專(zhuān)利名稱(chēng)：渦旋致冷取樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及取樣裝置，尤其涉及高溫、高含水、高雜質(zhì)等工藝樣品所使用的渦旋致冷取樣裝置，屬于化工工藝與在線儀表檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在催化裂化裝置(FCCU)中要必須了解和掌握催化劑的循環(huán)量和再生系統(tǒng)的反應(yīng)狀況。然而，催化劑的循環(huán)量無(wú)法用儀表直接檢測(cè)，只有通過(guò)對(duì)再生器中反應(yīng)組份O2、CO和CO2的測(cè)量結(jié)果，來(lái)判斷和衡量催化劑的再生程度，以便控制最佳的劑油比、汽劑比，保持反應(yīng)系統(tǒng)的三大平衡——物料平衡、熱平衡和動(dòng)態(tài)平衡。因此，為了提高FCCU的運(yùn)行質(zhì)量，追求可靠、連續(xù)地對(duì)再生煙氣的分析就顯得十分重要。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)煉油廠使用的取樣系統(tǒng)，都是把帶有大量粉塵和二氧化硫的樣品從工藝管道中直接取出來(lái)，再對(duì)他們進(jìn)行處理。由于煙氣溫度高(高達(dá)700℃)，內(nèi)含大量細(xì)小的催化劑粉塵、水和酸性氣體(二氧化硫等)，使得樣品的輸送和處理相當(dāng)困難，表現(xiàn)為①粉塵和水易板結(jié)，造成樣品傳輸管道堵塞；②酸性氣體與水混合后極易對(duì)樣品傳輸管道造成腐蝕；③處理后的樣品氣體達(dá)不到分析儀表的要求，對(duì)分析儀表造成損壞。
由于存在以上缺陷，國(guó)內(nèi)催化裂化再生煙氣的在線分析基本上都處于停運(yùn)狀態(tài)，對(duì)催化劑再生情況的在線監(jiān)測(cè)，只能靠實(shí)驗(yàn)室人工取樣分析，滯后嚴(yán)重，不能及時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)。研制、開(kāi)發(fā)一套適合催化裂解氣、液化氣、PTA等裝置中高溫、高含水、含重質(zhì)油及固體雜質(zhì)等混合工藝氣體的正常連續(xù)取樣的裝置，使其能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定地運(yùn)行，達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)操作、提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，已是當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種渦旋致冷取樣裝置，使其廣泛適用于催化裂解氣、液化氣、PTA等裝置對(duì)高溫、高含水、含重質(zhì)油及固體雜質(zhì)等混合工藝氣體的正常連續(xù)采樣。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)渦旋致冷取樣裝置，包括有取樣通道和取樣控制閥，取樣控制閥安裝在所取樣品的工藝管道與取樣管道之間，其特征在于該裝置還包括過(guò)濾逆流部件、冷卻脫水部件和渦旋致冷管部件，所述過(guò)濾逆流部件的出口端與冷卻脫水部件的進(jìn)口端豎直連接，構(gòu)成取樣通道，渦旋致冷管部件安裝在冷卻脫水部件的上部。
進(jìn)一步地，上述的渦旋致冷取樣裝置，其中，所述過(guò)濾逆流部件為兩端法蘭連接的管道中間體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔填充不銹鋼金屬過(guò)濾網(wǎng)；尤其是，內(nèi)腔上部填充不銹鋼金屬細(xì)過(guò)濾網(wǎng)，內(nèi)腔下部填充不銹鋼金屬粗過(guò)濾網(wǎng)，上部的目數(shù)比下部的目數(shù)大。
再進(jìn)一步地，上述的渦旋致冷取樣裝置，其中，所述過(guò)濾逆流部件的中間部位安裝有溫度計(jì)；所述冷卻脫水部件為列管式換熱器結(jié)構(gòu)，共有4～16根不銹鋼列管。
