DE3311133A1

DE3311133A1 - Method of removing and collecting gas samples of equal mass from a gas-carrying pipeline or from a static gas field

Info

Publication number: DE3311133A1
Application number: DE19833311133
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr.-Ing. 4600 Dortmund Stirnberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-03-26
Filing date: 1983-03-26
Publication date: 1984-09-27

Abstract

Published without abstract.

Description

Verfahren zur Entnahme und Sammlung von Gasproben gleicher Masse aus einer gasführenden Leitung oder aus einem statischen Gas feld Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazugehörige Vorrichtung, mit der aus einer gasführenden Leitung oder aus einem statischen Gasfeld, wie z.B. der Atmosphäre, in Abhängigkeit eines äußeren Triggersignals Gasproben gleicher Masse entnommen und in einem Sammelbehälter aufbewahrt werden. Procedure for taking and collecting gas samples of the same mass from a gas-carrying line or from a static gas field The invention relates to a method and an associated device with which from a gas-carrying Line or from a static gas field, such as the atmosphere, depending on an external trigger signal, gas samples of the same mass are taken and placed in a collecting container be kept.

Anschließend kann der so gesammelte repräsentative Inhalt des Behälters auf verschiedene Eigenschaften untersucht werden. Eine Anwendung diese Verfahrens gibt es z.B. bei den Gasversorgungsunternehmen und den Abnehmern größerer Gasmengen, die bei stark schwankenden Gasqualitäten, d.h. bei unterschiedlichen Gaszusammensetzungen, den durchschnittlichen Heizwert des durch eine Gasleitung strömenden Gases bestimmen wollen. In diesem Fall wird das Triggersignal von einem Mengenumwerter ( Durchflußmeßgerät ) geliefert, der immer dann eine Probenentnahme einleitet, wenn ein bestimmtes Volumen durch die gasführende Leitung geflossen ist. Dadurch erhält man den korrekten mengengewichteten Brennwert des Gases. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die relativ wenig aufwendige Kontrolle des mittleren Schadstoffgehaltes von Gasen, insbesodere der atmosphärischen Luft, über längere Zeiträume. Bisher sind zwei Verfahren bekannt, die zur Lösung einer derartigen Aufgabe herangezogen werden können.The representative contents of the container thus collected can then be used can be examined for various properties. One application of this process there are e.g. at the gas supply companies and the buyers of larger quantities of gas, those with strongly fluctuating gas qualities, i.e. with different gas compositions, determine the average calorific value of the gas flowing through a gas pipe want. In this case, the trigger signal is from a volume corrector (flow meter ), which always initiates sampling when a certain volume has flowed through the gas-carrying line. This gives the correct quantity-weighted Calorific value of the gas. Another field of application is that which is relatively inexpensive Control of the average pollutant content of gases, especially the atmospheric one Air, for long periods of time. So far, two methods are known that can be used to solve this can be used for such a task.

1.) Das mit der Offenlegungsschrift 24 52 264 beschriebene Verfahren 2.) Das aus der amerikanischen Patentschrift 3.429.186 bekannte Verfahren.1.) The method described with the laid-open specification 24 52 264 2.) The method known from American patent specification 3,429,186.

