CN107677518A - 一种用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，包括取样器组件，取样器组件的出口端与高温伴热管路的一端相连，高温伴热管路的另一端与进样气高温伴热管外端口相连，出样气高温伴热管外端口与介质分析柜连通，均压混合器进口与进样气高温伴热管内端口连通，出口管路与取样电磁阀、出样气高温伴热管内端口、反吹电动球阀分别连通，抽吸泵一端与取样电磁阀连通、另一端通过排气管与排灰烟道连通，反吹电动球阀通过反吹管路与抽吸泵相连，压缩气源管路与减压过滤器相连，减压过滤器与加热器相连，控制电路控制反吹电动球阀、取样电磁阀的通断信号。本发明实现多点混合式取样，取样器组件伴有反吹功能，保证长时间使用和样气抽取。

Description

一种用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统及方法，属于环境监测技术领域。

背景技术

目前国家环保严格控制污染性气体的监测与排放，如电厂脱硝、脱硫CEMS监测，部分数据需要上传环保局备案，因此科学准确测量其介质成分，尤为重要。目前市场上CEMS测量系统多为单点取样，由于大烟道内流场不均的情况较为严重，单点取样的代表性不强，所以测量结果往往偏差较大，且取样器易堵塞。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统及方法，实现多点混合式取样，采样单元伴有反吹功能，保证长时间使用和样气抽取。

技术方案：本发明所述用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，包括采样单元、高温伴热管路、控制柜、介质分析柜，所述采样单元包括分布在待取样烟道内的取样器组件，取样器组件的出口端与高温伴热管路的一端相连，高温伴热管路的另一端与控制柜相连；所述控制柜包括柜体以及设于柜体内的进样气高温伴热管、出样气高温伴热管、均压混合器、反吹电动球阀、加热器、取样电磁阀、抽吸泵、减压过滤器、控制电路、压缩气源管路；进样气高温伴热管外端口与高温伴热管路连通，出样气高温伴热管外端口与介质分析柜连通；均压混合器进口与进样气高温伴热管内端口连通，出口管路与取样电磁阀、出样气高温伴热管内端口、反吹电动球阀分别连通，抽吸泵一端与取样电磁阀连通、另一端通过排气管与排灰烟道连通，反吹电动球阀通过反吹管路与所述抽吸泵相连，压缩气源管路与减压过滤器相连，减压过滤器与加热器相连，控制电路控制反吹电动球阀、取样电磁阀的通断信号。

进一步完善上述技术方案，所述取样器组件包括支架、取样枪管、保护壳、过滤芯、焊接法兰、螺栓、槽钢；焊接法兰焊接于待取样烟道壁上，取样枪管尾端通过螺栓与焊接法兰相连、另一端通过支架水平支撑，支架通过槽钢固定在烟道壁上，焊接法兰设有内螺纹孔，内螺纹孔用于安装软管快拧接头与所述高温伴热管路连接；取样枪管上设有若干个取样孔，过滤芯套装在取样枪管上的取样孔处，保护壳设置在过滤芯处正向迎风面。支架起到固定取样枪管、便于整体更换的作用；

进一步地，所述取样枪管上每个取样孔到所述均压混合器进口的阻尼相同。取样枪管上根据设计要求开设若干个取样孔，每个取样孔尺寸通过计算所得，保证抽取样气时，每个孔到控制柜内的均压混合器的阻尼相等。

进一步地，所述过滤芯为烧结不锈钢网，精度为1μm、2μm、5μm中任一种。过滤芯的精度规格具体根据实际需求使用，过滤芯套装在取样管上，阻止灰尘进入取样管，是的取样管以及后面样气管路均不易堵塞。

进一步地，所述高温伴热管路、进样气高温伴热管、出样气高温伴热管均采用耐高温恒温伴热聚四氟乙烯管。耐高温恒温伴热聚四氟乙烯管可以使样气保持较高温度，不会析出杂质堵塞管路。

进一步地，所述均压混合器的进口数量与取样器组件的数量一致，进口通过软管快拧接头与所述进样气高温伴热管连通，进口呈圆周布置，进口到出口距离保持一致。均压混合器进口为四个内螺纹，出口一侧接抽吸泵、一侧接出样气高温伴热管至介质分析柜，均压混合器上进口数量与采样单元的取样枪管数量一致，每个进口呈圆周布置，到出口的距离保持一致，使得在抽取样气过程中，每条支路所受的抽取负压值相等；软管快拧接头为不锈钢材质，具有防腐耐高温性能，同时具有较好的密封性能。

