CN107727541B - 管道内气溶胶监测装置及方法以及管道系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种管道内气溶胶监测装置及方法以及管道系统，监测装置包括：变径机构能对管道的开度进行控制；检测路设置有用于对气溶胶浓度和粒径分布气溶胶浓度和粒径分布进行测试的测量装置；采样机构的入口端与位于变径机构上游的管道连通，采样机构的出口端与检测路的入口连通；回流机构的出口端与位于变径机构下游的管道连通，回流机构的入口端与检测路的出口连通；第一检测机构，第一检测机构用于对管道内的气体的流量进行检测；第二检测机构，第二检测机构用于对检测路内的气体的流量进行检测；第一控制阀，第一控制阀用于对检测路内的气体的流量进行控制。该监测装置可动态调整变径机构的开度，实现样品气体的流速与管道内气体的流速相同，提高了测量的精确性。

Description

管道内气溶胶监测装置及方法以及管道系统

技术领域

本发明是涉及管道领域，具体的是一种管道内气溶胶监测装置及方法以及管道系统。

背景技术

通常，管道内的气体往往会带有一些粉尘或杂质，这些杂质可能会危害管道的运行安全。例如，高压天然气管道在开采和集输过程中一般都会夹带有粉尘和液滴等颗粒物杂质。特别是刚建成的高压天然气管道，施工残留的粉尘直接威胁下游设备的运行安全，对燃气轮机和压缩机的影响尤为严重。而高压天然气管道的长期运行过程中，由于天然气气质的变化会存在凝析液和水的生成和沉积，高压天然气管道内腐蚀和内涂层脱落等会增加固体杂质的含量，尤其在清管工况下，对下游的增压设备、仪表阀门等影响较大。天然气站场常用旋风分离器和过滤器除去上述颗粒物杂质。

旋风分离器等分离设备在建站初期和清管时除尘效果明显，能够满足工艺要求。但在运行一段时间后，旋风分离器内存在的关键部件磨蚀、颗粒物杂质沉积等问题，会影响到旋风分离器的实际运行性能。过滤器的核心元件是滤芯，作为非标设备，不同生产商、不同批次的滤芯的实际过滤性能参差不起，因滤芯设计不合理、使用操作不当等问题导致的过滤器失效、压缩机非正常停机等事故时有发生。因此，对实际管道内的气溶胶浓度和粒径分布进行检测及监测，有助于了解管道内气质状况和评价过滤分离设备的实际性能，最大限度的保障管道运行安全。

在中国专利库中公开了一份专利号为“ZL201210479392.5”、名称为“适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置及方法”的文件，其公开了一种适用于高压气体管道内颗粒物在线检测的装置及方法，在线检测单元包括依次串接的主采样嘴以及流量分配器；主采样嘴的前端伸入需检测的高压气体管道内，末端串接流量分配器气体进口；流量分配器设置有一个腔体，腔体分出主路及旁路两条管路，主路依次串接二次采样嘴、在线颗粒物粒径谱仪以及第一质量流量控制器，旁路串接第二质量流量控制器；主采样嘴从高压气体管道内采样后，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别经二次采样嘴和旁路出口排出。

该装置还可进一步包括离线检测单元、长期在线监测单元。离线检测单元包括第二颗粒物捕集器，第二颗粒物捕集器一端连接于主采样嘴与流量分配器之间的管路，另一端连接于旁路出口与第二质量流量控制器之前的管路上，主要用于将其检测结果同在线检测的结果比较，验证可靠性。长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器用于检测管道内的粉尘情况，将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测。

但是，该发明仍然存在以下不足：

一、该发明对样品气的后续处理方式仅为“排出”。“排出”一般可以理解为“引至安全区域放空”，这会造成了样品气体的浪费，尤其是高压工况和等动采样的条件下，样品气的损失量较大。以压力10MPa、气体流速为10m/s的管道使用内径为6mm的采样管等动取样为例，所需的样品气流量达400Nm³/h。也可理解为“样品气通入其它容器而避免放空浪费”或“增压回注到原管道”，这类处理方法对工艺和设备的要求较高，不仅增加了样品气压力容器或气体压缩机、连接管路等多个气体泄露风险点，也增大了购置样品气增压回注设备、现场施工工作量、设备空间等综合成本。

