RU2191372C2

RU2191372C2 - Meter measuring impurities in compressed gases

Info

Publication number: RU2191372C2
Application number: RU2000116472A
Authority: RU
Inventors: И.В. Бармин; Ю.Г. Володин; В.Г. Елисеев; Г.П. Зарайский; С.П. Никулин; С.Н. Павлов
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2002-10-20

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: meter measuring impurities in compressed gases includes measurement chamber, light source, condenser, protective glass, inspection glass, protective glass, photodetector, condensation mirror with base, temperature-sensitive element, heat insulation, throttle, inlet line of analyzed gas, valve, outlet line of analyzed gas, manometer, valve, rotameter, bypass line with discrete controller of gas flow rate and sampler, throttled gas line, valve, heater, heat exchanger, conduit, pipe-line supplying cooling agent. EFFECT: enhanced measurement accuracy. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения примесей в сжатых газах. Преимущественная область использования - измерение низких значений точки росы сжатых газов и концентрации в них паров масла и других примесей непосредственно при высоких давлениях. The invention relates to techniques for measuring impurities in compressed gases. The preferred area of use is the measurement of low values of the dew point of compressed gases and the concentration of oil vapors and other impurities in them directly at high pressures.

Известен измеритель примесей в сжатых газах - определитель точки росы, содержащий магистрали анализируемого газа и охлаждающего агента, конденсационное зеркало, органы управления и контроля (см., например, [1]). A well-known impurity meter in compressed gases is a dew point determinant containing the analyzed gas and cooling agent lines, a condensation mirror, and control and control elements (see, for example, [1]).

Данный измеритель примесей в сжатых газах позволяет измерять только точку росы сжатых газов. Охлаждение конденсационного зеркала производится с помощью специальных охлаждающих агентов (жидкий азот, диоксид углерода в твердом или жидком состоянии и т. п.). При этом измерения производятся путем визуального обнаружения начала образования росы на поверхности измерительного зеркала, что неизбежно связано с фактором субъективности. Контроль расхода анализируемого газа, необходимый для поддержания требуемых скоростей обтекания газом поверхности конденсационного зеркала при создании над ним различных давлений, не обеспечивается. Эти недостатки усложняют эксплуатацию измерителя примесей в сжатых газах, ограничивают область его использования, а также приводят к снижению достоверности полученных результатов. This meter of impurities in compressed gases allows you to measure only the dew point of compressed gases. The condensation mirror is cooled using special cooling agents (liquid nitrogen, carbon dioxide in solid or liquid state, etc.). In this case, measurements are made by visual detection of the onset of dew formation on the surface of the measuring mirror, which is inevitably associated with the subjectivity factor. The control of the analyzed gas flow rate, necessary to maintain the required gas flow rates around the surface of the condensation mirror when different pressures are created above it, is not provided. These shortcomings complicate the operation of the impurity meter in compressed gases, limit the scope of its use, and also lead to a decrease in the reliability of the results.

Известен измеритель примесей в сжатых газах - автоматический фотоэлектронный индикатор влажности ДДН-1, содержащий магистрали анализируемого и охлаждающего газа, конденсационное зеркало с основанием конической формы, детектор точки росы, дроссельное устройство, нагреватель, органы управления и контроля (см., например, [2]). A well-known impurity meter in compressed gases is an automatic photoelectric humidity indicator DDN-1, containing the analyzed and cooling gas lines, a condensation mirror with a conical base, a dew point detector, a throttle device, a heater, controls and controls (see, for example, [2 ]).

