RU2178881C2 - Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178881C2 RU2178881C2 RU99126110/09A RU99126110A RU2178881C2 RU 2178881 C2 RU2178881 C2 RU 2178881C2 RU 99126110/09 A RU99126110/09 A RU 99126110/09A RU 99126110 A RU99126110 A RU 99126110A RU 2178881 C2 RU2178881 C2 RU 2178881C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- dew point
- water
- natural gas
- microwave
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к измерению влажности природного газа по методу определения температуры точки росы в условиях высокого содержания паров высших углеводородов. В способе определения температуры точки росы по воде в природном газе, основанном на измерении температуры охлаждаемого зеркала в момент начала конденсации на нем паров воды, для контроля состояния поверхности зеркала используются радиоволны сaнтиметрового или миллиметрового диапазонов. Измерительная ячейка гигрометра содержит диэлектрический волновод, охлаждаемый термоэлектрическим модулем, и датчик температуры поверхности волновода. С одного копна волновода размещается источник СВЧ/КВЧ-волн, с другого - детектор этих волн. При охлаждении волновода ниже температуры точки росы на нем начинают конденсироваться капельки влаги, при этом из-за поглощения радиоволны СВЧ/КВЧ-диапазона в воде амплитуда сигнала с детектора падает, что фиксируется электронной схемой. На пленку конденсата высших углеводородов устройство практически не реагирует. Заявляемые способ и устройство позволяют уменьшить погрешность определения температуры точки росы но воде в природном газе в присутствии паров высших углеводородов по сравнению с оптическими приборами, используемыми для этой цели, в несколько раз. 2 с. и 1 з. п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению влажности природного газа по методу определения температуры точки росы (ТТР, Тp) по влаге в условиях высокого содержания паров высших углеводородов.
Известны способы определения TТP по влаге в природных газах с помощью конденсационных гигрометров [1] . Измерительной ячейкой (датчиком) таких гигрометров служит металлическое зеркало, охлаждаемое тем или иным способом (жидкий азот, твердая углекислота, трубка Ранка, термоэлектрический холодильник и др. ). Контроль состояния поверхности зеркала осуществляют оптической системой, состоящей из источника света (в простейшем случае - дневной свет), падающего на зеркало, и приемника света, отраженного от зеркала (в простейшем случае - глаза). Процесс измерения ТТР происходит следующим образом.
Медленно охлаждают металлическое зеркало и одновременно ведут наблюдение за величиной отраженного от него света. При переходе температуры зеркала за температуру ТТР на нем начинают выпадать капельки жидкости. Последние рассеивают отраженный свет, что приводит к уменьшению света, попадающего в приемник. Температура зеркала, отвечающая началу момента конденсации, и называется температурой точки росы.
Указанный способ реализуется во многих современных конденсационных приборах Харьков-1, Dеwscopе, Anaconda, АГК-214, Bovar, Optomat Ex и др. [2] ; он является наиболее близким по технической сущности и взят в качестве прототипа.
Конденсационные оптические гигрометры измеряют ТТР по влаге достаточно хорошо, если при понижении температуры зеркала первой начинает конденсироваться вода. Однако, если в газе содержатся пары пропана, бутана, пентана и других высших углеводородов (ВУ), имеющих высокие температуры конденсации (а в реальных природных газах, как правило, реализуется именно эта ситуация [3] ), то при охлаждении зеркала вначале будут выпадать конденсаты ВУ (например, бутана, а затем пентана).
При этом определение ТТР по влаге будет проводиться с большой погрешностью [4] . Это происходит из-за того, что оптические свойства ВУ и воды близки и различить начало образования пленки воды на пленке ВУ (которая к тому же одновременно увеличивается по толщине из-за непрерывной конденсации ВУ) трудно, а зачастую и невозможно. Особенно тяжелая ситуация существует на станциях подземного хранения газа (СПХГ), которые основаны на бывших газоконденсатных месторождениях (в частности - в Саратовской обл. ): даже новейшие конденсационные приборы (например, Kонг-Прима-2) работают там крайне неустойчиво из-за высокого содержания паров ВУ в извлекаемом газе.
Таким образом, недостатком указанного способа является высокая погрешность определения ТТР по воде в случае, если ТТР по ВУ≥ТТР по влаге.