二、该发明采用的静电浓度传感器仅能粗略得到颗粒物杂质的浓度情况，并不能同时实现颗粒物杂质的浓度和粒径分布的在线测试，尤其是不适于在线监测和分析过滤分离设备对不同粒径的颗粒的分离效率。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种管道内气溶胶监测装置及方法以及管道系统，其能够解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了：一种管道内气溶胶监测装置，包括：

变径机构，所述变径机构能对所述管道的开度进行控制；

检测路，所述检测路上设置有用于对气溶胶浓度和粒径分布进行测试的测量装置；

采样机构，所述采样机构的入口端与位于所述变径机构上游的所述管道连通，所述采样机构的出口端与所述检测路的入口连通；

回流机构，所述回流机构的出口端与位于所述变径机构下游的所述管道连通，所述回流机构的入口端与所述检测路的出口连通；

第一检测机构，所述第一检测机构用于对管道内的气体进行检测；

第二检测机构，所述第二检测机构用于对检测路内的气体进行检测；

第一控制阀，所述第一控制阀用于对所述检测路内的气体进行控制。

进一步地，所述变径机构包括多个沿圆周方向排布的楔形挡板，各个所述楔形挡板通过调节支点与旋转轨道转动连接，所述变径机构还包括设置在管道侧壁上并能绕其自身轴线转动的旋转轴，所述旋转轴与所述旋转轨道传动连接，从而使所述旋转轨道能沿圆周方向转动。

进一步地，所述检测路上还设置有第一颗粒物捕集器，所述第一颗粒物捕集器的过滤精度大于或等于0.3微米。

进一步地，所述采样机构包括一运动部件，以使所述采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于检测状态时面向管道内的气体的流动方向，并能使所述采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于非检测状态时不面向管道内的气体的流动方向。

进一步地，所述采样机构包括插设在所述管道侧壁的采样管和用于驱使所述采样管转动的驱动机构，所述驱动机构能使所述采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于检测状态时面向管道内的气体的流动方向，并能使所述采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于非检测状态时背向管道内的气体的流动方向。

进一步地，所述管道内气溶胶监测装置包括旁通路，所述旁通路与所述检测路并联，所述旁通路上设置有用于对所述旁通路进行控制的第二控制阀。

进一步地，所述管道内气溶胶监测装置包括流量分配器，所述流量分配器具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述流量分配器的输入端与所述采样机构的出口端连通，所述流量分配器的第一输出端与检测路的入口连通，所述流量分配器的第二输出端与旁通路的入口连通。

进一步地，所述第一检测机构包括能对所述变径机构的入口和出口处的压力差进行检测的差压变送器。

进一步地，所述采样机构和所述回流机构分别包括采样阀门和回流阀门，以控制该管道内气溶胶监测装置的运行和停止。

进一步地，所述采样机构和所述检测路上分别设置有第一放空阀门和第二放空阀门。

进一步地，该管道内气溶胶监测装置还包括一保温装置，该保温装置用于使测量装置内的样品的温度不低于管道内气体的温度。

进一步地，该管道内气溶胶监测装置还包括用于对所述管道内气溶胶监测装置进行控制的控制部，所述控制部与所述测量装置集成设置，或，所述控制部独立设置。

本申请实施例还公开了一种管道内气溶胶监测方法，包括以下步骤：

获取正常状态下管道内气体的流速，从而得到对应于检测路所需的流量定值；

对进入检测路内的气体的流量进行调节；

当进入检测路内的气体的流量与检测路所需的流量定值相同时，对检测路内的气体进行检测。

本申请实施例还公开了一种管道系统，包括过滤分离设备以及设置在所述过滤分离设备上游和下游的如上述的管道内气溶胶监测装置。

本发明的有益效果是：

1、通过动态调整变径机构，实现了样品气体的流速与管道内气体流速相同，提高了测量的精确性；

2、样品气体可回流至原管道，解决了高压样品气体的后续处理难题，避免了资源的浪费；

3、采样机构在非检测状态时不面向气流，从而避免了采样机构的入口在非检测时段的颗粒物杂质沉积、堵塞采样口，进而避免再次检测时所沉积的粉尘被带入管道内气溶胶监测装置造成数据误差。

