Методы и технические средства измерения температуры точки росы по углеводородам.

Оптическая схема прибора строится попринципу отражения света при наличии назеркале пленки флюида. Нарисунке1представлена схема расположения основных элементов оптической схемы.В качестве чувствительного элементавыступает зеркало 2с термодатчиком6, расположенное наохлаждающем элементе 7. При этом, исходя изусловия обеспечения максимальной чувствительности, химической стойкости кагрессивным средам ихорошей теплопроводности вкачестве материала диэлектрика (конденсационного зеркала) используется кремний, который имеет показатель преломления n =4,24.Рисунок1 – Схема основных элементов оптической схемы:1– лазерный диод (источник излучения); 2–диэлектрическое конденсационное зеркало; 3, 4, 5– фотоприемник; 6– термодатчик; 7– охладитель термоэлектронный Теплопроводность кремния (λ = 167Вт/м К) сравнима сметаллами, что определяет минимальный градиент температур между измеряемой термодатчиком температурой идействительной температурой поверхности зеркала. Для регистрации процессов проходящих начувствительном элементе, при его нагреве иохлаждении, применена оптическая система, состоящаяиз:источника поляризованного когерентного излучения (лазера) 1;фотоприемника3, который фиксирует сигналы направленного отражения отзеркала;фотоприемника4, фиксирующего сигналы направленно-диффузного отражения;фотоприемника5, фиксирующего сигнал диффузного отражения.Лазерный поляризованный луч под углом Брюстерачерез световоднаправляется наконденсационное зеркало2, расположенное натермоэлектронном охладителе7 (используется для управления температурой зеркала). При отсутствии назеркале пленки флюида весь падающий световой поток оказывается преломленным, иотраженная волна отсутствует. При охлаждении зеркала ипоявлении пленки флюида часть света отражается вследствие нарушения условия Брюстера.Образование назеркале равномерной однородной пленки углеводородов (отражение направленное) приводит кпоявлению двух отраженных сигналов (рисунок2а), которые могут ослаблять или усиливать друг друга взависимости оттолщины пленки флюида (интерференция). Данные изменения фиксируются фотоприемником3, который установлен напротив источника излучения ификсирующим направленное отражение светового потока.Образование назеркале неоднородной пленки жидкости (влаги), конденсирующейся ввиде микрокапель, приводит квозникновению направленно-диффузного отражения (рисунок2б), которое помере роста капель или ихкристаллизации (замерзания) переходит вдиффузное отражение ификсируется соответствующими фотоприемниками 4и5. Измеряемая термодатчиком 6температура зеркала вмомент появления сигнала наодном изфотоприемников 3, 4или 5принимается затемпературу точки росы.Рисунок2 – Работа оптической схемы при диффузном и направленном отражении потокасвета: а) Конденсация углеводородов (появление пленки);б) Конденсация влаги (появление микрокапель)Чтобы повысить точность измерений, анализ отраженного сигнала производят при охлаждении зеркала соскоростью 0,1ºС в секунду что позволяет поддерживать назеркале тонкую пленку флюида. При возникновении иросте назеркале равномерной пленки углеводородов нафотоприемнике направленного отражения светового потокаможно наблюдать четкую интерференционную картину (рисунок3).Рисунок3 – Интенсивность отраженного светового потока при конденсации назеркале углеводородной пленки: 1– сигнал фототранзистора отражённого света; 2–текущее значениетемпературы зеркала.Следовательно, при наличии наконденсационном зеркале тонкой равномерной плёнки флюида (углеводородов) интенсивность света,приходящего нафотоприемник, будет представлять периодическую функцию оттолщины пленки, в результатеналичия интерференции падающих световых волн. Таким образом, данная схема регистрации позволяет наосновании интерференционной картины оценить толщину пленки конденсата,образующейся впроцессе охлаждения зеркала.Описанный метод характеризуется особенно высокой чувствительностью кналичию назеркале прибора прозрачных тонких пленок, толщина которых сопоставима счетвертью длины волны источника излучения. Длина волны используемого лазера составляет 660нм. Учитываято, что фиксация появляющейся пленки возможна уже при возрастании отраженного сигнала на3...5% отмаксимального подъема сигнала, можно сделать вывод, что чувствительность лазерно-интерференционного метода позволяет регистрировать пленку флюида уже при еётолщине, равной 10...15нм.Таким образом, высокой точности измерения точки росы поуглеводородам можно достичь засчет высокой чувствительности метода ктонким пленкам врезультате возникающей интерференционной картины отнаправленного отражения, аточность идостоверность измерения точки росы повлаге вприсутствии ранее конденсирующихся углеводородов– регистрацией флюида двумя различными каналами: направленно-диффузного идиффузного отражения.ЗаключениеДляобеспечения эффективной транспортировки природного газа помагистральным газопроводам прирабочем давлении необходимо иметь надежные данные потемпературе точки росы.Поскольку точка росы газа по углеводородам измеряется в основном конденсационными гигрометрами, многие их производители попытались адаптировать для решения задачи имеющуюся на тот момент технологию измерения точки росы. Технология основана на методе фиксации фотодиодом рассеянного отражения луча светодиода от поверхности металлического зеркала при появлении на нем конденсата. Но из-за специфических свойств углеводородов (конденсации в виде ровной пленки из-за чего луч светодиода отражается без рассеивания) пришлось модернизировать конструкцию охлаждаемого зеркала. Это привело к тому, чтоприборы для измерения точки росы по углеводородамлишились возможности измерения конденсации паров воды.Список использованных источников1. ГОСТ 20061-83 "Газы горючие природные. Методы определения точки росы углеводородов".2. ИСО 6327 "Газовый анализ. Определение точки росы природного газа. Гигрометры с охлаждаемым зеркалом".3. Лазерный измеритель точек росы газа поводным фазам итяжелым углеводородам «КОНГ – Прима10»/ А.М.Деревягин, С.А.Фомин, Р.А.Степанов, В.С.Селезнёв, Г.А.Агальцов, В.Ю.Михайлов, А. В. Истомин // Наука итехника вгазовой промышленности.2005. – №1. – С. 70-78.4. ANewApproachforMeasuringWaterandHeavyHydrocarbonDewPointsofNaturalGasesbyusing aThree-channelLaserInterferometer/ А.М.Деревягин, С.В.Селезнев, В.А.Истомин // Материалы23 Мирового Газового Конгресса. Амстердам, 2006. Доклад №98.16.5. Мурин И.В., Клишин С.Г. Метрологическое обеспечение измерения влажности природного газа. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 1998. 23 с.6. Измерение температуры конденсации углеводородов – проблемы и решения [Электронный ресурс] Режим доступа: https://vympel.group/company/articles/tochka-rosi-uglevodorodov/7. McKeogh G. MoistureMeasurementTechnologiesforNaturalGas. Whitepaper / Billerica, MA: GE Measurement&Control, 2002. 14 p.8. Крюков В.А., КуриленокВ.К. Измерение влажности при высоких давлениях // Измерительная техника. 2008. № 2. С. 60–64.