專利名稱：管道內(nèi)固體粉塵采樣探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是氣體管道內(nèi)固體粉塵采樣的探頭。涉及管道系統(tǒng)和其它類不包括的測量領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于天然氣管道內(nèi)的鐵銹、石英砂等固體雜質(zhì)會嚴重磨損管線上的閥門、儀表以及大型壓縮機等，從而影響整個管線的安全可靠運行，同時儀表的磨損也會造成天然氣較大的計量誤差，因此輸氣管線上都裝有除塵裝置。目前輸氣管線一般用旋風分離器來除去直徑較大的顆粒，而對氣體凈化要求高的場合則再加一級慮芯過濾器。由于分離器和過濾器在高壓下工作，在用氣量波動大的條件下，常規(guī)評價分離性能的等動采樣方法不適用于高壓條件，使得分離器和過濾器的設(shè)計部門和使用部門無法確定高壓條件的分離效率和出口粒徑分布情況，只能依據(jù)常壓條件下的數(shù)據(jù)來選用分離設(shè)備。
目前使用的采樣系統(tǒng)，主要分為兩大類一是先測速后采樣的普通采樣系統(tǒng)；二是組合式采樣系統(tǒng)。應(yīng)用普通采樣系統(tǒng)采樣時，首先要用皮托管等測速裝置測出管道中的速度，然后根據(jù)等動采樣的原則，由管道流速和采樣嘴的直徑計算出相應(yīng)抽氣流量，這種采樣方法操作過程繁瑣，易造成天然氣泄漏，不適用于高壓管道內(nèi)粉塵檢測。而組合式采樣系統(tǒng)則是將測速裝置和采樣嘴組合在一起放入管道中，首先根據(jù)測速裝置所測的速度不斷調(diào)整抽氣流量，使采樣氣體流速和管道中流速相等，實現(xiàn)等動采樣，達到測量粉塵濃度和粒度分布的目的。組合式采樣系統(tǒng)雖采樣過程相對簡單，只需將探頭放入管道，密封問題易解決，也適合于高壓管道，但不足是結(jié)構(gòu)相當復雜。它是在采樣嘴后連真空泵，抽取管道內(nèi)的氣體，再連加熱器對采樣氣體進行加熱；同時由熱電偶測量管道內(nèi)的溫度，壓力傳感器測量管道中的絕對壓力，用皮托管測量動壓和靜壓差。之后將溫度、絕對壓力和壓差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳送給數(shù)字式微壓計，數(shù)字式微壓計將結(jié)果傳遞給計算機，由計算機產(chǎn)生控制信號發(fā)給流量調(diào)節(jié)器，使采樣氣流速度和管道內(nèi)氣流速度相等，進行等速采樣。如此復雜的系統(tǒng)不但增加了投入的成本，也給設(shè)備的維修、保養(yǎng)帶來很大的麻煩。
近年來在水泥窖窖尾、煙道和大氣環(huán)境等領(lǐng)域出現(xiàn)了變內(nèi)徑的采樣探頭可以很簡單、方便地實現(xiàn)等動采樣。如1991年10月23日授權(quán)的“靜壓平衡煙塵等速取樣管”(專利號ZL91211428.2)就是這種探頭。但其內(nèi)、外壓的測壓孔都各有一個，不但所取的壓力值不是平均值，有較大誤差，其測量精確度在5～7％左右，而且一個測壓孔也極易堵塞，造成無法工作，只好停工檢修。這種采樣探頭雖可以引來應(yīng)用于輸氣管道，但其存在的不足是必須予以解決的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種對管道內(nèi)固體粉塵進行等動條件采樣的且對管道內(nèi)流體擾動小、采樣精確、安全可靠的采樣探頭。
要保證在管道內(nèi)對固體粉塵采樣的準確，首先就要保證采樣在等動條件(即采樣氣流速度等于管道內(nèi)氣流速度)下進行。本發(fā)明也是在采樣探頭的氣嘴進口段后接一個擴壓段，使進入氣嘴且在進口段增大流速的氣流由擴壓段將其速度降低到與管道內(nèi)氣流速度相等。采樣探頭1的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2和圖3所示。前端成直鉤狀的管狀采樣探頭1在嘴的小內(nèi)徑進口段后有大內(nèi)徑的擴壓段，并在擴壓段的管壁內(nèi)有一個由多個內(nèi)壓孔6與采樣探頭1內(nèi)相通的內(nèi)壓環(huán)腔4及一個由多個外壓孔8與采樣探頭1外相通的外壓環(huán)腔5，內(nèi)、外壓環(huán)腔4、5各有一測壓孔7、9與取壓管2、3相通。它是將常規(guī)的等內(nèi)徑管變?yōu)樵诘葍?nèi)徑的進口段后擴大內(nèi)徑到一定長度，即進口段后接一段擴壓段。其擴壓段的內(nèi)徑和長度與進口段的內(nèi)徑有一定關(guān)系，一般由實驗來確定。根據(jù)流體力學的知識，當一個小口徑管置入流體中時，進入小管的流體的流速要加快、壓力減?。蝗绻谛】趶焦芎髷U大內(nèi)徑，那么流體進入擴大的管段后其流速又要減小，壓力則又增大(故稱之為擴壓段)。如果尺寸選擇的好，完全可以作到擴壓段的流體壓力與管外的流體壓力相近或相等，進而可以達到等動采樣的目的。其不等動系數(shù)可達±1％。具體就是內(nèi)壓環(huán)腔4是在采樣探頭1的擴壓段管壁內(nèi)有一個與管外隔絕而由2～6個均勻分布的內(nèi)壓孔6與采樣探頭內(nèi)擴壓段相通的環(huán)形空腔。