CN104677697A - 一种气体管道等动取样系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体管道等动取样系统及其方法，所述系统包括气体取样主管路，主管路一端为取样气进口，取样气进口与一个取样器的气体取样管连接，主管路另一端为取样气出口；在所述气体取样管的取样嘴旁位置同时设置流速传感器探头，在主管路进气口与出气口之间设置有一个旁路支管，所述系统有一个调节控制器，调节控制器用于调节主管路取样气出口的采样气体流速等于或接近气体管道中的气体流速。本发明结构是一种模块化设计，可以根据被测气体的情况组合，测量方法简单，可以在测量现场实现等动取样，易于控制，测量精度高。

Description

一种气体管道等动取样系统及其方法

技术领域

本发明涉及压力管道气体取样，特别涉及一种气体管道等动取样系统及其方法，是一种方便移动可应用于天然气管道颗粒物等动取样的系统及方法。

背景技术

天然气已经广泛的应用于工业和生活的各个方面，天然气从开采地出来需要经过管道输送到城市和乡村，天然气开采后供给用户过程中，由于开采、输送等环节会使天然气中包含一些固体颗粒物，固体颗粒物不参与燃烧，故不产生热值，固体颗粒物含量直接影响天然气的质量，使能量计量不准确，并对下游用户设备产生严重影响，固体颗粒物燃烧后排放到大气中还会对环境造成污染，故应对天然气颗粒物进行控制，而在控制前就应该先了解天然气中颗粒物的含量，这就涉及到取样。然而天然气在管道中的流动是复杂的，在管道的断面上各点的杂质含量是不同的，因此只是简单地从采样口放气取样并不能真实全面的反应管道中天然气的情况，又由于管道内天然气流速与取样管流速不同，所以取得的样品与管道内实际样品存在差异，以前取样方式为直接在管道上留出球阀，取样时打开球阀直接取样，不能完全反映实际情况。天然气的质量关系到用户的利益，如何动态的监测输送中的天然气质量，使对问题的出现控制在源头，对于保障用户的利益至关重要。现有取样设备都是在现场建立取样站，整体体积庞大，而且不能移动，只能在建设点对管道进行取样；其他便携式取样器只能对管道气体进行常规取样，不能实现等动取样。

发明内容

本发明目的在于提供一种气体管道等动取样系统及其方法，系统连接一个可在管道中径向移动的取样探头，在取样系统中首先通过一个流速测定装置测定管道中气体的流速，然后通过一个调节装置将从管道中取样的流动气体与气流速等同，实现等动取样。

为了实现上述目的，本发明的方案是：

一种气体管道等动取样系统，包括气体取样主管路，主管路一端为取样气进口，取样气进口与一个取样器的气体取样管连接，主管路另一端为取样气出口；其中，在所述气体取样管的取样嘴旁位置同时设置流速传感器探头，在主管路进气口与出气口之间设置有一个旁路支管，旁路支管上设置有第一电控阀，在旁路支管与进气口之间的主管路上设置有一个测量进气压力的压力传感器，在旁路支管与主管路连接的进气端口和出气端口之间的主管路上设置有第二电控阀，在所述第二电控阀与旁路支管出气端口之间的主管路上设置有颗粒物捕集器，在旁路支管出气端口与主管路出气口之间的主管路上分别顺序设置有流量计和比例调节阀，所述取样器中设置的流速传感器探头连接一个流速传感器；有一个调节控制器分别与流速传感器、第一电控阀和第二电控阀的电控端、第一压力传感器、流量计和比例调节阀连接，所述调节控制器用于对主管路取样气出口的采样气体流速与流速传感器测得的被测气体管道中的气体流速进行比对调节。

方案进一步是：所述第二电控阀是电控球阀，在旁路支管出气端口与流量计之间的主管路上设置有用于保护颗粒物捕集器的第三电控阀，第三电控阀电控端连接调节控制器。

方案进一步是：所述第三电控阀与流量计之间的主管路上还顺序设置有防冰堵单元、第一压力表、手动控制减压阀和第二压力表。

方案进一步是：所述防冰堵单元包括有一个耐压壳体，在壳体上设置有一个进气口和出气口，在进气口和出气口之间设置有空腔，空腔中填充有吸收水分子的分子筛。

方案进一步是：在所述第二电控阀与旁路支管进气端口之间的主管路上还设置有用于清洗管路的放气管，放气管上设置有第四电控阀，第四电控阀电控端连接调节控制器。

方案进一步是：所述流速传感器探头是压差测量管道，压差测量管道分为两路测量管道，一路测量管道口面对被测管道中气体流动的方向，另一路测量管道口背对被测管道中气体流动的方向，两路测量管道口后的直管通道轴线与气体流动方向的夹角是在10度至35度之间，并且两个夹角一致。最佳是20度至30度。