4、气溶胶粒径谱仪可以使得监测过程具有自动控制、高浓度报警、采样管路清扫等功能，实现管道内气溶胶浓度和粒径分布的长期在线监测。

5、该管道内气溶胶监测装置可以进一步拓展到过滤分离设备的分离性能检测，解决了高压工况下过滤分离设备的实际性能无法长期监测的难题。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例中的管道内气溶胶监测装置的结构示意图。

图2a是图1中的变径机构的一个状态的结构示意图。

图2b是图1中的变径机构的另一个状态的结构示意图。

图3是采用光散射法的气溶胶粒径谱仪的原理示意图。

图4是气溶胶粒径谱仪的结构示意图。

图5是采样机构的结构示意图。

图6是回流机构沿管道的轴向的截面示意图。

图7a是一种回流机构沿管道的径向的截面示意图。

图7b是另一种回流机构沿管道的径向的截面示意图。

图8是管道内气溶胶监测装置的流程示意图。

图9是本发明实施例中的管道系统的结构示意图。

以上附图的附图标记：1-采样机构，2-采样阀门，3-流量分配器，4-气溶胶粒径谱仪，5-第一颗粒物捕集器，6-第二颗粒物捕集器，7-第二检测机构，8-第三检测机构，9-第一控制阀门，10-第二控制阀门，11-回流阀门，12-回流机构，13-第一放空阀门，14-第二放空阀门，15-变径机构，16-第一检测机构，1a-采样嘴，1b-驱动机构，1c-采样管，1d-密封部，15a-楔形挡板、15b-执行器、15c-旋转轴、15d-旋转轨道、15e-调节支点，4a-光电探测分析单元、4b-信号采集和输出单元、4c-中央处理单元、4d-现场显示和控制单元、4e-通讯单元，17-管道内气溶胶监测装置，18-过滤分离设备，20-检测路，21-旁通路，22-管道；23-照明系统，24-散射光收集系统，25-信号处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，本申请实施例公开了一种管道内气溶胶监测装置17，包括：变径机构15，所述变径机构15能对所述管道22的开度进行控制；检测路20，所述检测路20上设置有用于对气溶胶浓度和粒径分布进行测试的测量装置；采样机构，所述采样机构的入口端与位于所述变径机构15上游的所述管道22连通，所述采样机构的出口端与所述检测路20的入口连通；回流机构12，所述回流机构12的出口端与位于所述变径机构15下游的所述管道22连通，所述回流机构12的入口端与所述检测路20的出口连通；第一检测机构16，所述第一检测机构16用于对管道22内的气体的流量进行检测；第二检测机构7，所述第二检测机构7用于对检测路20内的气体的流量进行检测；第一控制阀，所述第一控制阀用于对所述检测路20内的气体的流量进行控制。

借由上述机构，第一检测机构16可以测量得到管道22正常状态下的流量。并且通过变径机构15和第一控制阀来调节检测路20中的流量，从而使得检测路20中的气体的流速和管道22正常状态下的流速相同。这样测量装置可以对与管道22正常状态下相同流速的气体进行测量，从而使测量的气体趋近于实际情况，减少采样造成的颗粒物变化，进而获得更加准确的结果。另外，回流机构12回流入管道22的气体的流速也较快，不会对管道22内的气体产生影响。

参照图2a和图2b所示，具体的，变径机构15包括多个沿圆周方向排布的楔形挡板15a，各个楔形挡板15a通过一调节支点15e与能沿圆周方向转动的旋转轨道15d转动连接。变径机构15还包括设置在管道22侧壁的能绕其自身轴线转动并与所述旋转轨道15d传动连接的旋转轴15c。操作人员可以通过旋转旋转轴15c，使得旋转轨道15d沿管道22的轴线方向转动，从而调节各个楔形挡板15a形成的开口的截面积的大小(即管道22的开度)。