Известное устройство - гигрометр "Харьков-4", выбранное в качестве прототипа, которое содержит металлическое зеркало, охлаждаемое рабочим газом за счет дроссельного эффекта, источник света и оптическую систему для визуального наблюдения за состоянием охлаждаемой поверхности [4] . При наблюдении ТТР по воде в случае, если она лежит ниже, чем ТТР по ВУ, измерение производится с большой погрешностью. Это является недостатком устройства.
Решаемой технической задачей является создание способа и устройства для определения точки росы по воде в реальном природном газе в присутствии паров ВУ с более высокой ТТР, чем . Задача решается следующим образом.
В способе определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров ВУ, основанном на измерении температуры охлаждаемого зеркала в момент начала конденсации на нем паров воды, новым является то, что контроль состояния поверхности зеркала осуществляется за счет использования радиоволн СВЧ/КВЧ-диапазонов.
Решение задачи в устройстве достигается тем, что в измерительной ячейке (ИЯ) конденсационного гигрометра для определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов, содержащей зеркало, термоэлектрическое охлаждающее устройство и датчик температуры, новым является то, что охлаждаемое зеркало выполнено из диэлектрического радиопрозрачного материала с высокой теплопроводностью в виде прямоугольной пластины, концы которой соединены с одними концами передающего и приемного волноводов соответственно и выполнены таким образом, что согласуют волновые сопротивления передающего и приемного волноводов с волновым сопротивлением диэлектрической пластины, которая является диэлектрическим волноводом и по которой распространяется электромагнитная волна СВЧ/КВЧ-диапазона, при этом другие концы передающего и приемного волноводов соединены с СВЧ/КВЧ-генератором и СВЧ/КВЧ-детектором соответственно.
Новым является то, что для стекания конденсата высших углеводородов с диэлектрического волновода измерительную ячейку устанавливают перпендикулярно горизонтальной поверхности.
Устройство, реализующее заявленный способ, представлено на фиг. 1, 2 и 3.
На фиг. 1 изображена конструкция ИЯ. Она состоит из термоэлектрического холодильника 1, на котором расположен диэлектрический волновод 2; температура последнего измеряется электронным термометром 3.
Hа фиг. 2 изображена схема включения ИЯ в СВЧ-гигрометр. На нем показано: 4 - СВЧ/КВЧ-генератор, 5, 6 - подводящий и отводящий волноводы, 7 - ИЯ, 8 - детектор СВЧ/КВЧ-сигнала, 9 - блок управления температурой холодильника и 10 - блок обработки сигнала и индикации ТТP.
На фиг. 3 показаны: а - временный ход температуры (Тo, С) диэлектрического волновода и б - временный ход сигнала с СВЧ/КВЧ-детектора (Ug), поступающего на вход блока обработки, Tp BУ и - ТТР по ВУ и по влаге; t - время.
Способ реализуется следующим образом.
Радиоволны СВЧ- или КВЧ-диапазонов (частоты 3-30 ГГц или 30-300 ГГц и длины волн - сантиметры или миллиметры соответственно) имеют большой коэффициент поглощения (тангенс угла потерь - tgδ)) для воды и незначительный - в жидких углеводородах (tgδВУ≈ 10-3- 10-4). При прохождении радиоволн СВЧ/КВЧ-диапазонов сквозь пленку конденсата в зависимости от ее природы реакция будет существенно различной: в случае воды волна будет затухать и амплитуда ее будет падать; в случае же конденсата ВУ волна будет только сдвигаться по фазе, а амплитуда ее останется неизменной.
Устройство работает следующим образом.
Генератор 4 создает радиоволны СВЧ/КВЧ-диапазона, которые по стандартному волноводу 5 поступают на измерительную ячейку 7, проходят по диэлектрическому волноводу 2 и далее через стандартный волновод 6 попадают в детекторную секцию 8. Продектированный сигнал обрабатывается в блоке 10, который одновременно выдает команду блоку управления током термоэлектрического охлаждающего устройства 9 и служит блоком индикации температуры точки росы по влаге. Над ИЯ непрерывно пропускают природный газ при рабочем давлении и температуре, подаваемый из газопровода. В момент времени t= 0 по команде блока 10 температура термохолодильника 1 и лежащего на нем диэлектрического волновода 2 начинает понижаться. При достижении температуры точки росы по какому-либо углеводородному компоненту (Tp BУ) на диэлектрическом волноводе 2 начинает конденсироваться этот ВУ, однако, ввиду высокой радиопрозрачности жидкого углеводородного конденсата сигнал с детектора 8 по величине практически не изменяется (фиг. 3а). Когда же, медленно понижаясь, температура диэлектрического волновода 2 опустится ниже температуры точки росы, на нем начнут осаждаться микрокапли воды; при этом сигнал с детектора 8 Ug начнет уменьшаться (фиг. 3б). Обрабатывая математически кривую Ug(t), с хорошей точностью можно найти начало изменения (излома) характеристики Ug (T, oС), т. е. температуру точки росы по воде - .
