Способ определения свободного газа в жидкости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<н987464 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01. 04. 80 (21) 2903317/23-26 с присоединением заявки М2(23) Приоритет—

Опубликовано 07.0183. Бюллетень Йо 1

Дата опубликования описания 67.01.83 (И) М. К1.

G 01 N 7/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (531 УДК 5 4 3. 2 7 (088. 8) Е. р. Макаров н В. Ю. Вороненкор в

/ у ат 1г. ; 4. е

"" -Ч ; —,-, " / (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНОГО ГАЗА

В ЖИДКОСТИ l0

15 ?0

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к определению свободного газа в жидкости, и может быть использовано во многих отраслях, например химической, газовой, нефтяной и т.д., а также в машиностроении при проведении гидравлических испытаний агрегатов, узлов и деталей как в процессе их производства, так и при проведении других видов испытаний.

Известен способ количественного определения содержания свободного газа в жидкости, который предусматривает количественное определение свободного газа в жидкости (T.е. количество газа, находящегося в механической смеси с жидкостью). для этого отсекается объем пробы в камере, являющейся частью рабочего трубопровода, после чего путем введения в камеру поршня осуществляют изотермическое сжатие отобранной пробы до полно-. го растворения свободного газа и по замеренному объему и давлению в ка- . мере расчетным путем находят количество газа, находившегося в жидкости в свободном состоянии(1).

Данный способ не обеспечивает высокой точности измерения количества свободного газа в жидкости. В процессе сжатия пробы жидкости происходит сжатие объема свободного газа, находящегося в жидкости, и одновременное растворение его в жидкости.

Конечная стадия этого процесса сжатия пробы (т.е. момент полного растворения газа в жидкости) характеризуется тем, что малому уменьшению объема исследуемой пробы соответст вует значительное увеличение давления в камере. Поэтому практически невозможно точно зафиксировать момент окончания растворения свободного газа в жидкости (характеризующийся изменением давления и изменением объема). Это, в свою очередь, приво-. дит к большой погрешности определения приращения объема поршня в камере в результате сжатия пробы.

В основу данного способа положено. именно измерение приращения объема поршня в камере в результате сжатия пробы, так как все другие члены расчетного уравнения для определения свободного газа в .жидкости пренебрежимо малы и ими можно пренебречь .

Особенно возрастает погрешность способа при измерении малого газо-. содержания, так как в этом случае

387464

1 будет малым прйращение объема в камере в результате, сжатия пробы, а определение малого изменения объема камеры производится с большой погрешностью, т.е. приращение объема поршня в камере соизмеримо с погрешностью отсчета измерения. Кроме того, при сжатии пробы жидкости поршнем (повышении давления в измерительной камере) трудно исключить неконтролируемые утечки жидкости или газа в системе цилиндр-поршень. A эти утечки вносят дополнительную существенную погрешность в определение величины приращения объема поршня в камере в результате сжатия пробы, а следовательно и газосодержания.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения свободного газа в жидкости 2р путем отбора пробы исследуемой жидкости в измерительную камеру с помещенным в нее подвижным поршнем, разделения пробы на газовую и жидкую

Фазы и измерения выцелившегося ra- 25 эа (2j..

Известный способ предназначен для сепарации масла из трансформатора с последующим проведением анализа собранного газа в специальном gp устройстве. Способ не предназначен для измерения гаэосодержания, посколь. ку отсутствуют операции по измерению перемещения поршня, а значит и соответствующих объектов. Кроме того, известный способ отделения газа от жидкости не может быть использован иэ-за низкой степени дегаэации жидкости. Это объясняется тем, что в устройстве для его осуществления преду- 40 смотрено использование сильфона (который ограничивает перемещение поршня вверх-вниз величиной 15-20 мм) и наличием каналов в поршне не позволяется создать такой же перепад между надпоршневой 10 и подпоршневой

8 полостями камеры, какой создается между измерительной камерой и предварительно вакуумированным резервуаром в устройстве для реализации способа. 50

Целью изобретения является повышение точности измерений малого количества свободного газа в жидкости, находящейся под избыточным давлением., Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения свободного газа в жидкости путем отбора пробы исследуемой жидкости в измерительную камеру с помещенным в нее подвижным поршнем, разделения про 60 бы на газовую и жидкую фазы и измереНия выделившегося газа, после отбора пробы увеличивают объем измерительной камеры с выравниванием давления в ней до атмосферного, выдержива- 65 ют пробу жидкости до окончания выделения иэ нее газа, измеряют объем

I измерительной камеры, затем осуществляют вакуумную дегазацию пробы жидкости и измеряют уменьшение объема измерительной камеры после поднятия уровня жидкости поршнем, по которому определяют объем дегазированной жид-. кости.

Повышение точности способа достигается за счет того, что измерение промежуточного значения объема измерительной камеры производится при атмосферном давлении. Именно в этой зоне можно с высокой точностью определить изменения объема измерительной камеры и давления в ней так как незначительному изменению давления в измерительной камере соответствует значительное изменение ее объема.