例如，参照图2a，此时其中一个调节支点15e(图中最为接近旋转轴15c的一个)与旋转轴15c的轴线之间形成的夹角为9°(其开度为70％)。操作人员通过旋转旋转轴15c使得旋转轨道15d转动，从而使与上图中相同的一个调节支点15e与旋转轴15c的轴线之间形成的夹角变为15°(其开度为40％)(参照图2b)。由此，各个楔形挡块相互作用下，使得管道22的开度变小。相似的，操作人员也可以通过旋转旋转轴15c使得管道22的开度变大。优选地，为了方便操作，所述旋转轴15c位于所述管道22外的一端可以设置有执行器15b。

变径机构15可以渐进式的缩小内径，避免管道22内气体因管径突变而出现严重的紊流，保证了管道22内气体流动的平顺，使进入采样嘴1a的样品气具有代表性。

当然的，在其他可选的实施方式中，所述变径机构15还可以为其他结构，只要所述变径机构15能够基于需求机械地或电动或气动地调节管道22的开度。

参照图1所示，所述第一检测机构16包括能对所述变径机构15的入口和出口处的压力差进行检测的差压变送器。其中，差压变送器用于测量变径机构15前后管壁附近的压差。在获取到管道22的开度值以及变径机构15的压差后，就可以得到采样机构的入口处的气体流速，进而可以根据测量装置的内径换算出实现“等动采样”所需的样品气流量。“等动采样”，也称“等速采样”，一般是指测量的样品的气体速度与管道22处于正常状态下的气体速度相等，目的是为了减少采样造成的颗粒物变化。

当然的，在其他可选的实施方式中，所述第一检测机构16可以为其他能够计算得到管道22内气体流速的检测装置。例如所述第一检测机构16可以对管道22内的流量进行检测，从而基于管道22的开度来得到气体的流速。

参照图1所示，所述检测路20上设置有用于对采样出的气体进行检测的测量装置。所述测量装置为气溶胶粒径谱仪4。气溶胶粒径谱仪4用于测量样品气气溶胶中的颗粒物浓度和粒径分布。气溶胶，又称气体分散体系，是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，其分散相为固体或液体小质点，其大小为0.001～100微米，分散介质为气体。

在本实施方式中，所述气溶胶粒径谱仪4可以采用光散射法来在线进行检测。光散射法的基本原理主要是基于Mie散射理论，是除了称重法以外唯一得到标准认可的测量法，是目前颗粒物浓度和粒度测量中应用较为广泛、普遍的方法。采用光散射法的气溶胶粒径谱仪4一般包括光源、照明系统23、散射光收集系统24、信号处理系统25等，其工作流程如图3所示：光源发出的光经过照明系统23后准直为一束平行光射入含尘气流管道22，接受光路接收粒子群散射光强的大小取决于粉尘大小及光波长，颗粒的散射光通过接收系统传递至光电传感器，光电传感器光信号转换成电信号，经电信号的测量脉冲数目和单个脉冲的高度，进而计算得被测气流中的含尘浓度和粒度分布。

具体的，参照图4所示，气溶胶粒径谱仪4包括光电探测分析单元4a、信号采集和输出单元4b、中央处理单元4c、现场显示和控制单元4d、通讯单元4e。

其中，光电探测分析单元4a负责颗粒物信号的探测、将散射光脉冲转化为电信号、并分析颗粒脉冲个数和强度等信息，进而传输给信号采集和输出单元4b。优选地，光电探测分析单元4a集成有温度和压力传感模块(独立的温度和压力传感器也可设置在在线气溶胶粒径谱仪4和检测路20颗粒物捕集器5之间的管路上)。

其中，信号采集和输出单元4b的功能包括信号采集和信号输出。信号采集包括光电探测分析单元4a传来的颗粒信息、阀门状态信息、管道22内气体流量或流速(包括主管道22、检测路20和旁通路21)、管道22内气体温度和压力等信号。信号输出包括开启和关闭光电探测分析单元的控制信号、相关阀门和变径机构15、旋转轴15c等控制信号等。

