Способ присадки одоранта к потребительскому газу и устройство для его осуществления

 

Способ и устройство для добавления одоранта к потребительскому газу. Предлагается способ и устройство для присадки одоранта к потребительскому газу, который распределяют к пункту потребления, для того чтобы дать знать людям, находящимся в зоне опасности возникновения пожара, взрыва, отравления, удушения или иных опасностей, в случае, если потребительский газ истекает в окружающую атмосферу. Одорант растворяют в конденсированном разбавительном газе в емкости 3 под давлением, получая раствор эталонного газа, который включает жидкую фазу 6 и газообразную фазу 7. Потребительский газ разбавляют подходящим количеством жидкой фазы эталонного газа, которую испаряют прежде, чем смешать с потребительским газом. С этой целью устройство содержит средства 18 для корректирования соотношения между двумя газовыми потоками во время процесса разбавления в зависимости от повышения концентрации одоранта в жидкой фазе 6 эталонного газа, что приводит в результате к снижению соотношения между количеством жидкого газа и газообразной фазы 7 в емкости под давлением. Это обеспечивает исключительно точное дозирование эталонного газа. Изобретение относится к также к способу присадки одоранта к потребительскому газу. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способу присадки одоранта к потребительскому газу, который распределяется к потребительским пунктам, для того чтобы привлечь внимание людей, находящихся вблизи зоны возможного возникновения огня, взрыва, отравления, удушья или каких-либо других опасных воздействий, в случае, если газ будет истекать в окружающую атмосферу. В случае утечки газа одорант, который находится в концентрированном виде, предпочтительно это органическое серное соединение, растворяют в сконденсированном растворяющем газе, находящемся в емкости под давлением, например, двуокиси углерода, пропане или бутане, для того чтобы образовать раствор, эталонный газ, который включает жидкую фазу и газообразную фазу.

Желаемой концентрации одоранта в потребительском газе добиваются затем путем разбавления одоранта с подходящим количеством жидкой фазы эталонного газа, который испаряют перед тем, как смешать с потребительским газом. Количество эталонного газа, которое надо добавить, определяется расходом эталонного газа и концентрацией одоранта в эталонном газе и расходом потребительского газа. Изобретение относится также к устройству для использования при осуществлении данного способа.

Уже известен в данной области техники способ добавления дезодорантов в потребительским газам в соответствии с вышеизложенным, для того чтобы индицировать утечки отравляющих и взрывчатых газов. Одним примером газов, которые надо одорировать таким путем, является кислород, который в случае утечек в окружающую среду может привести к крайне серьезным несчастным случаям, которые создаются в результате пожара или взрыва.

Другими примерами, содержащими возгораемые газы, являются такие, как природный газ, пропан, бутан, бытовой газ и т.д. которые также могут вызвать серьезные случаи в виде пожара или взрывов. Поскольку большинство одорирующих присадок, таких как тетра-гидро-тиофен, бутил-меркаптан, диметил-сульфид и т.д. являются легко воспламеняемыми веществами, то для них требуются специальные технологии, когда их добавляют, например, к кислороду.

В патентной заявке Финляндии N 870146 раскрывается способ присадки одоранта к кислороду, в котором концентрированный газ, названный эталонным газом, получают в отдельной камере или полости путем добавления к чистому газу кислороду одоранту при концентрации 1000-10000 млн^-1.

Этот концентрированный эталонный газ добавляют к потребительскому газу в отдельной камере или полости в таком количестве, что одорант будет содержаться в потребительском газе с концентрацией 5-50 млн^-1.

Если эталонный газ содержит исключительно кислород и одорант, например, диметил-сульфид, то может, однако, возникнуть проблема во время наполнения емкостей эталонным газом. Например, когда заполняют емкости, невозможно избежать предельного значения концентрации, при котором смесь становится возгораемой, по меньшей мере в части емкости. Следовательно, существует опасность воспламенения и взрыва смеси.

Известный способ, позволяющий избежать такой опасности, раскрыт в патентной заявке Финляндии N 872278. Эта заявка описывает способ получения концентрированного эталонного газа, содержащего кислород и одорант, типа диметил-сульфида. Согласно этому способу емкость эталонного газа сначала наполняют смесью из диметил-сульфида и газообразного азота или гелия. Концентрация диметил-сульфида находится в пределах 0,5-2,5% Затем добавляют чистый газообразный кислород до тех пор, пока в емкости не достигается желаемое рабочее давление, например давление в 200 бар.