方案进一步是：所述取样器是一个可伸缩取样器，包括伸入被测管道内取样的伸缩管和与被测气体管道接口连接的外接装置，伸缩管内安装有所述气体取样管，所述外接装置包括套在伸缩管外壁的套管和设置在套管外部、与被测管道内气体相通的外气管路，在外气管路上设置有外气控制阀门；伸缩管的外壁固定有活塞，活塞与套管的内壁及套管尾端管口密封件形成密封空间，所述密封空间设置有与外气管路相通的接口，在密封空间设置有出气口和出气口阀门；从外气管路进入密封空间的气体可以推动气体取样管向前移动；在取样过程中，顺序控制外气控制阀门和密封空间端部出气口阀门从而控制气体取样管的伸进长度。

一种气体管道等动取样方法，通过气体管道等动取样系统实现，所述系统包括气体取样主管路，主管路一端为取样气进口，取样气进口与一个取样器的气体取样管连接，主管路另一端为取样气出口；在所述气体取样管的取样嘴旁位置同时设置有压差测量管道，在主管路进气口与出气口之间设置有一个旁路支管，旁路支管上设置有第一电控阀，在旁路支管与进气口之间的主管路上设置有一个测量进气压力的压力传感器，在旁路支管与主管路连接的进气端口和出气端口之间的主管路上设置有第二电控阀，在旁路支管出气端口与主管路出气口之间的主管路上分别顺序设置有流量计和比例调节阀，所述取样器中设置的压差测量管管道连接一个压差传感器；有一个调节控制器分别与压差传感器、第一电控阀和第二电控阀的电控端、压力传感器、流量计和比例调节阀连接，在所述第二电控阀与旁路支管出气端口之间的主管路上设置有颗粒物捕集器，所述第二电控阀是电控球阀，在旁路支管出气端口与流量计之间的主管路上设置有用于保护颗粒物捕集器的第三电控阀，第三电控阀电控端连接调节控制器；在所述第二电控阀与旁路支管进气端口之间的主管路上还设置有用于清洗管路的放气管，放气管上设置有第四电控阀，第四电控阀电控端连接调节控制器；

第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀处于关闭状态；将取样器气体取样管插入被测管道，根据取样管事先设定的标识转动取样管，使取样嘴面向气体流动方向；开启调节控制器，其中：所述方法包括：调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤和平衡取样的步骤；

所述调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤是：保持第二电控阀的关闭状态，打开第一电控阀和第三电控阀，调节控制器根据压差传感器测量的被测气流的流速，通过与流量计信号的比对调节比例调节阀，进而控制主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速的平衡；

所述平衡取样的步骤是：当取样管气体流速与被测管道气体流速相差10%以内时，首先关闭第一电控阀和第三电控阀，打开第二电控阀，然后再打开第三电控阀，被测管道气体流过颗粒物捕集器对气体颗粒物进行捕集，同时气体经主管路取样气出口流出。

方案进一步是：在所述调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤和平衡取样的步骤之前，所述方法进一步包括清洗取样器管路的步骤，其过程是：保持第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀的关闭状态，打开第四电控阀将气体从放气管排出清洗取样器管路。

方案进一步是：在所述第三电控阀与流量计之间的主管路上还顺序设置有用于气体脱水的防冰堵单元、第一压力表、手动控制减压阀和第二压力表。

本发明的有益效果是：本发明结构是一种模块化设计，可以根据被测气体的情况组合，测量方法简单，可以在测量现场实现等动取样，易于控制，测量精度高。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明高压管路系统结构示意图；

