Моделювання та експериментальні дослідження НВЧ вимірювального перетворювача вологості природного газу

Abstract

Розглянуто проблему забезпечення необхідної точності оцінки якості природного газу, під якою розуміють відповідність його складу певним значенням його основних характеристик, таких як теплотворна здатність, вміст вологи та наявність корозійно-активних компонентів (сірководень, вуглекислий газ тощо), з урахуванням нових сучасних концепцій до реалізації його обліку. Особливо небезпечною та, відповідно, важливою є проблема присутності вологи, оскільки під час транспортування газу можуть спостерігатися випадки корозії трубопроводів і арматури, а також утворення гідратів (продуктів приєднання води до різних речовин) та конденсату. Запропоновано математичну модель надвисокочастотного вимірювального перетворення вологості природного газу, суть якого полягає у поглинанні надвисокочастотного сигналу, а отже, вимірюванні потужності цього сигналу на виході хвилеводу за зміни вологості газу шляхом використання біжучої хвилі. Оскільки природний газ можна розглянути як бінарну гетерогенну структуру двох діелектриків природного газу та води, запропоновано еквівалентну схему, за допомогою якої можна враховувати діелектричні втрати в системі конденсаторів за певної частоти електричного сигналу. Виконано моделювання еквівалентної схеми надвисокочастотного вимірювального перетворювача вологості природного газу та наведено результати цього моделювання. Проведено експериментальні дослідження надвисокочастотного вимірювального перетворювача вологості природного газу. З цією метою розроблено методику досліджень з використанням спеціалізованого обладнання та засобів вимірювання — зразковий генератор вологості природного газу «Родник-2», стаціонарна калібрувальна система Michell Dew Point Calibration System Precesion Dewpointmeter фірми Michell Instruments і калькулятор Freе Profеssional Online Humidity Calculator. Результати експериментальних досліджень, а також моделювання підтверджують адекватність розробленої математичної моделі надвисокочастотного вимірювального перетворювача вологості природного газу.

There has been considered the problem of ensuring the accuracy of quality assessment of natural gas when the compo-sition of gas is in accordance with the specific values of its main physical properties (a calorific value, a rate of moisture, the presence of corrosive components (hydrogen sulfide, carbon dioxide, etc.)) and its possible solving grounded in the modern gas measuring approaches. The most dangerous and, in this way, important is an issue with a humidity presence inside of a gas mix because it can cause such negative outcomes as the corrosion of the pipelines and armatures, the formation of hydrates (composition of water and other agents ) and the condensates. There has been proposed the math model of microwave-measuring transforming of natural gas humidity bases on the absorbing of a microwave signal and, in such a way, measuring of signal volume on the end of a waveguide during the changing of the gas humidity. To do this, we use the properties of running wave. The natural gas can be presented as the binary heterogeneous structure of two dielectrics (water-gas), so the equivalent scheme allows us measure the electric losses in a capacitor system using the know frequency of an electric signal. The modeling of an equivalent scheme of a microwave-measuring transformer of natural gas humidity and its main re-sults has been presented. The experimental researches of a microwave-measuring transformer of natural gas humidity have been carried out. For this purpose, the research methodology was developed and specific instruments and measuring devices were implemented: the model generator of natural gas humidity “Rodnic-2”, the stationary gauge system Mitchell Dew Point Calibration System Precesion Dewpointmeter produced by Michell Instruments and calculator Free Professional Online Humidity Calculator. The results of the experimental researches and modeling confirm the adequacy of the developed model of a microwave-measuring transformer of natural gas humidity.

Рассмотрена проблема обеспечения требуемой точности оценки качества природного газа, под которой понимают соответствие его состава определенным значением его основных характеристик, таких как теп-лотворная способность, содержание влаги и наличие коррозионно-активных компонентов (сероводород, угле-кислый газ), с учетом новых современных концепций к реализации его учета. Особенно опасной и, соответст-венно, важной является проблема присутствия влаги, так как при транспортировке газа могут наблюдаться случаи коррозии трубопроводов и арматуры, а также образование гидратов (продуктов присоединения воды к различным веществам) и конденсата. Предложена математическая модель сверхвысокочастотного измерительного преобразователя влажности природного газа, суть которого заключается в поглощении сверхвысокочастотного сигнала, а следовательно измерении мощности этого сигнала на выходе волновода при изменении влажности газа с использованием бе-гущей волны. Поскольку природный газ можно рассмотреть как бинарную гетерогенную структуру двух диэлектриков природного газа и воды, предложено эквивалентную схему, с помощью которой можно учитывать диэлектриче-ские потери в системе конденсаторов при определенной частоте электрического сигнала. Выполнено моделирование эквивалентной схемы сверхвысокочастотного измерительного преобразователя влажности природного газа и приведены результаты этого моделирования. Проведены экспериментальные исследования сверхвысокочастотного измерительного преобразователя влажности природного газа. С этой целью разработана методика исследований с использованием специализи-рованного оборудования и средств измерения — образцовый генератор влажности природного газа «Родник-2», стационарная калибровочная система Michell Dew Point Calibration System Precesion Dewpointmeter фирмы Michell Instruments и калькулятор Freе Profеssional Online Humidity Calculator. Результаты экспериментальных исследо-ваний, а также моделирования подтверждают адекватность разработанной математической модели сверхвы-сокочастотного измерительного преобразователя влажности природного газа.