Das Verfahren nach Punkt 1.) ist darauf angewiesen, daß in einem Leitungsabschnitt die Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Dies ist nur gewährleistet, wenn ein überkritisches Druckverhältnis vorhanden ist. Nach Anspruch 1 der Offenlegungsschrift 24 52 264 ist dies der Fall, wenn der Druck hinter dem besagten Leitungsabschnitt höchstens halb so groß ist, wie der davor. Sinkt der Druck in der gasführenden teitung unter dieses kritische Druckverhältnis ab, dann erfüllen die in dieser Zeit gesammelten Proben nicht mehr die Forderung der Massenkonstanz. Ferner setzt dieses Verfahren während sämtlicher Probennahmen konstante Gastemperaturen und konstanten Druck vor dem überkritischen Leitungsabschnitt voraus. Der gewichtigste Einwand gegen dieses Verfahren ist jedoch, daß die Schallgeschwindigkeit stoffgrößenabhängig ist, weshalb die Massenkonstanz der einzelnen Gasproben nicht mehr gewährleistet ist, wenn sich die Zusammensetzung des Probengases in größerem Maße ändert.The procedure according to point 1.) depends on the fact that in a line section the speed of sound is reached. This is only guaranteed if a supercritical Pressure ratio is present. According to claim 1 of laid-open specification 24 52 264 this is the case when the pressure behind the said line section is at most is half the size of the one before it. If the pressure in the gas line drops below this critical pressure ratio, then meet the accumulated during this time Rehearsals no longer meet the requirement of constant mass. Furthermore, this procedure continues constant gas temperatures and pressure during all sampling ahead of the supercritical line section. The most weighty objection to this The method is, however, that the speed of sound is dependent on the size of the substance, which is why the constancy of mass of the individual gas samples is no longer guaranteed if the composition of the sample gas changes to a greater extent.

Das Verfahren nach Punkt 2.) geht davon aus, daß alle Gasproben gleiche Masse besitzen, wenn sie beim Einströmen in den Sammelbehälter die gleiche Druckerhöhung hervorrufen.The procedure according to point 2.) assumes that all gas samples are the same Have mass if they have the same pressure increase when flowing into the collecting tank cause.

Dies ist jedoch bei realen Gasen nicht der Fall, da der Drucksprung von der Gaszusammensetzung und der Temperatur abhängt. Deshalb ist dieses Verfahren mit großen Fehlern behaftet.However, this is not the case with real gases because of the pressure jump depends on the gas composition and the temperature. That is why this procedure is fraught with big mistakes.

Die Verbesserung des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß die Massenkonstanz der Einzelproben unabhängig von der Gaszusammensetzung und Gastemperatur gewährleistet ist. Zudem lassen sich technisch Druckverhältnisse zwischen Leitungs- und Sammelbehälterdruck realisieren, die über 0,9 liegen, so daß sich für eine gegebene Probenmasse entsprechend viele Proben in einem Sammelbehälter gegebener Größe sammeln lassen. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Masse der Einzelprobe bei diesem Verfahren sehr klein gehalten werden kann.The improvement of the present method is that the Mass constancy of the individual samples regardless of the gas composition and gas temperature is guaranteed. In addition, technical pressure ratios between line and realize sump pressure that is over 0.9 lie so that For a given sample mass, there is a corresponding number of samples in a collecting container of the given size. Another advantage is that the mass of the individual sample can be kept very small with this method.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird hauptsächlich dazu verwendet, Proben gleicher Masse aus einer gasführenden Leitung zu entnehmen und in einem Sammelbehälter aufzubewahren. Nachdem der Behälter gefüllt ist, kann er ausgewechselt werden und zur Analyse in ein Labor gegeben werden. Die Gasanalyse liefert dann den Heizwert des Gases bzw. seine Zusammensetzung.The invention also relates to an apparatus for performing the present proceedings. The device according to the invention is mainly used for this purpose used to take samples of the same mass from a gas-carrying line and to be kept in a collection container. After the container is filled, it can replaced and taken to a laboratory for analysis. The gas analysis then provides the calorific value of the gas or its composition.

