Способ определения свободного газа в жидкости

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1987464(22) Заявлено 01. 04. 80 (21) 2903317/23-26с присоединением заявки М 2(23 Приоритет -Опубликовано 07,0183. Бюллетень Йо 1Дата опубликования описания 67.01.83 1) М. Кл,С 01 И 7/14 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СВОБОДНОГО ГАЗА В ЖИДКОСТИ10 15 О 25 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 (т.е. количество газа, находящегося в механической смеси с жидкостью), для этого отсекается объем пробы в камере, яв" ляющейся частью рабочего трубопровода, после чего путем введения в камеру поршня осуществляют изотермическое сжатие отобранной пробы до полного 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 соответствует 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 случаебудет малым прйращение объема в камере в результате, сжатия пробы, аопределение малого изменения объемакамеры производится с большой погрешностью, т.е. приращение объема поршня в камере соизмеримо с погрешностьюотсчета измерения, Кроме того, присжатии пробы жидкости поршнем повышении давления в измерительной камере) трудно исключить неконтролируемые утечки жидкости или газа в системе цилиндр-поршень. А эти утечкивносят дополнительную существеннуюпогрешность в определение величиныприращения объема поршня в камерев результате сжатия пробы, а следовательно и гаэосодержания,Наиболее близким к предложенномупо технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения свободного газа в жидкости 20путем отбора пробы исследуемой жидкости в измерительную камеру с помещенным в нее подвижным поршнем,разделения пробы на газовую и жидкуюФазы и измерения выцелившегося гаэа 2 ).Известный способ предназначендля сепарации масла из трансформатора с последующим проведением анализа собранного газа в специальном З 0устройстве. Способ не предназначендля измерения гаэосодержания, поскольку отсутствуют операции по измерениюперемещения поршня, а значит и соответствующих объектов. Кроме того,известный способ отделения газа отжидкости не может быть использованиэ-за низкой степени дегаэации жидкости. Это объясняется тем, чтов устройстве для его осуществления предусмотрено 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 подпоршневой8 полостями камеры, какой создаетсямежду измерительной камерой и предварительно вакуумированным резервуаром в устройстве для реализацииспособа. 50Целью изобретения является повышение точности измерений малого количества свободного газа в жидкости,находящейся под избыточным давлениемПоставленная цель достигается тем,что согласно способу определениясвободного газа в жидкости путем отбора пробы исследуемой жидкости в измерительную камеру с помещенным внее подвижным поршнем, разделения про 60бы на газовую и жидкую фазы и измерения выделившегося газа, после отбора пробы увеличивают объем измерительной камеры с выравниванием давления в ней до атмосферного, выдержива ют пробу жидкости до окончания выделения иэ нее газа, измеряют объем измерительной камеры, затем осуществляют вакуумную дегаэацию пробы жидкости и измеряют уменьшение объема измерительной камеры после поднятия уровня жидкости поршнем, по которому определяют объем дегаэированной 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 з начитель но мены. е, чем у приборов для измерения избыточного давления. Следовательно, погрешность определения количества свободного газа в жидкости предлагаемого способа будет меньше.Кроме того, понижение давленияв измерительной камере д- атмосферного исключает утечки гага или жидкости из нее, что также способствует повышению стабильности и точности предлагаемого способа.Измерение объема дегазированнойжидкости 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 измерительнуюкамеру 1, запорное устройство 2 и 3, краны 4, 5 и 6, поршень 7, уплотнение 8, манометры 9 и 10, термометр 11, предварительно вакууьщрованый 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 вжидкости по предлагаемому способу осуществляется следующим образом.(2) Весь поток исследуемой жидкости при рабочем давлении проходит через градуированную измерительную камеру 1 положение поршня А), объем которой в этом исходном положении раВенф . При этом сблокированные запорные устройства 2,3 и кран 4 откры. ты, а краны 5 и б закрыты. Поршень 7 находится в исходном положении. Герметизация поршня обеспечивается уплотнением 8. Маномер 9 и термометр 11 показывают давление в измерительной камере -Рг и температуру -ТрПри необходимости измерения количества свободного газа в жидкости 15 перекрывают эапорные устройства 2 и 3 и фиксируют исходные значения объема камеры Ч и давление в камере Рр.