其中，中央处理单元4c负责信号采集和输出单元4b所提供信号的分析和记录，并将相应操作指令通过信号采集和输出单元4b传达到相应执行机构，同时将系统信息展示在现场显示和控制单元4d，并通过通讯单元4e远传至中控室等远程终端。此外，中央处理单元4c也负责处理来自现场显示和控制单元4d、通讯单元4e所接收到的指令，并控制在线监测装置中的各部件完成影响的指令程序。

当然的，在其他可选的方式中，气溶胶粒径谱仪4还可以使用光散射法等。若只需要得到颗粒物浓度可选择光透射法、电容法、微波法、超声波法、静电法等。例如，采用静电法的气溶胶粒径谱仪4利用静电感应原理，将静电感应探针插入含尘气流管道22，探针外端通过导线接地，当含尘气流中的粉尘颗粒与探针碰撞或到达探针附近时，探针会感应到静电电荷，并将电荷通过接地导线引入地，利用高性能放大器检测导线中的微小电流，可以对粉尘浓度的变化进行监测。

结合图1所示，所述检测路20上还设置有第二检测机构7和第一控制阀。所述第二检测机构7用于对检测路20内的气体进行检测。第二检测机构7可以为流量计。所述第一控制阀用于对所述检测路20内的气体进行控制。第一控制阀可以为能调节开度的蝶阀。

当第一检测机构16测量得到正常状态下管道22内气体的流速后，从而测得检测路20所需的气体的流量值。然后通过调节变径机构15来初步调节进入检测路20的气体的流量，再通过第一控制阀来精确调节检测路20内的气体的流量，以使经过测量装置的气体的流速与正常状态下管道22内气体的流速相等。

优选地，所述检测路20上还设置有第一颗粒物捕集器5。第一颗粒物捕集器5可以用于捕集检测路20样品气中的颗粒物，其过滤精度应达到0.3微米或更高，阻力应尽可能低。该捕集器的过滤材料选用金属烧结材料或金属纤维材料。通过计算一定样品气量下捕集到的颗粒物质量，可得到样品气中的颗粒物质量浓度，通过颗粒物粒径分析手段(包括库尔特电阻法、激光衍射法等)可得到颗粒物的粒径分布，便于与气溶胶粒径谱仪4的测试结果相对比。

所述检测路20通过采样机构以及回流机构12构成气路循环。具体的，所述采样机构的入口端与位于所述变径机构15上游的所述管道22连通，所述采样机构的出口端与所述检测路20的入口连通。所述回流机构12的出口端与位于所述变径机构15下游的所述管道22连通，所述回流机构12的入口端与所述检测路20的出口连通。

所述采样机构包括一运动部件，以使所述采样嘴1a(即采样管1c的开口)在所述管道内气溶胶监测装置17处于检测状态时面向管道22内的气体的流动方向，并能使所述采样嘴1a在所述管道内气溶胶监测装置17处于非检测状态时背向管道22内的气体的流动方向。

参照图5所示，在本实施方式中，所述采样机构包括插设在所述管道22侧壁的采样管1c和用于驱使所述采样管1c绕其自身轴线转动的驱动机构1b，所述驱动机构1b能使所述采样嘴1a在所述管道内气溶胶监测装置17处于检测状态时面向管道22内的气体的流动方向，并能使所述采样嘴1a在所述管道内气溶胶监测装置17处于非检测状态时背向管道22内的气体的流动方向。优选地，所述采样机构还包括套设在所述采样管1c外的密封部1d。所述密封部1d能将管道22密封，并能使采样管1c转动。

当该管道内气溶胶监测装置处于工作状态，采样嘴1a面对气流方向(图中虚线)，以接收管道22输出的气体。当该管道内气溶胶监测装置停止工作时，在驱动机构1b的带动下，采样管1c绕其自身轴线转动(以180度为宜)，使得采样嘴1a背对气流方向(图中实线)，以避免颗粒物杂质在采样嘴1a处沉积。相似的，在驱动机构1b的作用下，采样嘴1a也可以从背对气流方向旋转至面对气流方向。

