Tkachuk V. Improvement of the method and means of measuring the energy characteristics of natural gas using thermal anemometry

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0825U000032

Applicant for

Specialization

  • 152 - Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка

28-02-2025

Specialized Academic Board

PhD 7532

Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

Essay

Tkachuk, V. V. Improvement of the method and means for measuring the energy characteristics of natural gas using thermoanemometry. Qualification scientific work on the rights of a manuscript. Dissertation for the degree of Doctor of Philosophy in specialty 152 - Metrology and information-measuring technique. Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ministry of Education and Science of Ukraine, Ivano-Frankivsk, 2024. The dissertation is devoted to solving the urgent scientific and applied problem in the field of measuring and controlling the quality and energy parameters of natural gas - improving the method and technical means of measuring the quality and energy characteristics of natural gas using thermoanemometry. The object of the research is the thermophysical processes of interaction between the thermoanemometric sensor and the moving working medium, taking into account the influence of humidity as one of the quality indicators of natural gas, which directly affects its energy characteristics. The subject of the research is measuring instruments that include thermoanemometric sensors, their mathematical and metrological models. The work analyzes the current state of scientific, normative and technical support for measuring volumetric and mass flow rate, taking into account the energy characteristics and quality parameters of natural gas. The dissertation solves a theoretical and practical problem related to the improvement of the method and means of measuring the energy characteristics of natural gas using thermoanemometry. Namely, taking into account the physicochemical indicators of the environment, followed by modeling, approbation of theoretical results and the construction of methodological and conceptual approaches to solve the set goals and objectives of the study. The introduction highlights the urgency of determining the energy and quality characteristics of gas using thermoanemometry methods. It justifies the necessity of addressing these problems and their significance, reflects the connection of the dissertation work with scientific programs, plans, and topics; formulates the goal and sets the main tasks for this research direction; defines the object and subject of the research; indicates the scientific novelty and presents the practical significance of the obtained results, notes the personal contributions of the applicant, which are presented in publications on the topic of the work, provides information about the number of the author's publications and the degree of approbation of the work. The first chapter analyzes the current state of scientific, regulatory, and technical support for measuring the energy characteristics of humid natural gas. A comprehensive analysis of key terms and concepts related to the investigation of qualitative and energetic characteristics in natural gas accounting has been conducted. An analysis of regulatory frameworks governing the control of natural gas energy characteristics has been carried out. An analysis of contemporary methods and technical tools for investigating natural gas energy characteristics has been performed. In the second chapter, theoretical studies of the process of measuring the energy characteristics of humid natural gas were carried out. A theoretical investigation into the impact of natural gas humidity on its energy characteristics has been conducted. The influence of compositional makeup and humidity of natural gas on its thermophysical properties has been simulated. The impact of air humidity on the thermophysical and energy characteristics during the operation of thermoanemometric sensors has been studied. The operation of thermoanemometric transducers under conditions of gas-hydrogen mixtures has been simulated. The influence of gas flow velocity and composition on the sensitivity of thermoanemometric transducers has been investigated. The effect of humidity on the calibration characteristic of thermoanemometric sensors has been simulated. In the third chapter, experimental studies of measuring equipment during operation in humid gas-flow environments were developed and conducted. A concept for physical modeling of the influence of humidity on the operation of thermoanemometric sensors has been developed. A laboratory setup has been developed to investigate the impact of water vapor on the performance of thermoanemometry instruments. The influence of humid flow on the operation of thermoanemometers during flow rate and volume measurements has been experimentally investigated. In the fourth chapter, a metrological analysis of the reference setup for reproducing mass flow rates of humid air was carried out based on the uncertainty theory. Key words: natural gas, hot-wire anemometer, humidity, energy characteristics, quality, air, uncertainty, thermal conductivity, heat capacity, flow meter, meter, pressure, temperature, composition, pipeline.

Research papers

Середюк О. Є., Малісевич Н. М., Ткачук В. В., Середюк Д. О. Нові вимірювальні технології у побутових smart-лічильниках природного газу. Український метрологічний журнал. 2020. № 1A. С. 131 –132.

Середюк О. Є., Криницький О. С., Ткачук В. В. Сучасні тенденції розвитку термоанемометрії у сфері обліку природного газу. Український метрологічний журнал. 2020. № 3A. С. 51–55.

Середюк О. Є., Малісевич В. В., Ткачук В. В. Метрологічні дослідження еталонної установки для відтворення масових витрат вологого повітря. Український метрологічний журнал. 2023. № 1. С. 61–66.

Ткачук В. В., Середюк О. Є., Боднар Р. Т., Саманів Л. В. Моделювання впливу компонентного складу та вологості природного газу на його теплофізичні характеристики. Перспективні технології та прилади. 2021. № 18. С. 129–137.

Ткачук В. В, Середюк О. Є. Концепція фізичного моделювання впливу вологи на роботу термоанемометричних сенсорів. Методи та прилади контролю якості. 2023. № 1(50). С. 31–40.

