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专利名称：适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于管道内颗粒物采集分析技术，具体是关于一种适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，特别适用于高压天然气管道内颗粒物的在线检测。
背景技术：
管道内颗粒物采集分析技术广泛应用于各气体输送领域，如天然气管道等。由于天然气气源及天然气管道磨损腐蚀等原因，天然气输送过程中会含有黑色的固体杂质等颗粒物。天然气站场采用过滤分离设备来除去天然气中的颗粒物，从而保证后续压缩机、仪表及阀门等重要设备的正常运行。过滤分离设备运行中具有一定的阻力，增加了下游压缩机的能耗，需要根据天然气管道内颗粒物的实际情况选择合适的过滤分离设备和制定合理的运行方案以及天然气站场排污和清关作业安排。因此，对高压天然气管道内颗粒物浓度和粒度分布等状况进行检测是很有意义的。目前针对高压天然气管道内颗粒物的检测主要分为离线检测和在线检测。离线检测是指通过高精度的滤筒或滤膜将气体管道内的粉尘等颗粒物收集，对其称重后计算出管道内的颗粒物浓度，再借助其他粒度分析仪测定出收集的颗粒物粒径。这种离线检测方式可以比较客观的测定出管道内颗粒物特性，但是当浓度较低时操作时间较长，实时性不好。而目前大多数在线检测装置为采用光学原理，只能在常温常压下进行检测，所述检测设备如果用于高压工况的检测则需要将高压气体降温后再通过仪器检测，而压力的降低会使某些气体析出液滴，造成颗粒物团聚，影响测量结果，并且凝结的液滴也会污染光学镜头。目前也有少数仪器也可以直接用于高压工况下在线测量，例如，CN201060152Y公开了一种高压天然气管道内粉尘在线检测装置，其结构包括:插入管道接管[5]的采样嘴[2]由压力密封套[4]隔开为两单元，分别经球阀I [7]、球阀II [8]连接差压传感器[11];采样管[3]依次接流量调节阀I [9]、冷凝干燥器[10]后与流量传感器[14]连接，并在流量传感器[14]之前还加有压力传感器I [12]和温度传感器I [13];流量传感器[14]后依次串接减压装置[15]、流量传感器II [21]，并在流量传感器II [21]之前还加有压力传感器II [18]、温度传感器11[19]，减压装置[15]经流量调节阀11[17]接多余气体排出管[16];直管采样管从减压装置[15]中接出经流量传感器II [21]、流量调节阀III [23]后接颗粒分析仪—输入，从减压装置[15]另一出口管经流量调节阀II [17]接接管[22]后接向颗粒分析仪[24]另一输入。该装置结构复杂，且从现场使用情况来看，浓度过低或过高时测量仪器测量结果不准确。此外，针对天然气长输管线，颗粒浓度变化大，从几毫克至几百毫克，粒径范围从0.3微米至100微米，目前的检测技术尚不能达到对高压天然气管道内颗粒物浓度长期在线监测的技术效果，也不能测量管道内液滴的含量。

实用新型内容有鉴于上述现有高压天然气管道内颗粒物检测技术存在的缺点，本案实用新型人基于从事相关科研及现场经验和专业知识，创造性地提出了一种能够直接在线检测和长期监测高压气体管道内颗粒物的装置。本实用新型的一个目的在于提供一种适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，该装置维护成本低，可靠性强，无需将高压气体减压即可在线实现管道内颗粒物特性的测定，进一步还能够实现长期在线监测。为达到上述目的，本实用新型提供了一种适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，该装置包括:在线检测单元；所述在线检测单元包括通过管路依次串接的主采样嘴以及流量分配器；所述主采样嘴的前端伸入需检测的高压气体管道内，末端串接流量分配器气体进口 ；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体前侧设置一个气体进口，后侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路，所述流量分配器的腔体直径大于气体进口与主路出口，主路依次串接二次采样嘴、在线颗粒物粒径谱仪以及第一质量流量控制器，旁路串接第二质量流量控制器。利用本实用新型的装置，主采样嘴从高压气体管道内采样后，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别经二次采样嘴和旁路出口排出。本实用新型中，所述“前”、“后”或“末”的方向是指按照气体流动的上下游方向而言，即，气流方向是从“前”流向“后”或“末”。本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置中，利用所述流量分配器的结构设计，可以让进入其腔体的气流在腔体内部形成湍流，进而使其内的颗粒物混合均匀，来满足二次取样嘴可以采到具有代表性的样品。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置中，所述旁路为从主路上引出的分支管路；气体进口、腔体与主路出口设置在同一中心线上。