Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ГЛАВА 10.doc
Скачиваний:
0
Добавлен:
01.07.2025
Размер:
6.42 Mб
Скачать

§ 10.5. Средства измерений давления насыщенных паров жидкостей

Давление насыщенных паров (упругость паров) является одним из важных показателей качества светлых нефтепродуктов, особен­но автомобильных и авиационных бензинов. Давление насыщенных паров характеризует их испаряемость и склонность к образованию паровых пробок, а также может использоваться в качестве харак­теристики чистоты жидких однокомпонентных веществ. Давление насыщенных паров существенно зависит от температуры. На рис. 10.9, а показана схема первичного измерительного преобразователя упругости паров жидкостей, который может быть установлен непо­средственно на технологическом аппарате. По принципу действия он является механическим средством измерения. Чувствительный элемент анализатора — сильфон 8 заключен в кожух 1 из тонкой листовой меди. Пространство между кожухом 1 и сильфоном 8 заполнено образцовой жидкостью 9, которая по составу должна быть близка к анализируемому веществу. При установке преобра­зователя на контрольной тарелке (по качеству продукта на кото­рой проводится процесс) ректификационной колонны 2 сильфон 8 находится под одновременным воздействием давления паров в колонне, поступающих во внутреннее пространство через отверстие 7, и давления паров образцовой жидкости 9. Усилие на сильфоне 5, возникающее под действием этой разности давлений, через шток 6, рычаг 3 и уплотнительный сильфон 5 передается к преобразователю 4 силы в унифицированный пневматический сигнал. Этот сигнал пропорционален разности давлений насыщенных паров анализируе­мой и образцовой жидкостей при температуре аппарата. Диапазо­ны измерений от 0—1000 до 0—64000 Па; классы точности 1 и 1,5; постоянная времени 40 с; диапазон рабочих температур 0—150°С.

Р ис. 10.9. Схемы анализаторов давления насыщенных паров

Схема механического анализатора упругости паров бензинов показана на рис. 10.9, б. Анализируемая жидкость поступает в блок подготовки 1, из которого с постоянным объемным расходом она подается в змеевик 3, расположенный в термостате 2, запол­ненном антифризом. Здесь путем подачи горячей воды в змеевик 9 с помощью регулятора 8 поддерживается постоянная температура, равная 38°С (при этой температуре по действующим стандартам определяется давление насыщенных паров бензинов). Из змееви­ка 3 анализируемая жидкость, нагретая до 38°С, поступает в сопло 5 струйного насоса. При истечении жидкости из сопла за счет вяз­кости струя увлекает за собой пары жидкости, находящейся в камере 4 струйного насоса, поэтому в названной камере создается разряжение тем большее, чем меньше упругость паров анализи­руемой жидкости. Измерение разряжения в камере 4 осуществля­ется вакуумметром 6 с унифицированным пневматическим сигна­лом, который по пневмопроводу подается вторичному прибору 7.

Диапазон измерений анализатора 250—650 мм рт. ст.; расход анализируемого вещества 800 см3/мин; абсолютная погрешность измерений 15 мм рт. ст.

§ 10.6. Средства измерений теплоты сгорания жидких и газообразных топлив

Теплота сгорания является характеристикой теплоценности топлива.

Под удельной теплотой сгорания понимают количество тепло­вой энергии, выделяющееся при полном сгорании единицы массы или единицы объема топлива. Соответственно различают удельные массовую и объемную теплоты сгорания. Информация о теплоте сгорания используется для управления процессом горения в огне­вых нагревательных аппаратах и для выполнения учетных опера­ций, связанных с потреблением топлив. В качестве топлив на химико-технологических процессах используют мазут, попутный нефтяной и природный газы. Удельная массовая теплота сгорания мазута изменяется незначительно и жестко коррелированна с плотностью мазута. Поэтому автоматическое измерение этой вели­чины можно свести к измерению плотности.

Газообразные топлива могут включать в свой состав помимо углеводородов негорючие компоненты, воздух, азот, диоксид углерода и др., поэтому для определения теплоценности топлив необ­ходимо осуществлять измерение их удельной теплоты сгорания. Для газообразных топлив обычно измеряют удельную объемную теплоту сгорания.

Различают высшую и низшую удельные теплоты сгорания. Под высшей удельной объемной теплотой сгорания топлива QB понима­ют количество тепловой энергии, выделившееся при сгорании еди­ницы объема топлива и конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания.

Под низшей удельной объемной теплотой сгорания топлива QН понимают количество тепловой энергии, выделившееся при скоро­сти единицы объема топлива без учета энергии, выделяющейся при конденсации водяного пара из продуктов сгорания.

В огневых нагревательных аппаратах для предотвращения кон­денсации паров воды в дымоходах температура продуктов сгора­ния обычно составляет 11О—130°С. Поэтому теплоценность топлив определяется низшей удельной теплотой сгорания.

Связь между высшей и низшей теплотами сгорания имеет вид

QB = QH+q, (10.26)

где q — теплота конденсации водяных паров, образующихся при сгорании единицы объема топлива.

