JPH08505468A - ガスの発熱量および／または天然ガスのウォッベ指数の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は可燃ガスの発熱量測定方法に関するものであり、その方法は炭化水素検出装置の中を正確に決められた量のガスが通され、得られた信号が積分され、そのように得られた値が較正値と比較され、そしてそれから発熱量が計算されることを特徴とし、さらに天然ガスのウォッベ指数測定の方法に関するものであり、ウォッベ指数は発熱量および天然ガスの密度から計算される。同様に、本発明はこれらの方法を実施する装置にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ガスの発熱量および／または天然ガスのウォッベ指数の測定方法 本発明は、可燃ガスの発熱量測定方法に関する。本発明は、さらに天然ガスの ウォッベ指数の測定方法に関する。 天然ガスおよび他の燃料ガスのような可燃ガスの発熱量測定は、様々な理由に より重要であろう。異なる発生源からの天然ガスが使用されるときには、様々な ガスの組成が、そしてそれゆえ発熱量が同じではないということは事実である。 購入者にとって使用の際の条件のばらつきを補うよう発熱量を知ることは重要で ある。またガスの値段が発熱量に関係することは普通である。 ガスの発熱量は、燃焼による熱が測定される条件のもとでガスを燃焼すること によって測定することができる。ガスの質量、エンタルピ、温度の上昇等のよう な様々なデータから、正確に発熱量を計算することができる。しかしながら、そ のような方法は煩わしく、時間がかかるので、ガスの発熱量測定の迅速、その場 での測定には適さない。 したがって可燃ガスの発熱量測定を迅速かつ正確に行うことを可能とする方法 が必要である。 ウォッベ指数に関しても、迅速かつ正確に測定可能であることは重要である。 本発明はそれゆえ可燃ガスの発熱量測定方法に関するものであり、その方法は 検出装置の中を正確に決められた量のガスが通され、得られた信号が積分され、 そのように得られた値が較正線と比較され、それから発熱量が計算されることを 特徴とする。 本発明はさらに天然ガスのウォッベ指数測定方法に関するものであり、その方 法は検出装置の中を正確に決められた量のガスが通され、得られた信号が積分さ れ、そのように得られた値が較正線と比較され、ガスの密度と組合わされて、そ のように得られた発熱量からウォッベ指数が計算されることを特徴とする。 検出装置として、触媒による燃焼に基づく炭化水素検出器、特に好ましくはメ タン検出器が用いられる。そのような検出器は商業的に入手可能であり、そして 炭化水素の触媒による燃焼のための触媒がそこに適用されている温度感受性のあ る抵抗線が設けられている燃焼室をとりわけ含んでなる。もしこの抵抗線が可燃 ガスと接触すると燃焼 が起こり、それによって抵抗線の抵抗が変化する。この変化はたとえばホイート ストン・ブリッジによって確認可能である。 驚くべきことに、そのような検出装置の中を既知の量のガスを通過させ、測定 結果から、発熱量を求めるための信頼できる値を得ることが可能であることが、 見い出された。そのような検出器はガスの全量の燃焼に基づくものではなく、そ れの一部に基づくだけであるので、このことは特に予期されない。それにも拘わ らず、そのような検出器の信号は信頼できる測定結果を得るのに使用できること が見い出された。 したがってもし正確に量が判っている天然ガスのような可燃ガスが炭化水素検 出器中を通過させられるならば、信号を積分した後、すなわち曲線の下部の面積 を測定した後に得られる結果が、正確に較正線と比較されるとガスの発熱量を示 す値である。 天然ガスのウォッベ指数が測定されるときには、上記したような発熱量の測定 はたとえばカサロメータを用いた天然ガスの密度測定と組合わされることが可能 である。ガスの密度測定にカサロメータを使用するとき、ガスの熱伝導率がこの メータにより測定される。この数量は続いて、たとえば 較正線の助けを借りてガスの密度に変換され得る。発熱量が測定されるものと同 一のサンプル流で測定が行われることが可能である。たとえば、このことは発熱 量の測定と平行して、または先行して起こり得る。ウォッベ指数は発熱量および 密度を求めるためにこのように得られたデータから得られる。 本発明に従う方法の重要な利点とは、測定が実行されるのに際しての単純性、 速度および精度である。数十秒以内に測定を実行することが可能である。このこ とは特にプロセス制御あるいはガスの大量の消費にとって非常に重要である。発 熱量測定精度は非常に良好である；誤差は０．０５％未満である。 本発明に従えば、発熱量が測定されるべきガスを本流からサンプル管の中を流 すことがたとえば可能であり、その後本流からサンプル管が遮断されサンプル流 と連通され、サンプル管の内容物が検出装置の中を完全に通過される。所望なら 、ガスが希釈されることも可能である。