CN110687163A - 一种天然气水露点光学检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然气水露点光学检测仪，由前端探头、传输光缆和检测主机组成，检测时启动检测主机，激光发生器经过耦合器分成两路，通过传输光缆传输到前端探头，分别传输到激光制冷器和激光收发端；光纤光栅解调仪通过传输光缆与光纤光栅温度传感器相连。三路激光同时工作：激光制冷器开始降温，激光收发端向镜面发射激光并接收反射激光到反射光检测器测量光强变化，光纤光栅温度传感器的信号由光纤光栅解调仪解析测量镜面温度。当温度降至露点时，镜面凝露，反射光检测器的光强变弱，此时光纤光栅温度传感器记录的实时温度即为露点值。本发明应用于天然气露点检测，具有工况符合性好、测量准确度高、不受天然气介质成分的影响。

Description

一种天然气水露点光学检测仪

技术领域

本发明涉及检测仪，具体地说涉及一种天然气水露点光学检测仪。

背景技术

水露点是天然气的一项重要的技术指标，在天然气的输配过程中，一旦低于露点温度出现液态水就很可能会造成管线水堵、冰堵以及腐蚀等问题，给天然气的安全生产和使用造成极大危害。因此准确测量天然气的水露点尤为重要。

通常使用测量水含量的方法包括完全吸收电解法、氧化铝电容法、电阻法、机械法、干湿球法和冷镜面法。

完全吸收电解法存在电解池寿命有限和无法应用于腐蚀性环境的问题；氧化铝电容法受腐蚀性气体影响，并且传感器需要单独校准无法通用；电阻法对污染物过于敏感，而且对低湿度环境不灵敏；机械法无法应用于0℃以下，并且易受外界振动损坏；干湿球法对于低湿度和0℃以下无法应用。由此可见，对于微水环境又含有腐蚀性气体的天然气来说，上述检测方法都存在着种种限制，最直接、准确、可靠的方法是冷镜面法。

目前常用的冷镜面式露点仪一般由纯平光洁镜面、镜面制冷半导体、铂电阻测温和光电检测器组成。通常情况下，露点检测会面临开尔文效应和拉乌尔效应的影响。开尔文效应是指曲面上的饱和水汽压与平面是不同的，而通常的露点仪镜面都是纯平的，因此会产生测量误差；拉乌尔效应是指镜面上存在水溶性物质时，体系的平衡水汽压低于纯水时的饱和水气压，因此在存在水溶性物质时，会比纯净情况露点提前冷凝。另外，镜面存在的划痕因为棱角的“露核”作用，也会加速结露过程。上述影响通常被认为是不利于露点检测的，经常要采取各种手段和限制来加以消除。但是真正意义的露点检测应该是更加贴近实际工况的，对于天然气输配管道来说，管道的内表面是曲面的，管道表面是粗糙的，天然气中很可能存在水溶性物质，因此对于天然气管道来说，实际露点一定是高于冷镜面式露点仪测量的理想数据。

另外，镜面降温的过程中，铂电阻的热惯性导致其测温要滞后与结露，因此测量结果的露点值会出现负偏差。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种工况符合性好、测量准确度高、不受天然气介质成分的影响、本质安全、拆装便捷并且维护难度低的天然气水露点光学检测仪。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明的一种天然气水露点光学检测仪，包括前端探头，所述的前端探头包括外壳,所述的外壳主体前后敞口设置以便于天然气自然通过，其特征在于：在所述的外壳主体内底壁中间开有安装槽，一个激光制冷器包括下部镶嵌在安装槽内的盒型隔热材料，所述的隔热材料包裹在赫里奥特气体吸收池上，在所述的赫里奥特气体吸收池内填充有激光冷却材料，在所述的隔热材料顶壁中间向下开有贯通至赫里奥特气体吸收池顶壁的壁面安装槽，在所述的壁面安装槽中安装有仿管道内壁镜面，所述的仿管道内壁镜面四周与隔热材料粘接固定并且底部支撑在激光冷却材料上，所述的仿管道内壁镜面的顶壁为弧面，所述的弧面的弧度与待装入的管道中和仿管道内壁镜面相对设置的管道内壁的弧度一致，在所述的弧面上电镀有金属铑，在所述的仿管道内壁镜面的顶部中心设置有中心抛光面用于激光照射反射；在隔热材料内安装有光栅温度传感器，所述的光栅温度传感器的触头与仿管道内壁镜面侧壁接触设置；

在所述的外壳顶壁上安装有光缆插接端子，在所述的外壳内开有光纤埋设通道，光纤分三路，第一路光纤一端与光缆插接端子相连并且另一端穿过光纤埋设通道与光纤光栅温度传感器相连，第二路光纤一端与光缆插接端子相连并且另一端穿过光纤埋设通道与激光收发端相连，第三路光纤一端与光缆插接端子相连并且另一端穿过光纤埋设通道与赫里奥特气体吸收池的通光孔相连，光就可以进入到吸收池内，激光收发端用于发射激光，所述的激光收发端与仿管道内壁镜面顶壁相对设置；

