Измерители влажности природного газа.

Присутствие влаги и тяжелых легкосжижающихся углево­дородов (углеводородного конденсата) в газе приводит к из­менению многих параметров и свойств этого газа. Для измере­ния влажности газа используются такие параметры и свойства газообразных сред, количественные изменения которых одно­значно связаны с влагосодержанием. В настоящее время из­вестно большое число методов измерения влажности природ­ных газов, к которым можно отнести спектрально-оптические, сорбционные, электролитические, химические, конденсационные, испарительно-психрометрические, акустические и др. [З].

Из известных методов и приборов контроля влажности при­родного газа практически ни один не может в полной мере удовлетворить требованиям автоматического контроля его влажности. Это связано с тем, что в добываемом или транспор­тируемом газе помимо основных компонентов природного газа и паров воды дополнительно находится капельная влага и угле­водородный конденсат, гликоли, метанол, частицы компрессор­ного масла, меркаптаны и др., которые либо разрушают чувст­вительный элемент прибора, либо приводят к большим погреш­ностям или нестабильности показаний.

Не вызывает сомнения, что нет необходимости рассматри­вать подробно все методы измерения влажности и применяе­мые в этих методах разновидности приборов. Здесь кратко рассмотрим лишь те методы и приборы, которые нашли прак­тическое применение в газовой промышленности.

Сорбционный метод является одним из наиболее широко применяемых методов контроля влажности газа. Для этого ме­тода характерно использование адсорбции или абсорбции вла­ги. Первое явление состоит в способности твердых веществ от­бирать из окружающей среды пары воды и накапливать их на своей поверхности. В зависимости от температуры и давления водяных паров влага адсорбируется в виде пара или водяной пленки. Явление абсорбции заключается в растворении паров воды во всем объеме жидкости или твердого тела. В качестве примера рассмотрим сорбционно-емкостный автоматический влагомер газа. Принцип действия такого влагомера основан на изменении электрической емкости конденсатора с диэлект­риком, сорбирующим влагу из газа, контактирующего с этим диэлектриком. Изменение емкости конденсатора связано с из­менением диэлектрической проницаемости диэлектрика, взаимо­действующего с влажным газом.

В гигрометрах, использующих этот метод (рис. 99), нашли применение датчики с алюминиевооксидной пленкой. Датчики обладают высокой чувствительностью к влажности, имеют ма­лые габаритные размеры, малую инерционность (5 с), доста­точную стабильность характеристик

У_______________ I

Рис. 99. Сорбционно-диэлькометрический гигрометр.

а — схема датчика; б — внешний вид датчика; а — структурная схема.

Датчик (рис. 99, а) представляет собой помещаемый в тру­бопровод с исследуемым газом алюминиевый цилиндрик 1 не­большого размера, на торце которого выполнен чувствитель­ный элемент—тонкая пористая пленка 2 из оксида алюминия, покрытая пористым слоем золота 3. Слой золота и алюминие­вое основание служат обкладками конденсатора, емкость ко­торого (порядка 1000 пф) изменяется в зависимости от коли­чества сорбированной влаги пленкой оксида алюминия. Внеш­ний вид датчика показан на рис. 99, б.

Структурная схема сорбционно-емкостного гигрометра при­ведена на рис. 99, в. Датчик гигрометра 2 устанавливается не­посредственно на газопроводе 1 с контролируемым газом. Если газ содержит капли влаги и другой жидкости, датчик допол­нительно защищается экраном цилиндрической формы, откры­тым с нижнего конца. Поскольку выходным параметром дат­чика является небольшая по значению емкость, соединительная линия, связывающая датчик с электронным блоком 3. не может быть длинной и обычно выполняется в виде отрезка высокоча­стотного кабеля длиной 2 м. Электронный блок 3 предназначен для преобразования сигнала датчика в форму, пригодную для передачи на значительное расстояние. Электронный блок 3 представляет собой измеритель полного внутреннего сопротив­ления и выполнен на полупроводниковых элементах. Обычно сигнал датчика преобразуется в частоту.

В этом случае расстояние междудатчиком и электронным сигнализирующим прибором 5 может составлять несколько ты­сяч метров, а прибор 5 для возможности измерения влажности газа в нескольких точках выясняется многоканальным. При необходимости гигрометр может иметь взрывозащищенное ис­полнение с искробезопасным)в одом. В этом случае в состав гигрометра вводится блок искрозащиты 4, содержащий разде­лительный трансформатор, шутны ограничительные элемен­ты. Недостатком оксидных Дашков является влияние на них полярных жидкостей - метанола моноэтаноламина, диэтано-ламина и др. Некоторые полярные жидкости изменяют показа­ния гигрометра сильнее, чем наличие влаги.

На основании рассмотренной схемы выпускаются автома­тические гигрометры фирмами «Панаметрик» (США), «Эндрэс и Хаузер» (ФРГ) и др. Шкала таких гигрометров отградуирована температуры точки росы в диапазоне от -60 до +20 С. Погрешность гигрометра не превышает 1—2°С.

Конденсационный метод отделения влажности газа по воде или углеводородам (метод определения температуры точ­ки росы) основан на измерен температуры начала конден­сации влаги (воды:или конденсата) на плоской поверхности охлаждающего тела (зеркале) при достижении равенства дав­ления насыщенных паров исследуемого газа и рабочего давле­ния. При температуре начала конденсации, называемой тем­пературой точки росы, достигается гидродинамическое равно­весие между водяными парами влажного газа и слоем конден­сата влаги на поверхности охлаждаемого зеркала.

В гигрометрах, основанных на конденсационном методе, определяется температура, до которой необходимо охладить прилегающий к охлаждаемой поверхности слой влажного газа, для того чтобы довести его до, состояния насыщения при рабо­чем давлении. Схемы и конструкции конденсационных гигро­метров достаточно подробно рассмотрены в работе [З].