更進(jìn)一步地，上述的渦旋致冷取樣裝置，其中，該裝置還安裝有氣動(dòng)溫度控制器，包括氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)、測(cè)溫元件、溫度控制閥、樣品超溫切斷閥、精密空氣過(guò)濾器，其儀表空氣分成兩條管路，一條是經(jīng)過(guò)精密空氣過(guò)濾器而與氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)相連，另外一條是經(jīng)過(guò)溫度控制閥而與渦旋致冷管部件相連，使儀表空氣用作為渦旋致冷管部件的冷卻介質(zhì)，測(cè)溫元件安裝在冷卻脫水部件的頂部，樣品超溫切斷閥安裝在冷卻脫水部件之后的樣品出口管道上，氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)的信號(hào)線與所述溫度控制閥和樣品超溫切斷閥相連。而且，所述溫度控制閥的進(jìn)出口還可以設(shè)置旁路，旁路上安裝手動(dòng)閥。
本實(shí)用新型渦旋致冷取樣裝置，針對(duì)再生煙氣等高溫、高含水、高雜質(zhì)等工藝樣品，把樣品的采樣、過(guò)濾、冷卻、除水等過(guò)程集中處理，通過(guò)氣動(dòng)溫度控制器自動(dòng)控制冷卻氣源，并使樣品的出口溫度受控。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)效果主要體現(xiàn)在①解決了國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來(lái)在煙氣分析取樣時(shí)，對(duì)高溫、高含水、高含塵樣品無(wú)法處理的難題，徹底消除了樣品傳輸管線堵塞的隱患。
②在高粉塵污染、高溫度、高含水等工藝條件下能對(duì)樣品氣體進(jìn)行正常連續(xù)采樣，安裝、操作和維護(hù)極為簡(jiǎn)便，性能可靠。
③配置靈活的采樣探頭可配套使用多種不同材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度的取樣管，可滿(mǎn)足不同的實(shí)際使用需求。
④具有采樣、過(guò)濾、冷卻、除水、自動(dòng)控溫等多種功能，冷凝液能夠?qū)⑦^(guò)濾出的粉塵帶回工藝管道，實(shí)現(xiàn)濾網(wǎng)的自清洗。
⑤由于具有樣品出口溫度的自動(dòng)控制功能，且冷凝液和過(guò)濾雜質(zhì)被帶回工藝管道，該取樣裝置的實(shí)際維護(hù)量很低。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明

圖1渦旋致冷取樣裝置在使用狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2過(guò)濾逆流部件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3冷卻脫水部件結(jié)構(gòu)示意圖；圖4氣動(dòng)溫度控制器的組成示意圖。
其中1工藝管道；2工藝切斷閥；3過(guò)濾逆流部件；31法蘭；32金屬粗過(guò)濾網(wǎng)；33溫度計(jì)；34金屬細(xì)過(guò)濾網(wǎng)；35連接管；36法蘭；37蒸汽入口接口；4冷卻脫水部件；41法蘭；42殼管；43熱交換列管；44冷氣入口接口；45樣品氣出口接口；46熱交換器出口接口；5渦旋致冷管部件；6氣動(dòng)溫度控制器；61氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)；62測(cè)溫元件；63溫度控制閥；64手動(dòng)閥；65樣品超溫切斷閥；66精密空氣過(guò)濾器；67控制器信號(hào)；7樣品氣供給單元；8儀表空氣供給單元。A樣品的流向；B冷媒的流向；C熱交換器排氣的流向；D蒸汽入口流向。
具體實(shí)施方式
渦旋致冷管部件其整體為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，可應(yīng)用于任何場(chǎng)合，無(wú)須考慮防爆要求，在長(zhǎng)期使用中基本不需維護(hù)。渦旋致冷管部件的工作介質(zhì)一般是壓縮空氣，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，無(wú)須其它能量即可產(chǎn)生近-30℃的低溫致冷工質(zhì)，冷卻率極高，冷卻溫度可以調(diào)節(jié)。
本實(shí)用新型利用渦旋致冷管部件的上述特點(diǎn)，針對(duì)背景技術(shù)所提到的技術(shù)難題，設(shè)計(jì)出一種渦旋致冷取樣裝置。該裝置將過(guò)濾、冷卻、除液等功能進(jìn)行一體化主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將渦旋致冷管的致冷效果和樣品出口溫度的自動(dòng)控制功能有機(jī)結(jié)合。渦旋致冷取樣裝置垂直安裝于水平工藝管道上，在裝置內(nèi)部就地進(jìn)行樣品的過(guò)濾、冷卻、除液、去除有害成分。
