Перспективы разработки стандартных образцов числа Воббе

Теплофизические параметры газового топлива, в том числе энергия сгорания и число Воббе, являются одними из его основных параметров при использовании в промышленности. Правильность измерений объемной энергии сгорания газов в настоящее время обеспечена применением комплектов стандартных образцов утвержденного типа низшей объемной энергии сгорания на основе чистых газов: водорода, метана, этана и пропана ГСО 11662–2020 / ГСО 11665–2020 и газовых смесей ГСО 11904–2022 / ГСО 11907–2022, имеющих метрологическую прослеживаемость к ГЭТ 16–2018. Однако при определении числа Воббе возникает необходимость измерения относительной плотности газов по воздуху с установленной прослеживаемостью к ГЭТ 18–2014.

Целью настоящего исследования является повышение точности пикнометрического метода измерения плотности газов для дальнейшей разработки и создания метрологического обеспечения в области измерений числа Воббе. В ходе исследования проведен анализ существующих методов определения плотности газа, в результате которого в основу разрабатываемой методики был положен пикнометрический метод, изложенный в ГОСТ  17310–2002, ГОСТ 3 4721–2021. Проведена оценка бюджета неопределенности измерений плотности газа пикнометрическим методом. Установлено, что наибольший вклад в суммарную неопределенность вносит определение массы исследуемого газа. Для минимизации неопределенности было решено увеличить внутренний объем пикнометра и использовать модифицированный способ определения его объема.

Для решения поставленной задачи по разработке модифицированной пикнометрической методики измерения плотности газов был изготовлен имитатор пикнометра увеличенного объема в оригинальном конструктивном исполнении. Для опробования разрабатываемой методики была выбрана изготовленная гравиметрическим способом газовая смесь следующего состава: СО₂ –  40,22 мол. %, СН₄ –  ост.

Теоретическая значимость полученных результатов заключается в апробации применения модифицированной пикнометрической методики для повышения точности измерений такого параметра газового топлива, как число Воббе. В процессе разработки модифицированной пикнометрической методики опробован алгоритм проведения измерений, получены значения плотности исследуемого газа, проведена оценка бюджета неопределенности измерений плотности.

Практическая значимость полученных результатов настоящего исследования позволит расширить возможность установления метрологических характеристик при проведении метрологического сопровождения анализаторов числа Воббе, а также применить разрабатываемую методику в дальнейшем при контроле точности результатов измерений относительной плотности газов по воздуху.

1. Global gas report 2022 // International Gas Union. URL: https://www.igu.org/resources/global-gas-report-2022 (дата обращения: 25.10.2022).

2. Florisson O., Burrie P. H. Rapid determination of the Wobbe index of natural gas // Journal of Physics E: Scientific Instruments. 1989. Vol. 22, № 2. P. 123–128. https://doi.org/10.1088/0022–3735/22/2/009

3. Fuel flexibility influences on premixed combustor blowout, flashback, autoignition, and stability / T. Lieuwen et al.] // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. 2008. Vol. 130, № 1. P. 11506–11510. https://doi.org/10.1115/1.2771243

4. Roy P. S., Ryu Ch., Park Ch. S. Predicting Wobbe index and methane number of a renewable natural gas by the measurement of simple physical properties // Fuel. 2018. Vol. 224. P. 121–127. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.03.074

5. Мишина К. А., Корчагина Е. Н., Казарцев Я. В. Метрологическое обеспечение газовых калориметров и анализаторов числа Воббе // Эталоны. Стандартные образцы. 2021. Т. 17. № 2. С. 19–32. https://doi.org/10.20915/2687-0886-2021-17-2-19-32

6. Korchagina E. N., Kazartsev I. V., Yanovskiy D. Yu. The reference calorimeter system for metrological assurance of combustion energy measurements // Die 22. Calorimetry: collection of abstracts of the conference, 7–9 Juni 2017. / Physikalisch-Technische Bundesanstalt. Braunschweig: PTB, 2017. P. 132–134. URL: https://www.kalorimetrietage.ptb.de/fileadmin/documents/kalorimetrietage/22Kaltage_2017/Posterabstracts/Mishina_-_abstracts.pdf

7. История создания и модернизации государственных первичных эталонов единиц динамической, кинематической вязкости жидкости и плотности / К. В. Чекирда // Измерительная техника. 2022. № 7. С. 24–29. https://doi.org/10.32446/0368–1025it.2022-7-24-29

8. Хацкевич Е. А., Снегов В. С. Погрешности результатов измерений плотности природного газа пикнометрическим и расчетным методами // Газовая промышленность. 2011. № 5. С. 84–85.

9. Фарзане Н. Г., Илясов Л. В. Технологические измерения и приборы. М.: Высшая школа, 1989. 456 с.

10. Лопатин С. C., Пфайффер Х. Датчики предельного уровня для жидкостей. Физические принципы работы и возможности вибрационных датчиков // Технические средства автоматизации. 2004, № 12. С. 24–29.

11. Соломичев Р. И., Слонько А. Н. Оценка физико-химических параметров природного газа акустическим способом // Сфера. Нефть и Газ. 2019. № 4(72). С. 46–51.

12. Соломичев Р. И., Слонько А. Н. Исследование метрологических характеристик системы диагностики УЗ расходомеров UFG при оценке плотности природного газа // СФЕРА. Нефть и газ. 2019. № 5(73). С. 92–95.