專(zhuān)利名稱(chēng)：管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是氣體管道內(nèi)固體粉塵采樣的裝置。涉及管道系統(tǒng)和其它類(lèi)不包括的測(cè)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(huì)嚴(yán)重磨損管線上的閥門(mén)、儀表以及大型壓縮機(jī)等，從而影響整個(gè)管線的安全可靠運(yùn)行，同時(shí)儀表的磨損也會(huì)造成天然氣較大的計(jì)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(fēng)分離器來(lái)除去直徑較大的顆粒，而對(duì)氣體凈化要求高的場(chǎng)合則再加一級(jí)慮芯過(guò)濾器。由于分離器和過(guò)濾器在高壓下工作，在用氣量波動(dòng)大的條件下，常規(guī)評(píng)價(jià)分離性能的等動(dòng)采樣方法不適用于高壓條件，使得分離器和過(guò)濾器的設(shè)計(jì)部門(mén)和使用部門(mén)無(wú)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(lái)選用分離設(shè)備。
目前使用的采樣系統(tǒng)，主要分為兩大類(lèi)一是先測(cè)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(shí)，首先要用皮托管等測(cè)速裝置測(cè)出管道中的速度，然后根據(jù)等動(dòng)采樣的原則，由管道流速和采樣嘴的直徑計(jì)算出相應(yīng)抽氣流量，這種采樣方法操作過(guò)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(cè)。而組合式采樣系統(tǒng)則是將測(cè)速裝置和采樣嘴組合在一起放入管道中，首先根據(jù)測(cè)速裝置所測(cè)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(shí)現(xiàn)等動(dòng)采樣，達(dá)到測(cè)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(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，只需將探頭放入管道，密封問(wèn)題易解決，也適合于高壓管道，但不足是結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)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(duì)采樣氣體進(jìn)行加熱；同時(shí)由熱電偶測(cè)量管道內(nèi)的溫度，壓力傳感器測(cè)量管道中的絕對(duì)壓力，用皮托管測(cè)量動(dòng)壓和靜壓差。之后將溫度、絕對(duì)壓力和壓差轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送給數(shù)字式微壓計(jì)，數(shù)字式微壓計(jì)將結(jié)果傳遞給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)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(jìn)行等速采樣。如此復(fù)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(lái)很大的麻煩。
近年來(lái)，在水泥窖窖尾、煙道和大氣環(huán)境的煙、灰塵測(cè)定中出現(xiàn)了變內(nèi)徑采樣管的等速采樣技術(shù)，使測(cè)量變得簡(jiǎn)單、方便、準(zhǔn)確，在技術(shù)上提高了一步。如1991年10月23日授權(quán)的“靜壓平衡煙塵等速取樣管”(專(zhuān)利號(hào)ZL91211428.2)公開(kāi)了在采樣嘴上設(shè)有內(nèi)測(cè)壓孔和外測(cè)壓孔取內(nèi)外壓的結(jié)構(gòu)。但該測(cè)壓孔是由一孔直接取壓，如有較大塵粒，易造成堵塞，無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量，且采樣偶然性大，致使測(cè)量精確度不高，一般只能達(dá)到5～7％；同時(shí)這些專(zhuān)利僅適用于低壓環(huán)境，技術(shù)的應(yīng)用有很大局限性。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種可對(duì)管道內(nèi)固體粉塵進(jìn)行等動(dòng)條件采樣的且對(duì)管道內(nèi)流體擾動(dòng)小、采樣精確、安全可靠的采樣裝置。