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置中，旁路出口的中心线方向与气体进口中心线方向呈垂直设置。本实用新型中，所述流量分配器的结构尺寸只要能实现让所述流量分配器腔体的气流在腔体内部形成湍流而混合均匀的目的即可。根据本实用新型的优选方案，所述流量分配器的腔体直径与气体进口直径的比例为2 10:1 ;腔体长度(沿采样气流方向)与腔体直径的比例为0.5 3: 1，可根据气体流速进行适当调整。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置中，主采样嘴通过机械或液压结构伸缩至气体管道中的待测位置。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置中，所述装置还包括随主采样嘴深入管道内的以下设备中的一种或多种:能测量压力和/或温度的传感器，和/或具有测量流速功能的探头。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置中，所述二次采样嘴前端伸入气体分配器内部，其末端与第一气体出口相连。优选地，所述主路的在线颗粒物粒径谱仪与第一质量流量控制器之间还串接设置有第一颗粒物捕集器。这样，在进行在线检测的同时也可对颗粒物进行离线采集检测，可同在线检测的结果相互验证。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置还包括:离线检测单元；该离线检测单元包括第二颗粒物捕集器，该第二颗粒物捕集器一端连接于主采样嘴与流量分配器之间的管路上，另一端连接于旁路出口与第二质量流量控制器之间的管路上。离线检测单元的设置主要是用于将其检测结果同在线检测的结果比较，验证可靠性。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置还包括:长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器为用于检测管道内的粉尘情况、将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。在本实用新型的一具体实施方案中，本实用新型的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置包括:在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的主采样嘴、第一阀门、三通球阀以及流量分配器；所述主采样嘴的一端伸入需检测的高压气体管道内，主采样嘴伸入高压气体管道的连接处通过管道接管及法兰密封，主采样嘴另一端经第一阀门、三通球阀串接流量分配器气体进口 ；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体一侧设置一个气体进口，另一侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路；主路依次串接二次采样嘴、在线颗粒物粒径谱仪、第一颗粒物捕集器、第一减压阀以及第一质量流量控制器；旁路依次串接第二阀门、第二减压阀以及第二质量流量控制器；离线检测单元；该离线检测单元包括通过管路依次串接的第二颗粒物捕集器与第三阀门，第二颗粒物捕集器前端连通所述三通球阀，第三阀门末端的管路接设在第二阀门与第二减压阀之间的管路上；长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括串接的粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器为前端管路伸入需检测的高压气体管道内用于检测管道内的粉尘情况并将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。利用本实用新型所述的装置对高压气体管道内颗粒物进行在线检测时，可按照以下方法进行:利用在线检测单元的主采样嘴从高压气体管道内采集气样，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别进入主路与旁路；利用颗粒物在线粒径谱仪对主路中二次采样嘴所采气样中颗粒物的浓度和粒径进行测定，并利用第一质量流量控制器对进入颗粒物在线粒径谱仪的气体流量进行计量和控制，利用第二质量流量控制器计量和控制进入旁路的多余气体的流量，以满足在线粒径谱仪自身流量的要求以及在线检测单元等速采样的要求。上述方法中，第一质量流量控制器所测气体流量与第二质量流量控制器所测气体流量之和为进入整个在线检测单元的气体流量，根据主采样嘴口径的大小得到进入主采样嘴时气体的流速；当进入主采样嘴处的流速等于管道内流速时，即达到等速采样，能采集到管道中具有代表性的颗粒物。当本实用新型的装置还包括所述的长期在线监测单元时，所述检测方法还包括:利用长期在线监测单元计算管道内粉尘浓度C，与在线检测单元的检测结果进行分析比较；其中，按照以下公式计算管道内粉尘浓度C:
