专利名称：适用于高温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温气体管道内颗粒物在线检测的装置。
背景技术：
高温陶瓷过滤器是煤化工和催化裂化中常用的过滤设备，其滤管断裂是目前所而临的重要问题，陶瓷滤管一但断裂对造成管道内的颗粒物浓度迅速升高，严重危害下游的重要设备的正常运行，例如造成烟气轮机的叶片磨损等，而目前缺少对过滤器出口颗粒物浓度实时监测的技术。因此，对高温过滤分离设备进出口进行颗粒物测定来其性能进行评价并实时监测管道内颗粒物浓度变化对保护下游重要设备具有重要意义。目前针对高温气体管道内颗粒物测定通常采用以下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温工况则需要将高温气体降温后再通过仪器检测，温度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温工况下直接测量，但是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。且尚缺少颗粒物长期监测的技术在此领域的应用，例如监测高温过滤分离设备的出口颗粒物浓度，用以评价分离过滤设备的性能。
实用新型内容有鉴于上述现有气体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温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温气体管道内颗粒物在线检测和长期监测的装置，该装置维护成本低，可靠性强，可实现管道内颗粒物特性的测定，且进一步可长期在线监测。为达到上述目的，本实用新型提出一种适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，该装置包括:(I)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子系统、二次采样子系统、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统；其中:所述主采样子系统包括管状主采样嘴，该主采样嘴前端伸入需检测的高温气体管道内，该主采样嘴是用以引入含有颗粒物的高温气体样品；所述二次采样子系统包括气体流量分配器和一个二次采样嘴；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；主路依次串接二次采样嘴、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统，旁路串接第二流量计量控制子系统；这样，主采样子系统从高温气体管道内采样后，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别被下游方向的二次采样嘴采出以及从旁路出口排出；(2)预热吹扫单元；该预热吹扫单元并联设于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，包括加热气体储罐与保温管线，用于对整个系统的管线进行吹扫和预热。本实用新型中，所述“前”、“后”或“末”的方向是指按照气体流动上下游方向而言，即，气流方向是从“前”流向“后”或“末”。本实用新型的适用于高温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。并且，本实用新型中，事先利用所述的预热吹扫单元对整个系统的管线进行吹扫和预热，可以有效防止取样后的气体冷却使气体中的颗粒团聚而影响测量结果。根据本实用新型的具体实施方案，预热吹扫单元的加热气体的温度尽可能的接近主管道内被取样气体的温度，将检测管路加热至尽可能与需检测的高温气体管道内气体的温度相同。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置中，所述流量分配器的腔体直径大于气体进口与主路出口，所述旁路为从主路上引出的分支管路。优选地，气体进口、腔体与主路出口设置在同一中心线上。更优选地，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温气体管道内颗粒物在线检测的装置中，主采样子系统的管状主采样嘴通过机械或液压结构伸缩至需检测的高温气体管道中的待测位置。优选地，本发明中，所述主采样子系统还包括随管状主采样嘴伸入需检测的高温气体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温气体管道内颗粒物在线检测的装置中，于在线检测单元的颗粒物粒径在线分析仪与第一流量计量控制子系统之间还串接有第一颗粒物捕集子系统。这样，利用第一颗粒物捕集子系统收集颗粒物，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温气体管道内颗粒物在线检测的装置还可进一步包括:(3)离线检测单元；该离线检测单元包括第二颗粒物捕集子系统，该第二颗粒物捕集子系统一端连接于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，另一端连接于所述流量分配器的旁路出口与第二流量计量控制子系统之间的管路上。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。[0022]根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置还可进一步包括:(4)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。所述长期在线监测单元与所述在线检测单元为并列设置。根据本实用新型的该装置具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置还可根据需要包括:用于控制各管路开关的阀门。还可以根据需要包括:监测用的温度传感器、压力传感器等。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温气体管道内颗粒物在线检测的装置包括:(I)在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的管状主采样嘴、第一阀门、第二阀门以及流量分配器；所述管状主采样嘴的前端伸入需检测的高温气体管道内，管状主采样嘴伸入高温气体管道的连接处通过管道接管及法兰密封，管状主采样嘴下游经第一阀门、第二阀门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、第三阀门、颗粒物粒径在线分析仪、第一颗粒物捕集子系统以及第一流量计量控制子系统；旁路依次串接第四阀门以及第二流量计量控制子系统；这样，管状主采样嘴从高温气体管道内采样后，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别被下游方向的二次采样嘴采出以及从旁路排出；(2)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五阀门、第二颗粒物捕集子系统以及第六阀门，第五阀门的上游接设在第一阀门与第二阀门之间的管路上，第六阀门的下游端接设在第四阀门与第二流量计量控制子系统之间的管路上；(3)预热吹扫单元；该预热吹扫单元包括加热气体储罐，通过第七阀门、保温管线接设于第一阀门与第二阀门之间的管路上，用于在检测前将热气体储罐内的气体引入检测单元的管路进行吹扫和预热；(4)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温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。