Eine nicht einschränkende Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt Bild 1. Die wesentlichen Merkmale dieser Vorrichtung bestehen darin, daß in einem Bemessungsvolumen, dessen Größe bekannt ist und durch die Ventile (5), (9) und (10) begrenzt wird, zuerst eine große Dichte, wie sie z.B. dem monentanen Druck der gasführenden Leitung (2) entspricht, eingestellt wird. Dazu wird Ventil (5) geöffnet und nach ausreichend langer Zeit wieder geschlossen. Die sich nach diesem Einströmvorgang im Bemessungsvolumen eingestellte Dichte wird mit dem Dichtemeßgerät (7), das unabhängig von Zusammensetzung und Temperatur des Probengases arbeitet, gemessen. Diese Bedingungen erfüllen Dichtemeßgeräte, die nach dem Auftriebs- oder Massenschwingerverfahren arbeiten. Ausgehend vom gemessenen Dichtewert wird der niedrigere Wert berechnet, auf den die Dichte im Bemessungsvolumen abgesenkt werden muß, damit die Gasmasse im Bemessungsvolumen um die vorgegebene Probenmasse verringert wird.A non-limiting embodiment of the device according to the invention shows Figure 1. The main features of this device are that in a design volume, the size of which is known and determined by the valves (5), (9) and (10) is limited, first a high density, such as that of current pressure corresponds to the gas-carrying line (2) is set. To do this, valve (5) opened and closed again after a sufficiently long time. Which after this Inflow process in the design volume set density is measured with the density meter (7), which works independently of the composition and temperature of the sample gas, measured. These conditions meet density meters, which after the buoyancy or Work mass oscillator. Based on the measured density value, the The lower value is calculated to which the density in the design volume is reduced must, so that the gas mass in the design volume is reduced by the specified sample mass will.

Anschließend läßt man durch Öffnen des Ventils (9) Gas aus dem Bemessungsvolumen in den Sammelbehälter (14) überströmen, was möglich ist, da erfindungsgemäß der Druck im Bemessungsvolumen vor Einleitung des Überströmvorganges über dem des Sammelbehälters liegt. Während des Überströmvorganges wird laufend die Dichte im Bemessungsvolumen gemessen. Ist der berechnete niedrigere Dichtewert erreicht, dann ist die gewünschte Probenmasse in den Sammelbehälter (14) übergeströmt und die Probennahme wird beendet. Wird die berechnete niedrigere Dichte aber nicht erreicht, weil die Dichte, die sich bei Druckgleichheit zwischen Bemessungsvolumen und Sammelbehälter (14) einstellt, noch zu groß ist, dann wird der beschriebene Füllvorgang sooft wiederholt, bis die Summe der dabei einzeln gesammelten Gasmassen der Gesamtmasse der zu entnehmenden Probe entspricht.Then, by opening valve (9), gas is let out of the design volume overflow into the collecting container (14), what is possible because according to the invention the pressure in the design volume prior to the initiation of the overflow process above that of the Collection container lies. During the overflow process, the density in Rated volume measured. If the calculated lower density value is reached, then the desired sample mass has flowed over into the collecting container (14) and the sampling will be terminated. If the calculated lower density is not achieved because the Density that results when the pressure between the design volume and the collecting tank is equal (14) is still too large, then the filling process described is repeated as often as until the sum of the individually collected gas masses of the total mass of the gas to be extracted Sample corresponds.

Das Gas tritt über die Anschlußleitung (1) aus der gasführenden Leitung (Pipeline) (2) in den Gasprobennehmer ein.The gas emerges from the gas-carrying line via the connection line (1) (Pipeline) (2) into the gas sampler.

Dabei wird der Feinfilter (3), der die Apparatur gefährdende Partikel zurückhalten soll, passiert. Die optionale Hochdruckpumpe (4) erhöht bei zu geringem Vordruck den Gasdruck.Thereby the fine filter (3), the particles endangering the equipment should hold back happens. The optional high-pressure pump (4) increases when it is too low Pre-pressure the gas pressure.

Das eigentliche Bemessungsvolumen besteht aus dem Volumen (6), den gasführenden Teilen des Dichtemessers (7) und der regulierbaren Drossel (8), sowie den Leitungsabschnitten-, die sich zwischen den Ventilen (5), (9) und (10) befinden.The actual design volume consists of the volume (6), the gas-carrying parts of the density meter (7) and the adjustable throttle (8), as well as the line sections, which are located between the valves (5), (9) and (10).