Один недостаток при получении эталонного газа согласно описанным выше способам состоит, однако, в том, что эталонный газ не должен подвергаться воздействию температуры, которая настолько низка, что вызывает конденсацию одоранта, например, во время транспортировки и складирования. Будучи сконденсированным, он требует очень длительного времени, чтобы диметил-сульфид вернулся в свое газообразное состояние.

Предыдущие публикации, патент ФРГ N B-1185330 и международная заявка WO 91/17817 описывают способы, которые снижают эти проблемы тем, что одорант растворяют в газе, который существует в жидком состоянии при комнатной температуре и под давлением. В этом отношении пропан, бутан, двуокись углерода, серый гексафторид и закись азота приведены здесь в качестве примеров таких подходящих газов. Эти газы удовлетворяют также требованиям не иметь отрицательного влияния в большинстве случаев на процесс, при котором используется одорированный газ.

В опубликованной заявке ФРГ N B-1185330 предлагается, чтобы одорированный газ отбирали из емкости под давлением и подавали в трубопровод потребительского газа через клапан с мелкой регулировкой, который можно удерживать в заранее заданном отрегулированном положении в течение подачи всего эталонного газа. Однако в случае больших колебаний скорости потока потребительского газа указывается, что расход эталонного газа следует регулировать в соответствии с этими колебаниями.

На практике, однако, эти и другие известные решения не обеспечивают такую точность регулирования одоранта, которая требуется. Это происходит из-за того, что одорирующий растворительный газ имеет намного большее давление пара, чем жидкий одорант. Таким образом, наличие газового объема над жидкой фазой эталонного газа в сосуде под давлением будет состоять в значительной мере из испаренного растворительного газа и только очень маленькой части испаренной жидкости одоранта.

Так как объем жидкой фазы в емкости под давлением ослабевает, когда эталонный газ расходуют в потребительский газ, то увеличение объема испаренного растворительного газа в емкости под давлением приведет в результате к увеличению относительной концентрации жидкого одоранта в жидкой фазе в емкости под давлением.

Основная цель настоящего изобретения, следовательно, состоит в том, чтобы предложить способ, который решит проблему зависимой от объема концентрации одоранта в эталонном газе.

Другая цель изобретения состоит в том, чтобы обеспечить устройство, которое можно использовать при применении изобретенного способа для того, чтобы исключить эффект зависимой от объема концентрации одоранта в эталонном газе.

Указанные выше цели достигаются согласно настоящему изобретению путем регулирования количества, в котором эталонный газ отмеряется для подачи к потребительскому газу, в соответствии с соотношением между жидкой фазой и газообразной фазой в емкости под давлением.

Существенный отличительный признак способа того типа, что описан в первом параграфе этого документа, состоит вместе с тем в том, что корректируют соотношение между потоками эталонного газа и потребительского газа во время процесса разбавления, в то же время принимая в расчет повышение концентрации одоранта в жидкой фазе эталонного газа, что получается в результате понижения соотношения между количеством жидкой фазы и количеством газообразной фазы в емкости под давлением. Эта процедура исключает упомянутые выше проблемы, с которыми сталкиваются ранее известные решения.

Количество эталонного газа, остающегося в емкости под давлением, будет предпочтительно определяться непрерывно путем непрерывного интегрирования потока эталонного газа, истекающего из емкости под давлением, и путем вычитания полученного значения из количества эталонного газа, первоначально имевшегося, а затем корректируют соотношение между двумя газовыми потоками непрерывно во время процесса разбавления на основе этих определений. Это дает результат с высокой степенью точности измерения количества одоранта, смешанного с потребительским газом.

Согласно одному предпочтительному примеру осуществления точность, с которой смешивают одорант, может быть повышена путем определения температуры эталонного газа в емкости под давлением, а также путем корректирования соотношения между двумя газовыми потоками на основе замеренных температурных изменений. Другие отличительные признаки изобретенного способа и изобретенного устройства для использования в практическом применении указанного способа станут очевидны из приведенной ниже формулы изобретения.

На фиг. 1 дана схематичная иллюстрация принципов, в соответствии с которыми работает изобретенное устройство; на фиг. 2 диаграмма, которая показывает относительную концентрацию одоранта в жидкой фазе эталонного газа как функцию количества жидкой фазы, отбираемой из емкости под давлением при различных температурах; на фиг. 3 схематичное изображение принципов, согласно которым работает пример осуществления изобретения.

