Устройство для автоматического поддержания постоянной концентрации одоранта в газе

 

Изобретение относится к средствам автоматического поддержания постоянной концентрации одоранта в газе и может быть использовано для одоризации газа в газопроводе. Технический результат состоит в обеспечении прямо пропорциональной зависимости между расходом газа и расходом одоранта в газопроводе. Эффект достигается за счет использования сужающего блока, блока поддержания постоянного уровня жидкого одоранта, емкости хранения жидкого одоранта, регулятора, соединенных соответствующими газопроводами и гидропроводами, на гидропроводах установлены управляемые клапаны. 3 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к устройствам для подачи жидкого одоранта в поток горючего газа, транспортируемого по газопроводу.

Известен одоризатор [1] содержащий емкость для хранения жидкого одоранта, расходомер на магистрали газопровода, первичный преобразователь, преобразующий сигнал, поступающий с расходомера в электрический сигнал, вторичный преобразователь, преобразующий электрический сигнал, поступающий с первичного преобразователя, в выходной электрический сигнал по заранее заданной, в общем случае произвольной зависимости, исполнительный механизм, управляющий выходным электрическим сигналом вторичного преобразователя, регулирующий орган на магистрали жидкого одоранта, приводимый в движение исполнительным механизмом и управляющий поступлением одоранта из емкости хранения жидкого одоранта в газопровод. Одоризаторы этого типа автоматически поддерживают постоянную заданную концентрацию одоранта в одорируемом газе при изменениях расхода газа в газопроводе путем обеспечения прямо пропорциональной зависимости между расходом газа и расходом одоранта в газопроводе и, таким образом, являются самонастраивающимися на расход газа в газопроводе.

Недостатком этого одоризатора является многоэтапное преобразование сигнала, поступающего с расходомера на магистрали газопровода, в воздействие, управляющее регулирующим органом на магистрали жидкого одоранта, что усложняют и удорожает конструкцию одоризатора, а также снижают его надежность при эксплуатации.

Наиболее близким к изобретению является капельный одоризатор [2] содержащий сужающее устройство, например диафрагму на магистрали газопровода, емкость для хранения жидкого одоранта, устройство поддержания постоянного уровня жидкого одоранта, регулирующий орган в виде местного сопротивления, например калиброванного сопла, через которое под действием перепада давления газа, создаваемого сужающим устройством, одорант поступает в газопровод из устройства поддержания постоянного уровня жидкого одоранта. В таком одоризаторе перепад давления газа, создаваемый сужающим устройством, непосредственно воздействует на регулирующий орган и создает поток одоранта в газопровод, что упрощает и удешевляет конструкцию одоризатора по сравнению с предыдущим случаем.

Однако такой одоризатор не поддерживает автоматически постоянную заданную концентрацию одоранта в одорируемом газе при изменениях расхода газа и, таким образом, не является самонастраивающимся на расход газа в газопроводе.

Целью изобретения является обеспечение самонастраивания устройства на расход газа в газопроводе за счет обеспечения прямо пропорциональной зависимости между расходом газа и расходом одоранта в газопроводе при изменениях расхода газа в рабочем диапазоне расхода газа.

Цель достигается тем, что регулирующий орган предлагаемого устройства выполнен в виде опорожняемой в газопровод через равные промежутки времени емкости, в которую под действием перепада давления, создаваемого сужающим блоком на магистрали газопровода, поступает одорант из блока поддержания постоянного уровня жидкого одоранта, причем полость этой емкости имеет переменную в вертикальном направлении площадь горизонтального сечения.

На фиг.1 и 2 представлены пневмогидросхема и электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.3 форма электрических импульсов, поступающих с генератора электрических импульсов на входные клеммы электрических приводов клапанов устройства.

Устройство для автоматического поддержания постоянной концентрации одоранта в газе (см. фиг.1) емкость 1, заполненную жидким одорантом 2. Нижняя точка емкости 1 соединена магистралью 3 с емкостью 4 через регулятор уровня жидкости, состоящий из подвижного запорного элемента 5, жестко соединенного с поплавком 6. Магистраль 7 соединяет газовую подушку емкости 1 с газовой подушкой емкости 4. Устройство содержит также регулирующий орган, выполненный, например, в виде вертикальной емкости 8, полость которой имеет переменную по высоте площадь поперечного сечения. Магистраль 9 соединяет нижнюю точку емкости 4 с нижней точкой емкости 8 через нормально закрытый клапан 10, имеющий электрический привод, например электромагнит 11.

