專利名稱：適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于管道內(nèi)顆粒物采集分析技術(shù)，具體是關(guān)于一種適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置及方法，特別適用于高壓天然氣管道內(nèi)顆粒物的在線檢測(cè)。
背景技術(shù)：
管道內(nèi)顆粒物采集分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于各氣體輸送領(lǐng)域，如天然氣管道等。由于天然氣氣源及天然氣管道磨損腐蝕等原因，天然氣輸送過程中會(huì)含有黑色的固體雜質(zhì)等顆粒物。天然氣站場(chǎng)采用過濾分離設(shè)備來(lái)除去天然氣中的顆粒物，從而保證后續(xù)壓縮機(jī)、儀表及閥門等重要設(shè)備的止常運(yùn)行。過濾分離設(shè)備運(yùn)行中具有一定的阻力，增加了下游壓縮機(jī)的能耗，需要根據(jù)天然氣管道內(nèi)顆粒物的實(shí)際情況選擇合適的過濾分離設(shè)備和制定合理的運(yùn)行方案以及天然氣站場(chǎng)排污和清關(guān)作業(yè)安排。因此，對(duì)高壓天然氣管道內(nèi)顆粒物濃度和粒度分布等狀況進(jìn)行檢測(cè)是很有意義的。目前針對(duì)高壓天然氣管道內(nèi)顆粒物的檢測(cè)主要分為離線檢測(cè)和在線檢測(cè)。離線檢測(cè)是指通過高精度的濾筒或?yàn)V膜將氣體管道內(nèi)的粉塵等顆粒物收集，對(duì)其稱重后計(jì)算出管道內(nèi)的顆粒物濃度，再借助其他粒度分析儀測(cè)定出收集的顆粒物粒徑。這種離線檢測(cè)方式可以比較客觀的測(cè)定出管道內(nèi)顆粒物特性，但是當(dāng)濃度較低時(shí)操作時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性不好。而目前大多數(shù)在線檢測(cè)裝置為采用光學(xué)原理，只能在常溫常壓下進(jìn)行檢測(cè)，所述檢測(cè)設(shè)備如果用于高壓工況的檢測(cè)則需要將高壓氣體降溫后再通過儀器檢測(cè)，而壓力的降低會(huì)使某些氣體析出液滴，造成顆粒物團(tuán)聚，影響測(cè)量結(jié)果，并且凝結(jié)的液滴也會(huì)污染光學(xué)鏡頭。目前也有少數(shù)儀器也可以直接用于高壓工況下在線測(cè)量，例如，CN201060152Y公開了一種高壓天然氣管道內(nèi)粉塵在線檢測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)包括插入管道接管[5]的采樣嘴[2]由壓力密封套[4]隔開為兩單元，分別經(jīng)球閥I [7]、球閥II [8]連接差壓傳感器[11];采樣管[3]依次接流量調(diào)節(jié)閥I [9]、冷凝干燥器[10]后與流量傳感器[14]連接，并在流量傳感器[14]之前還加有壓力傳感器I [12]和溫度傳感器I [13];流量傳感器[14]后依次串接減壓裝置[15]、流量傳感器II [21]，并在流量傳感器II [21]之前還加有壓力傳感器II [18]、溫度傳感器11[19]，減壓裝置[15]經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥11[17]接多余氣體排出管[16];直管采樣管從減壓裝置[15]中接出經(jīng)流量傳感器II [21]、流量調(diào)節(jié)閥III [23]后接顆粒分析儀—輸入，從減壓裝置[15]另一出口管經(jīng)流量調(diào)節(jié)閥II [17]接接管[22]后接向顆粒分析儀[24]另一輸入。該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且從現(xiàn)場(chǎng)使用情況來(lái)看，濃度過低或過高時(shí)測(cè)量?jī)x器測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。此外，針對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管線，顆粒濃度變化大，從幾毫克至幾百毫克，粒徑范圍從O. 3微米至100微米，目前的檢測(cè)技術(shù)尚不能達(dá)到對(duì)高壓天然氣管道內(nèi)顆粒物濃度長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)效果，也不能測(cè)量管道內(nèi)液滴的含量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述現(xiàn)有高壓天然氣管道內(nèi)顆粒物檢測(cè)技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本案發(fā)明人基于從事相關(guān)科研及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)，創(chuàng)造性地提出了 一種能夠直接在線檢測(cè)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)高壓氣體管道內(nèi)顆粒物的裝置及方法。本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置，該裝置維護(hù)成本低，可靠性強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)高壓氣體管道內(nèi)顆粒物特性的測(cè)定，進(jìn)一步且還可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的另一目的在于提供利用所述裝置對(duì)高壓天然氣管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的方法，無(wú)需將高壓氣體減壓即可在線實(shí)現(xiàn)管道內(nèi)顆粒物特性的測(cè)定，進(jìn)一步還能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。