Serediuk O., Malisevych V., Tkachuk V. Eksperymentalne badania wpływu wilgotnosci gazu ziemnego na ziałanie czujników termoanemometrycznych. Metrologia: studia i monografie. Opole: Politechnika Opolska. 2023. Vol. 585. P. 221–228

Середюк О. Є., Криницький О. С., Ткачук В. В., Жонса М. Оцінювання невизначеності калібрування еталонних лічильників малих типорозмірів на природному газі. Метрологія та вимірювальна техніка : зб. тез. доп. XII міжнар. наук.-тех. конф., 6–8 жовт. 2020 р., Харків, 2020. С. 160.

Ткачук В. В., Середюк О. Є. Дослідження впливу теплофізичних параметрів природного газу його термоанемометричних дослідженнях. Інформаційні технології в освіті, техніці та промисловості : зб. тез доп. всеукр. наук.-практ. конф. мол. уч. і студ., м. Івано-Франківськ, 8 жовт. 2020р. Івано-Франківськ, 2020. С. 220–221.

Середюк О. Є., Ткачук В. В., Саманів Л. В. Дослідження впливу вологості повітря на теплофізичні характеристики при функціонуванні термоанемометричних сенсорів. Приладобудування та метрологія: сучасні проблеми, тенденції розвитку: зб. тез ІV всеукр. наук.-практ. конф., м. Луцьк, 29-30 жовт. 2020 р. Луцьк, 2020. C. 82–84.

Середюк О. Є., Ткачук В. В. Моделювання впливу вологи природного газу при термоанемометричних вимірюваннях. Прикладні науково-технічні дослідження: зб. матер. V міжнар. наук.-прак. конф., м. Івано-Франківськ, 5–7 квіт. 2021 р. Івано-Франківськ, 2021. C. 222–224.

Ткачук В. В., Середюк О. Є. Моделювання функціонування термоанемометричних перетворювачів за умов газоводневих сумішей. Нафтогазова енергетика 2021: зб. матер. міжнар. конф., м. Івано-Франківськ, 21–24 вер. 2021 р. Івано-Франківськ, 2021. С. 209–211.

Ткачук В. В. Дослідження алгоритмів визначення теплопровідності природного газу. Інформаційні технології в освіті, техніці та промисловості: зб. тез доп. всеукр. наук.-практ. конф. мол. уч. і студ., м. Івано-Франківськ, 7 жовт. 2021 р. Івано-Франківськ, 2021. С. 131–132.

Ткачук В. В., Середюк О. Є. Лабораторний стенд для дослідження впливу водяної пари на функціонування засобів термоанемометрії. Приладобудування: стан і перспективи: зб. матер. XХІ міжнар. наук.-тех. конф., м. Київ, 17–18 трав. 2022р. Київ, 2022. С. 233–234.

Ткачук В. В., Середюк О. Є., Саманів Л. В. Методологія дослідження теплофізичних характеристик газового середовища засобами термоанемометрії. Прогресивні напрямки розвитку автоматичних технологічних комплексів: зб. наук. пр. VII міжнар. наук.-тех. конф. з пробл. вищ. осв. і наук., м. Луцьк, 28–30 трав. 2022р. Луцьк, 2022. С. 151–152.

Ткачук В. В., Середюк О. Є. Дослідження впливу теплофізичних характеристик газового середовища на чутливість термоанемометричного перетворювача. Інформаційні технології в освіті, техніці та промисловості: зб. тез доп. всеукр. наук.-практ. конф. мол. уч. і студ., м. Івано-Франківськ, 13 жовт. 2022 р. Івано-Франківськ, 2022. С. 131–132.

Ткачук В. В., Середюк О. Є. Дослідження впливу швидкості руху та складу газового потоку на чутливість термоанемометричних перетворювачів. Інформаційно-вимірювальні технології ІВТ-2022: зб. тез доп. міжнар. наук.-прак. конф., м. Львів, 9–10 лист. 2022 р. Львів, 2022. С. 127–128.

Serediuk O.Y., Malisevych V.V., Serediuk D.O., Tkachuk V.V., Dzividzinska I.S. Metrological model of the reference installation for the reproduction of moist air flow based on the concept of uncertainty. Uncertainty in Measurement: Scientific, Normative, Applied and Methodical Aspects: XIX International Scientific and Technical Seminar, Sozopol, December 7–8 2022. Bulgaria, 2022. P. 38–40.

Середюк О.Є., Малісевич В.В., Середюк Д.О., Ткачук В.В. Установка для перевірки витратомірів і лічильників газу. Інтелектуальний продукт вчених, винахідників і раціоналізаторів Прикарпаття: XIV випуск щорічного каталогу найвагоміших винаходів, корисних моделей, промислових зразків і раціоналізаторських пропозицій Галицьких кмітливців. м. Івано-Франківськ, 2023. С. 36-37.

Установка для перевірки витратомірів і лічильників газу / О. Є. Середюк, В. В. Малісевич, Д. О. Середюк., В. В. Ткачук: пат. 153729 U Україна: МПК (2023.01) G01F 25/00. № u 202301207; заявл. 23.03.2023; опубл. 16.08.2023, Бюл. № 33. 4 с.

Similar theses