При одной и той же абсолютной погрешности отсчета измерения объема относительная погрешность измерения объема камеры при атмосферном давлении в предложенном способе будет значительно меньше., чем при повышенном давлении в известном способе. Погрешность приборов для измерения атмосферного давления значительно меньше, чем у приборов для измерения избыточного давления. Следовательно, погрешность определения количества свободного газа в жидкости предлагаемого способа будет меньше.

Кроме того, понижение давления в измерительной камере д-.. атмосферного исключает утечки газа или жидкости из нее, что также способствует повышению стабильности и точности предлагаемого способа.

Измерение объема дегазированной жидкости непосредственно в измерительной камере исключает погрешность, связанную с потерей жидкости при ее транспортировке в другой измерительный сосуд.

На чертеже схематически изображено устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство включает измерительную камеру 1, запорное устройство 2 и 3, краны 4, 5 и 6, поршень 7, уплотнение 8, манометры 9 и 10, термометр

11, предварительно вакууьщрован ый резистор 12, вакуумметр 13, кран 14, шкалу 15.

А-положение поршня устройства в, исходном положении при отборе пробы исследуемой жидкости, Б-положение поршня при операции увеличения объема измерительной камеры и понижение давления в ней до атмосферного, В-положение поршня при измерении объема дегазированной жидкости.

Определение свободного газа в жидкости по предлагаемому способу

6существляется следующим образом.

987464

Весь поток исследуемой жи) кости при рабочем давлении проходит через градуированную измерительную камеру Т положенне поршня A), объем которой в этом исходном положении раВен / . При этом сблокированные запорные устройства 2,3 и кран 4 открыты, а краны 5 и 6 закрыты. Поршень

7 находится в исходном положении.

Герметизация поршня обеспечивается уплотнением 8. Маномер 9 и термометр 11 показывают давление в измерительной камере -Р и температуру

-тр

При необходимости измерения количества свободного газа в жидкости перекрывают эапорные устройства

2 и 3 и фиксируют исходные значения объема камеры V и давление в камере Pp.

Перемещая поршень 7, расположен- 20 ный в нижней части камеры, увеличивают объем камеры до тех пор,пока в камере не установится атмосферное давление — Ро (положение поршня Б).

Контроль уменьшения давления в каме- 25 ре производится по манометру 9 (на-пример, образцовому), а фиксирование установления атмосферного давления в камере осуществляется (открыв кран

5) по маномеру 10 {например, с 30 помощью жидкостного дифференциального маномера, имеющего более высокую точность измерения). Прн понижении давления в измерительной камере до атмосферного происходит Расшире- 35 ние газа, находящегося в механической смеси с жидкостью. Кроме того, из жидкости выделяется некоторое количество rasa, находившегося при рабочем давлении в растворенном со- 46 стоянии. Поэтому выдерживают пробу жидкости в камере при атмосферном давлении до окончания выделения газа иэ жидкости (до прекращения изменения давления в измерительной камере), корректируя по показанию дифференциального маномера. 10 положение поршня 7. Затем определяют новое значение объема измерительной камеры — Ч„ (по величине перемещения поршня 7) и температуру в измеритель- 56 ной камере — Тр. Для измерения объема дегазированной жидкости закрывают кран 4 и к верхней части измерительной камеры (во избежании выбро- са жидкости иэ нее), подключают пред- 55 варительно вакуумированный резервуар 12, открыв кран 6. Предварительное вакуумирование резервуара 12 осуществляется вакуумным насосом. При достижении нужной степени разряжения 60 в резервуаре, которая измеряется вакуумметром 13, вакуумный насос отключается от резервуара 12 краном 14.

После окончания процесса вакуумирования пробы жидкости в измеритель- 45 ной камере, определяют объем дегазированной жидкости Ч непосредственно в измерительной камере (положе. ние поршня b). Объем дегазированной жидкости находят по величине перемещения поршня 7 при уменьшении объема измерительной камеры и поднятию уровня жидкости в ней до определенной отметки на шкале 15.

В диапазоне рассматриваемых давлений (до 1,5 МПа) и газосодержаний (до 5%) приращение объема жидкости за счет растворения газа есть величина бесконечно малая и это приращение в практических расчетах можно не учитывать. Принимая во внимание это обстоятельство и зная градуированный объем измерительной камеры при рабочем давлении Vp а также измеренный объем дегазированной жидкости V,.можно определить количество свободного газа в жидкости при рабочем давлении по формуле (1) где У - объем свободного газа в жидкости при рабочем давлении, V — объем измерительной камеры при рабочем давлении, U — объем дегазированной жидЖ кости.

После отбора объема исследуемой жидкости в измерительной камере при рабочем давлении, состояние свободного газа, находящегося в механической смеси описывается уравнением (2) где p — рабочее давление в измерительной камере, V - объем свободного газа в исследуемой пробе жидкости, С вЂ” масса газа, R — универсальная газовая постоянная; — температура в иэмегительной камеРе.