Das Ventil (5) dient dazu, Gas in das Bemessungsvolumen einströmen zu lassen. Nach Beendigung des Einströmvorganges wird Ventil (5) wieder geschlossen. Öffnet man nun anschließend Ventil (10), dann entweicht das Gas aus dem Bemessungsvolumen in die Abblasleitung (11). Dieser Vorgang wird vor dem Beginn jeder Probennahme mindestens einmal durchgeführt, damit das Bemessungsvolumen, die Pumpe (4) und der Filter (3) mit frischem Probengas gespült werden. Öffnet man anstelle des Ventils (10) das Ventil (9), dann strömt Gas aus dem Bemessungsvolumen in den Sammelbehälter (14). Die Geschwindigkeit dieses Überströmungsvorganges läßt sich mit Hilfe der regulierbaren Drossel (8) kontrollieren. Das Probengas gelangt über den flexiblen Schlauch (12) und das Handabsperrventil(13) in den Sammelbehälter (14). Hinter dem Sammelbehälter folgen das Handabsperrventil (15), der flexible Schlauch (16) und der Feinfilter (17). Durch das Öffnen der Ventile (5), (9) und (18) kann vor Beginn der ersten Probennahme ein nicht vorevakuierter Sammelbehälter gespült werden-.- Das Gas entweicht dabei über die Leitung (19) in die Abblasleitung (11). Die optionale Vakuumpumpe (20) erlaubt es, den Druck in dem Sammelbehälter (14) nach einem derartigen Spülvorgang unter die Dichte des Probengases bei Umgebungsdruck abzusenken, wenn die absolute Dichte der ersten Gasprobe dies verlangt. Dies geschieht nach dem Spülen des Sammelbehälters durch Öffnen der Ventile (9) und (18) und Druckabsenkung im System mittels der Vakuumpumpe (20). Dabei wird laufend die Dichte mit dem Dichtemesser (7) gemessen.The valve (5) is used to allow gas to flow into the rated volume allow. After the end of the inflow process, valve (5) is closed again. If you then open valve (10), the gas escapes from the design volume into the blow-off line (11). This process is carried out before starting any sampling carried out at least once so that the rated volume, the pump (4) and the The filter (3) must be rinsed with fresh sample gas. One opens instead of the valve (10) the valve (9), then gas flows from the design volume into the collecting container (14). The speed this overflow process can check using the adjustable throttle (8). The sample gas passes over the flexible hose (12) and the manual shut-off valve (13) in the collecting container (14). The manual shut-off valve (15), the flexible one, follows behind the collecting container Hose (16) and the fine filter (17). By opening valves (5), (9) and (18) A non-pre-evacuated collection container can be used before the first sample is taken be rinsed -.- The gas escapes via the line (19) into the blow-off line (11). The optional vacuum pump (20) allows the pressure in the collecting container (14) after such a flushing process, below the density of the sample gas at ambient pressure lower if the absolute density of the first gas sample so requires. this happens after flushing the collecting container by opening the valves (9) and (18) and reducing the pressure in the system by means of the vacuum pump (20). The density is continuously measured with the densitometer (7) measured.

Wenn sich der für die erste Probennahme korrekte Dichtewert eingestellt hat, werden alle Ventile geschlossen und die Vakuumpumpe (20) wird abgeschaltet. Das Rückschlagventil (21) schützt die Vakuumpumpe (20) bei Undichtigkeiten des Ventils (18) vor Überdruck. Alle Meß-, Berechnungs--und Steuervorgänge werden von dem Mikrocomputer (22) durchgeführt. Der Mikrocomputer wertet auch das externe Triggersignal (23) aus und leitet nach einer vorgebbaren Zahl von einzelnen Triggersignalen eine Probennahme ein. Der Speicher des Mikrocomputers ist batteriegepuffert, damit nach einem Netzausfall die unterbrochene Funktion wieder aufgenommen werden kann.When the correct density value has been set for the first sample all valves are closed and the vacuum pump (20) is switched off. The check valve (21) protects the vacuum pump (20) in the event of leaks in the valve (18) from overpressure. All measurement, calculation and control processes are carried out by the microcomputer (22) carried out. The microcomputer also evaluates the external trigger signal (23) and initiates sampling after a predeterminable number of individual trigger signals a. The memory of the microcomputer is battery-backed, so after a power failure the interrupted function can be resumed.