在另一个可选的实施方式中，所述采样机构可以包括伸缩机构。当所述管道内气溶胶监测装置处于检测状态时，所述伸缩机构处于张开状态，使得所述采样嘴1a面向所述气流方向。当所述管道内气溶胶监测装置处于停止状态时，所述伸缩机构处于缩回状态，使得所述采样嘴1a不面向所述气流方向，以避免颗粒物杂质在采样嘴1a处沉积。当然的，所述采样机构可以为其他能实现避免非监测时间段内采样嘴1a处的杂质沉积的目的的运动部件，例如，可以为可弯曲的结构等。

参照图6所示，回流机构12用于将经过检测路20测量后的气体回流至管道22内。回流机构12的出口端设置在变径机构15的下游负压区，其距变径机构15的距离与插入深度由管道22的管径、管道22常用流速和变径机构15的常用开度等共同决定。回流机构12的出口端设置在变径机构15后的负压区，增加采样机构与回流机构12的压力差，增强变径机构15降压效果。

参照图7a所示，在本实施方式中，回流机构12可以包括回流主管、连接于回流主管上的多个回流副管(例如三个)。回流副管可以沿圆周方向间隔排布，以增大回流通道截面，减小回流管道22阻力，避免杂质沉积。参照图7b所示，在其他可选的实施方式中，根据实际情况，选用一个回流副管，或沿截面分布多个出口端。

结合图1所示，优选地，所述管道内气溶胶监测装置17包括旁通路21，所述旁通路21与所述检测路20并联，所述旁通路21上设置有用于对所述旁通路21进行控制的第二控制阀。所述第二控制阀可以控制旁通路21的开启或关闭。当样品气流量(即经过与正常状态下高压通道内的流速换算后样品所对应的流量)不大于检测路20所需的流量定值时，所述第二控制阀关闭。当样品气流量大于检测路20所需的流量定值时，第二控制阀开启，让多余的样品气流经旁通路21。更优选地，所述旁通路21上还可以设置有用于对旁通路21上的流量进行检测的第三检测机构8(例如第三流量计)。所述第三检测机构8测量得到的旁通路21的气体流量与第二检测机构7测量得到的气体流量之和，就可以得到采样机构采样得到的采样气体的样品气流量。或者，所述旁通路21上还可以设置有第二颗粒物捕集器6。第二颗粒物捕集器6的具体结构可以参照上文中的第一颗粒物捕集器5，在此不再累述。第二颗粒物捕集器6可以过滤进入旁通路21的气体，避免气体中的颗粒物杂质影响减压阀和流量计的正常工作；

结合图1所示，在一个可选的实施方式中，所述管道内气溶胶监测装置17包括流量分配器3，所述流量分配器3具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述流量分配器3的输入端与所述采样机构的出口端连通。所述流量分配器3的第一输出端与检测路20的入口连通。所述流量分配器3的第二输出端与旁通路21的入口连通。由于流量分配器3具有一定的容积空间，因而流量分配器3可以使进入检测路20的气体的气流稳定。

结合图1所示，在一个可选的实施方式中，所述采样机构和所述回流机构12分别包括采样阀门2和回流阀门11，以控制该管道内气溶胶监测装置的运行和停止。为了使该管道内气溶胶监测装置处于运行状态，所述采样阀门2和所述回流阀门11分别处于开启状态。为了使该管道内气溶胶监测装置处于停止状态，所述采样阀门2和所述回流阀门11分别处于关断状态。

结合图1所示，在另一个可选的实施方式中，所述采样机构和所述检测路20上分别设置有第一放空阀门13和第二放空阀门14。第一放空阀门13和第二放空阀门14用于监测装置在维护和维修时泄压，也用于对监测装置管路的清扫。

特别的，本申请中的管道内气溶胶监测装置17的各部件通过耐高压管路连接，保证良好密封。

优选地，该管道内气溶胶监测装置还包括在检测管路和部件外壳上设置保温装置(图中未示出)，该保温装置可以包括设置在各个管路外侧的保温层和/或电伴热装置，以避免样品气从主管路引出后降温而导致液体析出，影响测试结果；从而保证测量装置内的样品的温度不低于管道22内气体的温度。

