PAR nr 4/2017

Page 52

. 8 % . . .

Y. ; ~€ ' '

Stosuje siÄ™ rĂłwnieĹź przepĹ‚ywowy kalorymetr gazowy Lab Q1 [13], [21]. SĹ‚uĹźy on zarĂłwno do wyznaczania gĂłrnego ciepĹ‚a spalania gazu, jak teĹź do pomiaru gÄ™stoĹ›ci gazu w warunkach normalnych oraz zawartoĹ›ci dwutlenku wÄ™gla w skĹ‚adzie gazu. W przyrzÄ…dzie tym wartość opaĹ‚owÄ… uzyskuje siÄ™ przez pomiar zaleĹźnoĹ›ci miÄ™dzy absorpcjÄ… promieniowania podczerwonego i przewodnictwem cieplnym analizowanej prĂłbki gazu. GĹ‚Ăłwne zalety tego kalorymetru to: brak otwartego ognia przy pomiarze, szybka ciÄ…gĹ‚a analiza gazĂłw, niskie koszty instalacji i obsĹ‚ugi. BĹ‚Ä…d graniczny pomiaru gĂłrnego ciepĹ‚a spalania nie przekracza 0,4%. WadÄ… jest tu konieczność wykorzystywania metanu do automatycznej kalibracji. Do bezpoĹ›redniego pomiaru objÄ™toĹ›ciowego dolnego ciepĹ‚a spalania gazĂłw palnych przeznaczony jest teĹź kalorymetr gazowy typu SAB [13], [21]. PrzyrzÄ…d ten mierzy metodÄ… kalorymetrycznÄ… przez porĂłwnanie czasu spalania jednostkowej objÄ™toĹ›ci badanego gazu i gazu uĹźywanego do kalibracji. Gaz dostarcza siÄ™ do spalania w taki sposĂłb, Ĺźeby byĹ‚a staĹ‚a moc wydzielajÄ…ca siÄ™ w komĂłrce pomiarowej bloku termicznego w wyniku reakcji chemicznej utleniania gazu palnego. Dopuszczalny bĹ‚Ä…d wzglÄ™dnego kalorymetru nie przekracza Âą0,45%. WadÄ… urzÄ…dzenia jest dość dĹ‚ugi cykl pracy (ok. 4 godzin) i nieciÄ…gĹ‚ość dziaĹ‚ania wskutek porcjowania badanego gazu. Rozliczania kosztĂłw gazu ziemnego wedĹ‚ug wartoĹ›ci jego energii jeszcze nie realizuje siÄ™ na Ukrainie w peĹ‚ni, tak jak w Polsce, gdyĹź brak kosztownej aparatury do jej pomiarĂłw, ale ten system rozliczeĹ„ juĹź teĹź rozpoczÄ™to wprowadzać. Dwu z autorĂłw przedstawiĹ‚o podstawy teoretyczne i zaproponowaĹ‚o oryginalnÄ… metodÄ™ [14] do ciÄ…gĹ‚ego monitorowania energetycznej wartoĹ›ci gazu ziemnego. Wykorzystuje ona skorelowanie zmian jego parametrĂłw termofizycznych i ciepĹ‚a spalania wraz ze zmianÄ… skĹ‚adu gazu. W rozwiÄ…zaniach konstrukcyjnych przyrzÄ…dĂłw do realizacji tej metody trzeba uĹźyć dwĂłch rodzajĂłw czujnikĂłw: do pomiaru przepĹ‚ywu i do pomiaru ciepĹ‚a spalania [15]. Jako pierwszy z nich moĹźna na przykĹ‚ad wykorzystać przetwornik róşnicy ciĹ›nienia (rys. 1) lub przetwornik naporowy [17, 21]. Natomiast ciepĹ‚o spalania gazu ziemnego wyznacza siÄ™ poĹ›rednio przez pomiar współczynnika przewodzenia ciepĹ‚a za pomocÄ… przetwornika termoanemometrycznego. Ta metoda, po jej wdroĹźeniu, umoĹźliwi bezpoĹ›redni pomiar energii gazu i poszerzy zbiĂłr Ĺ›rodkĂłw pomiarowych stosowanych do monitorowania wartoĹ›ci energetycznej gazu ziemnego. W niniejszej pracy podaje siÄ™ podstawy teoretyczne oraz opisuje siÄ™ badania podstawowych parametrĂłw metrologicznych metody termoanemometrycznej z punktu widzenia jej przydatnoĹ›ci do budowy systemĂłw pomiarowo-informatycznych przeznaczonych do zliczania na bieşąco wartoĹ›ci energii dostarczanego gazu ziemnego.