為達(dá)到上述目的，一方而，本發(fā)明提出一種適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置，該裝置包括在線檢測(cè)單元；所述在線檢測(cè)單元包括通過管路依次串接的主采樣嘴以及流量分配器；所述主采樣嘴的前端伸入需檢測(cè)的高壓氣體管道內(nèi)，末端串接流量分配器氣體進(jìn)口 ；所述流量分配器設(shè)置有一個(gè)腔體，腔體前側(cè)設(shè)置一個(gè)氣體進(jìn)口，后側(cè)設(shè)置兩個(gè)氣體出口而分出主路及旁路兩條管路，主路依次串接二次采樣嘴、在線顆粒物粒徑譜儀以及第一質(zhì)量流量控制器，旁路串接第二質(zhì)量流量控制器；主采樣嘴從高壓氣體管道內(nèi)采樣后，所采氣樣從流量分配器氣體進(jìn)口經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入腔體后，分別經(jīng)二次采樣嘴和旁路出口排出。本發(fā)明中，所述“前”、“后”或“末”的方向是指按照氣體流動(dòng)的上下游方向而言，即，氣流方向是從“前”流向“后”或“末”。本發(fā)明的適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置中，利用所述流量分配器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以讓進(jìn)入其腔體的氣流在腔體內(nèi)部形成湍流，進(jìn)而使其內(nèi)的顆粒物混合均勻，來(lái)滿足二次取樣嘴可以采到具有代表性的樣品。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置中，所述流量分配器的腔體直徑大于氣體進(jìn)口與主路出口，所述旁路為從主路上引出的分支管路；優(yōu)選地，氣體進(jìn)口、腔體與主路出口設(shè)置在同一中心線上；更優(yōu)選地，旁路出口的中心線方向與氣體進(jìn)口中心線方向呈垂直設(shè)置。本發(fā)明中，所述流量分配器的結(jié)構(gòu)尺寸只要能實(shí)現(xiàn)讓所述流量分配器腔體的氣流在腔體內(nèi)部形成湍流而混合均勻的目的即可。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述流量分配器的腔體直徑與氣體進(jìn)口直徑的比例為2 10 :1 ;腔體長(zhǎng)度(沿采樣氣流方向)與腔體直徑的比例為0.5 3 1，可根據(jù)氣體流速進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置中，主采樣嘴通過機(jī)械或液壓結(jié)構(gòu)伸縮至氣體管道中的待測(cè)位置；優(yōu)選地，所述裝置還包括隨主采樣嘴深入管道內(nèi)的以下設(shè)備中的一種或多種能測(cè)量壓力和/或溫度的傳感器，和/或具有測(cè)量流速功能的探頭。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置中，所述二次采樣嘴前端伸入氣體分配器內(nèi)部，對(duì)進(jìn)入流量分配器中的氣體中的粉塵進(jìn)行二次采樣，其末端與第一氣體出口相連。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施方案，本發(fā)明的適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置中，所述主路的在線顆粒物粒徑譜儀與第一質(zhì)量流量控制器之間還進(jìn)一步串接設(shè)置有第一顆粒物捕集器。這樣，在進(jìn)行在線檢測(cè)的同時(shí)也可對(duì)顆粒物進(jìn)行離線采集檢測(cè)，可同在線檢測(cè)的結(jié)果相互驗(yàn)證。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置還可進(jìn)一步包括離線檢測(cè)單元；該離線檢測(cè)單元包括第二顆粒物捕集器，該第二顆粒物捕集器一端連接于主采樣嘴與流量分配器之間的管路上，另一端連接于旁路出口與第二質(zhì)量流量控制器之間的管路上。離線檢測(cè)單元的設(shè)置主要是用于將其檢測(cè)結(jié)果同在線檢測(cè)的結(jié)果比較，驗(yàn)證可靠性。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置還進(jìn)一步包括長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元；該長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元包括粉塵濃度傳感器和計(jì)算機(jī)，粉塵濃度傳感器用于檢測(cè)管道內(nèi)的粉塵情況，將管道內(nèi)的顆粒物濃度值轉(zhuǎn)成電流信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。