Малісевич Н. М. Вимірювання теплоти згоряння природного газу із застосуванням торцевих звужувальних пристроїв

В роботі здійснений аналіз сучасного стану наукового, нормативного і технічного забезпечення при вимірюванні теплоти згоряння природного газу. Проаналізовано поняття теплоти згоряння природного газу. Розглянуто прямі і опосередковані методи для визначення теплоти згоряння природного газу і технічні засоби для реалізації цих методів в лабораторних умовах і при проведенні експрес-контролю якості природного газу у споживачів. Оцінено сучасну вітчизняну і закордонну нормативну базу для визначення теплоти згоряння природного газу. Показано, що вимірювання теплоти згоряння природного газу за місцем його споживання є необхідною складовою для підвищення точності обліку природного газу і може бути реалізовано. На підставі проведеного аналізу обґрунтовано актуальність і доцільність вдосконалення методів і засобів для вимірювання теплоти згоряння природного газу за місцем газоспоживання. Сформульовано завдання, які потребують вирішення, і обґрунтовано напрями дисертаційних досліджень. Проведені теоретичні дослідження процесу вимірювання теплоти згоряння природного газу на засадах використання температури спалювання природного газу як основного вимірюваного інформативного параметра. Досліджено фактори, які впливають на температуру згоряння газу. Розглянуті теоретичні засади згоряння горючих газів, які дозволили обґрунтувати патентозахищений за участю здобувачки спосіб експрес-визначення теплоти згоряння газів за їх температурою спалювання з одночасним точним вимірюванням витрати і параметрів газу, який подається в пальник, та параметрів навколишнього середовища, в якому відбувається згоряння досліджуваного газу. На базі комп’ютерного моделювання досліджено вплив вологості досліджуваного газу і вплив вологості повітря навколишнього середовища на результат вимірювання теплоти згоряння природного газу. Аналогічним методом досліджено взаємозв’язок фізичних характеристик і компонентного складу природного газу з його теплотою згоряння за умови вимірювання витрати газу торцевими звужувальними перетворювачами. Досліджено вплив густини газу і вмісту азоту на показник адіабати і коефіцієнт розширення газу за умов вимірювання витрати з використанням торцевого звужувального пристрою у складі пальника спалюваного газу і, як наслідок, вплив на результати визначення за цих умов теплоти згоряння природного газу. За результатами теоретичних і експериментальних досліджень отримана математична модель взаємозв’язку теплоти згоряння природного газу з його температурою спалювання при згорянні сумішей газ-повітря різних якісних складів компонент, а також різного їх об’ємного співвідношення. Отримані залежності між теплотою згоряння природного газу і його теплофізичними характеристиками за умови застосування витратовимірювальних торцевих звужувальних перетворювачів у пристрої спалювання газу, що дає можливість досліджувати вплив компонентного складу природного газу на інформативні параметри засобу вимірювання теплоти згоряння природного газу. Розроблено і метрологічно досліджено алгоритм визначення коефіцієнта стисливості біогазу, що є необхідною умовою при визначенні його теплоти згоряння розробленим методом на основі вимірювання температури спалювання. Розроблений лабораторний стенд для експериментальних досліджень методу вимірювання теплоти згоряння природного газу за його температурою спалювання. Експериментально досліджено вплив якісного і кількісного складу газових сумішей на температуру полум’я досліджуваного газу за різних значень витрати газу і зміни умов його згоряння. Експериментальним шляхом здійснено вимірювання фактичної температури полум’я для умов лабораторного стенду і встановлено відмінність цієї температури полум’я від довідкових даних. Виявлено можливість вимірювання температури полум’я термоперетворювачами з захисними кожухами і врахування цього фактору при калібруванні засобу вимірювання теплоти згоряння природного газу. За результатами експериментальних досліджень обґрунтовано можливість реалізації пристрою експрес-контролю теплоти згоряння природного газу шляхом використання інформативного параметра – температури згоряння досліджуваних газів. Розглянуто прикладні аспекти застосування вимірювального контролю теплоти згоряння в сучасних лічильниках природного газу, які стосуються застосуванням в них елементів SMART-технологій. Розглянуто результати метрологічних досліджень розробленого методу вимірювання теплоти згоряння природного газу. Проведений метрологічний аналіз методу визначення теплоти згоряння природного газу на базі застосування теорії похибок і концепції невизначеності, який обґрунтовує можливість практичного застосування цього методу за місцем газоспоживання.