要保證再管道內(nèi)對(duì)固體粉塵采樣的準(zhǔn)確，首先就要保證采樣在等動(dòng)條件(即采樣氣流速度等于管道內(nèi)氣流速度)下進(jìn)行。本實(shí)用新型所提出的技術(shù)方案也是在采樣探頭的氣嘴進(jìn)口段后接一個(gè)擴(kuò)壓段，使進(jìn)入氣嘴且在進(jìn)口段增大流速的氣流由擴(kuò)壓段將其速度降低到與管道內(nèi)氣流速度相等，適用于高壓管道，并在測(cè)壓孔的結(jié)構(gòu)上作了重大改進(jìn)。其構(gòu)成如圖1所示。采樣探頭14的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3和圖4所示。前端成直鉤狀的管狀采樣探頭14在嘴的小內(nèi)徑進(jìn)口段后有大內(nèi)徑的擴(kuò)壓段，并在擴(kuò)壓段的管壁內(nèi)有一個(gè)由多個(gè)內(nèi)壓孔與采樣探頭14內(nèi)相通的內(nèi)壓環(huán)腔及一個(gè)由多個(gè)外壓孔與采樣探頭14外相通的外壓環(huán)腔，內(nèi)、外壓環(huán)腔各有一測(cè)壓孔與取壓管10、11相通，將采樣探頭14與兩取壓管10、11一并裝入套筒22后兩端蓋封，使兩取壓管10、11前后兩端伸出封蓋外，前端的采樣探頭嘴也露在外。將裝有套筒22的采樣探頭14前部插入被測(cè)管道1上的連有支管法蘭17，閘閥3、4和密封裝置的小直徑支管2中，后部裝有傳動(dòng)裝置。本實(shí)用新型的關(guān)鍵是采樣探頭14的結(jié)構(gòu)。它是在等內(nèi)徑的進(jìn)口段后擴(kuò)大內(nèi)徑到一定長(zhǎng)度，即進(jìn)口段后接一段擴(kuò)壓段。其擴(kuò)壓段的內(nèi)徑和長(zhǎng)度與進(jìn)口段的內(nèi)徑有一定關(guān)系，一般由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。根據(jù)流體力學(xué)的知識(shí)，當(dāng)一個(gè)小口徑管置入流體中時(shí)，進(jìn)入小管的流體的流速要加快、壓力減?。蝗绻谛】趶焦芎髷U(kuò)大內(nèi)徑，那么流體進(jìn)入擴(kuò)大的管段后其流速又要減小，壓力則又增大(故稱(chēng)之為擴(kuò)壓段)。如果尺寸選擇的好，完全可以作到擴(kuò)壓段的流體壓力與管外的流體壓力相近或相等，進(jìn)而可以達(dá)到等動(dòng)采樣的目的。其不等動(dòng)系數(shù)可達(dá)±1％。在采樣探頭14中的取壓是由內(nèi)、外壓環(huán)腔和取壓管10、11來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖3、圖4所示，內(nèi)壓環(huán)腔是在采樣探頭14的擴(kuò)壓段管壁內(nèi)有一個(gè)與管外隔絕而由2～6個(gè)均勻分布的內(nèi)壓孔與采樣探頭內(nèi)擴(kuò)壓段相通的環(huán)形空腔。外壓環(huán)腔是在采樣探頭14的擴(kuò)壓段管壁內(nèi)有一個(gè)與擴(kuò)壓段隔絕而由2～6個(gè)均勻分布的外壓孔與采樣探頭14外相通的環(huán)形空腔。內(nèi)、外壓環(huán)腔各有一個(gè)測(cè)壓孔與取壓管10、11相通。內(nèi)、外壓孔和測(cè)壓孔的直徑在0.5～1.5mm之間。內(nèi)、外壓孔均取2～6個(gè)孔一是為保證所測(cè)量的壓力為圓周方向的壓力平均值，又可起過(guò)濾作用避免造成粉塵堵塞的可能性。雖然內(nèi)、外壓孔越多壓力平均值越準(zhǔn)，過(guò)濾效果越好，但太多也沒(méi)必要，一般取3即可，壓力平均值已較準(zhǔn)，過(guò)濾作用也夠了。