Устройство, показанное на фиг. 1, содержит трубопровод 1 для потребительского газа, например кислорода, который течет в направлении по стрелке A и к которому будет добавлен одорант. Одорант добавляется через трубопровод 2, который подает эталонный газ от емкости 3 под давлением, через регулирующий клапан 4. Эталонный газ может состоять из смеси органического серного состава, такого как диметил-сульфид, DMS, и двуокиси углерода.

Эталонный газ отбирают из жидкой фазы 6 в емкости 3 под давлением с помощью заглубленной трубки 5, при этом эталонный газ отводится из емкости через перекрывающий клапан 8 благодаря давлению, вызванному испаренным газовым объемом 7. Регулирующий клапан 4 управляется, наряду с другими, в соответствии с потоком потребительного газа через трубопровод 1, этот поток определяется с помощью расходомера 9.

В вышеприведенном примере давление пара углеводорода составляет 57 бар при Т 20^oC, в то же время давление пара одорирующей жидкости намного ниже, значительно ниже, чем 0,5 бар при Т 20^oC в случае применения OMS. Газообразная атмосфера 7 над жидкой фазой 6 в емкости 3 под давлением будет, следовательно, состоять из испаренной двуокиси углерода. Поскольку количество жидкой фазы 6 уменьшается, так как она подается в трубопровод 1, то количество испаренного газа над жидкой фазой будет соответственно увеличиваться. Поскольку первоначально имеется окись углерода, которая испаряется, как описано выше, то относительная концентрация одоранта в жидкой фазе 6 будет увеличиваться.

Последующее изменение в относительной концентрации одоранта в жидкой фазе можно определять количественно. Если обозначить C₁₀ начальную концентрацию одоранта в жидкой фазе полной емкости под давлением и если использовать обозначение C₁ для концентрации одоранта после данного относительного расхода m_x/m₁₀, где x количество израсходованной жидкой фазы, а m₁₀ количество, имевшееся первоначально, то изменение в относительной концентрации в жидкой фазе можно описать с помощью следующего уравнения: В этом уравнении k = ρζ/ρ_⊥ где ρ_⊥ плотность жидкой фазы, а ρζ плотность газообразной фазы.

Рассчитанные значения для CO₂ и DMS приведены на диаграмме фиг. 2. Эта диаграмма показывает относительную концентрацию одоранта в жидкой фазе как функцию количества жидкой фазы, которая уже израсходована из первоначально полной емкости под давлением, т.е. m_x=0, при этом m_x/m₁=0 до тех пор, пока не израсходуется 90% жидкой фазы, тогда m_x/m₁₀=0,9.

Концентрация показана при данных температурах в пределах диапазона от 0^oC до 28^oC.

Из диаграммы, например, видно, что при Т 20^oC и при 70% уже израсходованной жидкой фазы концентрация одоранта в жидкой фазе будет почти в два раза больше от ее исходной концентрации. При Т 26^oC это состояние достигается почти при 55% жидкой фазы, уже израсходованной.

Если это не подходит, то произойдет автоматически соответствующее, непреднамеренное повышение уровня одоранта в потребительском газе. Именно этот серьезный недостаток сопутствует ранее предложенным способам и исключает использование таких способов в тех случаях применения, где требуется постоянный уровень одоранта в пределах очень узкого диапазона концентрации.

С целью решить эти проблемы здесь предлагается в соответствии с изобретением устройство для присадки одоранта к потребительскому газу, и это устройство схематично показано на фиг. 3. Как ранее упоминалось, это устройство включает в себя трубопровод 1 для проведения потребительского газа, который протекает в направлении по стрелке A, при этом газ, к которому добавлен одорант, расходуется из емкости 3 под давлением через трубопровод 2.

Расход потребительского газа определяется с помощью расходомера 9. Как указывалось ранее, предполагается, что эталонный газ состоит из смеси CO₂ и DMS. Эталонный газ вытесняется из емкости 3 под давлением в жидком состоянии под действием давления, вызванного испаренной двуокисью углерода, и через запирающий клапан 8 направляется к испаряющему и регулирующему блоку 10, который содержит три нагревательных контура 11, 12, 13, через которые протекает горячая или теплая вода, регулирующий давление клапан 14 и массовый расходомер 15, который соединен с управляющим клапаном 16 так называемого регулирующего массовый расход устройства, которое измеряет и в то же время регулирует поток эталонного газа. Следующий запирающий клапан 17 включен в трубопровод 2 снаружи от блока 10.