Этот измеритель примесей в сжатых газах, как и рассмотренный выше, позволяет измерять только точку росы сжатых газов. При этом охлаждение конденсационного зеркала производится путем дросселирования сжатых газов. Однако конструкция дроссельного устройства, выполненного отдельно от конденсационного зеркала, не обеспечивает достаточной эффективности охлаждения. Кроме того, контроль расхода анализируемого газа, необходимый для поддержания требуемых скоростей обтекания газом конденсационного зеркала, обеспечивается только для сравнительно узкого диапазона давлений. Эти недостатки также ограничивают технические возможности и снижают достоверность полученных результатов. This meter of impurities in compressed gases, as discussed above, allows you to measure only the dew point of compressed gases. In this case, the condensation mirror is cooled by throttling the compressed gases. However, the design of the throttle device, made separately from the condensation mirror, does not provide sufficient cooling efficiency. In addition, control of the flow rate of the analyzed gas, necessary to maintain the required gas flow rates around the condensation mirror, is provided only for a relatively narrow pressure range. These disadvantages also limit the technical capabilities and reduce the reliability of the results.

Известен измеритель примесей в сжатых газах - гигрометр, содержащий магистрали анализируемого и охлаждаемого газа, конденсационное зеркало с основанием циклоидообразной формы, детектор точки росы, дроссельное устройство, нагреватель, органы управления и контроля, принятый за прототип (см. [3] ). A well-known impurity meter in compressed gases is a hygrometer containing the lines of the analyzed and cooled gas, a condensation mirror with a cycloid-shaped base, a dew point detector, a throttle device, a heater, and controls adopted for the prototype (see [3]).

Данный измеритель также позволяет измерять только точку росы сжатых газов. При этом контроль расхода анализируемого газа также обеспечивается только для узкого диапазона давлений, при которых измеряется точка росы сжатых газов. Эффективность охлаждения конденсационного зеркала вследствие особенности его конструкции повышена, но недостаточно. То есть, основные недостатки этого измерителя примесей в сжатых газах фактически те же, что и в [2]. This meter also allows you to measure only the dew point of compressed gases. At the same time, the flow rate of the analyzed gas is also provided only for a narrow pressure range at which the dew point of the compressed gases is measured. The cooling efficiency of the condensation mirror due to the peculiarities of its design is increased, but not enough. That is, the main disadvantages of this impurity meter in compressed gases are practically the same as in [2].

Настоящее изобретение направлено на решение задачи по улучшению технических характеристик измерителя примесей в сжатых газах и расширению области его применения. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении точности и сокращении времени измерений точки росы, а также в возможности измерений концентраций различных примесей, содержащихся в сжатых газах. The present invention is directed to solving the problem of improving the technical characteristics of an impurity meter in compressed gases and expanding its scope. The technical result that can be obtained by implementing the invention is to increase the accuracy and reduce the time of dew point measurements, as well as the possibility of measuring the concentrations of various impurities contained in compressed gases.

Указанный результат достигается тем, что в измерителе примесей в сжатых газах, содержащем магистрали анализируемого и охлаждающего газа, конденсационное зеркало с основанием циклоидообразной формы, детектор точки росы, дроссельное устройство, нагреватель, органы управления и контроля, магистраль анализируемого газа снабжена байпасной линией с дискретным регулятором расхода газа и пробоотборным устройством, к которому подсоединены индикаторные трубки и фильтроэлементы для измерения концентрации примесей, при этом дроссельное устройство расположено в основании конденсационного зеркала тангенциально к циклоидообразной поверхности, а основание конденсационного зеркала выполнено с каналом для подвода охлаждающего агента, расположенным тангенциально к циклоидообразной поверхности. This result is achieved by the fact that in the impurity meter in compressed gases containing the analyzed and cooling gas lines, a condensation mirror with a cycloid-shaped base, a dew point detector, a throttle device, a heater, controls and controls, the analyzed gas line is equipped with a bypass line with a discrete regulator gas flow rate and a sampling device to which indicator tubes and filter elements are connected to measure the concentration of impurities, while the throttle arrangement GUSTs located at the base of the condensing mirror tsikloidoobraznoy tangentially to the surface, and the base condensation mirror arranged a channel for supplying a cooling agent arranged tangentially to tsikloidoobraznoy surface.