至于內(nèi)、外壓環(huán)腔的制造工藝也并不難，以三個(gè)內(nèi)壓孔和三個(gè)外壓孔為例，將一厚壁管在嘴的磨角之后車(chē)細(xì)，再在相應(yīng)位置車(chē)兩道槽，在一個(gè)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(gè)管段使該二槽密封成兩個(gè)環(huán)腔，在套外壓環(huán)腔的管段上也每隔120°打一孔，同時(shí)將之后車(chē)細(xì)的管段同樣緊配合套上管段，使套上的三個(gè)管段外徑相等，即三管段的壁厚與車(chē)去的厚度相等。當(dāng)然三個(gè)管段之間也要吻合好，不能漏氣。本裝置的密封裝置是在被測(cè)管道引出的小支管2上接支管法蘭17及封閉閘閥3的常規(guī)裝置外再由其法蘭18接一保險(xiǎn)閘閥4，并由其法蘭19連一管段及密封法蘭I 20連接密封裝置，最后由密封法蘭II 21連一封環(huán)片23，該密封裝置為常規(guī)的機(jī)械密封，即在密封裝置與套筒22之間的間隙內(nèi)加有密封材料。為了使引出支管受力小，在保險(xiǎn)閘閥4后的管段處有固連在支撐底座15上的支管支撐架7。位于采樣探頭14尾部的傳動(dòng)裝置是在支撐底座15上安裝一步進(jìn)電機(jī)13和傳動(dòng)螺桿定位架16，與步進(jìn)電機(jī)13軸固連的傳動(dòng)螺桿12穿過(guò)傳動(dòng)裝置的移動(dòng)架9下端的螺孔、套筒支撐架8和定位架16，移動(dòng)架9上部有孔與套筒22緊配合。套筒支撐架8上部的孔與套筒22緊配合，下端有螺孔與傳動(dòng)螺桿12配合。這樣當(dāng)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)13，傳動(dòng)螺桿12轉(zhuǎn)動(dòng)，使移動(dòng)架9左右移動(dòng)，帶著采樣探頭14就可伸進(jìn)或退出。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。采樣探頭14的內(nèi)徑為6mm，擴(kuò)壓段內(nèi)徑6.7mm，外徑20mm；內(nèi)、外壓環(huán)腔為寬3mm、環(huán)高2mm，內(nèi)、外壓孔直徑1mm，測(cè)壓孔直徑2mm，取壓管直徑8mm、壁厚4mm，套筒22直徑30mm；引出支管外徑70mm，內(nèi)徑50mm，封閉閘閥3和保險(xiǎn)閘閥4選用DN65243WF-100，步進(jìn)電機(jī)選用45BF008，傳動(dòng)螺桿12直徑10mm。
如此設(shè)計(jì)的采樣裝置的技術(shù)參數(shù)為不等速系數(shù)＜2.5％，可測(cè)管道壓力最大6Mpa，測(cè)量濃度范圍2～500mg/m3，測(cè)量誤差小于5％。
本采樣裝置的工作過(guò)程是采樣前將封閉閘閥3關(guān)閉，并將連到該閘閥上的法蘭18取下，然后將采樣裝置和支撐裝置連接到保險(xiǎn)閘閥4上，為避免高壓氣體對(duì)設(shè)備的沖擊，將封閉閘閥4緩慢打開(kāi)，待氣流穩(wěn)定后開(kāi)動(dòng)傳動(dòng)裝置，由步進(jìn)電機(jī)13帶動(dòng)傳動(dòng)螺桿12推動(dòng)采樣探頭14推入管道口內(nèi)，就可進(jìn)行采樣。
本實(shí)用新型由于在采樣探頭14的采樣內(nèi)管加置了擴(kuò)壓段和內(nèi)、外壓環(huán)腔、多個(gè)內(nèi)、外壓孔及內(nèi)、外壓取壓管11、10，既可實(shí)現(xiàn)等動(dòng)采樣，又可避免測(cè)壓孔堵塞無(wú)法工作，且提高了采樣的準(zhǔn)確性，而設(shè)備又非常簡(jiǎn)單。傳導(dǎo)內(nèi)、外靜壓的兩取壓管11、10結(jié)合到采樣探頭14上裝入套筒，由二個(gè)閘閥及密封裝置密封，然后引出管道，既密封好，又提高了安全性，完全適用于高壓天然氣管道。


圖1管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置總體圖圖2采樣探頭結(jié)構(gòu)圖圖3內(nèi)壓環(huán)腔剖視圖圖4外壓環(huán)腔剖視圖其中 1—管道 2—支管3—封閉閘閥 4—保險(xiǎn)閘閥5—密封材料 6—密封裝置7—支管支撐架8—探頭支撐架9—移動(dòng)架10—外壓取壓管11—內(nèi)壓取壓管 12—傳動(dòng)螺桿13—步進(jìn)電機(jī) 14—采樣探頭15—支撐底座 16—定位架17—支管法蘭 18—密封閘閥法蘭19—保險(xiǎn)閘閥法蘭 20—密封法蘭I21—密封法蘭II 22—探頭套筒23—封環(huán)片