优选地，采样阀门2、回流阀门11、第一放空阀门13和第二放空阀门14采用可远程控制的电动或气动球阀，第一控制阀门10、第二控制阀门采用可远程控制的电动蝶阀，变径机构15的执行机构采用电动或气动方式。此外，阀门均与置于在线气溶胶粒径谱仪4内的数据采集和输出单元4b相联，将其阀门状态(阀门开或关、阀门开度等信息)传输至通过中央处理单元4c，并接收中央处理单元4a发出的控制信号，进行相应的操作，使得采样管1c内的样品气量满足等动采样的要求。在其他可选的实施方式中，如独立设置管道内气溶胶监测装置运行控制单元、颗粒物探测信号发至其它终端处理等手段，均可以实现本发明对管道22内颗粒物检测和装置自动控制的目的。

该管道内气溶胶监测装置17管道22的安装方式可以将该管道内气溶胶监测装置与管道22的前后管路可通过法兰连接(类似于管道22流量计的安装形式)，拆装方便。

本申请实施例中的监测方法包括以下步骤：

获取正常状态下管道22内气体的流速，从而得到对应的通过检测路20所需的流量定值；

调节变径机构15来改变管道22的开度，从而使变径机构15前后形成的气体压力差；当该压力差值足够大时，气体会克服在线监测管路内的阻力(阻力主要来源为流量分配室，以及检测路20和旁通路21中的部件，尤其是第一颗粒物捕集器5和第二颗粒物捕集器6)，通过采样机构和检测路20，并从回流机构12流回管道22中；

当引入的样品气量小于检测所需的样品气量时，管道内气溶胶监测装置将控制变径机构15继续减少内径，使更多的气体通过管道内气溶胶监测装置。

当样品气流量不大于检测路20所需的流量定值时，第一控制阀门10完全开启，第二控制阀门关闭，样品气完全经过检测路20。

当样品气流量大于检测路20所需的流量定值时，调整第一控制阀门10的开度，使检测路20的样品气流量等于所需的流量定值，第二控制阀门开启，多余的样品气流经旁路。

当进入检测路20内的气体的流量与检测路20所需的流量定值相同时，对检测路20内的气体进行检测。

在监测过程中，根据管道22流量变化，实时计算所需的样品气气量变化，进而反馈控制变径机构15的开度、其它阀门的开关或开度等，实现监测过程的自动控制。同时，对变径机构15设置闭合上限，降低因管径降低过多，造成压差过大，影响正常气体输送。

本申请实施例中的详细步骤可以参见图8。

参见图9所示，本发明实施例还公开了一种管道系统，其包括用于过滤分离的过滤分离设备18、以及分别位于过滤分离设备18的上游和下游的管道内气溶胶监测装置。

其中，两个管道内气溶胶监测装置可以进行数据传输，从而在收到下游的气溶胶浓度和粒径分布的数据，以及同一时刻的上游气溶胶浓度和粒径分布，来计算得到所监测的过滤分离设备18的实时分离效率，并将数据就地显示或远传。

在另一个可选的实施方式中，位于上游的管道内气溶胶监测装置和位于下游的管道内气溶胶监测装置也可分别将其颗粒物检测数据远传至处理终端，由处理终端计算得到实时的分离效率。

本申请实施例具有以下优点：

1、测量气体的流速与管道22内正常状态下的流速相同，提高了测量的精确性；

2、该监测装置可以实现在线检测还可以实现长期的监测；

3、检测后的气体回流至原管道，解决了高压样品气体的后续处理难题，避免了天然气资源的浪费；

4、采样机构在非检测状态时不面向气流，从而避免了采样机构的入口在非检测时段的颗粒物杂质沉积、堵塞采样口，进而避免再次检测时所沉积的粉尘被带入管道内气溶胶监测装置造成数据误差。

