体积计量和天然气热值实时在线测量，最终计算出天然气的整体热值，为气源管理、生产高质量燃气、买卖公平合理提供了重要参数。

附图说明

图1为本实用新型的正视图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型中光学检测装置的结构示意图；

图4为本实用新型中碳氢系列可燃气体在光中在折射率与热值的关系图；

图5为本实用新型中声音在碳氢系列可燃气体中的传播速度与热值的关系图；

其中：1、超声波检测装置，2、光学检测装置，21、光源，22、平面镜，23、凸镜，24、凹镜，25、光屏，26、平行镜，27、检测器，28、棱镜，3、主控制器，4、显示器，5、燃气管道，6、进气管道，61、参考气管道，7、出气管道，8、检测管道，9、取样装置，10、本体，11、电源模块，12、电缆连接口。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种热值燃气表，结合图1至5所示，包括安装于天然气管路上的本体10，本体10通过取样管道连通有用于对管路内天然气进行取样的取样装置9，本体10的外部设有用于显示本体10工作状态的显示器4和用于连接压力传感器、温度传感器、体积计量器等元件的电缆连接口12。

本体10包括光学检测装置2、超声波检测装置1、主控制器3和用于供电和信号中转的电源模块11。

主控制器3的内部电路、芯片、元器件均选用低功耗器件，可有效降低的功耗。主控制器3由碱性电池供电，提高防爆性能。内部程序采用进行休眠设计，在不使用时，主控制器3处于休眠状态，当规定在时间或外部触发时，再进入工作状态。

光学检测装置2和超声波检测装置1的电路通过PCB多层板设计方式的防干扰技术整合设计，以缩小主板体积。

光学检测装置2用于检测碳氢系列可燃气体在光中的折射率，超声波检测装置1用于检测声音在碳氢系列可燃气体中的传播速度。光学检测装置2设有燃气管道5、进气管道6、参考气管道61以及出气管道7。燃气管道5连通取样装置9，用于将燃气输送进光学检测装置2进行检测；进气管道6用于连通标准气瓶和高纯甲烷气瓶；参考气管道61用于连通高纯空气瓶；出气管道7用于排放检测后剩余的气体。

光学检测装置2内设有光学传感器，光学传感器包括光源21，光源21右侧依次设置有平面镜22、凸镜23、凹镜24、光屏25，光源21的上方设有倾斜45°设置的平行镜26，平行镜26的右侧依次设有检测器27、用于使光线反向的棱镜28；检测器27包括水平设置、上下并列布置的第一检测气体层、参考气体层、第二检测气体层。

光源21发出的光竖直向上到达平行镜26，其中部分经平行镜26反射形成光a，光a水平进入检测器27下部的第二检测气体层，在检测器27右侧的棱镜28上折射后反向水平进入检测器27上部的第一检测气体层，进而回到平行镜26，在平行镜26上经过折射-反射-再折射后被平面镜22反射，最后依次经过凸镜23、凹镜24最后显示在光屏25上。光源21发出的光经平行镜26折射-反射-再折射后形成光b，水平进入参考气体层的下部，在检测器27右侧的棱镜28上折射后反向水平进入参考气体的上部，然后返回平行镜26的表面被竖直反射与光a一同到平面镜22上被反射，并同时与光a依次经过凸镜23、凹镜24最后显示在光屏25上。

超声波检测装置1设有与燃气管道5连通的检测管道8，检测管道8的前部设有与燃气管道5连通的燃气入口、尾部设有燃气出口，将完成光学检测的燃气进行超声波检测。

超声波检测装置1包括声速传感器，声速传感器包括声源器、接收器、以及设置在声源器和接收器之间的检测管道8。光学检测装置2、超声波检测装置1的输出端连接电源模块11，电源模块11的输出端连接主控制器3的输入端。

本实用新型是利用光波散射分析和超声波两种方法，同时对天然气的热值进行检测，实时检测出天然气的热值，计算出天然气热量，并改进测试元件加工工艺、减小仪器体积；改进线路板设计、减小能耗，可使用电池供电，提高防爆性能。