本発明に従う方法は、たとえば図に説明 されているように連絡されている２つの４方コックのような複数のコックの助け を借りて実行されることが可能である。当然、たとえば２方から始まって３また は６方コ ックのような他の設計を用いることも可能である。そのようなシステムは装置の 制御だけではなく発熱量および／またはウォッベ指数の計算をも提供するコンピ ュータの助けを借りて、都合良く制御されることが可能である。 正確な量のガスが測定装置に供給される他の方法もまた適用できる。たとえば 、パルス技術に基づくシステムを用いることも可能であろう。このようにパルス 状に検出器にガスを供給することも可能である。そのとき、サイン形の計測信号 が得られることが可能であり、その振幅は発熱量の尺度である。 本発明は様々な種類の可燃ガスの発熱量測定に用いることができる。代表例は 天然ガス、合成ガス、燃料ガス、精油所ガスおよび乾留液化ガスを含む。 本発明は可燃ガスの発熱量の測定装置に関するものであり、炭化水素検出器、 検出器に正確に決められる量のガスを供給する手段、検出器の信号を測定する手 段、そのように測定される信号を積分する手段ならびに較正値と積分信号を比較 するおよびガスの発熱量を計算する手段を含んでなる。 天然ガスのウォッベ指数を測定する装置は、ガスの発熱量を測定する装置と同 じ構成要素を含み、 そこに加えられた天然ガスの密度を測定する手段ならびに密度および発熱量から ウォッベ指数を計算する手段を備える。 本発明は幾つかの図を参考にしてこれより説明される。 図１において測定の原理が説明されている。 フィラメントＲ１およびＲ２が配置されている２つの測定セルの中をサンプル ガスが流れる。フィラメントＲ２は触媒物質を備える。もし通過するサンプル空 気中に可燃ガスが存在するならば、触媒による燃焼の結果としてＲ２の熱生成は Ｒ１におけるものよりも多いだろう。付加的に生成される熱の結果として、Ｒ２ の温度およびそれゆえＲ２の電気抵抗がＲ１よりも大きくなる。 ブリッジ回路の電気的平衡は取り除かれ、結果として生ずる測定信号ＵｍはＲ ２の付加的に生成される熱の尺度である。 フィラメントおよび触媒の温度はＶｒ１を用いて定められる。Ｖｒ２を用いて ゼロ点は定められる。Ｖｒ３を用いて巾が定められる。 参照セルおよび触媒の測定セルは熱的に連結されている。両方のセルが固体の 熱的に不活性な測定ブロックの中に収められている。その結果、温度およびサン プル空気の温度変動は測定信号に対 してわずかの影響しか与えない。 図２において可能な測定セルが図示されている。定常状態では、一定のフィラ メントの生成熱は空気／ガス比率のもとに、一部セル壁に移動され、そして一部 は空気流により移動される。 Ｑｆ＝Ｃ１（Ｔｋ−Ｔｇ） Ｑｗ＝Ｃ２（Ｔｋ−Ｔｗ） Ｑ１＝Ｑｊ＋Ｑｗ＝Ｃ１（Ｔｋ−Ｔｇ）＋Ｃ２（Ｔｋ−Ｔｗ） ＝Ｃ１Ｔｋ−Ｃ１Ｔｇ＋Ｃ２Ｔｋ−Ｃ２Ｔｗ Ｕｍ＝Ｃｍ×Ｑ１＝（Ｃ１＋Ｃ２）Ｔｋ−Ｃ１Ｔｇ−Ｃ２Ｔｗ Ｕｍ＝Ｃｍ｛（Ｃ１＋Ｃ２）Ｔｋ−Ｃ１Ｔｇ−Ｃ２Ｔｗ｝ 空気／ガス比率またはガス組成のわずかな変更の際にはＴｋの変更が起こる。 ΔＵｍ＝Ｃｍ｛（Ｃ１＋Ｃ２）ΔＴｎ−Ｃ１Ｔｇ−ＣｒＴｗ｝ 測定ブロックが熱的不活性であるため、しばらく時間が経つと新しい熱平衡へ とＴｗは調整されるだろう。結果としてＵｍがしばらくの時間が経つだけで平衡 値に達する。 供給される空気の温度もＵｍに影響を与える。もし測定される少量のガスが測 定セルの空気流の中へと導入されるならば、熱的不活性により通過の間Ｔｗはほ とんど変化しない。測定される信号はこの不活性の影響に支配されない。 サンプルループが用いられるときには測定され る信号は正規曲線の形を持つ。曲線の面積は触媒による燃焼によって生成される エネルギーに比例する。空気流の変更により結果的に曲線が多少鋭く（図３の曲 線１および２）なる。しかしながら正規曲線の面積は一定のままである。 測定された信号の積分値はいつも燃焼される量のガスの生成されるエネルギー に適する値を与える。１つの測定セルが用いられるときにはＴｇおよびＴｗによ り曲線の最大値が影響される。ブリッジ回路の中に連結されている触媒的に不活 性な参照セルを用いることによってこれらの影響は重要な量まで抑えられる。２ つの測定セルが幾何学的に完全には同一でないので、測定システムの精度および 再現性に関連して測定ブロックを恒温箱の中に収めることが必要であろう。そう すると測定セルの中に導入する前にサンプルガスがその恒温箱と熱的に連結され ている熱交換器の中を流れる。この恒温箱の温度は一定、たとえば最高の大気温 の数度でなければならない。 図４に可能な実施例を示す。 測定精度および安定性を改善するために電子測定ブリッジを構成する２つの測 定セルと部品を共に含む測定ブロックが収められている恒温箱がこの図により示 される。恒温箱の壁の温度は最高の 大気温のほぼ１０度上の温度に電子的に制御されている。