Таким образом, сам характер изменения сигнала с детектора, а именно отсутствие реакции на Tp BУ, позволяет проводить измерения TТP по влагe при наличии в газе паров ВУ со значительно более высокой ТТР, чем .
Для того чтобы избежать значительного накопления конденсата высших углеводородов, могущих помешать работе различных элементов измерительной ячейки, конденсат следует с охлаждаемого волновода постоянно удалять. Удаление конденсата достигается шлифовкой волновода 2, отсутствием острых кромок и вертикальным расположением термоохлаждающего элемента 1.
В устройстве для осуществления способа в качестве холодильника применялся термоэлектрический модуль типа К2-158-1/1,5 российской фирмы "Остерм"; в качестве волновода использовалась керамическая пластина из поликора размерами 6•60 мм2, оба конца которой были заострены под углом ~ 20o (см. фиг. 1). В качестве датчика температуры применялась микросхема серии ТМР-01 фирмы Analog Devices. Генератор КВЧ был выполнен на диоде Ганна (НИИ "Орион", г. Киев); частота генератора - 34 ГГц, выходная мощность - 10 мВт. Остальные элементы устройства - стандартные.
Устройство было испытано в лаборатории на воздушных смесях с различным влагосодержанием и на Степновской СПХГ (П. "Югтрансгаз") на природном газе с высоким содержанием ВУ и показало положительный результат: устойчиво определялась ТТР по воде, расположенная на 5-15oС ниже TТP по ВУ. Контроль при измерениях ТТР по воде и ВУ проводился следующими конденсационно-термометрическими приборами: штатным гигрометром TТР "Харьков-1" и новейшим гигрометром "Конг-Прима 2" фирмы "Вымпел".
Источники информации
1. Халиф А. Л. , Туревский Е. Н. , Сайкин В. В. , Сахаров В. Е. , Бахметьев П. И. Приборы для определения влажности природного газа. Москва, ИРЦ Газпром, 1995 г. , 45 с.
1. Халиф А. Л. , Туревский Е. Н. , Сайкин В. В. , Сахаров В. Е. , Бахметьев П. И. Приборы для определения влажности природного газа. Москва, ИРЦ Газпром, 1995 г. , 45 с.
2. Москалев И. Н. , Битюков B. C. , Филоненко А. С. , Гаврилин А. К. , Федосов В. М. , Ефременко И. А. Влагометрия природного газа: состояние и проблемы. Москва, ИРЦ Газпром, 1999, 36 с.
3. ОСТ 51.40-93. Газы горючие, природные, поставляемые и транспортируемые по магистральным трубопроводам.
4. Плехоткин B. П. , Ткаченко М. Ф. , Серебро Ж. М. Методические особенности определения точки росы природных горючих газов. В сб. "Всесоюзная научно-техническая конференция Термогаз-89", Xaрьков, 1989, 209-214 с.
Claims (3)
1. Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов, основанный на измерении температуры охлаждаемого зеркала в момент начала конденсации на нем паров воды, отличающийся тем, что контроль состояния поверхности зеркала осуществляется с помощью радиоволн СВЧ/КВЧ-диапазонов.
2. Измерительная ячейка конденсационного гигрометра для определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов, содержащая зеркало, термоэлектрическое охлаждающее устройство и датчик температуры, отличающаяся тем, что охлаждаемое зеркало выполнено из диэлектрического радиопрозрачного материала с высокой теплопроводностью в виде прямоугольной пластины, концы которой соединены с одними концами передающего и приемного волноводов соответственно и выполнены таким образом, что согласуют волновые сопротивления передающего и приемного волноводов с волновым сопротивлением диэлектрической пластины, которая является диэлектрическим волноводом и по которой распространяется электромагнитная волна СВЧ/КВЧ-диапазона, при этом другие концы передающего и приемного волноводов соединены с СВЧ/КВЧ-генератором и СВЧ/КВЧ-детектором соответственно.