Перемещая поршень 7, расположен 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 ре производится по манометру 9 (например, 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- З 5 ние газа, находящегося в механической смеси с жидкостью. Кроме того, из жидкости выделяется некоторое количество газа, находившегося при рабочем давлении в растворенном со 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 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 варительно вакуумированный резервуар 12, открыв кран б. Предварительное вакуумирование резервуара 12 осуществляется вакуумным насосом. При достижении нужной степени разряжения бО в резервуаре, которая измеряется вакуумметром 13, вакуумный насос отключается от резервуара 12 краном 14,После окончания процесса вакуумирования пробы жидкости в измеритель ной камере, определяют объем дегазированной жидкости Чж непосредственно в измерительной камере (положе ние поршня И). 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 ЧР, а также измеренный объем дегазированной жидкости Чх, можно определить количество свободного газа в жидкости при рабочем давлении по Формуле(1) где У - объем свободного газа в жидкости при рабочем давлении,ф Ч - объем измерительной камеры при рабочем давлении, Ч - объем дегазированной жидЖкости.После отбора объема исследуемой жидкости в измерительной камере при рабочем давлении, состояние свободного газа, находящегося в механической смеси описывается уравнением где Р - рабочее давление в измерительной камере;Ч - объем свободного газа висследуемой пробе жидкости,фС - масса газа,К - универсальная газовая постоянная;Т - температура в иэмегительнойкамере.При понижении давления в измерительной камере до атмосферного, эасчет увеличения ее объема, проИсходит расширение объема свободного газанаходящегося в пробе жидкостиОбъем свободного газа в измерительной,камере при атмосФерном давленииопределяется по формулеР тСвг, Р ТР се.ггде Ч - объем свободного газа визмерительной камере присВг,атмосферном давлении;Р - атмосферное давление,оТ - температура в измерительной камере при атмосферномдавлении, 987464Однако при понижении давления визмерительной камере до атмосферногопроизошло выделение из жидкости газа, находившегося в жидкости при рабочем давленйи н растворенном состоянии. Объем свободного газа, выделившегося из жидкости при атмосферномдавлении, очределяется по формулеНс.г. = " -сиг,где Ф - объем газа, выделившегосяГ,из жидкости при атмосферном давлении,У - объем измерительной камеры0при атмосферном давлении.15Сравнение точности определениясвободного газа в жидкости предлагаемым способом и известным способомбыло проведено расчетным путем.Условия для расчета были следующие: объем измерительной камеры2200 см, рабочее давление, при котором находится жидкость в измерительной камере 0,6 МПа.Основная погрешность определениясвободного количества газа в жидкости по двум способам определяется погрешностью измерения изменения объемакамеры. Практически для измерительной камеры объемом Чр = 200 см этапогрешность для двух способов одинакова и равняется 0,05 (т.е, абсолютная ошибка определения измененияобъема камеры равняется +0,1 см).При определении свободного газа вжидкости по известному способу увели- З 5чения давления в камере, при объемесвободного газа в измерительной камере равном 10 см (газосодержаниеравняется К -10. 100=5,26), ,щ200-10необходимо уменьшить объем камерына 10 смЗ.Относительная ошибка определенияизменения обьема камеры, а следовательно, и количества свободного газа 45в жидкости будетД 0,1: 10010При определении свободного газа 50в жидкости по предлагаемому способууменьшениядавления в камере до атмосферного нербходимо увеличить объем измерительной камеры на величину,определяемую по Формуле (3) (будем 55считать процесс иэотермическим)сбг 10=60 смсь,г,Относительная ошибка определения изменения объема измерительной камеры, 60а следовательно, и количества свободного газа в жидкости будетО,11 ОО60 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 будетфотн = 3 33 (извест 0,.1 100ный способ) д == 0,550,1 10018(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 газа 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 изобретенияСпособ 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью повышения точности измерений малого количества свободного газа н жидкости, находящейся под избыточным давлением, после отбора прорв увеличивают объем измерительной10 987464 Составитель А. ТарасовРедактор Г, Волкова Техред Т.Иаточка орректор А. Дзятк Заказ 10283/29 Тираж 871П ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5одпи илиал ППП фПатентф, г. ужгород, ул. Проект,камеры с выравниванием давленияв ней до атмосферного, выдерживаютпробу жидкости до окончания выделения из нее газа, измеряют объем измерительной камеры, затем осуществляютвакуумную дегазацию пробы жидкостии измеряют уменьшение объема измерительной камеры после поднятия уровня жидкости поршнем, по которому определяют объем дегазированной жидксн 3 ти. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 328385, кл. С 01 К 33/22, 1968,2. Заявка Японии В 52-209,кл. 56 В 1, 06.01,1977.