Сужающий блок выполнен, например, в виде стандартной мерной шайбы 12, установленной в газопроводе 13 между кольцевыми камерами 14 и 15. Направление потока газа в газопроводе 13 указано стрелкой в полости газопровода. Магистраль 16 связывает кольцевую камеру 14 с газовой подушкой емкости 4. Магистраль 17 связывает кольцевую камеру 15 с нижней точкой емкости 8 через нормально открытый клапан 18, имеющий электрический привод, например электромагнит 19. При этом магистраль 17 выполнена так, что ее верхняя точка расположена на высоте уровня жидкости в емкости 4. Магистраль 20 связывает камеру 15 с верхней точкой емкости 8. Символом Н на фиг.1 обозначена высота столба жидкого одоранта в емкости 8, отсчитываемая в вертикальном направлении от уровня жидкого одоранта в емкости 4.

Электрическая часть установки (см. фиг.2) состоит из генератора 21 электрических импульсов, выходные клеммы которого связаны электрическими линиями с входными клеммами электромагнитов 11 и 19.

Электрические импульсы, подаваемые с генератора 21 электрических импульсов на входные клеммы электромагнитов 11 и 19, имеют прямоугольную форму (см. фиг.3). На фиг.3 приняты следующие обозначения: U напряжение, t время, U₁ напряжение срабатывания электромагнитов 11 и 19, Т₁ период времени, когда с генератора электрических импульсов на входные клеммы электромагнитов 11 и 19 поступает напряжение U₁, Т₂ период времени, когда напряжение на входных клеммах электромагнитов 11 и 19 отсутствует, Т Т₁+Т₂ суммарный период времени присутствия и отсутствия напряжения на входных клеммах электромагнитов 11 и 19, t₁ nT момент подачи напряжения U₁ на входные клеммы электроклапанов 11 и 19, t t₁+T₁ момент снятия напряжения с входных клемм электромагнитов 11 и 19. Здесь n целое число, n 0, 1, 2, 3. Требуемые значения величин Т, Т₁, Т₂, U₁ настраивают путем настройки генератора 21 электрических импульсов и оставляют неизменными во время работы устройства.

Устройство работает следующим образом.

Газовый поток в трубопроводе 13 происходит через шайбу 12, что приводит к возникновению перепада давления газа ΔР_г между полостями камер 14 и 15. По магистралям 16 и 20 давление газа поступает из камер 14 и 15 в газовые подушки емкостей 4 и 8 соответственно. По магистрали 3 давление газа поступает из газовой подушки емкости 4 в газовую подушку емкости 1.

В момент времени t t₁ с генератора электрических импульсов на входные клеммы электромагнитов 11 и 19 поступает напряжение U₁, что приводит к открытию клапана 10 и закрытию клапана 18. В результате жидкий одорант из емкости 4 через магистраль 9 и клапан 10 поступает в емкость 8 под действием перепада давления ΔP_г. При опускании уровня жидкости в емкости 4 ниже заданного уровня происходит опускание поплавка 6 и подвижного запорного элемента 5, что приводит к открытию проходного сечения магистрали 3 и поступлению жидкого одоранта из емкости 1 в емкость 4 под действием гидростатических сил до восстановления заданного уровня жидкости в емкости 4. После этого подвижный запорный элемент 5 вновь перекрывает проходное сечение магистрали 3 под действием архимедовых сил, действующих на поплавок 6.

Процесс поступления жидкости из емкости 4 в емкость 8 происходит до тех пор, пока перепад давления ΔP_г не будет уравновешен гидростатическим давлением столба жидкости в емкости 8, т.е. пока не будет выполнено условие Н ΔP_г/(ρ g), (1) где ΔP_г перепад давления газа между камерами 14 и 15, Н/м²; Н высота столба жидкости в емкости 8, отсчитываемая от уровня жидкости в емкости 4, м; ρ плотность жидкого одоранта, кг/м³; g 9,81 м/с² физическая константа. При этом продолжительность периода Т₁ подбирают так, чтобы было выполнено условие Т₁ ≥ Т_1max (2) где Т_1max время подъема столба жидкости в емкости 8 от уровня жидкости в емкости 4 до высоты Н Н_max, соответствующей максимально возможному значению ΔP_г при заданном диапазоне изменения расхода газа в газопроводе. При заданных постоянных абсолютном давлении, температуре и химическом составе газа в газопроводе 13, плотности жидкого одоранта и геометрии газопровода 13, камер 14 и 15, шайбы 12 и емкости 8 имеет место однозначная зависимость между секундным массовым расходом газа в газопроводе и массой жидкого одоранта, которая заключена в емкости 8.

