RU2575289C2

RU2575289C2 - Device for make-up of special pure and dry test gas mixtures of methane, propane, carbon monoxide in high-pressure vessels with volume from two up to forty litres

Info

Publication number: RU2575289C2
Application number: RU2013152856/05A
Authority: RU
Inventors: Михаил Викторович Евстигнеев; Юрий Михайлович Киселев; Валерий Васильевич Теперенков; Евгений Сергеевич Харламочкин
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Научно-Производственное Предприятие" Дельта" (Ооо "Нпп "Дельта")
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2016-02-20

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: device for make-up of special pure and dry test gas mixtures of methane, propane, carbon monoxide in high-pressure vessels with volume from 1 up to 40 litres comprised of compressor, a vessel with 100% tested gas, operating and reference cylinders for test gas mixture (TGM), instruments to measure concentration and moisture of the mixed up component in the test mixture in high-pressure working vessel for preparation, set of stop valves and main block valves. Between high-pressure vessel with 100% tested gas and operating cylinder as well as at input of incoming gas in-flow air driers and fine particle filters are coupled constructively to the compressor.

EFFECT: make-up of test gas mixtures with minimum permitted concentration of moisture less than 5% and fine particles less than 0,01 mcm.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам получения поверочных газовых смесей далее ПГС в сосудах высокого давления, применяемых при техническом обслуживании приборов газового контроля загрязненности воздуха рабочей зоны на промышленных предприятиях. Ввиду высокой стоимости образцовых газовых смесей, изготавливаемых на специализированных предприятиях, актуальна задача приготовления больших количеств поверочных газовых смесей, близких к государственным стандартным образцам (ГСО) по метрологическим характеристикам, но обладающих меньшей стоимостью.The invention relates to a device for producing calibration gas mixtures hereinafter referred to as PGS in pressure vessels used in the maintenance of gas control devices for air pollution of the working area at industrial enterprises. In view of the high cost of model gas mixtures produced at specialized enterprises, the task of preparing large quantities of calibration gas mixtures close to state standard samples (GSO) in terms of metrological characteristics, but having a lower cost, is urgent.

Известен способ приготовления поверочных газовых смесей по патенту RU 2208783 C1, включающий смешивание в сосуде-смесителе поверочного газа, поступающего из сосуда высокого давления, снабженного редуктором, с воздухом до заданной концентрации, контролируемой датчиком-газоанализатором. Для осуществления данного способа перечисленные узлы подключены к общему каналу. В данном способе смешивание производится при атмосферном давлении первоначально до избыточной концентрации поверочного газа, после чего в расходном канале воздух добавляют в поток газовой смеси до требуемой концентрации.A known method of preparing span gas mixtures according to patent RU 2208783 C1, comprising mixing span gas from a pressure vessel equipped with a reducer with air to a predetermined concentration controlled by a gas analyzer in a mixer vessel. To implement this method, the listed nodes are connected to a common channel. In this method, mixing is carried out at atmospheric pressure initially to an excessive concentration of span gas, after which air is added to the flow of the gas mixture in the flow channel to the desired concentration.

Известно устройство приготовления поверочных газовых смесей по заявке RU 2002103456 A, предусматривающее откачку воздуха из сосуда до заданного давления с последующим добавлением поверочного газа до атмосферного давления. Данное устройство не позволяет приготавливать поверочные газовые смеси с малым разбросом от заданной пороговой концентрации.A device for preparing calibration gas mixtures is known according to the application RU 2002103456 A, which provides for pumping air from a vessel to a predetermined pressure, followed by adding calibration gas to atmospheric pressure. This device does not allow to prepare calibration gas mixtures with a small spread from a given threshold concentration.