Отличительные от прототипа признаки изобретения заключаются в том, что в предлагаемом измерителе примесей в сжатых газах дроссельное устройство выполнено непосредственно в основании конденсационного зеркала тангенциально к циклоидообразной поверхности, при этом магистраль анализируемого газа снабжена байпасной линией с дискретным регулятором расхода газа и пробоотборным устройством, к которому подсоединены индикаторные трубки и фильтроэлементы для измерения концентрации примесей, а в основании конденсационного зеркала выполнен канал для подвода охлаждающего агента, расположенный тангенциально к циклоидообразной поверхности. Distinctive features of the invention from the prototype are that in the proposed meter of impurities in compressed gases, the throttle device is made directly at the base of the condensation mirror tangentially to the cycloid-shaped surface, while the line of the analyzed gas is equipped with a bypass line with a discrete gas flow regulator and a sampling device to which are connected indicator tubes and filter elements for measuring the concentration of impurities, and at the base of the condensation mirror a channel for supplying a cooling agent located tangentially to the cycloid-like surface.

Вследствие того, что дроссельное устройство выполнено непосредственно в основании конденсационного зеркала (непосредственно в корпусе) и тангенциально к циклоидообразной поверхности, увеличивается путь и соответственно время контакта дросселируемого газа с поверхностью конденсационного зеркала, что существенно повышает эффективность охлаждения конденсационного зеркала дроссельным устройством. При этом конденсационное зеркало дополнительно подохлаждается за счет холодопередачи от дроссельного устройства. Due to the fact that the throttle device is made directly at the base of the condensation mirror (directly in the housing) and tangentially to the cycloid-shaped surface, the path and, accordingly, the contact time of the throttled gas with the surface of the condensation mirror increase, which significantly increases the cooling efficiency of the condensation mirror by the throttle device. In this case, the condensation mirror is additionally cooled by cooling from the throttle device.

Байпасная линия с дискретным регулятором расхода газа, которой снабжена магистраль анализируемого газа, дает возможность регулировать расход и соответственно скорость обтекания газом конденсационного зеркала практически во всем диапазоне давлений, при которых измеряется точка росы. Например, в случае давления анализируемого газа, близкого к атмосферному, требуется обеспечить скорость обтекания конденсационного зеркала 1 м/с. При давлении над конденсационным зеркалом 10 МПа для обеспечения этой же скорости обтекания контролируемый расход газа должен быть увеличен примерно в 100. Bypass line with a discrete gas flow regulator, which is equipped with the analyzed gas line, makes it possible to control the flow rate and, accordingly, the speed of gas flow around the condensation mirror in almost the entire pressure range at which the dew point is measured. For example, in the case of a pressure of the analyzed gas close to atmospheric, it is required to provide a flow velocity of the condensation mirror of 1 m / s. At a pressure above the condensation mirror of 10 MPa, to ensure the same flow rate, the controlled gas flow should be increased by about 100.

Пробоотборное устройство, установленное в байпасной линии с дискретным регулятором расхода, позволяет производить измерения не только точки росы, но и других примесей, содержащихся в сжатых газах. Например, возможно измерение паров масла, частиц твердодисперсной фазы и других примесей с помощью индикаторных трубок, фильтроэлементов и т. д., так как необходимые параметры - расход и давление анализируемого газа могут быть установлены и измерены. A sampling device installed in a bypass line with a discrete flow regulator allows measurements not only of the dew point, but also of other impurities contained in the compressed gases. For example, it is possible to measure oil vapors, particles of the solid phase and other impurities using indicator tubes, filter elements, etc., since the necessary parameters — flow rate and pressure of the analyzed gas can be set and measured.

Канал для подвода охлаждающего агента, выполненный в основании конденсационного зеркала, расположенный тангенциально к циклоидообразной поверхности, позволяет с большей эффективностью использовать для охлаждения конденсационного зеркала не только дросселирование сжатых газов, но и охлаждающие агенты, как, например, в [1]. The channel for supplying a cooling agent, made at the base of the condensation mirror, located tangentially to the cycloid-like surface, allows more efficient use of not only throttling of compressed gases, but also cooling agents for cooling the condensation mirror, as, for example, in [1].

Таким образом достигается возможность получить указанный выше технический результат. Thus, it is possible to obtain the above technical result.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором показан измеритель примесей в сжатых газах. The essence of the invention is illustrated by the drawing, which shows a meter of impurities in compressed gases.