本实用新型检测燃气表的原理如下。

碳氢系列可燃气体在光中在折射率与热值是成正比的，具体关系图如附图4所示。

声音在碳氢系列可燃气体中的传播速度与热值成正比的关系，如附图5所示。

通过两个关系图可知：理想状态下，光波折射原理和声速原理都能够准确检测热值。但是现实中的天然气等可燃气体中，有CO₂、N₂、O₂等不含能量的气体存在，对光学折射原理热值检测和声速原理热值检测都会产生干扰，这种干扰对光学折射热值检测和声速热值检测是有一定规律的。

光学折射率和声波传播速度与天然气热值的比率关系计算见下式。

Q＝Q_OPT-∑k_ix_i Q＝Q_SONIC-∑k′_ix_i

x_i＝干扰气体的体积浓度

k_i、k′_i＝干扰系数 k′_i≈α·k_i

Q≈Q_SONIC-α·∑k_ix_i

最终，即可得到准确热值Q；

其中，Q_OPT：理想状态下，即完美脉冲光条件下，光波折射原理测得的热值；

Q_SONIC：理想状态下，即完美声波条件下，声速原理测得的热值；

d_OPT：天然气热值声光计量仪的光学折射率检测到的相对密度；

天然气热值声光计量仪的声速传感器检测到的相对密度；

β：β为固定值，取6.50；

α：α为固定值，取2.30。

本实用新型在实际使用时，将标气瓶与热值燃气表进行连接后进行以下步骤：

1)在通电的情况下，给天然气热值声光计量仪连续1小时以上通入高纯空气。

2)将高纯度甲烷(99.999％up)通入天然气热值声光计量仪，5分钟后，记录热值和相对密度值。

3)将标准气通入天然气声光式热值计量仪，5分钟后，记录热值和相对密度值。

4)上述的2)～3)重复10次进行检测。

本实用新型可实现与流量检测技术结合，模拟气源检测结果如下：

通过以上模拟检测表明：本实用新型采用的声光检测法可以检测复杂的燃气热值，精度可以达到±1.5％。最后，通过下式计算出热量，并显示在显示器4上。

热量(MJ)＝热值(MJ/m³)×体积(m³)。

Claims (3)

1.热值燃气表，其特征在于：包括安装于天然气管路上、通过取样管道连通取样装置(9)、外部设有显示器和电缆连接口(12)的本体(10)，所述本体(10)包括用于检测碳氢系列可燃气体在光中折射率的光学检测装置(2)、用于检测声音在碳氢系列可燃气体中的传播速度的超声波检测装置(1)、主控制器(3)和用于供电的电源模块(11)；所述光学检测装置(2)设有连通取样装置(9)的燃气管道(5)、用于连通标准气瓶和高纯甲烷气瓶的进气管道(6)、用于连通高纯空气瓶的参考气管道(61)以及出气管道(7)；所述超声波检测装置(1)设有与燃气管道(5)连通的检测管道(8)；所述光学检测装置(2)、超声波检测装置(1)的输出端连接用于提供电能和信号中转的电源模块(11)的输入端，所述电源模块(11)的输出端连接主控制器(3)的输入端。

2.根据权利要求1所述的热值燃气表，其特征在于：所述光学检测装置(2)内设有光学传感器，所述光学传感器包括光源(21)，所述光源(21)右侧依次设置有平面镜(22)、凸镜(23)、凹镜(24)、光屏(25)，所述光源(21)的上方设有倾斜45°设置的平行镜(26)，平行镜(26)的右侧依次设有检测器(27)、用于使光线反向的棱镜(28)；所述检测器(27)包括上下并列布置的第一检测气体层、参考气体层、第二检测气体层。

3.根据权利要求1所述的热值燃气表，其特征在于：所述超声波检测装置(1)包括声速传感器，所述声速传感器包括声源器、接收器以及设置在声源器和接收器之间的检测管道(8)，所述检测管道(8)的前部设有与燃气管道(5)连通的燃气入口、尾部设有燃气出口。

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