Известно устройство приготовления поверочных газовых смесей по заявке RU 2383007 C1, основанное на смешивании в заданной пропорции газа и воздуха, поступающих по общему каналу. Поверочный газ подают из сосуда высокого давления через редуктор, позволяющий установить необходимое парциальное давление в сосуд-смеситель. Давление контролируется датчиком давления. После этого компрессором нагнетают в сосуд-смеситель воздух до тех пор, пока не будет установлено заданное суммарное давление смеси, определяемое датчиком давления как сумма парциальных давлений поверочного газа и воздуха. Полученную газовую смесь подают на датчик-газоанализатор, в качестве которого используют термокаталитический датчик. В датчике дозированный поток газовой смеси, поступающей по отводному каналу на нагретую поверхность, покрытую катализатором, вызывает изменение температурного баланса, пропорциональное концентрации поверочного газа и регистрируемое термочувствительным элементом. В процессе измерения на датчик поочередно подают приготавливаемую ПГС из сосуда-смесителя и эталонную ПГС из одного из калибровочных сосудов с разной концентрацией поверяемого газового компонента. Соответствующие показания датчика X и Хо используют для определения концентрации приготавливаемой ПГС по формуле С=Х*Со/Хо, где Со - концентрация эталонной ПГС. Достижение концентрации ПГС в приготавливаемом баллоне, близкой к концентрации в эталонном баллоне, требует неоднократных операций добавления поверочного газа и смешиваемого с ним воздуха в сосуд-смеситель.A device for the preparation of calibration gas mixtures according to the application RU 2383007 C1, based on mixing in a given proportion of gas and air flowing through a common channel. The test gas is supplied from the pressure vessel through a pressure reducer, which allows you to set the required partial pressure in the mixer vessel. Pressure is controlled by a pressure sensor. After that, air is pumped into the mixer vessel by the compressor until a predetermined total pressure of the mixture, determined by the pressure sensor as the sum of the partial pressures of the span gas and air, is established. The resulting gas mixture is fed to a sensor-gas analyzer, which is used as a thermocatalytic sensor. In the sensor, the dosed flow of the gas mixture entering the heated surface coated with the catalyst through the outlet channel causes a change in the temperature balance proportional to the concentration of the span gas and detected by the temperature-sensitive element. During the measurement, the prepared ASG from the mixer vessel and the reference ASG from one of the calibration vessels with different concentrations of the gas component being verified are alternately fed to the sensor in turn. Corresponding sensor readings X and Ho are used to determine the concentration of prepared ASG according to the formula C = X * Co / Ho, where Co is the concentration of the reference ASG. The achievement of the concentration of ASG in the prepared cylinder, close to the concentration in the reference cylinder, requires repeated operations of adding span gas and air mixed with it to the mixing vessel.

Из приведенных устройств наиболее близким к заявляемому (прототипом) следует считать устройство по патенту RU 2383007 C1. Недостатком данного устройства является большая трудоемкость и невысокая точность приготавливаемых поверочных газовых смесей.Of the above devices closest to the claimed (prototype) should be considered the device according to patent RU 2383007 C1. The disadvantage of this device is the high complexity and low accuracy of the prepared calibration gas mixtures.

Задача изобретения состоит в разработке такого устройства для приготовления поверочных газовых смесей, которое обеспечивает приемлемую точность и возможность получения газовых смесей с минимальной возможной концентрацией влаги не более 5% и мелких частиц не более 0.01 мкм.The objective of the invention is to develop such a device for the preparation of calibration gas mixtures, which provides acceptable accuracy and the possibility of obtaining gas mixtures with a minimum possible moisture concentration of not more than 5% and small particles of not more than 0.01 microns.

Предложено устройство, изображенное на Фиг. 1.The device of FIG. one.

Действие устройства осуществляется следующим образом:The action of the device is as follows:

а) поверяемый газ 100% концентрации из баллона 24, находящийся под высоким давлением от 100 до 150 атм, контролируемым манометром 27, при подаче его через редуктор 26 в 40-литровый баллон 11, в дальнейшем расходуемый на оперативное приготовление рабочих баллонов с ПГС объемом от 1 л до 12 л, или в рабочий баллон 16 для настройки газосигнализаторов при необходимости приготовления ПГС с концентрацией поверяемого газа, отличной от концентрации в баллоне 11, при открытом вентиле 25 предварительно проходит через осушитель газа от влаги 29, фильтр 30 от мелких частиц до 0.01 мкм и после этого поступает фиксированное время Тпг (время напуска поверяемого газа) через открытый вентиль 31 либо в баллон 11 при открытом вентиле 10 и закрытых вентилях 15, 18, 19, либо в баллон 16 при открытом вентиле 15 и закрытых вентилях 10, 18, 19 при выходном давлении от 1 до 10 атм, зависящем от необходимой концентрации поверяемого газа в приготавливаемой воздушно-газовой смеси и измеряемом манометром 28 на редукторе 26, а также манометром 9, общим для баллонов 11 и 16 с предварительной трехкратной очисткой сжатым воздухом от компрессора баллона 16, если в нем находился газ другой концентрации, чем в баллоне 11, или баллон 16 из-под другого газа с последующим сбросом газа по открытой магистрали через дренажный вентиль 5;a) verified gas of 100% concentration from a cylinder 24, under high pressure from 100 to 150 atm, controlled by a pressure gauge 27, when it is supplied through a reducer 26 to a 40-liter cylinder 11, which is then spent on the operational preparation of working cylinders with ASG with a volume of 1 liter to 12 liters, or into a working cylinder 16 for adjusting gas detectors if necessary to prepare an ASG with a concentration of the gas to be verified that is different from the concentration in the cylinder 11, when the valve 25 is open, it passes through the gas dehumidifier 29 from moisture 29, the filter 30 from small hours Tits to 0.01 μm and after that a fixed time Tg (time of inlet of the gas being tested) enters through the open valve 31 or into the cylinder 11 with the open valve 10 and the closed valves 15, 18, 19, or into the cylinder 16 with the open valve 15 and the closed valves 10 , 18, 19 at an outlet pressure of 1 to 10 atm, depending on the required concentration of the gas being tested in the prepared air-gas mixture and measured by a pressure gauge 28 on the pressure reducer 26, as well as a pressure gauge 9 common to cylinders 11 and 16 with preliminary triple cleaning with compressed air from the compressor ball bosom 16, if it contained gas of a different concentration than in cylinder 11, or cylinder 16 from under another gas with subsequent discharge of gas through an open line through the drain valve 5;

б) в компрессор воздух подается из блока очистки воздуха, где предварительно проходит через три секции осушителя воздуха 32, 33, 34 и затем фильтрами 35 и 36 очищается от грубых и мелких частиц размером до 0.01 мкм;b) air is supplied to the compressor from the air purification unit, where it passes through three sections of the air dryer 32, 33, 34 and then it is cleaned of coarse and small particles up to 0.01 microns in size by filters 35 and 36;

в) воздух в компрессоре 1 проходит комбинированную очистку и осушку как на входе в компрессор, так и на выходе из него после трехкратного сжатия и промежуточного охлаждения, а максимальная степень сжатия 170 атм определяется порогом срабатывания предохранительного клапана 3 на выходе из компрессора, и через вентиль 4 при закрытых вентилях 5, 31, 15, 18, 19 через тройники 6, 7, 8, при открытом вентиле 10 сжатый воздух до достижения давления от 100 до 150 атм, измеряемого манометром 2 и 9, проходит на заправку рабочего баллона 11 для приготовления ПГС или при закрытом вентиле 10 и открытом вентиле 15 поступает в рабочий баллон 16 для приготовления ПГС, давление которых контролируется манометром 9;c) the air in the compressor 1 undergoes a combined cleaning and drying both at the inlet to the compressor and at the outlet from it after triple compression and intermediate cooling, and the maximum compression ratio of 170 atm is determined by the threshold of the safety valve 3 at the outlet of the compressor, and through the valve 4 with closed valves 5, 31, 15, 18, 19 through tees 6, 7, 8, with open valve 10, compressed air until the pressure reaches 100 to 150 atm, measured by pressure gauge 2 and 9, passes to the filling of the working cylinder 11 for preparation ASG or at rytom valve 10 and open valve 15, enters the working cylinder 16 for the preparation of CBC, which is controlled by the pressure gauge 9;

г) по достижении в баллонах 11 и 16 концентрации поверяемого газа в приготавливаемой газовой смеси, близкой к эталонной в баллоне 17, она измеряется газоанализатором Комета-М (поз. 22 на Фиг. 1) при подаче через него приготавливаемой ПГС при расходе 0.5 л/мин через тройники 13, 12, открытые вентили 19 и 20, ротаметр 21, сравнивается с концентрацией поверяемого газа в эталонном баллоне 17 и при достижении разницы менее 0.05 объемных процентов поверяемого газа приготовление ПГС в баллонах 11 и 16 заканчивается и баллон 16 передается на участок настройки газосигнализаторов, а баллон 11 подготовлен для оперативной заправки рабочих баллонов.d) upon reaching in the cylinders 11 and 16 the concentration of the calibrated gas in the prepared gas mixture close to the reference in the cylinder 17, it is measured by the Comet-M gas analyzer (pos. 22 in Fig. 1) when supplying the prepared ASG through it at a flow rate of 0.5 l / min through tees 13, 12, open valves 19 and 20, rotameter 21, is compared with the concentration of the calibrated gas in the reference cylinder 17 and when the difference reaches less than 0.05 volume percent of the calibrated gas, the preparation of ASG in cylinders 11 and 16 ends and the cylinder 16 is transferred to the setup area gas sign analyzers, and the cylinder 11 is prepared for the operational filling of working cylinders.