權(quán)利要求1.一種管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置，包括采樣探頭[14]和傳動(dòng)裝置，前端成直鉤狀的采樣探頭[14]內(nèi)在小內(nèi)徑的進(jìn)口段后有大口徑的擴(kuò)壓段，其特征是在擴(kuò)壓段的管壁內(nèi)有一個(gè)由多個(gè)內(nèi)壓孔與采樣探頭[14]內(nèi)相通的內(nèi)壓環(huán)腔及一個(gè)由多個(gè)外壓孔與采樣探頭[14]外相通的外壓環(huán)腔，內(nèi)、外壓環(huán)腔各有一個(gè)測(cè)壓孔與取壓管[10]、[11]相通，兩取壓管[10]、[11]與采樣探頭[14]并攏封裝在套筒[22]中插入被測(cè)管道[1]上的連有法蘭[17]、封閉閘閥[3]、保險(xiǎn)閘閥[4]和密封裝置的小直徑支管[2]中，采樣探頭[14]后部連有傳動(dòng)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置，其特征是所述內(nèi)壓環(huán)腔是在采樣探頭[14]內(nèi)的擴(kuò)壓段管壁內(nèi)有一個(gè)與管外隔絕而由2～6個(gè)均勻分布的內(nèi)壓孔與采樣探頭[14]內(nèi)擴(kuò)壓段相通的環(huán)形空腔；所述外壓環(huán)腔是在采樣探頭[14]內(nèi)的擴(kuò)壓段管壁內(nèi)有一個(gè)與擴(kuò)壓段內(nèi)腔隔絕而由2～6個(gè)均勻分布的外壓孔與采樣探頭[14]外相通的環(huán)形空腔；內(nèi)、外壓環(huán)腔各在2個(gè)內(nèi)壓孔和2個(gè)外壓孔中間開(kāi)一測(cè)壓孔與取壓管[10]、[11]固連相通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置，其特征所述內(nèi)壓孔、外壓孔和測(cè)壓孔的直徑在0.5～1.5mm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置，其特征是所述密封裝置為在支管[2]、法蘭[17]、封閉閘閥[3]之后由該閥的法蘭[18]接一保險(xiǎn)閘閥[4]并由其法蘭[19]連一管段及密封法蘭I[20]連接密封裝置，最后由密封法蘭II[21]連一封環(huán)片[23]，在密封裝置與套筒[22]之間裝有密封材料[5]，而在保險(xiǎn)閘閥[4]后的密封法蘭I[20]下有固連在支撐底座[15]上的支管支撐架[7]支撐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置，其特征是所述傳動(dòng)裝置為在支撐底座[15]上安裝一步進(jìn)電機(jī)[13]和傳動(dòng)螺桿[12]的定位架[16]，與步進(jìn)電機(jī)[13]軸固連的傳動(dòng)螺桿[12]穿過(guò)傳動(dòng)裝置的移動(dòng)架[9]下端的螺孔、套筒支撐架[8]和定位架[16]，移動(dòng)架[9]上部有孔與套筒[22]緊配合，套筒支撐架[8]上部的孔與套筒[22]緊配合，下端有螺孔與傳動(dòng)螺桿[12]配合。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型是一種管道內(nèi)特別是天然氣管道內(nèi)固體粉塵采樣裝置。其特征是前端成直鉤狀的采樣探頭14在擴(kuò)壓段的管壁內(nèi)有一個(gè)由多個(gè)內(nèi)壓孔與采樣探頭14內(nèi)相通的內(nèi)壓環(huán)腔及一個(gè)由多個(gè)外壓孔與采樣探頭14外相通的外壓環(huán)腔，內(nèi)、外壓環(huán)腔各有一測(cè)壓孔與取壓管10、11相通，兩取壓管10、11與采樣探頭14并攏封裝在套筒22中插入被測(cè)管道1上的連有法蘭17、閘閥3、4和密封裝置的小直徑支管2中，采樣探頭14后部連有傳動(dòng)裝置。本裝置可實(shí)現(xiàn)等動(dòng)采樣，設(shè)備簡(jiǎn)單，可避免測(cè)壓孔堵塞無(wú)法工作，采樣準(zhǔn)確性提高，操作簡(jiǎn)化、安全、可靠，適用于高壓管道。
文檔編號(hào)G01N1/14GK2656983SQ200320122090
公開(kāi)日2004年11月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司