Измеритель примесей в сжатых газах включает измерительную камеру 1, источник света 2, конденсор 3, защитное стекло 4, смотровое стекло 5, линзу 6, защитное стекло 7, фотоприемник 8, конденсационное зеркало 9 с основанием 10, датчик температуры 11, теплоизоляцию 12, дроссельное устройство 13, входную магистраль анализируемого газа 14, клапан 15, выходную магистраль анализируемого газа 16, манометр 17, клапан 18, ротаметр 19, байпасную линию 20 с дискретным регулятором расхода газа 21 и пробоотборным устройством 22, магистраль дросселируемого газа 23, клапан 24, нагреватель 25, теплообменник 26, канал 27, трубопровод подвода охлаждающего агента 28. The impurity meter in compressed gases includes a measuring chamber 1, a light source 2, a condenser 3, a protective glass 4, a viewing glass 5, a lens 6, a protective glass 7, a photodetector 8, a condensation mirror 9 with a base 10, a temperature sensor 11, thermal insulation 12, a throttle device 13, input line of the analyzed gas 14, valve 15, output line of the analyzed gas 16, pressure gauge 17, valve 18, flowmeter 19, bypass line 20 with a discrete gas flow controller 21 and sampling device 22, throttle gas line 23, valve 24, on heater 25, heat exchanger 26, channel 27, coolant supply line 28.

Источник света 2, конденсор 3 и фотоприемник 8 представляют собой детектор точки росы. Конденсационное зеркало 9 выполнено в виде круглой пластины и соединено, например, путем пайки с основанием 10 циклоидообразной формы. Конденсационное зеркало 9 и основание 10 теплоизолированы теплоизоляцией 12. Дроссельное устройство 13, представляющее собой втулку с дроссельным отверстием, установлено тангенциально в основании 10 в его верхней части. Кроме того, в основании 10 выполнен канал 27, расположенный тангенциально к циклоидообразной поверхности и соединенный с трубопроводом подвода охлаждающего агента 28. The light source 2, the condenser 3 and the photodetector 8 are a dew point detector. The condensation mirror 9 is made in the form of a round plate and is connected, for example, by soldering with a base 10 of a cycloid shape. The condensation mirror 9 and the base 10 are thermally insulated with thermal insulation 12. The throttle device 13, which is a sleeve with a throttle hole, is installed tangentially in the base 10 in its upper part. In addition, a channel 27 is made in the base 10, which is located tangentially to the cycloid-shaped surface and connected to the supply pipe of the cooling agent 28.

Магистраль анализируемого газа 14 снабжена байпасной линией 20 с дискретным регулятором расхода 21 и пробоотборным устройством 22. Дискретный регулятор расхода 21 позволяет увеличивать расход анализируемого газа в целое число раз с учетом расхода через ротаметр 19 в зависимости от установленного давления. Пробоотборное устройство 22 позволяет подсоединять индикаторные трубки и фильтроэлементы для измерения концентрации паров масла, частиц твердодисперсной фазы и т.п. The line of the analyzed gas 14 is equipped with a bypass line 20 with a discrete flow regulator 21 and a sampling device 22. The discrete flow regulator 21 allows to increase the flow of the analyzed gas by an integer number of times taking into account the flow rate through the rotameter 19 depending on the set pressure. The sampling device 22 allows you to connect indicator tubes and filter elements to measure the concentration of oil vapor, particles of the solid phase, etc.