測定ブリッジへの電流 は電気的に安定化された電源により供給される。 図５に本発明に従う熱量計の可能な実施例を示す。システムは３つの機能的な 要素、すなわちサンプル選別、サンプル採取およびバイパスシステムから成る。 較正のために可能なサンプル選別が備えられている。切換弁を加えることによ って、様々な較正ガスが測定システムに連結されることが可能である。 サンプルシステムは１および２番の２つの四方コックならびにサンプルループ を含んでなる。このシステムを用いると検査されるべき再現可能な量のガスを採 取することが可能となる。このための第１の条件は流し出す間の大気流出および およそ１０ｍｂａｒのサンプルガスの前圧力において充分な通気が存在する過度 に狭くないサンプルループである。第２の条件はコック１およびコック２が連続 して短い間隔の間に切換えられることである。コック１を切換えることによって 、サンプルループの中にサンプルガスが隔離される。コック２を切換えることに よって、この隔離された量のガスはバイパスシステム経由で触媒検出器の中 へと通過させられる。 この流通システムを用いることによってガスならびにサンプルループの前圧力 および体積の測定精度に対する影響は重大ではないようである。 バイパスシステムは測定されるガスと空気との混合を制御する。好ましくは検 出器の最大限度（それは一般に５％であるが）を超えるべきではないガスの濃度 は絞り弁によって制御される。 必要な空気は圧力シリンダから供給される。たとえばおよそ１０ｍｂａｒのよ うに前圧力が低いので、大気が使用されたままで触媒検出器の放出管の中にポン プを含ませることによって必要な空気を供給することも可能である。そのときに は、バイパスシステムの供給管に所望により外部の空気の中に存在するいかなる 炭化水素および他の燃焼成分でもこし出すための活性炭フィルタを備えることが 可能である。 このシステムと組合わせて、ガスの最大発熱量へとデータを処理するために好 ましくはコンピュータが使用される。しかしながらこのコンピュータを用いると 、すべてのサンプル採取の制御に供することも可能である。 本発明に従う装置が天然ガスのウォッベ指数測定に使用されるとき、最大発熱 量（Ｈｓ）に加え ガスの密度も知られなければならない。 もし適当な質量流量センサが触媒検出器の供給管の中に含まれるならば、測定 システムはウォッベ指数もまたは測定可能である。この質量流量センサを熱量計 に平行に配置することもまた可能である。 質量流量センサの信号もまた正規曲線の形を持つ。この信号Ｓｍの積分は空気 サンプル中のガスの質量の尺度となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可燃ガスの発熱量の測定方法において、正確に決められる量のガスが炭化 水素検出装置の中を通され、得られる信号が積分され、そのように得られる値が 較正値と比較され、そして発熱量がそれから計算されることを特徴とする測定方 法。 ２．天然ガスのウォッベ指数の測定方法において、正確に決められる量のガス が炭化水素検出装置の中を通され、得られる信号が積分され、そのように得られ る値が較正値と比較され、発熱量がそれから計算され、そしてウォッベ指数が天 然ガスの該発熱量および密度によって測定されることを特徴とする測定方法。 ３．カサロメータの助けを借りてガスの密度が測定されることを特徴とする請 求項２記載の測定方法。 ４．検出装置として、触媒による燃焼または水素炎イオン化検出器に基づく炭 化水素検出器を使用することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の測定方 法。 ５．天然ガス、合成ガス、燃料ガス、精油所ガスまたは乾留液化ガスの発熱量 が測定されることを特徴とする請求項１または２記載の測定方法。 ６．発熱量および／またはウォッベ指数が測定 されるべきガスは、本流からサンプル管を流れることが可能とされ、該サンプル 管は本流から遮断されサンプル流と連通され、そして該サンプル管の内容物が少 なくとも１つの検出装置の中を通過させられることを特徴とする請求項１〜５い ずれかに記載の測定方法。 ７．請求項１〜６いずれかに記載の測定方法を用いる可燃ガスの発熱量測定装 置において、サンプルを正確に採取する手段、ガスの発熱量に比例する特性を検 出する手段、信号を積分する手段および積分される信号を較正値と比較する手段 を含んでなることを特徴とする測定装置。 ８．請求項２〜６いずれかに記載の方法を用いる天然ガスのウォッベ指数測定 装置において、サンプルを正確に採取する手段、ガスの発熱量に比例する特性を 検出する手段、信号を積分する手段および積分される信号を較正値と比較する手 段、天然ガスの密度を測定する手段ならびに密度および発熱量からウォッベ指数 を計算する手段を含んでなることを特徴とする測定装置。 ９．ガスの密度を測定する装置として、カサロメータが使用されることを特徴 とする請求項８記載の測定装置。