В момент времени t₂ генератор 21 электрических импульсов обесточивает входные клеммы электромагнитов 11 и 19, что приводит к закрытию клапана 10 и открытию клапана 18. В результате масса жидкого одоранта, заключенная в емкости 8, поступает под действием гидростатических сил (самотеком) в полость камеры 15, а из полости камеры 15 в газопровод 13. При этом продолжительность периода Т₂подбирают таким образом, чтобы было выполнено условие Т₂ ≥ Т_2max, (3) где Т_2max время опускания столба жидкости в емкости 8 от уровня Н Н_max до уровня жидкости в емкости 4. Размещение верхней точки магистрали 17 на высоте уровня жидкости в емкости 4 предотвращает опорожнение емкости 8, а также полостей клапанов 10 и 18 до уровня ниже уровня жидкости в емкости 4.

По прошествии с момента времени t₂ периода времени Т₂ с генератора 21 электрических импульсов вновь поступает напряжение U₁ на входные клеммы электромагнитов 11 и 19, что приводит к повторению цикла накопления одоранта в емкости 8 и слива одоранта из емкости 8 в газопровод 13.

Таким образом, осредненный массовый расход одоранта в газопровод 13 за период Т может быть определен по соотношению = m/T, (4) где m масса одоранта, находящаяся в емкости 8 выше уровня жидкости в емкости 4.

Путем профилирования полости емкости 8 может быть обеспечена прямо пропорциональная зависимость = K₁ (5) где массовый расход газа в газопроводе 13, кг/с; К₁ безразмерная заданная массовая концентрация одоранта в одорируемом газе. Зависимость ΔP_г от для большинства практически важных случаев может быть записана Δp_г= K (6) где К₂ коэффициент, величина которого постоянна при постоянных абсолютном давлении, температуре и химическом составе газа в газопроводе 13, геометрии газопровода 13, камер 14 и 15, шайбы 12, . Величина m может быть определена по формуле m ρ F(h) dh (7) где h текущая координата столба жидкого одоранта, отсчитываемая в вертикальном направлении от уровня жидкости в емкости 4, м; F площадь горизонтального сечения емкости 8, м². Тогда с учетом (1), (4), (5), (6) и (7) можно записать F(h) dh K₃H^0,5 (8) где К₃ постоянный коэффициент, м^2,5.

K₃= K₁T (9) Решая интегральное уравнение (8), получаем зависимость F(h), которая обеспечивает выполнение условия (5)
F(h) h^-0,5 (10)
Очевидно, что при h 0 зависимость (10) теряет физический смысл, так как величина F в этом случае должна быть равна бесконечности. Однако рабочий диапазон расходов газа для реальных газопроводов, как правило, имеет нижний предел расходов и соответствующую ему высоту столба одоранта в емкости 8 Н_min, отсчитываемую от уровня жидкости в емкости 4
H_min= (11)
Выполняя емкость 8 на участке от h=0 до hН_min, например, в виде вертикального канала с постоянной площадью горизонтального сечения, получаем окончательно
(12)
Таким образом, выполнение соотношений (12) для профиля полости емкости 8 обеспечивает поддержание постоянного коэффициента пропорциональности К₁ между массовым расходом газа в газопроводе 13 и массовым расходом одоранта из емкости 1 в газопровод 13 при изменениях расхода газа в газопроводе в рабочем диапазоне расхода газа, что позволяет сделать вывод о достижении самонастраивания предлагаемого устройства на расход газа в газопроводе.

Выполнение регулирующего органа устройства в виде опорожняемой в газопровод через равные промежутки времени емкости, полость которой имеет переменную в вертикальном направлении площадь горизонтального сечения и в которую под действием перепада давления газа, создаваемого сужающим блоком на магистрали газопровода, поступает жидкий одорант из блока поддержания постоянного уровня жидкого одоранта, позволяет обеспечить прямо пропорциональную зависимость между расходом газа в газопроводе и расходом одоранта из устройства в газопровод с заданным коэффициентом пропорциональности. Таким образом, предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа тем, что является самонастраивающимся на расход газа в газопроводе при изменениях расхода газа в газопроводе в рабочем диапазоне расхода газа.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДДЕРЖАНИЯ ПОСТОЯННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ОДОРАНТА В ГАЗЕ, содержащее сужающий блок на магистрали газопровода, соединенный первым газопроводом с блоком поддержания постоянного уровня жидкого одоранта, соединенного первым и вторым гидропроводами соответственно с емкостью хранения жидкого одоранта и регулятором, соединенным третьим гидропроводом с сужающим блоком, отличающееся тем, что регулятор соединен вторым газопроводом с сужающим блоком, блок поддержания постоянного уровня соединен третьим газопроводом с емкостью хранения жидкого одоранта, на первом и втором гидропроводах установлены управляемые клапаны.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулятор выполнен в виде емкости, полость которой имеет переменную в вертикальном направлении площадь горизонтального сечения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя точка третьего гидропровода размещена на высоте уровня жидкости в блоке поддержания постоянного уровня жидкого одоранта.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сужающий блок выполнен в виде двух кольцевых камер, соединенных между собой через мерную шайбу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3