Приборы и средства контроля состава и влажности природного газа.

При измерения расхода и количества природного газа необходим определять его компонентный состав, влажность и теплоту сгорания. Определение компонентного состава газа в процентах объемного содержания производится с помощью газовых хроматографов различных типов. Для измерения влажности газа могут быть использованы различные методы и приборы, описание которых приведено ниже.

ГАЗОВЫЕ ХРОМАТОГРАФЫ.

Сущность газовой хроматографии состоит в разделении смеси газов на отдельные газовые компоненты и их последующей идентификации [З]. Принцип действия газовых хроматографов заключается в пропускании газовой смеси через колонку с адсорбирующим материалом, сорбции (поглощении) отдельных компонентов путем последовательного продвижения их по колонке с помощью газа-носителя и идентификации отдельных компонентов (составляющих) исследуемой газовой смеси с помощью детекторов по времени их появления на выходе колонки (рис. 98).

Компоненты исследуемой газовой смеси на выходе детектора идентифицируются на ленточных диаграммах электронных потенциометров в виде пиков, разделенных участками нулевой линии. Это дает возможность детектору отдельно фиксировать компоненты, разделенные зонами чистого газа-носителя. В автоматических газовых хроматографах объемное содержание отдельных компонентов определяется с помощью микропроцессорного вычислителя и фиксируется на ленте цифропечатающего устройства с указанием времени и даты печати.

В основе адсорбционной газовой хроматографии лежит процесс разделения исследуемых газовых смесей благодаря неодинаковой сорбции и десорбции ее компонентов с помощью адсорбирующих материалов (сорбентов), в качестве которых обычно используются силикагель, активированный уголь, оксид магния и др. Отметим, что десорбцией называется выделение поглощенных веществ из сорбента.

Структурная схема простейшего газового хроматографа приведена на рис. 98, а. Он содержит источник газа-носителя 1, регулятор давления 2, фильтр-осушитель 3, измеритель расхода газа носителя 4, дозатор исследуемой газовой смеси 5, хроматографическую колонку 6, заполненную сорбентом, детектор выделенных компонентов 7 и регистратор хроматограмм 8. Хроматографическая колонка, являющаяся основным узлом хроматографа, представляет собой трубку, изготовленную из стекла, нержавеющей стали или медных сплавов. Кроме основных узлов газовые хроматографы обычно снабжаются еще рядом дополнительных устройств, которые на данной схеме не показаны (термостаты для колонки и детектора, терморегуляторы, источники питания, элементы управления, блок вычислителя, цифропечатающее устройство и др.).

Рис. 98. Газовый хроматограф.

а—структурная схема; б — распределение компонентов по длине колонки; в—кривые выхода компонентов из колонки.

Результат анализа смеси газов появляется в виде хроматограммы, представляющей собой график, изображающий зависимость объема и количества газовых компонентов в газе- носителе от времени или от объема газа-носителя. Хроматограф работает следующим образом. Небольшая проба исследуемой смеси газов (|рис. 98, а), подлежащая разделению и идентификации, вводится в начало колонки 6 через дозирующее устройство 5. Одновременно через колонку 6 от источника 1 пропускается газ-носитель, который перемещает исследуемую смесь вдоль колонки, заполненной сорбентом. В качестве газа-носителя могут использоваться чистый осушенный воздух, азот, двуоксид углерода, аргон, гелий, водород и др. Введенная проба с газом-носителем адсорбируется сорбентом на начальном участке колонки. Под действием движущегося газа-носителя происходит десорбция компонентов пробы с начального участка колонки и сорбция их последующими участками. Распределение во времени.компонентов исследуемой газовой смеси, состоящей из трех А, В, С и газа-носителя (где А— наиболее плохо адсорбирующийся газовый компонент, В— среднесорбирующийся, С—наиболее адсорбирующийся), по длине хроматографической колонки показано на рис. 98, б.

Начальные участки колонки заполняются всеми компонентами смеси Л+5+С+газ-носитель. При десорбции с выхода колонки первым поступает наиболее плохо адсорбирующийся газ А, а последним — наиболее легко адсорбирующийся газ С. Компоненты газовой смеси появляются на выходе колонки 6 раздельно в виде бинарных смесей с газом-носителем, отделенных друг от друга интервалами времени, в которые из колонки выходит чистый газ-носитель.

Распределение концентраций газовых компонентов на выходе колонки в виде последовательных пиков (рис. 98, в) обусловлено тем, что ширина зоны адсорбированного компонента при его продвижении по колонке расширяется из-за различных условий адсорбции и десорбции в порах сорбента разной ширины и глубины. При этом концентрация компонента меняется плавно от нуля до максимума и вновь до нуля. Выход исследуемого компонента из колонки длится некоторое время, и он не сразу весь входит в ячейку детектора.

Детектор 7 (рис. 98, а) служит для обнаружения компонентов газовой смеси, выходящих из колонки 6, и формирования электрических импульсов, подаваемых на регистратор 8 или на вход автоматического вычислителя состава газа (на схеме не показан). В зависимости от типа хроматографа применяются различные виды детекторов (термокондуктометрические, пламенно-ионизационные, высокочастотно-ионизационные, термоионные и др.), достаточно подробно описанные в работе [З].

Отечественной промышленностью выпускаются газовые хроматографы «Нефтехим СК.ЭП», ХП-499, «Газохром» и др. За рубежом выпускается целый ряд автоматических газовых хроматографов фирм «Энкал» «Хьюлетт—Паккард» (США), «Даниель» (Англия), «Екогава» (Япония), «Делси-инструмент» (Франция).