如圖1所示，本實(shí)用新型渦旋致冷取樣裝置主要包括過(guò)濾逆流部件3，冷卻脫水部件4，渦旋致冷管部件5，氣動(dòng)溫度控制器6。過(guò)濾逆流部件3與冷卻脫水部件4構(gòu)成取樣裝置的主體，通過(guò)工藝切斷閥2與水平工藝管道1豎直相連，用來(lái)過(guò)濾工藝樣品中的雜質(zhì)，并使其中水分冷凝并重新返回工藝管道1，同時(shí)完成金屬過(guò)濾網(wǎng)的自清洗功能，渦旋致冷管部件5為裝置提供溫度-10℃左右、流量不小于0.25m3/min冷卻氣體，氣動(dòng)溫度控制器6對(duì)出口樣品的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)和自動(dòng)控制。
如圖2所示，過(guò)濾逆流部件3采用兩端為標(biāo)準(zhǔn)法蘭31及法蘭36連接的管道中間體結(jié)構(gòu)，中間部位是連接管35，連接管35上安裝雙金屬溫度計(jì)33，管道內(nèi)部填充不銹鋼金屬過(guò)濾網(wǎng)，下部分是粗過(guò)濾網(wǎng)32，上部分是細(xì)過(guò)濾網(wǎng)34，上部分的目數(shù)比下部分的目數(shù)大，其作用是分級(jí)過(guò)濾樣品氣中含有的固體顆粒雜質(zhì)，便于冷凝液回流時(shí)將附著在過(guò)濾網(wǎng)上的固體雜質(zhì)帶回工藝管道1。這種設(shè)計(jì)的工作原理是通常情況下，樣品氣的最終出口流速控制在1500mL/min以?xún)?nèi)，在直徑為50mm的取樣器內(nèi)，其最大流速僅為1.3cm/s；而工藝過(guò)程中樣品氣的流速至少在2m/s以上，根據(jù)STOKES定律，當(dāng)有懸浮顆粒的移動(dòng)流體速度變慢時(shí)，粒子因自身的重力加速向下掉并不再懸浮，因此樣品氣中絕大多數(shù)粉塵等物質(zhì)并不進(jìn)入取樣系統(tǒng)，這就大大減少了對(duì)樣品氣中粉塵的處理難度。
在設(shè)計(jì)加工時(shí)，考慮到過(guò)濾逆流部件3需與工藝管道直接相連，為擴(kuò)大其使用范圍，適應(yīng)化工工藝設(shè)計(jì)要求，法蘭31和法蘭36一般選用標(biāo)準(zhǔn)DN50、PN40高頸對(duì)焊不銹鋼法蘭，在焊接時(shí)其焊接質(zhì)量保證6.0MPa水壓試驗(yàn)不發(fā)生滲漏。為了提高耐腐蝕性能，工件材質(zhì)均采用不銹鋼材料。
冷卻脫水部件4采用小型列管式換熱器結(jié)構(gòu)，如圖3所示，列管43采用7根φ8×1的不銹鋼管，以適應(yīng)工藝壓力要求，同時(shí)增大換熱面積，提高耐腐性。在冷卻脫水部件4的頂部安裝溫度控制器的測(cè)溫部件62，測(cè)量樣品被致冷后的溫度。在設(shè)計(jì)加工時(shí)，考慮與過(guò)濾逆流部件3有相同的原因，工件材質(zhì)及加工質(zhì)量需有同樣的要求。熱的樣品從下向上從管內(nèi)通過(guò)，冷的空氣從上向下從管外通過(guò)。冷卻過(guò)程中，樣品氣中的水逐漸冷卻向過(guò)濾逆流段回流。樣品氣離開(kāi)冷卻脫水部件4之前，其溫度由氣動(dòng)溫度控制器6的設(shè)定溫度決定，因溫度低而含水量少。
典型的氣動(dòng)溫度控制器6的組成如圖4所示，它包括氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)61、測(cè)溫元件62、溫度控制閥63、手動(dòng)閥64、樣品超溫切斷閥65、精密空氣過(guò)濾器66。來(lái)自?xún)x表空氣供給單元8的儀表空氣分成兩條管路，一是經(jīng)過(guò)精密空氣過(guò)濾器66而與氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)61相連，另一條是經(jīng)過(guò)溫度控制閥63而與渦旋致冷管部件5相連，使儀表空氣用作為渦旋致冷管部件5的冷卻介質(zhì)，測(cè)溫元件62安裝在冷卻脫水部件4的頂部，樣品超溫切斷閥65安裝在冷卻脫水部件4之后的樣品出口管道上，以保證處理干凈的樣品進(jìn)入后續(xù)管道，手動(dòng)閥64設(shè)置在溫度控制閥63的旁路上面，氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)67通過(guò)信號(hào)線分別與溫度控制閥63和樣品超溫切斷閥65相連。