进一步地，所述反吹电动球阀与所述取样电磁阀形成互锁，反吹电动球阀控制反吹管路通断，反吹时，反吹电动球阀打开，取样电磁阀关闭，压缩空气经过加热器加热后通过反吹球阀进入进样气管路吹扫采样单元。

进一步地，所述控制柜的柜体为户外柜，设计满足IP54要求，板厚不小于2mm，整体喷塑；所述取样电磁阀为常开型高温电磁阀，所述加热器为多腔体加热器，能够控温120℃-200℃，所述减压过滤器为具有自动排水和减压功能的大流量过滤器；所述压缩气源管路配有手动球阀，用于气源的人工开关。加热器具有优越的加热效率、良好的保温性能、简洁大气的外观、使用寿命长等优点；抽吸泵采用射流原理，利用过滤加热后的气源在喷口处形成射流并卷吸周围气体，形成负压，次抽吸泵可以产生较高的负压值以及抽吸流量，可以满足取样要求。

进一步地，所述介质分析柜包括气体分析仪表，取样泵、冷暖器、排水泵、控制电路。介质分析柜实现样气的成分在线测量输出功能。

上述用于多相流介质成分监测的多点分区取样系统进行多点分区取样方法，包括如下步骤：

步骤一：在取样枪管上根据烟道大小开设若干个采样孔，采样孔大小保证每个采样孔到均压混合器的阻尼大小相同；

步骤二：将过滤芯焊接于取样枪管开设的采样孔位置，使得采样孔位于过滤芯中间位置；

步骤三：将保护壳焊接在过滤芯的迎风面；

步骤四：焊接法兰焊接固定在烟道上，将步骤三的取样枪管穿过焊接法兰，调整保护壳方向正对迎风面；用螺栓将取样枪管和焊接法兰连接固定，焊接法兰设有内螺纹孔用于安装软管快拧接头与高温伴热管路连接；

步骤五：调整取样管水平后穿入支架，用槽钢将支架固定在烟道上；

步骤六：高温伴热管路一端通过软管快拧接头连接取样枪管，另一端连接控制柜的进样气高温伴热管路；

步骤七：将压缩气源管路与减压过滤器连接；

步骤八：安装加热器，入口连接减压过滤器；

步骤九：安装均压混合器，进口连接进样气高温伴热管路，出口管路连接反吹电动球阀、取样电磁阀、出样气高温伴热管路；

步骤十：安装抽吸泵，一端连接取样电磁阀，另一端通过排气管连接排灰烟道；

步骤十一：安装出样气高温伴热管，一端连接均压混合器的出口管路，另一端连接介质分析柜；

步骤十二：安装介质分析柜，并通过软管快拧接头连接来自控制柜的出样气高温伴热管路并将反吹信号送入控制柜，介质分析柜将测量数据产送至DCS系统。

有益效果：本发明提供的采样单元采用多组取样器组件同时抽取烟道同一截面内多个区域内的样气，样气在管路及控制柜内进行混合，实现多点混合式取样；取样器组件的取样孔处设有过滤芯，过滤芯可有效将气体中的粉尘完全过滤洁净；采样单元伴有反吹功能，保证过滤装置长时间使用和样气抽取；过滤后的样气经高温伴热管路流入均压混合器，使得在抽取样气过程中，每条支路所受的抽取负压值相等，且整个气体流通管路无死角和冷点，确保样气无吸附或化学损失；系统采用负压发生器作为动力源抽吸样气，无需电动抽吸泵，系统无任何运动部件，确保现场运行可靠及不受环境限制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为烟道内取样枪管布置的俯视图；

图3为取样器组件的结构示意图；

图4为图3的局部放大图；

图5为控制柜的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1、图2所示的用于多相流介质成分监测的多点分区取样系统，包括采样单元1、高温伴热管路2、控制柜3、介质分析柜4；采样单元1包括四只取样器组件（根据具体烟道大小，可增加取样器组件）。