图3为本发明防冰堵单元结构示意图；

图4为本发明取样器气体取样管端部示意图；

图5为本发明取样器气体取样管端部侧向示意图，图4的A-A向视图；

图6为本发明可伸缩取样器结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种气体管道等动取样系统，如图1所示，所述系统包括气体取样主管路1，主管路一端为取样气进口101，取样气进口通过一个手控主阀门2与一个取样器3的气体取样管301连接，主管路另一端为取样气出口102；其中，如图1所示，在伸进被测燃气管道4的管道中，在所述气体取样管的取样嘴302旁位置同时设置流速传感器探头5，在主管路进气口与出气口之间设置有一个旁路支管6，旁路支管上设置有第一电控阀7，在旁路支管与进气口之间的主管路上设置有一个测量进气压力的压力传感器8，在旁路支管与主管路连接的进气端口601和出气端口602之间的主管路上设置有第二电控阀9，在所述第二电控阀与旁路支管出气端口之间的主管路上设置有颗粒物捕集器10，在旁路支管出气端口与主管路出气口之间的主管路上分别顺序设置有流量计11和比例调节阀12，所述取样器中设置的流速传感器探头连接一个流速传感器13；有一个调节控制器14分别与流速传感器、第一电控阀和第二电控阀的电控端、第一压力传感器、流量计和比例调节阀连接，所述调节控制器用于对主管路取样气出口的采样气体流速与流速传感器测得的被测气体管道中的气体流速进行比对调节。

实施例2：

本实施例是对实施例1的进一步改进，实施例1中的内容也是本实施例内容，实施例1中所述的颗粒物捕集器10是通过一个0.3微米的过滤网对气体的颗粒进行捕集，当气体的压力过高，为了防止在开机的一瞬间气体对过滤网的冲击造成过滤网的损坏，以及颗粒物顺畅的流过第二电控阀不受阻碍，方案中：所述第二电控阀是电控球阀（球阀是一种直通路阀门），在旁路支管出气端口与流量计之间的主管路上设置有用于保护颗粒物捕集器的第三电控阀15，第三电控阀电控端连接调节控制器，保护的方法是控制阀门的先后开启，会在后面的方法中具体描述实现。

实施例3：

本实施例是对实施例2的进一步改进，实施例2中的内容也是本实施例内容。针对于天然气管道的气体取样，由于管道中的压力过高，往往达到10MPa以上，因此在其管路中要设置减压阀，又由于在管道中存在压差后，往往又因为其中含有的水分子会形成管道的冰堵；因此作为本实施例，如图2所示：所述第三电控阀与流量计之间的主管路上还顺序设置有防冰堵单元16、第一压力表17、手动控制减压阀18和第二压力表19。

实施例中的所述防冰堵单元如图3所示，包括有一个耐压壳体1501，在壳体上设置有一个与主管路连接的进气口1502和出气口1503，在进气口和出气口之间设置有空腔1504，空腔中填充有吸收水分子的分子筛1505，图中箭头为气体流动方向。

实施例中：为了在测试取样中能够先对取样器的取气管进行冲洗，如图2所示，在所述第二电控阀与旁路支管进气端口之间的主管路上还设置有用于清洗管路的放气管20，放气管上设置有第四电控阀21，第四电控阀电控端连接调节控制器。

在实施例1中：所述流速传感器探头是压差测量管道，如图4和图5所示，所述压差测量管道分为两路测量管道，两路测量管道设置在所述气体取样管的取样嘴302旁位置一路测量管道口501面对被测管道中气体流动的方向B，另一路测量管道口502背对被测管道中气体流动的方向，两路测量管道口后的直管通道轴线503与气体流动方向B的夹角是在10度至35度之间，并且两路测量管道口后的直管通道轴线503与气体流动方向B夹角的角度相同。最佳夹角是20度至30度。连接两路测量管道口后的直管通道的是直通道504和505，直通道与作为所述流速传感器的压差传感器连接；直管通道与直通道的夹角在100度至145度之间。

上述实施例根据需要可以分别设计成模块，根据测量取样需要搭配组合，因此使用灵活、方便移动。

实施例4：

本实施例是对上述实施例的进一步改进，涉及上述任意实施例中的内容也是本实施例内容。

上述实施例中设计的取样器可以多种形式，但作为本实施例所涉及的所述取样器是一个可伸缩取样器，如图6所示：所述取样器包括伸入被测管道4内取样的伸缩管303和与被测气体管道取气接口401连接的外接装置，被测管道接口设置有手动球阀402，伸缩管内安装有所述气体取样管301，所述外接装置包括套在伸缩管外壁的套管304和设置在套管外部、与被测管道内气体相通的外气管路305，在外气管路上设置有外气控制阀门306；伸缩管的外壁固定有活塞307，活塞与套管的内壁及套管尾端管口密封件308形成密封空间309，所述密封空间设置有与外气管路相通的接口310，在密封空间设置有出气口311和出气口阀门312；从外气管路进入密封空间的气体可以推动气体取样管向前移动；其中：套管的前端和后端分别设置有前端接头313和后端接头314，前端接头用于与被测管道取气接口连接，前端接头的孔径与所述取气接口孔径相同并大于伸缩管外径，所述前端接头与后端接头连接所述外气管路，所述前端接头孔径内壁设有凸环315，凸环与伸缩管密封套接，所述前端接头孔径与伸缩管外壁的间隙与所述外气管路连通；在活塞与前端接头之间伸缩管与套管之间的缝隙空间内设置有出气口316，在伸缩管上设置刻度；在取样过程中，顺序控制外气控制阀门和密封空间端部出气口阀门从而控制气体取样管的伸进长度。