Der Mikrocomputersteuerung können über eine Tastatur eingegeben werden, wieviel Gasproben gleicher Masse insgesamt gesammelt werden sollen, wie hoch der Druck im vollen Sammelbehälter (14) maximal sein darf-, nach wievielen Triggersignalen eine Probenentnahme eingeleitet werden soll und wie groß das Volumen des Sammelbehälters (14) ist.The microcomputer control can be entered via a keyboard, how many gas samples of the same mass are to be collected in total, how high the Pressure in the full collecting tank (14) may be maximum - after how many trigger signals a sampling is to be initiated and how large the volume of the collecting container is (14) is.

- Leerseite -- blank page -

Claims

Claims d method for taking gas samples of the same mass from a gas line or from a static gas field and storage of the samples in a collecting container (14), which is not shown t that in a design volume, the size of which is known, the gas density first 1 is set. Then you let gas out of the design volume for as long overflow into the collecting container (14) until the gas density is in the design volume 2 sets, which is determined by the fact that the predetermined mass of the Gas sample passed into the collecting container during the overflow process.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the gas densities in the measurement container were measured with a density measuring device (7) whose measuring principle is independent of the technical possibilities the composition and temperature of the gas works.

3. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the overflow process described in claim 1 can be repeated, if the density 2 has not yet set in during the first upstream process. The sum of the partial masses removed during the repetitive processes then results the total mass of the gas sample

4. Device in particular for carrying out the method after Claim 1, that the flow through a adjustable throttle (8) can be regulated.

5. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c It does not mean that when taking samples from gas lines at low pressure or when taking samples from the atmosphere a high pressure pump (4) the pressure difference for the overflow process generated.

6. Apparatus according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e t, that by opening the Venzeile at the same time or one after the other (5) and (10) the design volume and all gas-carrying parts in front of it the apparatus can be purged with fresh sample gas.

7. The device according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the event that the collecting container (14) after a replacement has not been pre-evacuated, is purged with sample gas before the first sample is taken. To do this, valves (5), (9) and (18) are opened until the volume of the The collecting container (14) has been replaced at least once.

8. The device according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c That is, in the event that the density is in a non-pre-evacuated collecting container (14) must be smaller for the first sampling than the one set by the rinsing process Density, a vacuum pump (20) after the flushing process the density in Collection container accordingly lowers. Here the valves (5) and (10) are closed, valve (9) but open. After the vacuum pump (20) has started, valve (18) is opened. The density is continuously measured during the evacuation process. After reaching the required density closes valve (18) and (9) and the vacuum pump (20) is turned off.

9. The device according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e t that high pressure fine filters (3) and (17) are mounted in front of the valves (5) and (18) will.

10. The device according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e t that the collecting container (14) is shut off by manual shut-off valves (13) and (15) can be.

11. The device according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the vacuum pump (20) through a bypass line with a check valve (21) is protected against overpressure in the event of leaks in the valve (18).

12. The device according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c It should be noted that a microprocessor (22) takes over all control and calculation functions. This also includes the processing of the trigger signal - (23).

13. The apparatus of claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the memory of the microprocessor (22) is battery-backed, so that the system can be restarted after a power failure is.

14. The apparatus of claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c n e t that the microprocessor (22) via a keyboard from the outside the following parameters The following can be entered: 1. Number of samples to be collected 2. Maximum collection container pressure 3. after how many trigger signals a sample should be taken 4. volume of the Collecting container