如图3、图4所示的取样器组件，包括支架11、取样枪管12、保护壳13、过滤芯14、焊接法兰15、螺栓16、槽钢17；焊接法兰15焊接于待取样烟道壁上，取样枪管12尾端通过螺栓16与焊接法兰15相连、另一端通过支架11水平支撑，支架11通过槽钢17固定在烟道壁上，焊接法兰15设有内螺纹孔，内螺纹孔用于安装软管快拧接头与高温伴热管路连接；取样枪管12上设有若干个取样孔，过滤芯14套装在取样枪管12上的取样孔处，保护壳13设置在过滤芯14处正向迎风面，保护壳13为耐磨材质，正对迎风面，起到保护过滤芯14的作用。

如图5所示的控制柜，包括柜体1以及设于柜体1内的进样气高温伴热管32、出样气高温伴热管33、均压混合器35、反吹电动球阀36、加热器37、取样电磁阀38、抽吸泵39、减压过滤器310、控制电路311、压缩气源管路312；进样气高温伴热管32外端口与高温伴热管路2连通，出样气高温伴热管33外端口与介质分析柜4连通，均压混合器35进口与进样气高温伴热管32内端口连通，出口管路与取样电磁阀38、出样气高温伴热管33内端口、反吹电动球阀36分别连通，抽吸泵39一端与取样电磁阀38连通、另一端通过排气管与排灰烟道连通，反吹电动球阀36通过反吹管路与抽吸泵39相连，压缩气源管路312与减压过滤器310相连，减压过滤器310与加热器37相连，控制电路控311制反吹电动球阀36、取样电磁阀38的通断信号。

介质分析柜包括气体分析仪表，取样泵、冷暖器、排水泵、控制电路。

安装过程如下：

步骤一，在取样枪管12上根据烟道大小开设设计数量的采样孔，采样孔大小通过计算管道阻尼，保证每个采样孔到图三中均压混合器35的阻尼大小相同；

步骤二，将过滤芯14焊接于取样枪管12开设的采样孔位置，使得采样孔位于过滤芯14中间位置；

步骤三，将保护壳13焊接在过滤芯14的迎风面，用于保护过滤芯14被颗粒物冲刷磨损；

步骤四，将步骤三的取样枪管12穿过烟道壁上焊接的焊接法兰15，调整保护壳13方向正对迎风面；

步骤五，用螺栓16将取样枪管12和焊接法兰15连接固定，焊接法兰15设有内螺纹孔用于安装软管快拧接头与高温伴热管路连接；

步骤六，调整取样枪管12水平后穿入支架11；

步骤七，用槽钢17将支架11固定在烟道上；

步骤八，高温伴热管路2一端通过软管快拧接头连接采样单元的取样枪管12，另一端连接控制柜；

步骤九，将压缩气源管路312与减压过滤器310连接；

步骤十，安装加热器37，入口连接减压过滤器310；

步骤十一，安装均压混合器35，进口连接进样气高温伴热管路32，出口管路连接反吹电动球阀36、取样电磁阀38、出样气高温伴热管路33；

步骤十二，安装抽吸泵39，一端连接取样电磁阀38，另一端通过排气管连接排灰烟道；

步骤十三，安装出样气高温伴热管33，一端连接均压混合器35，另一端连接介质分析柜4；

步骤十四，安装介质分析柜4，并通过软管快拧接头连接来自控制柜3的出样气高温伴热管路33并将反吹信号送入控制柜3，介质分析柜4将测量数据产送至DCS系统。

工作过程：通过控制单元3中的抽吸泵39抽取，样气通过采样单元1的各个过滤芯34进入高温伴热管路2进入控制单元3的均压混合器35，介质分析柜4从均压混合器35中抽取样气进行介质成分在线分析，在设定采样时间后介质分析柜4给出反吹型号，进入控制柜3，控制柜3根据反吹信号，控制其中的取样电磁阀38和反吹电动电磁阀的通断，实现采用单元的反吹，完成一个采样测量周期，之后重复执行以上程序，实现自动化在线测量分析功能。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (10)

1.一种用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：包括采样单元、高温伴热管路、控制柜、介质分析柜，所述采样单元包括分布在待取样烟道内的取样器组件，取样器组件的出口端与高温伴热管路的一端相连，高温伴热管路的另一端与控制柜相连；所述控制柜包括柜体以及设于柜体内的进样气高温伴热管、出样气高温伴热管、均压混合器、反吹电动球阀、加热器、取样电磁阀、抽吸泵、减压过滤器、控制电路、压缩气源管路；进样气高温伴热管外端口与高温伴热管路连通，出样气高温伴热管外端口与介质分析柜连通；均压混合器进口与进样气高温伴热管内端口连通，出口管路与取样电磁阀、出样气高温伴热管内端口、反吹电动球阀分别连通，抽吸泵一端与取样电磁阀连通、另一端通过排气管与排灰烟道连通，反吹电动球阀通过反吹管路与所述抽吸泵相连，压缩气源管路与减压过滤器相连，减压过滤器与加热器相连，控制电路控制反吹电动球阀、取样电磁阀的通断信号。