上述实施例中的所述阀门都是具备防暴功能的阀门，控制线路都经过了防爆处理，使得本系统能够适合可燃气体管道的应用。

实施例5：

一种气体管道的等动取样方法，通过气体管道等动取样系统实现，所述系统涉及了上述实施例系统，如图2所示，所述系统包括气体取样主管路，主管路一端为取样气进口，取样气进口与一个取样器的气体取样管连接，主管路另一端为取样气出口；在所述气体取样管的取样嘴旁位置同时设置有压差测量管道，在主管路进气口与出气口之间设置有一个旁路支管，旁路支管上设置有第一电控阀，在旁路支管与进气口之间的主管路上设置有一个测量进气压力的压力传感器，在旁路支管与主管路连接的进气端口和出气端口之间的主管路上设置有第二电控阀，在旁路支管出气端口与主管路出气口之间的主管路上分别顺序设置有流量计和比例调节阀，所述取样器中设置的压差测量管管道连接一个压差传感器；有一个调节控制器分别与压差传感器、第一电控阀和第二电控阀的电控端、压力传感器、流量计和比例调节阀连接，在所述第二电控阀与旁路支管出气端口之间的主管路上设置有颗粒物捕集器，所述第二电控阀是电控球阀，在旁路支管出气端口与流量计之间的主管路上设置有用于保护颗粒物捕集器的第三电控阀，第三电控阀电控端连接调节控制器；在所述第二电控阀与旁路支管进气端口之间的主管路上还设置有用于清洗管路的放气管，放气管上设置有第四电控阀，第四电控阀电控端连接调节控制器；

第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀处于关闭状态；将取样器气体取样管插入被测管道，根据取样管事先设定的标识转动取样管，使取样嘴面向气体流动方向；开启调节控制器，其中：所述方法包括：清洗取样器管路的步骤、调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤和平衡取样的步骤；

所述清洗取样器管路的步骤是：保持第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀的关闭状态，打开第四电控阀将气体从放气管排出、清洗取样器管路；

所述调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤是：保持第二电控阀的关闭状态，打开第一电控阀和第三电控阀，调节控制器根据压差传感器测量的被测气流的流速，通过与流量计信号的比对调节比例调节阀，进而控制主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速的平衡；

所述平衡取样的步骤是：当取样管气体流速与被测管道气体流速相差10%以内时，首先关闭第一电控阀和第三电控阀，打开第二电控阀，由于此时的第三电控阀处于关闭状态，第三电控阀前的主管道有压力，因此打开第二电控阀后流经颗粒物捕集器的气流缓慢，不会对捕集器造成破坏，第三电控阀对捕集器起到了包会作用；然后再打开第三电控阀，被测管道气体流过颗粒物捕集器对气体颗粒物进行捕集，同时气体经主管路取样气出口流出。

方案进一步是：为了减小取样出口压力，需要在所述第四电控阀与流量计之间的主管路上设置减压阀，由于管路存在压差，为了防止压差出现的管路冰堵；因此，在所述第四电控阀与流量计之间的主管路上还顺序设置有用于气体脱水的防冰堵单元、第一压力表、手动控制减压阀和第二压力表。

Claims (10)

