DE3304701C2

DE3304701C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der mittleren Zusammensetzung von Gasen

Info

Publication number: DE3304701C2
Application number: DE19833304701
Authority: DE
Inventors: Eckhart Dr.-Ing. 4630 Bochum Beese; Dieter Dr.-Ing. 4600 Dortmund Stirnberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-11
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1985-10-24
Also published as: DE3304701A1

Abstract

Der Patentantrag betrifft ein Verfahren und eine dazu gehörende Vorrichtung, mit dem diskontinuierlich Gasproben gleicher Masse aus einer Gasleitung bzw. einem statischen Gasfeld über einen längeren Zeitraum entnommen und in einem Behälter gesammelt werden. Dabei kann der Druck in der Gasleitung bzw. im Gasfeld schwanken. Das Verfahren berücksichtigt die Temperatur des Gases sowie sein Realgasverhalten. Die Druckerhöhung, die sich mit jeder genommenen Probe im Sammelbehälter einstellen muß, wird vorausberechnet und für den jeweiligen Überströmvorgang als Sollwert vorgegeben. Während der Probennahme wird der Druck im Sammelbehälter gemessen und vorlaufend mit dem Sollwert verglichen. Die Probeneinleitung in den Behälter wird in einem Taktverfahren vorgenommen, bei dem die Masse einer Probe in mehrere kleine Portionen unterteilt wird, die einzeln in den Behälter eingeleitet werden.

Description

senkonstanz. Ferner setzt das bekannte Verfahren voraus, daß während sämtlicher Probenahmen konstante Gastemperaturen und ein konstanter Druck vor dem überkritischen Leitungsabschnitt vorhanden ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei den über mehrere Tage vorzunehmenden Proben eine mengengewichtete und vom Druckverhältnis weitgehend unabhängige Probeentnahme zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem die notwendige Druckerhöhung für jeden Sammelvorgang unter Berücksichtigung des Realgarverhaltens und der Gastemperatur getrennt ermittelt, nur für den jeweiligen Oberströmvorgang als Sollwert vorgegeben und dessen Einstellung durch Zuleiten von gerade ausreichenden Mengen Gas aus der Probemenge während dieses Vorganges überwacht wird. Zweckmäßige Ausbildungen des Verfahrens sind in den Unieransprüchen offenbart

Gelöst wird die Aufgabe außerdem durch eine Vorrichtung, die sich dadurch auszeichnet, daß dem Sammelbehälter ein Temperaturgeber und ein Druckgeber einen Mikroprozessor speisend zugeordnet lind und daß die der Portionierungsstrecke sowie dem Druckgeber zugeordneten Ventile über den Mikroprozessor steuerbar sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es möglich, von Vordruckschwankungen unabhängig zu arbeiten, und dabei eine mengengewichtete Probeentnahme zu gewährleisten. Aufgrund der genau mengengewichteten Probeentnahme ist eine einwandfreie Quaütätsüberwachung möglich. Bei jedem Sammelvorgang wird die notwendige Druckerhöhung unter Berücksichtigung des Realgasverhaltens und der Gaslemperatur ermittelt und vorgegeben, so daß die einzelnen Proben jeweils genau die gleiche Masse enthalten.

Vorteilhafterweise wird die Vielseitigkeit der Vorrichtung noch dadurch erhöht, daß die Portionierungsstrecke über die Ventile in drei Teilstrecken unterschiedlichen Portionierungsvolumens eingeteilt ist. Dadurch ist es möglich, je nach den Gegebenheiten entweder die in der gesamten Portionierungsstrecke anstehende Gasmenge oder aber nur bestimmte Teile für den weiteren Meßvorgang zu berücksichtigen. Weitere /.weckmäßige Ausbildungen sind in den weiteren Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung eine den Qualitätsforderungen voll genügende kontinuierlich zu erreichende Probeentnahme geschaffen ist

Die Vorrichtung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Dabei bestehen die wesentlichen Merkmale der Vorrichtung darin, daß die zu sammelnden Proben jeweils in eine Anzahl von Portionen unterteil* werden, ciie einzeln in den Sammelbehälter 16 überströmen und daß alle Steuer- und Überwachungsfunktionen von einem Mikroprozessor 30 ausgeführt werden.

Die Entnahmeleitung 1 leitet Gas aus der gasführenden Leitung 2 über den Feinfilter 3 zur optionalen Hochdruckpumpe 4, die nur dann zum Einsatz kommt, wenn in der gasführenden Leitung Umgebungsdruck herrscht oder der Druck dort zu gering ist, um eine vorgegebene Zahl von Proben in den Sammelbehälter überströmen zu lassen. Hinter der Hochdruckpumpe 4 ist das elektromagnetisch gesteuerte Ventil 5 angeordnet, das zusammen mit den Ventilen 7 und 8 die am kleinsten bemessene Portionierungsstrecke 6 begrenzt.