該氣動(dòng)溫度控制器6可對(duì)樣品的出口溫度進(jìn)行自動(dòng)控制當(dāng)冷卻除水后的樣品氣7到達(dá)冷卻脫水部件4的出口時(shí)，測(cè)溫部件62監(jiān)測(cè)其致冷溫度是否已達(dá)到或低于設(shè)定溫度，從而確定是否關(guān)閉渦旋致冷管5的儀表空氣，完成樣品出口溫度的自動(dòng)控制功能；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度10℃時(shí)，通過(guò)樣品超溫切斷閥65關(guān)斷樣品出口，避免樣品帶水進(jìn)入后續(xù)輸入和測(cè)量部件。由于樣品氣流速較慢(2000ml/min)，樣品出口溫度的自動(dòng)控制更為容易，可以避免超溫切斷閥65的高頻率動(dòng)作，分析儀表不會(huì)發(fā)生高頻波動(dòng)。
本實(shí)用新型在正常工作狀態(tài)下，來(lái)自工藝管道1的工藝樣品在工藝壓力的作用下，向上流經(jīng)完全開(kāi)啟的工藝切斷閥2進(jìn)入過(guò)濾逆流部件3。工藝樣品進(jìn)入取樣裝置后，因速度變慢，大量的固體雜質(zhì)并不進(jìn)入取樣裝置而直接回到工藝管道。樣品慢速向上流動(dòng)，首先經(jīng)過(guò)濾逆流部件3，在這里剩余的固體粉塵等顆粒物質(zhì)被不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)阻擋、截留，而其余的工藝樣品將繼續(xù)上行進(jìn)入冷卻脫水部件4，樣品中的液體成分，在列管內(nèi)被殼管中由渦旋致冷管產(chǎn)生的低溫冷氣逐漸冷卻，并凝結(jié)于列管內(nèi)壁上。由于列管內(nèi)的樣品流量小，因而無(wú)法將凝結(jié)于列管內(nèi)壁上的冷凝物帶走，因此這些被逐漸冷卻并凝結(jié)后的液體成分就會(huì)在其自身重力作用下向下回流，從而產(chǎn)生與取樣方向相反的逆流物。這些逆流物，在反向流過(guò)過(guò)濾逆流部件時(shí)將清洗被阻擋截流于此的催化劑粉塵等雜質(zhì)，使其脫離不銹鋼金屬過(guò)濾網(wǎng)并一同流回工藝管道中，產(chǎn)生自清洗效果。
考慮到催化再生煙氣中含水量不多，且因?yàn)闃悠窔饬髁枯^小，高溫的樣氣在過(guò)濾逆流段很快就被降溫，但是冷凝水的流量很小，將不利于過(guò)濾段的回流自清洗，不足以對(duì)過(guò)濾網(wǎng)形成足夠的反沖洗?？梢韵驑悠窔庵凶⑷胨羝湓诶鋮s脫水段冷卻變成水后，就增加了對(duì)過(guò)濾網(wǎng)的自清洗能力。蒸汽的注入，同時(shí)也洗凈了樣氣中的SO2，確保腐蝕性氣體不進(jìn)入后面的取樣部件。
當(dāng)過(guò)濾并冷卻后的樣品氣到達(dá)冷卻脫水部件4的頂端時(shí)，已經(jīng)是干凈的、含很少水分的樣品，氣動(dòng)溫度控制器6的測(cè)溫元件(溫包)檢測(cè)其溫度是否已低于設(shè)定溫度，從而確定是否關(guān)閉渦旋致冷管部件5的工作介質(zhì)。當(dāng)冷卻后的溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，關(guān)閉致冷空氣；若樣品出口溫度高于設(shè)定溫度，則對(duì)樣品一直進(jìn)行冷卻，直到樣品溫度低于設(shè)定溫度以下；如果樣品溫度高出設(shè)定溫度10℃，將關(guān)閉樣品出口，對(duì)樣品集中進(jìn)行冷卻，直至溫度降到設(shè)定溫度以下。周而復(fù)始，即可以將樣品溫度始終自動(dòng)控制在要求的溫度范圍之內(nèi)。
樣品出取樣裝置后，溫度升高到環(huán)境溫度，不會(huì)再有水析出。樣品中大量水分、雜質(zhì)已基本脫除，其濕度已降為在工藝壓力下、樣品致冷溫度時(shí)的飽和狀態(tài)，此時(shí)相對(duì)濕度為RH＝100％。該樣品經(jīng)過(guò)流量調(diào)節(jié)之后送至后續(xù)處理系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾除水、限流、膜式精細(xì)過(guò)濾、穩(wěn)流等工序進(jìn)一步處理，可為分析儀表提供合格的樣品氣體，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行比較準(zhǔn)確的在線分析。