1.一种气体管道等动取样系统，包括气体取样主管路，主管路一端为取样气进口，取样气进口与一个取样器的气体取样管连接，主管路另一端为取样气出口，在所述气体取样管的取样嘴旁位置同时设置流速传感器探头；其特征在于，在主管路进气口与出气口之间设置有一个旁路支管，旁路支管上设置有第一电控阀，在旁路支管与所述取样进气口之间的主管路上设置有一个测量进气压力的压力传感器，在旁路支管与主管路连接的进气端口和出气端口之间的主管路上设置有第二电控阀，在所述第二电控阀与旁路支管出气端口之间的主管路上设置有颗粒物捕集器，在旁路支管出气端口与主管路出气口之间的主管路上分别顺序设置有流量计和比例调节阀，所述取样器中设置的流速传感器探头连接一个流速传感器；有一个调节控制器分别与流速传感器、第一电控阀和第二电控阀的电控端、第一压力传感器、流量计和比例调节阀连接，所述调节控制器用于对主管路取样气出口的采样气体流速与流速传感器测得的被测气体管道中的气体流速进行比对调节。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述第二电控阀是电控球阀，在旁路支管出气端口与流量计之间的主管路上设置有用于保护颗粒物捕集器的第三电控阀，第三电控阀电控端连接调节控制器。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述第三电控阀与流量计之间的主管路上还顺序设置有防冰堵单元、第一压力表、手动控制减压阀和第二压力表。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述防冰堵单元包括有一个耐压壳体，在壳体上设置有一个进气口和出气口，在进气口和出气口之间设置有空腔，空腔中填充有吸收水分子的分子筛。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，在所述第二电控阀与旁路支管进气端口之间的主管路上还设置有用于清洗管路的放气管，放气管上设置有第四电控阀，第四电控阀电控端连接调节控制器。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述流速传感器探头是压差测量管道，压差测量管道分为两路测量管道，一路测量管道口面对被测管道中气体流动的方向，另一路测量管道口背对被测管道中气体流动的方向，两路测量管道口后的直管通道轴线与气体流动方向的夹角是在10度至35度之间，并且两个夹角一致。

7.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述取样器是一个可伸缩取样器，包括伸入被测管道内取样的伸缩管和与被测气体管道接口连接的外接装置，伸缩管内安装有所述气体取样管，所述外接装置包括套在伸缩管外壁的套管和设置在套管外部、与被测管道内气体相通的外气管路，在外气管路上设置有外气控制阀门；伸缩管的外壁固定有活塞，活塞与套管的内壁及套管尾端管口密封件形成密封空间，所述密封空间设置有与外气管路相通的接口，在密封空间设置有出气口和出气口阀门；从外气管路进入密封空间的气体可以推动气体取样管向前移动；在取样过程中，顺序控制外气控制阀门和密封空间端部出气口阀门从而控制气体取样管的伸进长度。

8.一种气体管道等动取样方法，通过气体管道等动取样系统实现，所述系统包括气体取样主管路，主管路一端为取样气进口，取样气进口与一个取样器的气体取样管连接，主管路另一端为取样气出口；在所述气体取样管的取样嘴旁位置同时设置有压差测量管道，在主管路进气口与出气口之间设置有一个旁路支管，旁路支管上设置有第一电控阀，在旁路支管与进气口之间的主管路上设置有一个测量进气压力的压力传感器，在旁路支管与主管路连接的进气端口和出气端口之间的主管路上设置有第二电控阀，在旁路支管出气端口与主管路出气口之间的主管路上分别顺序设置有流量计和比例调节阀，所述取样器中设置的压差测量管管道连接一个压差传感器；有一个调节控制器分别与压差传感器、第一电控阀和第二电控阀的电控端、压力传感器、流量计和比例调节阀连接，在所述第二电控阀与旁路支管出气端口之间的主管路上设置有颗粒物捕集器，所述第二电控阀是电控球阀，在旁路支管出气端口与流量计之间的主管路上设置有用于保护颗粒物捕集器的第三电控阀，第三电控阀电控端连接调节控制器；在所述第二电控阀与旁路支管进气端口之间的主管路上还设置有用于清洗管路的放气管，放气管上设置有第四电控阀，第四电控阀电控端连接调节控制器；

第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀、第四电控阀处于关闭状态；将取样器气体取样管插入被测管道，根据取样管事先设定的标识转动取样管，使取样嘴面向气体流动方向；开启调节控制器，其特征在于：所述方法包括：调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤和平衡取样的步骤；

所述调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤是：保持第二电控阀的关闭状态，打开第一电控阀和第三电控阀，调节控制器根据压差传感器测量的被测气流的流速，通过与流量计信号的比对调节比例调节阀，进而控制主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速的平衡；

所述平衡取样的步骤是：当取样管气体流速与被测管道气体流速相差10%以内时，首先关闭第一电控阀和第三电控阀，打开第二电控阀，然后再打开第三电控阀，被测管道气体流过颗粒物捕集器对气体颗粒物进行捕集，同时气体经主管路取样气出口流出。

9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，在所述调节主管路取样气出口的气体流速与被测管道气体流速平衡的步骤和平衡取样的步骤之前，所述方法进一步包括清洗取样器管路的步骤，其过程是：保持第一电控阀、第二电控阀、第三电控阀的关闭状态，打开第四电控阀将气体从放气管排出清洗取样器管路。

10.根据权利要求8所述方法，其特征在于，在所述第三电控阀与流量计之间的主管路上还顺序设置有用于气体脱水的防冰堵单元、第一压力表、手动控制减压阀和第二压力表。