Diese Portionierungsstrecke 6 dient ebenso wie die zusätzlichen Portionierungsstrecken 9,11 dazu, eine Gasprobe in eine Zahl von Unterportionen aufzuteilen, die jeweils einzeln in den Sammelbehälter 16 geleitet werden. Durch die geringe Größe der kleinsten Portionierungsstrecke ist indirekt die Speicherkapazität des Sammelbehälters 6 erhöht.

Um die Zahl der Schaltzyklen, die notwendig wären, wenn nur die kleinste Portionierungsstrecke 6 vorhan-

to den wäre, zu reduzieren, kann, sofern es sinnvoll ist, durch öffnen der Ventile 8 und 10 das Volumen der Portionierungsstrecke 6 durch die Volumina der Portionierungsstrecke 9 und 11 vergrößert werden. Das Ventil 12 dient dazu, vor Beginn einer Probennahme die Portionierungsstrecken 6,9,11 mit Frischgas zu spülen. Das Restgas entweicht dabei durch die Ablaßleitung 13. Nach dem das Probengas über das Ventil 5 in die Portionierungsstrecke, dessen momentane Volumensgröße nach dem zuvor gesagten durch die Stellung der Ventile 8 und 10 bestimmt ist, eingeströmt ist, schließt das Ventil 5 und das Ventil 7 öffnet, so.iaß das Gas über die flexible Schlauchleitung 14 und das geöffnete Handabsperrventil 15 in den Sammelbehälter 16 überströmt. Nach dem Druckausgleich zwischen Sammelbehälter 16 und Portionierungsstrecke 6,9,11 schließt das Ventil 7. Derau-ge Portionierungszyklen werden so oft wiederholt, bis im Sammelbehälter 16 der Drucksprung erreicht wird, der für eine Probe konstanter Masse vom Mikroprozessor 30 vorausberechnet wurde. Hinter dem Sammelbehälter 16 sind ein weiteres Hawdabsperrventil 17, eine flexible Schlauchleitung 18 und ein Hochdruckfeinfilter 19 angeordnet Von der Leitung 20, in der der statische Druck des Sammelbehälters 16 herrscht, geht die Druckleitung 21 ab. Vor einer jeden Probennahme ist das Ventil 22 geöffnet, se daß auf beiden Seiten des Differenzdruckgebers 23 dieselben Drücke anliegen.

Mit Beginn einer jeden Probennahme schließt nun das Ventil 22. Dadurch bleibt der Druck in der Bypassleitung 24 zwischen dem Ventil 22 und dem Druckgeber 23 konstant während er auf der anderen Seite in der Druckleitung 21 ansteigt.

Mit dem Temperaturgeber 25 wird die Gastemperatur gemessen. Durch das öffnen der Ventile 5,7 und 26 kann vor Beginn der ersten Probennahme ein nicht vorevakuierter Sammelbehälter 16 gespül' werden. Das Gas entweicht dabei über die Leitung 27 in die Ablaßleitung 13.

Die optionale Vakuumpumpe 29 erlaubt es, den Druck in dem Sammelbehälter 16 nach einem derartigen Spülvorgang unter den Umgebungsdruck abzusenken, wenn der zur Entnahme der ersten Probe erforderliche Drucksprung dies verlangt Das Rückschlagventi¹ 28 schützt die Vakuumpumpe 29 bei Undichtigkeiten des Ventils 26 vor Überdruck. Die Steuerung sämtlicher Ventile, die Verarbeitung der Druck- und Temperaturmeßwerte sowie die Auswertung der über die Signalleitung 31 herangeführten Triggersignale zur Einleitung einer Probenentnahme wird vom Mikroprozessor 30 vorgenommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der mittleren Zusammensetzung eines unter Druck befindlichen, insbesondere in Gasleitungen transportierten Gases, bei dem Probemengen des Gases periodisch einem Sammelbehälter unter entsprechender Erhöhung des Druckes im Sammelbehälter zugeführt und dann später gesammelt analysiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Druckerhöhung für jeden Sammelvorgang unter Berücksichtigung des Realgasverhaltens und der Gastemperatur getrennt ermittelt, nur für den jeweiligen Oberströmvorgang als Sollwert vorgegeben und dessen Einstellung durch Zuleiten von gerade ausreichenden Mengen Gas aus der Probemenge während des Vorganges überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige Probemenge in mehrere Portionen unterteilt und in den Sammelbehälter eingeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der ersten Probenahme eine dem Volumen des Sammelbehälters entsprechende Probemenge ein- und gleichzeitig ausgeschleust wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, bestehend aus einem periodisch über Ventile mit einer Gasleitung zu verbindenden Sammelbehälter, dem eine als Portionierungsstrecke dienende Kammer vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, da? dem Sammelbehälter (16) ein Temperaturgeber (25) und ein Druckgeber (23) einen Mikroprozessor (3^) speisend zugeordnet sind und daß die der Portionierungsstrecke (6, S, 1 J) sowie dem Druckgeber zugeordneten Ventile (5, 7, 8, 10,12, 22, 26) über den Mikroprozessor steuerbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Portionierungsstrecke (6, 9, 11) über die Ventile (5, 7, 8; 8, 10 bzw. 10, 12) in drei Teilstrecken unterschiedlichen Portionierungsvolumens eingeteilt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgeber (23) als Differenzdruckgeber ausgebildet und von den getrennt steuerbaren Ventilen (22, 26) eingefaßt in einer Bypassleitung (24) zur Leitung (20) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Ventilen (5,22,26) Hochdruckfeinfilter (3, 19) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Portionierungsstrecke (6, 9, 11) eine Hochdruckpumpe (4) vor- und dem Sammelbehälter (16) eine Vakuumpumpe (29) nachgeschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (16), dem Handabsperrventile (15,17) zugeordnet sind, über flexible Schläuche (14,18) mit Schnellschlußkupplungen mit der Portionierungsstrecke (6,9,11) und der Leitung (20) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem batteriegepuffert ausgebildeten Mikroprozessor (30) eine Tastatur sowie ein Display zugeordnet ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der mittleren Zusammensetzung eines unter Druck befindlichen, insbesondere in Gasleitungen transportierten Gases, bei dem Probemengen des Gases periodisch einem Sammelbehälter unter entsprechender Erhöhung des Druckes im Sammelbehälter zugeführt und dann später gesammelt analysiert werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus »Mnem periodisch über Venti-Ie mit einer Gasleitung zu verbindenden Sammelbehälter, dem eine als Portionierungsstrecke dienende Kammer vorgeschaltet ist.