2.根据权利要求1所述的用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：所述取样器组件包括支架、取样枪管、保护壳、过滤芯、焊接法兰、螺栓、槽钢；焊接法兰焊接于待取样烟道壁上，取样枪管尾端通过螺栓与焊接法兰相连、另一端通过支架水平支撑，支架通过槽钢固定在烟道壁上，焊接法兰设有内螺纹孔，内螺纹孔用于安装软管快拧接头与所述高温伴热管路连接；取样枪管上设有若干个取样孔，过滤芯套装在取样枪管上的取样孔处，保护壳设置在过滤芯处正向迎风面。

3.根据权利要求2所述的用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：所述取样枪管上每个取样孔到所述均压混合器进口的阻尼相同。

4.根据权利要求2所述的用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：所述过滤芯为烧结不锈钢网，精度为1μm、2μm、5μm中任一种。

5.根据权利要求1所述的用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：所述高温伴热管路、进样气高温伴热管、出样气高温伴热管均采用耐高温恒温伴热聚四氟乙烯管。

6.根据权利要求1所述的用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：所述均压混合器的进口数量与取样器组件的数量一致，进口通过软管快拧接头与所述进样气高温伴热管连通，进口呈圆周布置，进口到出口距离保持一致。

7.根据权利要求1所述的用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：所述反吹电动球阀与所述取样电磁阀形成互锁，反吹电动球阀控制反吹管路通断，反吹时，反吹电动球阀打开，取样电磁阀关闭，压缩空气经过加热器加热后通过反吹球阀进入进样气管路吹扫采样单元。

8.根据权利要求1所述的用于多相流介质成分监测的全截面多点取样系统，其特征在于：所述控制柜的柜体为户外柜，设计满足IP54要求，板厚不小于2mm，整体喷塑；所述取样电磁阀为常开型高温电磁阀，所述加热器为多腔体加热器，能够控温120℃-200℃，所述减压过滤器为具有自动排水和减压功能的大流量过滤器；所述压缩气源管路配有手动球阀，用于气源的人工开关。

9.根据权利要求1所述用于多相流介质成分监测的多点分区取样系统，其特征在于：所述介质分析柜包括气体分析仪表，取样泵、冷暖器、排水泵、控制电路。

10.根据权利要求1至9任一所述用于多相流介质成分监测的多点分区取样系统进行多点分区取样方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在取样枪管上根据烟道大小开设若干个采样孔，采样孔大小保证每个采样孔到均压混合器的阻尼大小相同；

步骤二：将过滤芯焊接于取样枪管开设的采样孔位置，使得采样孔位于过滤芯中间位置；

步骤三：将保护壳焊接在过滤芯的迎风面；

步骤四：焊接法兰焊接固定在烟道上，将步骤三的取样枪管穿过焊接法兰，调整保护壳方向正对迎风面；用螺栓将取样枪管和焊接法兰连接固定，焊接法兰设有内螺纹孔用于安装软管快拧接头与高温伴热管路连接；

步骤五：调整取样管水平后穿入支架，用槽钢将支架固定在烟道上；

步骤六：高温伴热管路一端通过软管快拧接头连接取样枪管，另一端连接控制柜的进样气高温伴热管路；

步骤七：将压缩气源管路与减压过滤器连接；

步骤八：安装加热器，入口连接减压过滤器；

步骤九：安装均压混合器，进口连接进样气高温伴热管路，出口管路连接反吹电动球阀、取样电磁阀、出样气高温伴热管路；

步骤十：安装抽吸泵，一端连接取样电磁阀，另一端通过排气管连接排灰烟道；

步骤十一：安装出样气高温伴热管，一端连接均压混合器的出口管路，另一端连接介质分析柜；

步骤十二：安装介质分析柜，并通过软管快拧接头连接来自控制柜的出样气高温伴热管路并将反吹信号送入控制柜，介质分析柜将测量数据产送至DCS系统。