Измеритель примесей в сжатых газах работает следующим образом. Вначале открывают клапаны 15, 18 и пропускают анализируемый газ через измерительную камеру 1 над поверхностью конденсационного зеркала 9 с определенным расходом, создавая в измерительной камере 1 необходимое давление. Контроль осуществляют соответственно по манометру 17 и ротаметру 19. Анализируемый газ через клапан 15 и входную магистраль анализируемого газа 14 поступает в измерительную камеру 1, обтекает конденсационное зеркало 9 и через выходную магистраль анализируемого газа 16, клапан 18 и ротаметр 19 сбрасывается в атмосферу. Затем включают детектор точки росы. Световые лучи от источника света 2 через конденсор 3, защитное стекло 4 направляются на конденсационное зеркало 9 и, отражаясь, через защитное стекло 7 попадают на фотоприемник 8 с максимальным значением сигнала. The impurity meter in compressed gases works as follows. First, the valves 15, 18 are opened and the analyzed gas is passed through the measuring chamber 1 above the surface of the condensation mirror 9 with a certain flow rate, creating the necessary pressure in the measuring chamber 1. The control is carried out respectively by a pressure gauge 17 and a rotameter 19. The analyzed gas through the valve 15 and the input line of the analyzed gas 14 enters the measuring chamber 1, flows around the condensation mirror 9 and through the output line of the analyzed gas 16, the valve 18 and the rotameter 19 are discharged into the atmosphere. Then turn on the dew point detector. Light rays from the light source 2 through the condenser 3, the protective glass 4 are sent to the condensation mirror 9 and, being reflected, through the protective glass 7 fall on the photodetector 8 with the maximum signal value.

При охлаждении конденсационного зеркала 9 путем дросселирования газа открывают клапан 24 и подают дросселируемый газ к дросселю 15. Дросселируемый газ через клапан 24 по магистрали дросселируемого газа 23 и через нагреватель 25 подводится к дроссельному устройству 13. Охлажденный после дросселирования газ обтекает по винтовой линии основание 10 и по межтрубному зазору теплообменника 26 сбрасывается в атмосферу, предварительно подохлаждая поступающий на дросселирование газ. При этом происходит интенсивное охлаждение основания 10 с соответственно измерительного зеркала 9 вследствие того, что путь и время контакта охлажденного после дросселирования газа существенно увеличиваются. Температура конденсационного зеркала контролируется с помощью датчика температуры 11. В момент образования росы на конденсационном зеркале 9 световой сигнал, поступающий на фотоприемник 8, резко уменьшается. Температура конденсационного зеркала 9, измеренная в этот момент с помощью датчика температуры 11, принимается за точку росы анализируемого газа при давлении, установленном в измерительной камере 1, то есть над конденсационным зеркалом 9. When cooling the condensation mirror 9 by throttling the gas, open the valve 24 and supply throttled gas to the throttle 15. The throttled gas through the valve 24 along the throttle gas line 23 and through the heater 25 is supplied to the throttle device 13. The gas cooled after throttling flows around the base 10 and through the annular gap of the heat exchanger 26 is discharged into the atmosphere, pre-cooling the gas entering the throttle. In this case, intensive cooling of the base 10 s occurs, respectively, of the measuring mirror 9 due to the fact that the path and contact time of the gas cooled after throttling significantly increase. The temperature of the condensation mirror is monitored using a temperature sensor 11. At the time of dew formation on the condensation mirror 9, the light signal supplied to the photodetector 8 decreases sharply. The temperature of the condensation mirror 9, measured at this moment using the temperature sensor 11, is taken as the dew point of the analyzed gas at a pressure set in the measuring chamber 1, that is, above the condensation mirror 9.

При необходимости снизить скорость охлаждения конденсационного зеркала 9, а также для нагрева или поддержания его температуры постоянной, включается нагреватель 25 (электрическая схема измерителя примесей в сжатых газах, а также электрические органы управления и контроля на чертеже не показаны). Визуальное наблюдение за состоянием конденсационного зеркала 9 осуществляется через линзу 6 и смотровое стекло 5. If necessary, reduce the cooling rate of the condensation mirror 9, as well as to heat or maintain its temperature constant, the heater 25 is turned on (the electrical circuit of the impurity meter in compressed gases, as well as the electrical controls and controls are not shown in the drawing). Visual observation of the state of the condensation mirror 9 is carried out through the lens 6 and the sight glass 5.