3. Измерительная ячейка по п. 2, отличающаяся тем, что для стекания конденсата высших углеводородов с диэлектрического волновода измерительную ячейку устанавливают перпендикулярно горизонтальной поверхности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99126110/09A RU2178881C2 (ru) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99126110/09A RU2178881C2 (ru) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99126110A RU99126110A (ru) | 2001-11-27 |
RU2178881C2 true RU2178881C2 (ru) | 2002-01-27 |
Family
ID=20227998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99126110/09A RU2178881C2 (ru) | 1999-12-07 | 1999-12-07 | Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2178881C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111505024A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-07 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种基于微波技术的含水率复合检测装置及检测方法 |
RU2798325C1 (ru) * | 2022-11-07 | 2023-06-21 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Способ определения температуры точки росы по воде в сжиженных углеводородных газах |
-
1999
- 1999-12-07 RU RU99126110/09A patent/RU2178881C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПЛЕХОТКИН В.П. и др. Методические особенности определения точки росы природных горючих газов/В сб.: Всесоюзная научно-техническая конференция Термогаз-89. - Харьков, 1989, с.209-214. Халиф А.Л. и др. Приборы для определения влажности природного газа. - М.: ИРЦ ГАЗПРОМ, 1995, с.45. МОСКАЛЕВ И.Н. и др. Влагометрия природного газа: Состояние и проблемы. - М.: ИРЦ ГАЗПРОМ, 1999, с.36. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111505024A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-08-07 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种基于微波技术的含水率复合检测装置及检测方法 |
CN111505024B (zh) * | 2020-06-08 | 2023-07-04 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种基于微波技术的含水率复合检测装置及检测方法 |
RU2798325C1 (ru) * | 2022-11-07 | 2023-06-21 | Публичное акционерное общество "Газпром" | Способ определения температуры точки росы по воде в сжиженных углеводородных газах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Holloway et al. | Electric field metrology for SI traceability: Systematic measurement uncertainties in electromagnetically induced transparency in atomic vapor | |
Sihvola et al. | Snow fork for field determination of the density and wetness profiles of a snow pack | |
Dakin et al. | Microwave dielectric measurements | |
WO1989007753A1 (en) | Ultrasonic temperature measurement and applications in optical spectroscopy and calorimetry | |
AU642436B2 (en) | Improvements to oil/water measurement | |
Shimin | A new method for measuring dielectric constant using the resonant frequency of a patch antenna | |
US3501692A (en) | Apparatus for determining the moisture content of solids and liquids | |
US5107219A (en) | Means and method for determining the conductance of a fluid | |
Raveendranath et al. | Broadband coaxial cavity resonator for complex permittivity measurements of liquids | |
RU2178881C2 (ru) | Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов и устройство для его осуществления | |
Norouzian et al. | Transmission through uniform layer of ice at low-THz frequencies | |
Jonscher | The measurement and interpretation of dielectric properties | |
EP0339873A1 (en) | Apparatus and method for measuring electric characteristics of material | |
Sridhar et al. | Complex conductivity measurements between 26 and 110 GHz using complex impedance bridges | |
Zhilinskii et al. | Frequency dependence of conductivity in TaS3 at helium temperatures | |
US2958829A (en) | Refractometer comprising a pair of oscillators and beat frequency indicating means | |
Jen | A method for measuring the complex dielectric constant of gàses at microwave frequencies by using a resonant cavity | |
EP3156784A1 (en) | Enhanced characterization of dielectric properties | |
Linder | Photo-electric effect and surface structure in zinc single crystals | |
Smith et al. | Defect and analysis effects in the infrared optical properties of silicon | |
US3441844A (en) | Microwave moisture sensing system | |
Carpenter | Dielectric properties measurements and data | |
Holmes | Propagation in rectangular waveguide containing inhomogeneous, anisotropic dielectric | |
RU99126110A (ru) | Способ определения температуры точки росы по воде в природном газе с высоким содержанием паров высших углеводородов и устройство для его осуществления | |
JPH0288949A (ja) | マイクロウェイブ感湿計 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NF4A | Reinstatement of patent | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051208 |