Energia wydzielajÄ…ca siÄ™ w procesie spalania w powietrzu okreĹ›lonej objÄ™toĹ›ci (lub masy) gazu ziemnego jest jednÄ… z najwaĹźniejszych jego cech jakoĹ›ciowych. Charakteryzuje siÄ™ jÄ… przez tzw. gĂłrnÄ… i dolnÄ… (po uwzglÄ™dnieniu poboru części z ciepĹ‚a spalania na kondensacjÄ™ wody) wartoĹ›ci opaĹ‚owe. Z doĹ›wiadczeĹ„, na ktĂłrych bazuje norma europejska [2] i wzorowane na niej normy krajowe, w tym ukraiĹ„ska [1], wynika, Ĺźe w pomiarach dystrybucji gazu ziemnego naleĹźy mierzyć energiÄ™ zawartÄ… w jego objÄ™toĹ›ci lub masie, wyraĹźanÄ… w MJ lub kWh. MiarÄ… tej energii jest wartość ciepĹ‚a spalania gazu ziemnego na jednostkÄ™ jego objÄ™toĹ›ci lub masy, wyraĹźana w MJ/m3 lub MJ/kg. W rozliczeniach i transporcie gazu ziemnego stosuje siÄ™ pojÄ™cie jego wartoĹ›ci energetycznej. Jest to energia gazu przepĹ‚ywajÄ…cego na jednostkÄ™ czasu. Mierzy siÄ™ jÄ… w MJ/s lub w kcal/s – jednostce spoza systemu SI stosowanej jeszcze w praktyce. CaĹ‚kowanie tej wielkoĹ›ci w dziedzinie czasu daje iloĹ›ciowÄ… wartość energii mierzonego gazu ziemnego. Oblicza siÄ™ jÄ… jako iloczyn zmierzonej objÄ™toĹ›ci (lub masy) gazu i jego wartoĹ›ci opaĹ‚owej, czyli ciepĹ‚a spalania w okreĹ›lonych warunkach. WedĹ‚ug norm [1, 2], wartość energii e dla strumienia gazu, ktĂłry przepĹ‚ynÄ…Ĺ‚ przez poprzeczny przekrĂłj pomiarowy rurociÄ…gu, wyznacza siÄ™ ze wzoru e = q H

(1)