外壓環(huán)腔5是在采樣探頭1的擴壓段管壁內(nèi)有一個與擴壓段隔絕而由2～6個均勻分布的外壓孔8與采樣探頭1外相通的環(huán)形空腔。內(nèi)、外壓環(huán)腔4、5各有一個測壓孔7、9與取壓管2、3相通。內(nèi)、外壓孔6、8和測壓孔的直徑在0.5～1.5mm之間。內(nèi)、外壓孔6、8均取多個孔一是增加了取壓的采樣點保證所測量的壓力為圓周方向的壓力平均值，又增設(shè)了對氣體的過濾，可避免造成粉塵堵塞的可能性。理論上講，內(nèi)、外壓孔6、8以多為好，但實際上由于采樣探頭內(nèi)徑本身就很小，從取壓力平均值的角度看太多也沒有必要；從防堵的角度看，多當然也好，內(nèi)、外壓孔6、8被堵幾率的下降率為1/n(其中n為內(nèi)或外壓孔數(shù))，孔數(shù)太多，被堵的幾率下降的并不明顯。至于內(nèi)、外壓環(huán)腔4、5的制造工藝也并不難，以3個內(nèi)壓孔6和3個外壓孔8為例，將一厚壁管在嘴的磨角之后車細，再在相應(yīng)位置車兩道槽，在一個環(huán)腔的槽內(nèi)周向每隔120°向內(nèi)打一孔，爾后在兩道槽外各緊配合套2個管段使該二槽密封成兩個環(huán)腔，在套外壓環(huán)腔5的管段上也每隔120°打一孔，同時將之后車細的管段同樣緊配合套上管段，使套上的三個管段外徑相等，即三管段的壁厚與車去的厚度相等。當然三個管段之間也要吻合好，不能漏氣。
具體實施例方式
實施例采樣探頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。采樣探頭1的內(nèi)徑為6mm，擴壓段內(nèi)徑6.7mm，外徑20mm；內(nèi)、外壓環(huán)腔4、5為寬3mm、環(huán)高2mm，內(nèi)、外壓孔6、8直徑1mm，測壓孔7、9直徑2mm，取壓管2、3直徑8mm、壁厚4mm。
如此設(shè)計的采樣裝置的技術(shù)參數(shù)為不等速系數(shù)＜2.5％，可測管道壓力最大6Mpa，測量濃度范圍2～500mg/m3，測量誤差小于5％。
本發(fā)明由于在采樣探頭1的采樣內(nèi)管加置了擴壓段和內(nèi)、外壓環(huán)腔4、5及內(nèi)、外壓取壓管2、3，就可實現(xiàn)等動采樣，設(shè)備非常簡單，且對管道內(nèi)流體擾動小，采樣準確度提高，可避免測壓孔堵塞而影響工作。


圖1采樣探頭結(jié)構(gòu)2內(nèi)壓環(huán)腔剖視3外壓環(huán)腔剖視圖其中 1-采樣探頭 2-內(nèi)壓取壓管3-外壓取壓管4-內(nèi)壓環(huán)腔5-外壓環(huán)腔 6-內(nèi)壓孔7-內(nèi)壓測壓孔8-外壓孔9-外壓測壓孔
權(quán)利要求
1.一種管道內(nèi)固體粉塵采樣探頭，前端成直鉤狀的采樣探頭[1]內(nèi)在小內(nèi)徑的進口段后有大口徑的擴壓段，其特征是在擴壓段的管壁內(nèi)有一個由多個內(nèi)壓孔[6]與采樣探頭[1]內(nèi)相通的內(nèi)壓環(huán)腔[4]及一個由多個外壓孔[8]與采樣探頭[1]外相通的外壓環(huán)腔[5]，內(nèi)、外壓環(huán)腔[4]、[5]各有一個測壓孔[7]、[9]與取壓管[2]、[3]相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)固體粉塵采樣探頭，其特征是在采樣探頭[1]內(nèi)的擴壓段管壁內(nèi)有一個與管外隔絕而由2～6個均勻分布的內(nèi)壓孔[6]與采樣探頭[1]內(nèi)擴壓段相通的內(nèi)壓環(huán)腔[4]及一個與擴壓段內(nèi)腔隔絕而由2～6個均勻分布的外壓孔[8]與采樣探頭[1]外相通的外壓環(huán)腔[5]；內(nèi)、外壓環(huán)腔[4]、[5]各在2個內(nèi)壓孔[6]和2個外壓孔[8]中間開一測壓孔[7]、[9]與取壓管[2]、[3]固連相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的管道內(nèi)固體粉塵采樣探頭，其特征是所述內(nèi)壓孔[6]、外壓孔[8]和測壓孔[7]、[9]的直徑在0.5～1.5mm之間。
全文摘要
本發(fā)明是一種管道內(nèi)特別是天然氣管道內(nèi)固體粉塵采樣探頭。其特征是前端成直鉤狀的采樣探頭1內(nèi)在擴壓段的管壁內(nèi)有一個由多個內(nèi)壓孔6與采樣探頭1內(nèi)相通的內(nèi)壓環(huán)腔4及一個由多個外壓孔8與采樣探頭1外相通的外壓環(huán)腔5，內(nèi)、外壓環(huán)腔4、5各有一測壓孔7、9與取壓管2、3相通。本探頭對管道內(nèi)流體擾動小，采樣準確，可避免測壓孔堵塞而無法工作，安全、可靠，適用于高、底壓管道。
文檔編號G01N1/20GK1619282SQ20031011538
公開日2005年5月25日 申請日期2003年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月21日
發(fā)明者姬忠禮, 付松廣, 陳鴻海, 陳紅生, 肖峰, 孫齊 申請人:中國石油天然氣股份有限公司