Gasführende Leitungen von Gasversorgungsunterr.ehmen führen häufig Gas stark schwankender Gasqualitat. Die Gasversorgungsunternehmen sind daher gezwungen, den durchschnittlichen Heizwert des durch eine derartige Pipeline strömenden Gases zu bestimmen, um den Wert des erhaltenen oder abgegebenen Gases möglichst genau zu bestimmen. Hierzu werden der Pipeline in Abhängigkeit eines von außen kommenden Triggersignales Gaspraben gleicher Masse entnommen und in einem Sammelbehälter aufbewahrt, bis das gesammelte Gas einer entsprechenden Untersuchung zugeführt wird.

Bekannt ist ein derartiges Verfahren aus der US-PS 34 29 186, wobei allerdings hier einfach vorausgesetzt ist, daß alle Gasproben die gleiche Masse besitzen, wenn sie beim Einströmen in den Sammelbehälter die gleiche Druckerhöhung hervorrufen. Mit Hilfe eines Druckschalters und des Ventiles wird der Druck in der Kammer durch Überleiten des Gases in den Sammelbehälter erniedrigt, bis ein bestimmter zweiter Festwert erreicht ist. Dabei spielt die Dauer des Überströmvorganges bei dem bekannten Verfahren keine Rolle und es wird wciter vorausgesetzt, daß der Druck in der Leitung während der gesamten Sammelperiode konstant bleibt. In der Praxis schwanken die Drücke jedoch erheblich, beispielsweise zwischen 20 und 50 bar.
Die Probenahme erfolgt bei dem bekannten Verfahren bzw. dem bekannten Gerät zeitgetriggert durch eine Uhr, so daß automatisch erhebliche Fehler dann auftreten, wenn das Gas aus irgendwelchen Gründen für eine entsprechende Zeitspanne in der Leitung ruht. Eine weitere Fehlerquelle nach dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung tritt dadurch auf, daß die Probeentnahme ohne Berücksichtigung der Temperatur und des Realgasverhaltens erfolgt. Es schleichen sich somit eine ganze Zahl von Meßfehlern ein, die das Ergebnis eines solchen Verfahrens verzerren und es damit in der Regel unbrauchbar machen.

Aus CH. Gerthsen, Springer-Verlag, Berlin 1982, Seiten 218 und 219, ist es grundsätzlich bekannt, bei einer Druckmessung den Einfluß des Realgasverhallens und der Temperatur zu berücksichtigen. Allerdings finden sich weitere Hinweise bezüglich eines Meßverfahrens zur Bestimmung der mittleren Zusammensetzung eines unter Druck befindlichen Gases hier nicht.

Bei dem aus der DE-PS 24 52 264 bekannten Verfahren wird insofern ein anderer Lösungsweg beschritten, als dort vorausgesetzt ist, daß in dem zu überwachenden Leitungsabschnitt die Schallgeschwindigkeit erreicht ist. Dies ist aber nur dann gewährleistet, wenn ein überkritisches Druckverhältnis vorhanden ist, beispielsweise wenn der Druck hinter dem besagten Leitungsabschnitt höchstens halb so groß ist als der davor. Sinkt der Druck in der gasführenden Leitung unter dieses kritische Druckverhältnis ab, dann erfüllen die in dieser Zeit gesammelten Proben nicht mehr die Forderung der Mas-