Устройство включает в себя также центральный процессорный узел 18, CPU. Этот узел содержит информацию, касающуюся желательной примеси одоранта, т.е. о концентрации одоранта в потребительском газе. Расходомер 9 снабжает центральный блок информацией, касающейся потока потребительского газа, в то время как информация, касающаяся температуры эталонного газа в емкости 3 под давлением, поступает на центральный блок от датчика 19 температуры.

Центральный блок 18 обеспечен также информацией, касающейся начального количества одоранта в эталонном газе и мгновенной концентрации одоранта эталонного газа в емкости 3 под давлением, и принимает через электропроводник 20 сигнал о мгновенном расходе эталонного газа, который интегрируется по времени, принятом для определения потребления. Центральный процессорный блок, таким образом, будет всегда обладать информацией, касающейся количества эталонного газа, которое остается в емкости под давлением в данный момент времени.

Таким образом, если применяется упомянутое выше уравнение, то центральный блок 18 способен определять относительное измерение в концентрации и при этом также рассчитать текущую концентрацию одоранта в жидкой фазе эталонного газа. Центральный блок регулирует подачу эталонного газа к потребительскому газу на основании этого определения и в соответствии с расходом потребительского газа через посредство управляемого клапана 16. Это позволяет очень точно отмерять дозу одоранта к потребительскому газу.

Диаграмма на фиг. 2 показывает изменения в концентрации, которые происходят в результате процесса испарения или конденсации в двухфазной системе, которая включает в себя компоненты с взаимно разными свойствами. Такие эффекты не ограничиваются действием в замкнутой емкости под давлением в одорирующих устройствах упомянутого выше типа, но могут происходить также в других местах системы, где есть изменения температуры или давления.

Наличие двух фаз в одном потоке приводит в результате к различным расходам потока, что может вызвать изменения в процессе дозирования. Эту проблему можно исключить согласно настоящему изобретению путем нагревания или охлаждения системы в заданных ее точках для того, чтобы получить термический градиент, который предупреждает нежелательные конденсацию или испарение.

В случае использования устройства по фиг. 3 жидкий эталонный газ соответственно подогревается и испаряется в нагревательном контуре 11 перед тем, как он поступит в регулятор 14 давления и дальше от регулятора по потоку, поскольку в случае редуцирования давления CO₂ до рабочего давления, необходимого в регуляторе, примерно 15 бар требуется расширение эталонного газа, причем это сопряжено с опасностью конденсации как результатом понижения температуры, что и происходит при этом. Следовательно, эталонный газ нагревают снова с помощью нагревательной спирали 12 прежде, чем его подадут к расходомеру 15.

Окончательная фаза расширения эталонного газа происходит ниже по потоку от управляющего клапана 16, а нагревательная спираль 13 гарантирует, что в этом месте конденсация не произойдет, что могло бы вызвать изменения в композиции эталонного газа и последующие изменения в дозирующем процессе. Три нагревательных спиральных контура взаимно соединены в серию, и по спиралям обычным образом протекает горячая вода.

Если эталонный газ содержит CO₂, то эта вода может иметь температуру, например, 50^oC. Это позволяет поддерживать остальную часть этого устройства на уровне более низкой температуры для того, чтобы гарантированно обеспечить, чтобы эталонный газ определенным образом достиг испарительного блока 10 в жидком состоянии. В соответствии с изобретением самая холодная часть устройства согласно изобретению представляет собой вход в испаритель.

Газовый трубопровод между газовой емкостью 3 и входом испарителя охлаждается с помощью охлаждающего элемента 21, который размещен вблизи этого трубопровода, и по нему проходит холодная вода. Требуемый температурный градиент между входом в испаритель и температурой емкости достигается при этом путем пропускания холодной воды в противоположном направлении по отношению к потоку эталонного газа, по стрелке B.

Температура емкости 3 под давлением около 18^oC для случая CO₂ также относится к температуре испаряющего блока 10, эта температура регистрируется датчиком 22 в соответствии с изобретением. Для того чтобы поддерживать постоянную разность температур, центральный блок 18 регулирует температуру емкости 3 под давлением путем согласованного действия нагревательной спирали 23 и охлаждающей спирали 24 наряду с другими факторами, в зависимости от окружающей температуры.

Хотя изобретение описано со ссылками на приведенный пример его осуществления, в котором используется эталонный газ, который включает двуокись углерода и диметилсульфид, понятно, что такие же условия также применяются и к другим растворительным газам, вроде пропана, бутана, серного гексафторида и закиси азота и т.д. при этом использованный одорант может быть на выбор, например, тетра-гидро-тиофеном, метил-меркаптаном, пропил-меркаптаном или бутил-меркаптаном и диметил-сульфидом, диэтил-сульфидом и метил-этил-сульфидом.