本實(shí)用新型技術(shù)方案對(duì)于催化裂解氣、液化氣以及PTA等化工裝置等涉及到的高溫、高含水、含重質(zhì)油及固體雜質(zhì)的樣品氣取樣，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.渦旋致冷取樣裝置，包括有取樣通道和取樣控制閥，取樣控制閥安裝在所取樣品的工藝管道與取樣管道之間，其特征在于該裝置還包括過(guò)濾逆流部件、冷卻脫水部件和渦旋致冷管部件，所述過(guò)濾逆流部件的出口端與冷卻脫水部件的進(jìn)口端豎直連接，構(gòu)成取樣通道，渦旋致冷管部件安裝在冷卻脫水部件的出口端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋致冷取樣裝置，其特征在于所述過(guò)濾逆流部件為兩端法蘭連接的管道中間體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔填充不銹鋼金屬過(guò)濾網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦旋致冷取樣裝置，其特征在于所述過(guò)濾逆流部件，內(nèi)腔上部填充不銹鋼金屬細(xì)過(guò)濾網(wǎng)，內(nèi)腔下部填充不銹鋼金屬粗過(guò)濾網(wǎng)，上部的目數(shù)比下部的目數(shù)大。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦旋致冷取樣裝置，其特征在于所述過(guò)濾逆流部件的中間部位安裝有溫度計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦旋致冷取樣裝置，其特征在于所述冷卻脫水部件為列管式換熱器結(jié)構(gòu)，共有4～16根不銹鋼列管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5所述的任意一種渦旋致冷取樣裝置，其特征在于該裝置還安裝有氣動(dòng)溫度控制器，包括氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)、測(cè)溫元件、溫度控制閥、樣品超溫切斷閥、精密空氣過(guò)濾器，其儀表空氣分成兩條管路，一條是經(jīng)過(guò)精密空氣過(guò)濾器而與氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)相連，另外一條是經(jīng)過(guò)溫度控制閥而與渦旋致冷管部件相連，使儀表空氣用作為渦旋致冷管部件的冷卻介質(zhì)，測(cè)溫元件安裝在冷卻脫水部件的頂部，樣品超溫切斷閥安裝在冷卻脫水部件之后的樣品出口管道上，氣動(dòng)溫度控制開(kāi)關(guān)的信號(hào)線與所述溫度控制閥和樣品超溫切斷閥相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦旋致冷取樣裝置，其特征在于所述溫度控制閥的進(jìn)出口還設(shè)有旁路，旁路上安裝有手動(dòng)閥。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種渦旋致冷取樣裝置。裝置的特點(diǎn)是包含過(guò)濾逆流部件、冷卻脫水部件、渦旋致冷管部件和氣動(dòng)溫度控制器，過(guò)濾逆流部件的出口端與冷卻脫水部件的進(jìn)口端豎直連接，構(gòu)成取樣通道，渦旋致冷管部件安裝在冷卻脫水部件的出口端，氣動(dòng)溫度控制器通過(guò)控制渦旋致冷管產(chǎn)生的冷卻介質(zhì)，對(duì)樣品出口溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。該裝置具有采樣、過(guò)濾、冷卻、除水、自動(dòng)控溫等多種功能，冷凝液能夠?qū)⑦^(guò)濾出的粉塵帶回工藝管道對(duì)濾網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自清洗，廣泛適用于催化裂解氣、液化氣、PTA等裝置中對(duì)高溫、高含水、含重質(zhì)油及固體雜質(zhì)等混合工藝氣體進(jìn)行連續(xù)采樣。
文檔編號(hào)G01N1/42GK2924514SQ200620071168
公開(kāi)日2007年7月18日 申請(qǐng)日期2006年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月10日
發(fā)明者李鵬飛, 王兆連, 錢(qián)寧, 何定君, 胡俊祖, 錢(qián)耀紅, 王慶 申請(qǐng)人:天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院蘇州自動(dòng)化研究所