При понижении давления в измерительной камере до атмосферного, за счет увеличения ее объема, проИсходит расширение объема свободного газа,,находящегося в пробе жидкости.

Объем свободного газа в измерительной,камере при атмосферном давлении определяется по формуле

1 ÐPÅта» ()

Ч вг Р, Тр с в.г., где Ч - объем свободного газа в измерительной камере при

СЬr, атмосферном давлении;

P — атмосферное давление, о

Т вЂ” температура в измерительной камере при атмосферном давлении.

987464

Однако при понижении давления в измерительной камере до атмосферного произошло выделение из жидкости газа, находившегося в жидкости при ра бочем давленйи н растворенном состоянии. Объем свободного газа, выделив шегося из жидкости при атмосферном давлении, очределяется по формуле

Н г = - - й,. где V" — объем газа, выделившегося

®Г. из жидкости при атмосферном давлении, V — объем измерительной камеры

О при атмосферном давлении.

Сравнение точности определения свободного газа в жидкости предлагаемым способом и известным способом было проведено расчетным путем.

Условия для расчета были следующие: объем измерительной камеры

200 см, рабочее давление, при котором находится жидкость в измерительной камере 0,6 МПа.

Основная погрешность определения свободного количества газа в жидкости по двум способам определяется погрешностью измерения изменения объема камеры. Практически для измерительной камеры объемом Чр = 200 см эта погрешность для двух способов одинакова и равняется 0,05% (т.е. абсолютная ошибка определения изменения объема камеры равняется +0,1 см ).

При определении свободного газа в жидкости по известному способу увели--З5 чения давления в камере, при объеме свободного газа в измерительной камере равном 10 см (газосодержание равняется К—

10 . 100%=5,26%), 200-10 необходимо уменьшить объем камеры на 10 см5.

Относительная ошибка определения изменения обьема камеры, а следовательно, и количества свободного газа 45 в жидкости будет

Д О, 1: 100%

Очн 10

При определении свободного газа в жидкости по предлагаемому способу уменьшения давления в камере до атмосферного нербходимо увеличить объем измерительной камеры на величину, определяемую по формуле (3) (будем щ считать процесс иэотермическим)

Vñáг - - 10=60 см сй,г, Относительная ошибка определения изменения объема измерительной камеры, 60 а следовательно, и количества свободного газа в жидкости будет

О,1 ° 1ОО%

При определении меньшего количества свободного газа, находящегося в жидкости эта разница еще более возрастает. Так если в измерительной камере объем свободного газа занимает объем — 3 см (газосодержание К =

1,52%) относительная ошибка определения количества свободного газа будет

4отн = 3, 33% (извест0,.1 100% ный способ) d = = 0,55%

0,1 100%

18 (предлагаемый способ) . Как видно из приведенных выше расчетов, точность определения количества свободного газа в жидкости предлагаемого способа значительно выше (только за счет повышения точности определения количества свободного газа н жидкости предлагаемого способа значительно выше (только эа счет повышения точности определения изменения объема измерительной камеры). Кроме того, погрешность известного способа возрастает за счет того, что при унеличении давления в измерительной камере трудно исключить утечки жидкости или гаэа в системе цилиндр-поршень, а н предлагаемом способе эти утечки отсутствуют.

Контроль действительного газосодержания жидкости позволит нормировать допустимое газосодержание жидкости, в результате чего повышается точность измерения расхода жидкостей расходомерами, быстродействие силовых гидравлических систем, производительность насосов, повысить точность и надежность результатов испытаний узлов и агрегатов топливной аппаратуры и двигательных установок разных типов.

Например, при измерении расхода воды нормальными диафрагмами уменьшение объемного газосодержания ноды с 4% до 2% можно в 2 раза уменьшить погрешность измерения расхода.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения на одном из предприятий составит 250,0 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Способ определения свободного газа в жидкости путем отбора пробы исследуемой жидкости в измерительную камеру с помещенным в нее подвижным поршнем, разделения пробы на газовую и жидкую фазы и измерения выделившегося газа, отличающий с я тем, что; с целью повышения точности измерений малого количества свободного газа н жидкости, находящейся под избыточным давлением, после отбора пробы увеличивают объем измерительной

987464

Составитель A. Тарасов

Редактор Г. Волкова Техред:Т.Иаточка Корректор А. Дзятко

Заказ 10283/29 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

:камеры с выравниванием давления в ней до атмосферного, выдерживают пробу жидкости до окончания выделения из нее газа, измеряют объем измерительной камеры, затем осуществляют вакуумную дегазацию пробы жидкости и измеряют уменьшение объема измерительной камеры после. поднятия уровня жидкости поршнем, по которому onределяют объем дегазированной жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 328385, кл. G 01 К 33/22, 1968

2. Заявка Японии В 52-209, кл. 56 В 1, 06.01,1977.