Для охлаждения конденсационного зеркала 9 с помощью охлаждающих агентов к трубопроводу подвода охлаждающего агента 28 подсоединяют сосуд с охлаждающим агентом и открывают клапан (не показано). Пары охлаждающего агента по трубопроводу охлаждающего агента 28 через нагреватель 25 и канал 27 поступают на охлаждение основания 10 с конденсационным зеркалом 9. Вследствие того, что канал 27 выполнен тангенциально к циклоидообразной поверхности основания 10, путь и соответственно время контакта паров охлаждающего агента с основанием 10 существенно увеличиваются. При необходимости снизить скорость охлаждения конденсационного зеркала 9, а также для нагрева или поддержания его температуры постоянной, включается нагреватель 25. To cool the condensation mirror 9 with the help of cooling agents, a vessel with a cooling agent is connected to the supply pipe of the cooling agent 28 and a valve (not shown) is opened. Vapors of the cooling agent through the pipeline of the cooling agent 28 through the heater 25 and channel 27 are supplied to the cooling of the base 10 with a condensation mirror 9. Due to the fact that the channel 27 is tangential to the cycloid surface of the base 10, the path and, accordingly, the contact time of the vapor of the cooling agent with the base 10 is significant are increasing. If necessary, reduce the cooling rate of the condensation mirror 9, as well as to heat or maintain its temperature constant, the heater 25 is turned on.

Для измерения концентрации паров масла, частиц твердодисперсной фазы и других примесей в пробоотборное устройство 22 устанавливаются соответственно индикаторные трубки или фильтроэлементы. Анализируемый газ через магистраль анализируемого газа 14, клапан 15, измерительную камеру 1, выходную магистраль анализируемого газа 16, клапан 18, дискретный регулятор расхода газа 21 и пробоотборное устройство 22 подают на анализ в течение необходимого времени. При этом с помощью клапанов 15, 18 устанавливаются необходимое давление и расход анализируемого газа. Контроль осуществляется соответственно с помощью манометра 17 и ротаметра 19 с учетом расхода через дискретный регулятор расхода газа 21. To measure the concentration of oil vapors, particles of the solid phase and other impurities, indicator tubes or filter elements are respectively installed in the sampling device 22. The analyzed gas through the line of the analyzed gas 14, valve 15, the measuring chamber 1, the output line of the analyzed gas 16, valve 18, a discrete gas flow controller 21 and the sampling device 22 are submitted for analysis for the required time. In this case, using the valves 15, 18, the necessary pressure and flow rate of the analyzed gas are set. Control is carried out, respectively, using a manometer 17 and a rotameter 19, taking into account the flow rate through a discrete gas flow controller 21.

После измерений измеритель примесей в сжатых газах приводится в исходное состояние. After measurements, the impurity meter in compressed gases is returned to its original state.

Источники информации
1. Deaton W. M. and Frost E.M. Jr. "Bureau of Mines Apparatus for Determining the Dew Point of Gases Under Pressure". Bureau of Mines Report of Investigations 3399, May 1938.Sources of information
1. Deaton WM and Frost EM Jr. "Bureau of Mines Apparatus for Determining the Dew Point of Gases Under Pressure." Bureau of Mines Report of Investigations 3399, May 1938.

2. Автоматический фотоэлектронный индикатор влажности ДДН-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации, 1978, 52 с. 2. Automatic photoelectronic humidity indicator DDN-1. Technical description and operating instructions, 1978, 52 p.

3. Патент Российской Федерации 2117178 от 10.08.98 на изобретение "Гигрометр". 3. Patent of the Russian Federation 2117178 from 08/10/98 for the invention "Hygrometer".

Claims

An impurity meter in compressed gases, containing the analyzed and cooling gas lines, a condensation mirror with a cycloid-shaped base, a dew point detector, a throttle device, a heater, controls and controls, characterized in that the analyzed gas line is equipped with a bypass line with a discrete gas flow regulator and a sampling device to which indicator tubes and filter elements are connected to measure the concentration of impurities, while the throttle device is located in Considerations condensing mirror tsikloidoobraznoy tangentially to the surface, and the base condensation mirror arranged a channel for supplying the cooling agent disposed tangentially to tsikloidoobraznoy surface.