В результате в баллоне 11 и 16 получается сухая (относительная влажность меньше или равна 5%) поверочная газовая смесь с наличием микрочастиц с размером не более 0.01 мкм под давлением в диапазоне от 70 до 100 атм с относительной погрешностью по поверяемому газу метану, пропану и окиси углерода, равной погрешности эталонного баллона 17 с ПГС, что проверяется прибором газоанализатором 22, измерителем влажности 23, манометром 9.As a result, in cylinder 11 and 16, a dry (relative humidity less than or equal to 5%) test gas mixture is obtained with the presence of microparticles with a size of not more than 0.01 μm under pressure in the range from 70 to 100 atm with a relative error in the gas being tested for methane, propane and oxide carbon equal to the error of the reference cylinder 17 with ASG, which is checked by the device gas analyzer 22, moisture meter 23, manometer 9.

Такое устройство обеспечивает решение поставленной задачи и обладает новизной и изобретательским уровнем поверяемого газа, отличной от концентрации в баллоне 11, при открытом вентиле 25 предварительно проходит через фильтр 29 от мелких частиц до 001 мкм и через цеолитовый осушитель газа от влаги 30, после чего поступает фиксированное время Тпг (время напуска поверяемого газа) через открытый вентиль 31 либо в баллон 11 при открытом вентиле 10 и закрытых вентилях 15, 18, 19, либо в баллон 16 при открытом вентиле 15 и закрытых вентилях 10, 18, 19 при выходном давлении от 1 до 10 атм, зависящем от необходимой концентрации поверяемого газа в приготавливаемой воздушно-газовой смеси и измеряемом манометром 28 на редукторе 26, а также манометром 9, общим для баллонов 11 и 16 с предварительной трехкратной очисткой сжатым воздухом от компрессора баллона 16, если в нем находился газ другой концентрации, чем в баллоне 11, или баллон 16 из-под другого газа с последующим сбросом газа по открытой магистрали через дренажный вентиль 5,Such a device provides a solution to the problem and has a novelty and inventive level of verified gas, different from the concentration in the cylinder 11, when the valve 25 is open, it first passes through the filter 29 from fine particles to 001 μm and through a zeolite gas dryer from moisture 30, after which a fixed time Tg (time of inlet of the tested gas) through the open valve 31 or into the cylinder 11 with the open valve 10 and the closed valves 15, 18, 19, or into the cylinder 16 with the open valve 15 and the closed valves 10, 18, 19 at the output yes from 1 to 10 atm, depending on the required concentration of the test gas in the prepared air-gas mixture and measured by a pressure gauge 28 on the reducer 26, as well as a pressure gauge 9 common to cylinders 11 and 16 with a preliminary three-time purification by compressed air from the compressor of the cylinder 16, if it contained gas of a different concentration than in cylinder 11, or cylinder 16 from under another gas with subsequent discharge of gas through an open line through a drain valve 5,

б) в компрессор воздух подается из блока очистки воздуха, где предварительно фильтрами 32 и 33 очищается от грубых и мелких частиц и аэрозолей размером до 0 01 мкм, а органические загрязнители воздуха в фотокаталитическом блоке очистки 34 разлагаются на углекислый газ и воду, которые удаляются в свою очередь селективным фильтром углекислого газа 35 и цеолитовым осушителем влаги 36,b) air is supplied to the compressor from the air purification unit, where it is preliminarily cleaned by filters 32 and 33 of coarse and fine particles and aerosols up to 0 01 μm in size, and organic air pollutants in the photocatalytic purification unit 34 are decomposed into carbon dioxide and water, which are removed in a selective carbon dioxide filter 35 and a zeolite moisture desiccant 36,