5、气溶胶粒径谱仪4可以使得监测过程的自动控制、高浓度报警，真正实现管道22内气溶胶浓度和粒径分布的长期在线监测。

6、该管道内气溶胶监测装置可以进一步拓展到过滤分离设备18的分离性能检测，解决了高压工况下过滤分离设备18的实际性能无法长期监测的难题。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述管道内气溶胶监测方法应用管道内气溶胶监测装置实现，所述管道内气溶胶监测装置包括：

变径机构，所述变径机构能对所述管道的开度进行控制；

检测路，所述检测路上设置有用于对通过其内的气溶胶浓度和粒径分布进行测试的测量装置；

采样机构，所述采样机构的入口端与位于所述变径机构上游的所述管道连通，所述采样机构的出口端与所述检测路的入口连通；

回流机构，所述回流机构的出口端与位于所述变径机构下游的所述管道连通，所述回流机构的入口端与所述检测路的出口连通；

第一检测机构，所述第一检测机构用于对管道内的气体进行检测；

第二检测机构，所述第二检测机构用于对检测路内的气体进行检测；

第一控制阀，所述第一控制阀用于对所述检测路内的气体进行控制；

所述管道内气溶胶监测方法包括如下步骤：

获取正常状态下所述管道内气体的流速，从而得到对应于所述检测路所需的流量定值；

调节所述变径机构来改变所述管道的开度，从而使所述变径机构前后形成的气体压力差；当该压力差值足够大时，气体会克服所述管道内的阻力，通过所述采样机构和所述检测路，并从所述回流机构流回所述管道中；当引入的样品气量小于检测所需的样品气量时，所述管道内气溶胶监测装置控制所述变径机构继续减少内径，使更多的气体通过所述管道内气溶胶监测装置；

当进入检测路内的气体的流量与检测路所需的流量定值相同时，对检测路内的气体进行检测。

2.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述变径机构包括多个沿圆周方向排布的楔形挡板，各个所述楔形挡板通过调节支点与旋转轨道转动连接，所述变径机构还包括设置在管道侧壁上并能绕其自身轴线转动的旋转轴，所述旋转轴与所述旋转轨道传动连接，从而使所述旋转轨道能沿圆周方向转动。

3.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述检测路上还设置有第一颗粒物捕集器，所述第一颗粒物捕集器的过滤精度应大于或等于0.3微米。

4.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述采样机构包括一运动部件，以使采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于检测状态时面向管道内的气体的流动方向，并能使所述采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于非检测状态时不面向管道内的气体的流动方向。

5.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述采样机构包括插设在所述管道侧壁的采样管和用于驱使所述采样管转动的驱动机构，所述驱动机构能使所述采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于检测状态时面向管道内的气体的流动方向，并能使所述采样管的开口在所述管道内气溶胶监测装置处于非检测状态时背向管道内的气体的流动方向。

6.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述管道内气溶胶监测装置包括旁通路，所述旁通路与所述检测路并联，所述旁通路上设置有用于对所述旁通路进行控制的第二控制阀。

7.根据权利要求6所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述管道内气溶胶监测装置包括流量分配器，所述流量分配器具有输入端、第一输出端和第二输出端，其中，所述流量分配器的输入端与所述采样机构的出口端连通，所述流量分配器的第一输出端与检测路的入口连通，所述流量分配器的第二输出端与旁通路的入口连通。

8.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述第一检测机构包括能对所述变径机构的入口和出口处的压力差进行检测的差压变送器。

9.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述采样机构和所述回流机构分别包括采样阀门和回流阀门，以控制该管道内气溶胶监测装置的运行和停止。

10.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，所述采样机构和所述检测路上分别设置有第一放空阀门和第二放空阀门。

11.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，该管道内气溶胶监测装置还包括一保温装置，该保温装置用于使测量装置内的样品的温度不低于管道内气体的温度。

12.根据权利要求1所述的管道内气溶胶监测方法，其特征在于，该管道内气溶胶监测装置还包括用于对所述管道内气溶胶监测装置进行控制的控制部，所述控制部与所述测量装置集成设置，或，所述控制部独立设置。