权利要求1.一种适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置包括: 在线检测单元；所述在线检测单元包括通过管路依次串接的主采样嘴以及流量分配器；所述主采样嘴的前端伸入需检测的高压气体管道内，末端串接流量分配器气体进口 ；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体前侧设置一个气体进口，后侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路，所述流量分配器的腔体直径大于气体进口与主路出口，主路依次串接二次采样嘴、在线颗粒物粒径谱仪以及第一质量流量控制器，旁路串接第二质量流量控制器。
2.根据权利要求1所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述旁路为从主路上引出的分支管路；气体进口、腔体与主路出口设置在同一中心线上。
3.根据权利要求2所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，旁路出口的中心线方向与气体进口中心线方向呈垂直设置。
4.根据权利要求1所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，主采样嘴通过机械或液压结构伸缩至气体管道中的待测位置。
5.根据权利要求1所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述装置还包括随主采样嘴深入管道内的以下设备中的一种或多种: 能测量压力和/或温度的传感器，和/或具有测量流速功能的探头。
6.根据权利要求1所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述二次采样嘴前端伸入气体分配器内部，其末端与第一气体出口相连；所述主路的在线颗粒物粒径谱仪与第一质量流量控制器之间还串接设置有第一颗粒物捕集器。
7.根据权利要求1所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置还包括: 离线检测单元；该离线检测单元包括第二颗粒物捕集器，该第二颗粒物捕集器前端连接于主采样嘴与流量分配器之间的管路上，后端连接于旁路出口与第二质量流量控制器之间的管路上。
8.根据权利要求1所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置还包括: 长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器为用于检测管道内的粉尘情况、将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。
9.根据权利要求1所述的适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置包括: 在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的主采样嘴、第一阀门、三通球阀以及流量分配器；所述主采样嘴的一端伸入需检测的高压气体管道内，主采样嘴伸入高压气体管道的连接处通过管道接管及法兰密封，主采样嘴另一端经第一阀门、三通球阀串接流量分配器气体进口 ；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体一侧设置一个气体进口，另一侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路；主路依次串接二次采样嘴、在线颗粒物粒径谱仪、第一颗粒物捕集器、第一减压阀以及第一质量流量控制器；旁路依次串接第二阀门、第二减压阀以及第二 质量流量控制器；离线检测单元；该离线检测单元包括通过管路依次串接的第二颗粒物捕集器与第三阀门，第二颗粒物捕集器前端连通所述三通球阀，第三阀门末端的管路接设在第二阀门与第二减压阀之间的管路上； 长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括串接的粉尘浓度传感器和计算机， 粉尘浓度传感器为前端管路伸入需检测的高压气体管道内用于检测管道内的粉尘情况并将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。
专利摘要本实用新型提供了一种适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置，所述装置包括在线检测单元，该在线检测单元包括依次串接的主采样嘴以及流量分配器；主采样嘴的前端伸入需检测的高压气体管道内，末端串接流量分配器气体进口；流量分配器设置有一个腔体，腔体分出主路及旁路两条管路，主路依次串接二次采样嘴、在线颗粒物粒径谱仪以及第一质量流量控制器，旁路串接第二质量流量控制器；主采样嘴从高压气体管道内采样后，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别经二次采样嘴和旁路出口排出。该装置还可进一步包括离线检测单元、长期在线监测单元。本实用新型的装置能实现对高压气体管道内颗粒物的长期在线检测。
文档编号G01N15/06GK203011801SQ20122062392
公开日2013年6月19日 申请日期2012年11月22日 优先权日2012年11月22日
发明者姬忠礼, 许乔奇, 陈鸿海, 熊至宜 申请人:中国石油大学(北京)