另一方面，本發(fā)明還提供了一種對(duì)高壓氣體管道內(nèi)顆粒物進(jìn)行在線檢測(cè)的方法，該方法是利用本發(fā)明所述的裝置對(duì)高壓氣體管道內(nèi)顆粒物進(jìn)行在線檢測(cè)，其中，利用在線檢測(cè)單元的主采樣嘴從高壓氣體管道內(nèi)采集氣樣，所采氣樣從流量分配器氣體進(jìn)口經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入腔體后，分別進(jìn)入主路與旁路；利用顆粒物在線粒徑譜儀對(duì)主路中二次采樣嘴所采氣樣中顆粒物的濃度和粒徑進(jìn)行測(cè)定，并利用第一質(zhì)量流量控制器對(duì)進(jìn)入顆粒物在線粒徑譜儀的氣體流量進(jìn)行計(jì)量和控制，利用第二質(zhì)量流量控制器計(jì)量和控制進(jìn)入旁路的多余氣體的流量，以滿足在線粒徑譜儀自身流量的要求以及在線檢測(cè)單元等速采樣的要求。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方案，本發(fā)明的高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的方法中，第一質(zhì)量流量控制器所測(cè)氣體流量與第二質(zhì)量流量控制器所測(cè)氣體流量之和為進(jìn)入整個(gè)在線檢測(cè)單元的氣體流量，根據(jù)主采樣嘴口徑的大小得到進(jìn)入主采樣嘴時(shí)氣體的流速；當(dāng)進(jìn)入主采樣嘴處的流速等于管道內(nèi)流速時(shí)，即達(dá)到等速采樣，能采集到管道中具有代表性的顆粒物。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實(shí)施方案，本發(fā)明的方法中所述裝置還包括所述的長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元，該長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元包括粉塵濃度傳感器和計(jì)算機(jī)，粉塵濃度傳感器用于檢測(cè)管道內(nèi)的粉塵情況，將管道內(nèi)的顆粒物濃度值轉(zhuǎn)成電流信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)；所述方法還包括利用長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元計(jì)算管道內(nèi)粉塵濃度C，與在線檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析比較；其中，按照以下公式計(jì)算管道內(nèi)粉塵濃度C
權(quán)利要求
1.一種適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置，該裝置包括在線檢測(cè)單元；所述在線檢測(cè)單元包括通過管路依次串接的主采樣嘴以及流量分配器；所述主采樣嘴的前端伸入需檢測(cè)的高壓氣體管道內(nèi)，末端串接流量分配器氣體進(jìn)口 ； 所述流量分配器設(shè)置有一個(gè)腔體，腔體前側(cè)設(shè)置一個(gè)氣體進(jìn)口，后側(cè)設(shè)置兩個(gè)氣體出口而分出主路及旁路兩條管路，主路依次串接二次采樣嘴、在線顆粒物粒徑譜儀以及第一質(zhì)量流量控制器，旁路串接第二質(zhì)量流量控制器；主采樣嘴從高壓氣體管道內(nèi)采樣后，所采氣樣從流量分配器氣體進(jìn)口經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入腔體后，分別經(jīng)二次采樣嘴和旁路出口排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，具中，所述流量分配器的腔體直徑大于氣體進(jìn)口與主路出口，所述旁路為從主路上引出的分支管路；優(yōu)選地，氣體進(jìn)口、腔體與主路出口設(shè)置在同一中心線上；更優(yōu)選地，旁路出口的中心線方向與氣體進(jìn)口中心線方向呈垂直設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，主采樣嘴通過機(jī)械或液壓結(jié)構(gòu)伸縮至氣體管道中的待測(cè)位置；優(yōu)選地，所述裝置還包括隨主采樣嘴深入管道內(nèi)的以下設(shè)備中的一種或多種能測(cè)量壓力和/或溫度的傳感器，和/或具有測(cè)量流速功能的探頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述二次采樣嘴前端伸入氣體分配器內(nèi)部，對(duì)進(jìn)入流量分配器中的氣體中的粉塵進(jìn)行二次采樣，其末端與第一氣體出口相連；優(yōu)選地，所述主路的在線顆粒物粒徑譜儀與第一質(zhì)量流量控制器之間還串接設(shè)置有第一顆粒物捕集器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，該裝置還包括離線檢測(cè)單元；該離線檢測(cè)單元包括第二顆粒物捕集器，該第二顆粒物捕集器前端連接于主采樣嘴與流量分配器之間的管路上，后端連接于旁路出口與第二質(zhì)量流量控制器之間的管路上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，該裝置還包括長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元；該長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元包括粉塵濃度傳感器和計(jì)算機(jī)，粉塵濃度傳感器用于檢測(cè)管道內(nèi)的粉塵情況，將管道內(nèi)的顆粒物濃度值轉(zhuǎn)成電流信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，該裝置包括在線檢測(cè)單元；該在線檢測(cè)單元包括通過管路依次串接的主采樣嘴、第一閥門、三通球閥以及流量分配器；所述主采樣嘴的一端伸入需檢測(cè)的高壓氣體管道內(nèi)，主采樣嘴伸入高壓氣體管道的連接處通過管道接管及法蘭密封，主采樣嘴另一端經(jīng)第一閥門、三通球閥串接流量分配器氣體進(jìn)口 ；所述流量分配器設(shè)置有一個(gè)腔體，腔體一側(cè)沒置一個(gè)氣體進(jìn)口，另一側(cè)設(shè)置兩個(gè)氣體出口而分出主路及旁路兩條管路；主路依次串接二次采樣嘴、在線顆粒物粒徑譜儀、第一顆粒物捕集器、第一減壓閥以及第一質(zhì)量流量控制器；旁路依次串接第二閥門、第二減壓閥以及第二質(zhì)量流量控制器；主采樣嘴從高壓氣體管道內(nèi)采樣后，所采氣樣從流量分配器氣體進(jìn)口經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入腔體后，分別經(jīng)二次采樣嘴和旁路出口排出；離線檢測(cè)單元；該離線檢測(cè)單元包括通過管路依次串接的第二顆粒物捕集器與第三閥門，第二顆粒物捕集器前端連通所述三通球閥，第三閥門末端的管路接設(shè)在第二閥門與第二減壓閥之間的管路上；長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元；該長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元包括串接的粉塵濃度傳感器和計(jì)算機(jī)，粉塵濃度傳感器前端管路伸入需檢測(cè)的高壓氣體管道內(nèi)用于檢測(cè)管道內(nèi)的粉塵情況，并將管道內(nèi)的顆粒物濃度值轉(zhuǎn)成電流信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。
8.一種對(duì)高壓氣體管道內(nèi)顆粒物進(jìn)行在線檢測(cè)的方法，該方法是利用權(quán)利要求1 7 任一項(xiàng)所述的裝置對(duì)高壓氣體管道內(nèi)顆粒物進(jìn)行在線檢測(cè)，其中，利用在線檢測(cè)單元的主采樣嘴從高壓氣體管道內(nèi)采集氣樣，所采氣樣從流量分配器氣體進(jìn)口經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入腔體后，分別進(jìn)入主路與旁路；利用顆粒物在線粒徑譜儀對(duì)主路中二次采樣嘴所采氣樣中顆粒物的濃度和粒徑進(jìn)行測(cè)定，并利用第一質(zhì)量流量控制器對(duì)進(jìn)入顆粒物在線粒徑譜儀的氣體流量進(jìn)行計(jì)量和控制，利用第二質(zhì)量流量控制器計(jì)量和控制進(jìn)入旁路的多余氣體的流量，以滿足在線粒徑譜儀自身流量的要求以及在線檢測(cè)單元等速采樣的要求。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，第一質(zhì)量流量控制器所測(cè)氣體流量與第二質(zhì)量流量控制器所測(cè)氣體流量之和為進(jìn)入整個(gè)在線檢測(cè)單元的氣體流量，根據(jù)主采樣嘴口徑的大小得到進(jìn)入主采樣嘴時(shí)氣體的流速；當(dāng)進(jìn)入主采樣嘴處的流速等于管道內(nèi)流速時(shí)，即達(dá)到等速采樣，能采集到管道中具有代表性的顆粒物。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，所述裝置還包括長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元，該長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元包括粉塵濃度傳感器和計(jì)算機(jī)，粉塵濃度傳感器用于檢測(cè)管道內(nèi)的粉塵情況，將管道內(nèi)的顆粒物濃度值轉(zhuǎn)成電流信號(hào)傳輸至計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)；所述方法還包括利用長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元計(jì)算管道內(nèi)粉塵濃度C，與在線檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析比較；其中，按照以下公式計(jì)算管道內(nèi)粉塵濃度C
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于高壓氣體管道內(nèi)顆粒物在線檢測(cè)的裝置及方法，所述裝置包括在線檢測(cè)單元，該在線檢測(cè)單元包括依次串接的主采樣嘴以及流量分配器；主采樣嘴的前端伸入需檢測(cè)的高壓氣體管道內(nèi)，末端串接流量分配器氣體進(jìn)口；流量分配器設(shè)置有一個(gè)腔體，腔體分出主路及旁路兩條管路，主路依次串接二次采樣嘴、在線顆粒物粒徑譜儀以及第一質(zhì)量流量控制器，旁路串接第二質(zhì)量流量控制器；主采樣嘴從高壓氣體管道內(nèi)采樣后，所采氣樣從流量分配器氣體進(jìn)口經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入腔體后，分別經(jīng)二次采樣嘴和旁路出口排出。該裝置還可進(jìn)一步包括離線檢測(cè)單元、長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)單元。本發(fā)明的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓氣體管道內(nèi)顆粒物的長(zhǎng)期在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102998233SQ20121047939
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者姬忠禮, 許喬奇, 陳鴻海, 熊至宜 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)