Концентрация одоранта в эталонном газе обычно составляет 0,5-10 моль Эталонный газ можно подавать к потребительскому газу в таком количестве, чтобы получить концентрацию одоранта в потребительском газе в диапазоне 1-50 млн^-1, предпочтительно 1-20 млн^-1.

Формула изобретения

1. Способ присадки одоранта к потребительскому газу, подаваемому к пункту потребления, при котором одорант в концентрированном виде, предпочтительно в виде сероорганического соединения, растворяют в сконденсированном растворительном газе в емкости под давлением, например в двуокиси углерода, пропане или бутане, с получением раствора эталонного газа, который включает жидкую и газообразную фазы, испаряют жидкую фазу эталонного газа и разбавляют потребительский газ необходимым количеством испаренной жидкой фазы эталонного газа с получением требуемой концентрации одоранта в потребительском газе, при этом необходимое количество жидкой фазы эталонного газа определяют на основе потока эталонного газа и концентрации одоранта в эталонном газе и потока потребительского газа, отличающийся тем, что корректируют соотношение двух газовых потоков во время процесса разбавления с учетом повышения концентрации одоранта в жидкой фазе эталонного газа, которое происходит в результате понижения соотношения количеств жидкой фазы и газообразной фазы в емкости под давлением.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют количество эталонного газа, остающегося в емкости под давлением, путем непрерывного измерения всего потока эталонного газа, истекающего из емкости, и вычитания полученного значения из начального количества эталонного газа, и корректируют соотношение двух газовых потоков непрерывно во время процесса разбавления на основе этого определения.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что определяют температуру эталонного газа в емкости под давлением и корректируют соотношение двух газовых потоков с учетом температурных изменений, определяемых в емкости.

4. Способ по пп.1 3, отличающийся тем, что поддерживают требуемый температурный градиент в системе путем подогрева или охлаждения системы для предупреждения нежелательной конденсации или испарения, влияющих на точность процесса разбавления.

5. Устройство для присадки одоранта к потребительскому газу, включающее емкость эталонного газа под давлением, подающий трубопровод для подачи требуемого количества эталонного газа, средство для испарения жидкой фазы эталонного газа перед смешением с потребительским газом и средства для определения требуемого количества на основе измерения потока эталонного газа и концентрации одоранта в эталонном газе и на основе измерения потока потребительского газа, соединительный трубопровод для подачи требуемого количества эталонного газа для разбавления потребительского газа, трубопровод для потребительского газа, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит средства корректировки соотношения газовых потоков во время процесса разбавления в виде функции повышения концентрации одоранта в жидкой фазе эталонного газа, происходящей в результате снижения соотношения количеств жидкой фазы и газообразной фазы в емкости под давлением.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что средства корректировки выполнены с возможностью непрерывного определения количества эталонного газа, остающегося в емкости под давлением, и включает в себя средства для непрерывного измерения потока эталонного газа, истекающего из емкости, и средства вычитания полученного значения из начального количества эталонного газа, при этом средства корректировки выполнены с возможностью выдачи сигнала коррекции соотношния двух газовых потоков в ходе процесса разбавления в соответствии с этим определением.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что включает в себя средства определения температуры эталонного газа в емкости под давлением, при этом средства корректировки выполнены с возможностью корректировки соотношения двух газовых потоков процесса разбавления с учетом изменения температуры.

8. Устройство по любому из пп.5 7, отличающееся тем, что содержит средства для поддержания температуры в емкости под давлением по существу постоянной и на уровне более высоком, чем температура трубопровода, который соединяет емкость под давлением со средством для испарения.

9. Устройство по любому из пп.5 8, отличающееся тем, что содержит средства для нагревания и испарения жидкой фазы эталонного газа, отбираемого из емкости под давлением в местах расположения вверх по потоку и вниз по потоку от регулятора давления, встроенного в подающий трубопровод, и вниз по потоку от регулирующего клапана, встроенного в соединительный трубопровод для подачи требуемого количества эталонного газа, который подсоединен к трубопроводу потребительского газа.

10. Устройство по любому из пп.5 9, отличающееся тем, что содержит центральный процессорный блок, выполненный с возможностью отделения количества эталонного газа и расчета относительной концентрации одоранта в жидкой фазе эталонного газа как функции потребляемого эталонного газа при температуре, преобладающей в данный момент времени.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3