gdzie: q – objÄ™tość gazu w m3; H – ciepĹ‚o spalania (wartość opaĹ‚owa) gazu ziemnego w J/m3. Tylko nieliczne publikacje z ostatnich kilku lat [5–12] dotyczÄ…ce pomiarĂłw przepĹ‚ywu gazu ziemnego, w tym polskie [11, 12], omawiajÄ… rozliczanie zuĹźycia z uwzglÄ™dnieniem jego energii. Jest to teĹź tematyka badaĹ„ naukowych podjÄ™tych w Ivano-Frankivskim Uniwersytecie Technicznym na Ukrainie [13, 14]. Najbardziej rozpowszechniona jest metoda obliczeniowa [11, 13] wyznaczania ciepĹ‚a spalania gazu ziemnego, ktĂłra wykorzystuje dane o skĹ‚adzie gazu uzyskane za pomocÄ… analizy chromatograficznej. OddziaĹ‚y nadzoru sieci gazowej sÄ… wyposaĹźone w odpowiednie do tego zadania chromatografy. MonitorujÄ… one okresowo jakość gazu ziemnego i dokonujÄ… oceny jej zgodnoĹ›ci z obowiÄ…zujÄ…cymi przepisami i normami. Chromatografy wystÄ™pujÄ… teĹź w zestawie wyposaĹźenia pomiarowego stacji [3] realizujÄ…cych dystrybucjÄ™ gazu metodÄ… zmiennej róşnicy ciĹ›nieĹ„. Na przykĹ‚ad w stacji pomiarowej gazu „Grebenikiâ€? na Ukrainie, do analizy in-line jakoĹ›ci gazu ziemnego stosuje siÄ™ automatyczne przepĹ‚ywowe chromatografy gazowe ENCAL firmy INSTROMET. JednakĹźe takÄ… metodÄ™ oznaczania ciepĹ‚a spalania gazu ziemnego moĹźna stosować tylko w duĹźych punktach pomiaru gazu wyposaĹźonych w drogi sprzÄ™t. Nie nadaje siÄ™ ona do bezpoĹ›rednich pomiarĂłw. Gdy gaz pochodzi z kilku róşnych ĹşrĂłdeĹ‚, to jego skĹ‚ad u duĹźych odbiorcĂłw przemysĹ‚owych oraz dla wyodrÄ™bnionej części sieci gazowej dla domowych i innych drobnych konsumentĂłw zmienia siÄ™ dość czÄ™sto. Obecnie w przemyĹ›le ukraiĹ„skim, do pomiarĂłw wartoĹ›ci opaĹ‚owej gazu ziemnego stosuje siÄ™ systemy pomiarowe z seryjnie produkowanymi kalorymetrami do ciÄ…gĹ‚ego automatycznego pomiaru. SkĹ‚adajÄ… siÄ™ one z jednostki gĹ‚Ăłwnej, jednostki sterujÄ…cej, rejestratora i zasilacza i mierzÄ… ciepĹ‚a spalania okreĹ›lonej objÄ™toĹ›ci róşnych gazĂłw palnych. Parametry tych kalorymetrĂłw sÄ… opisane w pracy [14]. Obok szeregu zalet, takich jak maĹ‚e gabaryty, brak specjalnych wymagaĹ„ dla instalacji, szeroki zakres temperatury 5–50 °C, szybki czas pomiaru 20–30 s i bĹ‚Ä…d pomiaru wartoĹ›ci ciepĹ‚a spalania gazu nieprzekraczajÄ…cy Âą0,5%, wystÄ™puje ograniczenie – praca tylko przy niskim ciĹ›nieniu gazu roboczego, tj. do 20 kPa.

50

P

O

M

I

A

R

Y

•

A

U

T

O

M

{. 6& # & ' & ' , = Do przeprowadzenia badaĹ„ doĹ›wiadczalnych wykorzystano stanowisko laboratoryjne z produkowanym seryjnie przetwornikiem termoanemometrycznym [16]. DziaĹ‚anie stanowiska omĂłwi siÄ™ w oparciu o jego schemat funkcjonalny podany na rys. 2, a wyglÄ…d zasadniczej części stanowiska przedstawiono na rys. 3. Stanowisko to zawiera: krĂłciec wlotowy 1 (rys. 2), zbiornik cylindryczny 2 ze skroplonÄ… mieszaninÄ… propan-butan, ĹşrĂłdĹ‚o dopĹ‚ywu powietrza 3, zawory ustalajÄ…ce przepĹ‚yw 4, 6, 12, reduktor ciĹ›nienia 5, nagrzewacz przepĹ‚ywowy gazu roboczego 7, sekcjÄ™ 10 do pomiarĂłw termo-anemometrycznych ze zwęşkÄ… 8 i pierwotnym przetwornikiem 9 ciĹ›nienia p, temperatury T i róşnicy ciĹ›nienia Δp na termoanemometrycznym przetworniku tu zastosowanym, wzorcowy licznik objÄ™toĹ›ci gazu robo-

A

T

Y

K

A

•

R

O

B

O

T

Y

K

A

N R 4 /201 7


Issuu converts static files into: digital portfolios, online yearbooks, online catalogs, digital photo albums and more. Sign up and create your flipbook.