в) воздух в компрессоре 1 проходит комбинированную очистку и осушку как на входе в компрессор, так и на выходе из него после трехкратного сжатия и промежуточного охлаждения, а максимальная степень сжатия 170 атм определяется порогом срабатывания предохранительного клапана 3 на выходе из компрессора, и через вентиль 4 при закрытых вентилях 5, 31, 15, 18, 19 через тройники 6, 7, 8, при открытом вентиле 10 сжатый воздух до достижения давления от 100 до 150 атм, измеряемого манометром 2 и 9, проходит на заправку баллона 11 для приготовления ПГС или при закрытом вентиле 10 и открытом вентиле 15 поступает в баллон 16 для приготовления ПГС, давление которых контролируется манометром 9,c) the air in the compressor 1 undergoes a combined cleaning and drying both at the inlet to the compressor and at the outlet from it after triple compression and intermediate cooling, and the maximum compression ratio of 170 atm is determined by the threshold of the safety valve 3 at the outlet of the compressor, and through the valve 4 with closed valves 5, 31, 15, 18, 19 through tees 6, 7, 8, with open valve 10, compressed air until the pressure reaches 100 to 150 atm, measured by pressure gauge 2 and 9, passes to refuel cylinder 11 for preparing ASG or with closed ve Thiele 10 and open valve 15 enters the cylinder 16 for the preparation of CBC, which is controlled by the pressure gauge 9,

г) по достижении в баллонах 11 и 16 концентрации поверяемого газа в приготавливаемой газовой смеси, близкой к эталонной в баллоне 17, она измеряется газоанализатором Комета-М (поз. 22 на Фиг. 1) при подаче через него приготавливаемой ПГС при расходе 0 5 л/мин через тройники 13,12, открытые вентили 19 и 20, ротаметр 21, сравнивается с концентрацией поверяемого газа в эталонном баллоне 17 и при достижении разницы менее 0 05 объемных процентов поверяемого газа приготовление ПГС в баллонах 11 и 16 заканчивается и баллон 16 передается на участок настройки газосигнализаторов, а баллон 11 подготовлен для оперативной заправки рабочих баллонов,d) upon reaching in the cylinders 11 and 16 the concentration of the calibrated gas in the prepared gas mixture close to the reference in the cylinder 17, it is measured by the Comet-M gas analyzer (pos. 22 in Fig. 1) when supplying the prepared ASG through it at a flow rate of 0 5 l / min through tees 13,12, open valves 19 and 20, rotameter 21, is compared with the concentration of the calibrated gas in the reference cylinder 17 and when the difference is less than 0 05 volume percent of the calibrated gas, the preparation of ASG in cylinders 11 and 16 ends and the cylinder 16 is transferred to gas alarm tuning section recuperators, and the balloon 11 is prepared for rapid refueling of working cylinders,

д) устройство приготовления поверочных газовых смесей ежемесячно проходит контроль герметичности методом опрессовки магистралей пневмосистемы.e) the device for preparing calibration gas mixtures passes monthly leakage control by crimping the pneumatic lines.

В результате всех операций в баллонах 11 и 16 получается сухая поверочная газовая смесь под давлением в диапазоне от 70 до 100 атм с относительной погрешностью, равной погрешности эталонного баллона 17 с ПГС, что проверяется прибором газоанализатором 22, измерителем влажности 23, манометром 9.As a result of all operations in cylinders 11 and 16, a dry calibration gas mixture is obtained under pressure in the range from 70 to 100 atm with a relative error equal to the error of the reference cylinder 17 with ASG, which is checked by a gas analyzer 22, a moisture meter 23, a manometer 9.

Такое устройство обеспечивает решение поставленной задачи и обладает новизной и изобретательским уровнем.Such a device provides a solution to the problem and has novelty and inventive step.

Claims

A device for the preparation of especially pure dry calibration gas mixtures of methane, propane, carbon monoxide in pressure vessels from two to forty liters, containing a compressor, a vessel with 100% verified gas, working and reference cylinders with calibration gas mixtures, a device for measuring the concentration of the prepared component test gas mixture in the prepared working pressure vessel, a set of shut-off valves and main valves, characterized in that between the pressure vessel with 100% verified gas m and a working cylinder as well as the inlet air compressor inlet connected desiccants and filters from small particles.