Средства измерений удельной теплоты сгорания называют калориметрами. По принципу действия они относятся к термохимиче­ским анализаторам (см. табл. 9.1). На рис. 10.10, а приведена схема автоматического калориметра, позволяющего получить информацию о высшей удельной объемной теплоте сгорания газо­образных топлив. Работа калориметра основана на измерении количества тепловой энергии, выделяющейся в процессе химиче­ской реакции горения анализируемого газа. Последний с постоян­ным объемным расходом поступает через стабилизатор расхода 5 в горелку 11. Продукты сгорания омывают стенки теплообменни­ка 8, размещенного в корпусе калориметра 7, и передают всю выделяющуюся тепловую энергию дистиллированной воде, которая непрерывно прокачивается через теплообменник. Воде также пере­дается тепловая энергия, выделяющаяся на стенках теплообменни­ка при конденсации паров воды, которые образуются при сгорании углеводородов. Образующийся конденсат собирается с помощью воронки 12 и стекает в емкость 13. Для подачи воды в теплообмен­ник служат замкнутые системы, состоящие из резервуара 1, насо­са 2, холодильника 3 и стабилизатора расхода 4. На входе и выхо­де теплообменника 8 размещены батареи термоэлектрических чувствительных элементов 6 и 10 (по 20 элементов в каждой батарее). Эти батареи включены дифференциально и с их помощью измеряется разность температур входящего в теплообменник и выходящего из него потоков воды. Сигнал U, поступающий на ав­томатический потенциометр 9, пропорционален указанной разности температур Δt, которая в свою очередь пропорциональна высшей удельной объемной теплоте сгорания анализируемого газа:

U = k(Δt) = k , (10.27)

где k — коэффициент преобразования дифференциальной батареи термоэлектрических чувствительных элементов; QГ и QB — постоян­ные объемные расходы анализируемого газа и воды; сВ — объемная теплоемкость воды.

За отрезок времени 1—2 ч, в течение кото­рого в емкость 13 соби­рается достаточное для измерения количество конденсата, можно оп­ределить среднее зна­чение низшей объемной теплоты сгорания, ис­пользуя формулу (10.26). Для этого не­обходимо вычислить среднее за этот интер­вал времени значение высшей объемной теп­лоты сгорания по пока­заниям потенциометра 9 и измерить количест­во конденсата.

Расход анализируе­мого газа 0,15—0,5 м3/ч; диапазон измерений О—50·103 кДж/м3; клас­сы точности 1—2.

На рис. 10.10, б по­казана схема автомати­ческого калориметра низшей объемной теплоты сгорания газов. Этот калориметр явля­ется анализатором циклического действия с импульсным вводом пробы анализируемого вещества и может работать в двух режи­мах: «Подготовка» и «Анализ».

Принцип действия калориметра состоит в измерении темпера­туры газового потока, образующегося при сгорании пробы анали­зируемого вещества в пламени водорода. Измерение осуществляет­ся с помощью так называемого пламенно-температурного детекто­ра [22]. В камеру 3 этого детектора, расположенного в аналитическом устройстве 2, из блока подготовки газов 1 непрерывно подается воздух, а в миниатюрную горелку 5 (внутренний диаметр 0,5 мм) - водород. Кроме того, воздух как газ-носитель непрерывно прокачивается с постоянным объемным расходом через автоматический дозатор 14, колонку (трубку) 13 и горелку 5. В камере 3 распределителем 4 создается равномерный по сечению поток воздуха.

Р ис. 10. 10. Схемы калориметров

Водород сгорает в горелке 5. Для контроля и зажи­гания пламени водорода служат термоэлектрический чувствитель­ный элемент 7, нихромовая спираль 8 и автомат зажигания пла­мени 11. В дозатор 14 непрерывно подается анализируемый газ. Температура газообразных продуктов сгорания измеряется термоэлектрическим чувствительным элементом 6, сигнал которого подается на масштабирующий преобразователь 9. Сигнал послед­него измеряется автоматическим потенциометром 10. В режиме «Подготовка» в горелке сгорает только водород, а формирующий­ся при этом сигнал термоэлектрического элемента 6 принимают за начальный уровень сигнала калориметра. Температура потока продуктов сгорания в сечении, в котором располагается термо­электрический элемент 6, составляет 130—150°С. В этот период происходит продувка дозируемого объема дозатора 14 (см. § 12.3) анализируемым газом. Режим «Подготовка» длится 30—60 с. Затем по команде управляющего устройства 12 дозатор, а с ним и весь калориметр переводятся в режим работы «Анализ». При этом проба анализируемого газа вводится в поток газа-носителя (воздуха) и транспортируется им через колонку 13 в горелку 5. Колонка создает небольшую (15—30 с) задержку в поступлении пробы анализируемого газа из дозатора в горелку. Эта задержка необходима для завершения переходных процессов, возникающих при переключении дозатора. При поступлении пробы анализируе­мого газа в горелку горючие компоненты ее сгорают в пламени водорода. При этом увеличивается температура потока газообраз­ных продуктов сгорания, измеряемая термоэлектрическим элемен­том 6. Изменение температуры (обычно несколько градусов) этого потока при постоянных расходах воздуха, водорода, газа-носителя и малом (не более 0,5—2 см3) объеме пробы анализируемого газа пропорционально низшей удельной объемной теплоте сгорания анализируемого газа. Сигнал термоэлектрического элемента имеет форму пика (см. рис. 9.3, б). Амплитуда этого сигнала использу­ется в калориметре в качестве информативного параметра. В по­следующих циклах работы калориметра все операции повторяют­ся. С помощью запоминающего устройства (на рис. 10.10, б не показано) сигнал преобразователя 5 может быть запомнен на вре­мя, равное одному циклу работы калориметра.

Расход анализируемого газа в рассматриваемых калориметрах 0,01 м3/ч; диапазон измерений 0—50·103 кДж/м3; продолжитель­ность одного цикла работы 200 с; класс точности 2; температура аналитического устройства 50°С.

303

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]