利用本发明的装置对高温气体管道内颗粒物进行在线检测时，可按照以下方法进行:利用预热吹扫单元将加热气体引入检测单元管线进行吹扫和预热，之后关闭预热吹扫单元运作；利用在线检测单元的管状主采样嘴从高温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；利用颗粒物粒径在线分析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，并利用第一流量计量控制子系统对进入颗粒物粒径在线分析仪的气体流量进行计量和控制，利用第二流量计量控制子系统计量和控制进入旁路的多余气体的流量，以满足颗粒物粒径在线分析仪自身流量的要求以及在线检测单元等速采样的要求。[0034]根据本实用新型的具体实施方案，第一流量计量控制子系统所测气体流量与第二流量计量控制子系统所测气体流量之和为进入整个在线检测单元的气体流量，根据管状主采样嘴口径的大小得到进入管状主采样嘴时气体的流速；当进入管状主采样嘴处的流速等于需检测的高温气体管道内流速时，即达到等速采样，能采集到需检测的高温气体管道中具有代表性的颗粒物。根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的高温气体管道内颗粒物在线检测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，粉尘浓度传感器用于检测需检测的高温气体管道内的粉尘情况，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；所述方法还包括: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1.一种适用于高温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: (1)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子系统、二次采样子系统、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统；其中: 所述主采样子系统包括管状主采样嘴，该主采样嘴前端伸入需检测的高温气体管道内； 所述二次采样子系统包括气体流量分配器和一个二次采样嘴；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；主路依次串接二次采样嘴、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统，旁路串接第二流量计量控制子系统； (2)预热吹扫单元；该预热吹扫单元并联设于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，包括加热气体储罐与保温管线。
2.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述流量分配器的腔体直径大于气体进口与主路出口，所述旁路为从主路上引出的分支管路。
3.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述流量分配器的气体进口、腔体与主路出口设置在同一中心线上；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所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述主采样子系统的管状主采样嘴通过机械或液压结构伸缩至需检测的高温气体管道中的待测位置。
5.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述主采样子系统还包括随管状主采样嘴伸入需检测的高温气体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所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，于在线检测单元的颗粒物粒径在线分析仪与第一流量计量控制子系统之间还串接有第一颗粒物捕集子系统。
7.根据权利要求1所述的适用于高温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: (3)离线检测单元；该离线检测单元包括第二颗粒物捕集子系统，该第二颗粒物捕集子系统一端连接于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，另一端连接于所述流量分配器的旁路出口与第二流量计量控制子系统之间的管路上。
8.根据权利要求1或7所述的适用于高温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: (4)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所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置包括用于控制 各管路开关的阀门。
10.根据权利要求1所述的适用于高温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: (1)在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的管状主采样嘴、第一阀门、第二阀门以及流量分配器；所述管状主采样嘴的前端伸入需检测的高温气体管道内，管状主采样嘴伸入高温气体管道的连接处通过管道接管及法兰密封，管状主采样嘴下游经第一阀门、第二阀门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、第三阀门、颗粒物粒径在线分析仪、第一颗粒物捕集子系统以及第一流量计量控制子系统；旁路依次串接第四阀门以及第二流量计量控制子系统； (2)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五阀门、第二颗粒物捕集子系统以及第六阀门，第五阀门的上游接设在第一阀门与第二阀门之间的管路上，第六阀门的下游端接设在第四阀门与第二流量计量控制子系统之间的管路上； (3)预热吹扫单元；该预热吹扫单元包括加热气体储罐，通过第七阀门、保温管线接设于第一阀门与第二阀门之间的管路上； (4)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温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温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其包括在线检测单元及预热吹扫单元在线检测单元包括串接的主采样子系统、二次采样子系统、颗粒物粒径在线分析仪及第一流量计量控制子系统；二次采样子系统包括气体流量分配器和二次采样嘴；流量分配器设有一个腔体及两个气体出口而分出主路及旁路；主路依次串接二次采样嘴、颗粒物粒径在线分析仪及第一流量计量控制子系统，旁路串接第二流量计量控制子系统；预热吹扫单元并联设于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，用于对整个系统的管线进行吹扫和预热。该装置还可包括离线检测单元、长期在线监测单元。该装置能实现对高温气体管道内颗粒物的长期在线检测。
文档编号G01N15/02GK203011800SQ201220623919
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, 杨亮, 陈鸿海, 熊至宜 申请人:中国石油大学(北京)