检测主机包括激光发生器、反射光检测器和光纤光栅解调仪，所述的激光发生器连接第一耦合器并通过第一耦合器分成两路，其中一路依次通过传输光纤和光缆插接端子与第三路光纤连接，另一路依次连接第二耦合器、传输光纤、光缆插接端子以及第二路光纤；所述的反射光检测器和第二耦合器相连，激光收发端接收的反射激光经光缆插接端子通过传输光纤传输回检测主机，经过第二耦合器传输到反射光检测器；光纤光栅解调仪单独一路通过传输光纤经光缆插接端子与第一路光纤相连。

本发明的有益效果是：工况符合性好、测量准确度高、不受天然气介质成分的影响、安全、拆装便捷并且维护难度低。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的一种天然气水露点光学检测仪的结构示意图；

图2是图1所示的检测仪中的前端探头外壳腔体俯视剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明加以详细说明。

如图1所示的本发明的一种天然气水露点光学检测仪，包括前端探头1，所述的前端探头1包括外壳4,所述的外壳主体可以为316L不锈钢。所述的外壳主体4前后敞口设置以便于天然气可自然通过，在所述的外壳主体4内底壁中间开有安装槽，一个激光制冷器7包括下部镶嵌在安装槽内的盒型隔热材料14，所述的隔热材料14包裹在赫里奥特气体吸收池13 上，在所述的赫里奥特气体吸收池13内填充有激光冷却材料12，所述的激光冷却材料12可以采用掺镱氟化钇锂晶体，在所述的隔热材料14顶壁中间向下开有贯通至赫里奥特气体吸收池13顶壁的壁面安装槽，在所述的壁面安装槽中安装有仿管道内壁镜面5，所述的仿管道内壁镜面5四周与隔热材料14粘接固定并且底部支撑在激光冷却材料12上，所述的仿管道内壁镜面5由316L不锈钢制成，所述的仿管道内壁镜面5的顶壁为弧面，所述的弧面的弧度与待装入的管道中和仿管道内壁镜面5相对设置的管道内壁的弧度一致，在所述的弧面上电镀有金属铑即具有金属铑电镀层。在所述的仿管道内壁镜面5的顶部中心设置有中心抛光面11 用于激光照射反射。

在隔热材料14内安装有光栅温度传感器6，所述的光栅温度传感器6的触头与仿管道内壁镜面5侧壁接触设置。

在所述的外壳4顶壁上安装有光缆插接端子9，在所述的外壳4内开有光纤埋设通道，光纤10分三路，第一路光纤一端与光缆插接端子9相连并且另一端穿过光纤埋设通道与光纤光栅温度传感器6相连，第二路光纤一端与光缆插接端子9相连并且另一端穿过光纤埋设通道与激光收发端8相连，第三路光纤一端与光缆插接端子9相连并且另一端穿过光纤埋设通道与赫里奥特气体吸收池13的通光孔相连，光就可以进入到吸收池内。激光收发端用于发射激光，发射的激光光斑可以为0.5mm。所述的激光收发端8与仿管道内壁镜面5顶壁相对设置。

检测主机3包括激光发生器15、反射光检测器16和光纤光栅解调仪17。所述的激光发生器15连接第一耦合器18并通过第一耦合器18分成两路，其中一路依次通过传输光纤2和光缆插接端子9与第三路光纤连接(第三路光纤再连接激光制冷器7)，另一路依次连接第二耦合器19、传输光纤、光缆插接端子9以及第二路光纤(第二路光纤再连接激光收发端8)；所述的反射光检测器16和第二耦合器19相连。激光收发端8接收的反射激光经光缆插接端子9通过传输光纤传输回检测主机3，经过第二耦合器19传输到反射光检测器16；光纤光栅解调仪17单独一路通过传输光纤经光缆插接端子9与第一路光纤相连，第一路光纤与光栅温度传感器6相连。

采用本装置的工作过程是：

在待安装的管道上开孔并在开孔处连接管道基座，所述的外壳主体4下部通过管道基座插入管道开孔并且外壳主体通过螺纹与管道基座密封固定相连。

检测时启动检测主机3，激光发生器15发出激光经过第一耦合器19分成两路，通过传输光缆2接光缆插接端子9传输到探头1，分别通过光纤10传输到激光制冷器7和激光收发端8；光纤光栅解调仪17通过传输光缆2经光缆插接端子9和光纤10与光纤光栅温度传感器6相连。三路激光同时工作：激光制冷器7开始降温(激光诱导反斯托克斯荧光制冷原理)，激光收发端8向仿管道内壁镜面5发射激光并接收反射激光经第二耦合器到反射光检测器16测量光强变化，光纤光栅温度传感器6的信号由光纤光栅解调仪17解析测量镜面温度。当温度降至露点时，仿管道内壁镜面5中心抛光面11上发生凝露，由于反射光衰减反射光检测器16检测的光强变弱，此时光纤光栅温度传感器6记录的实时温度即为露点值。

Claims (4)

1.一种天然气水露点光学检测仪，包括前端探头，所述的前端探头包括外壳,所述的外壳主体前后敞口设置以便于天然气自然通过，其特征在于：在所述的外壳主体内底壁中间开有安装槽，一个激光制冷器包括下部镶嵌在安装槽内的盒型隔热材料，所述的隔热材料包裹在赫里奥特气体吸收池上，在所述的赫里奥特气体吸收池内填充有激光冷却材料，在所述的隔热材料顶壁中间向下开有贯通至赫里奥特气体吸收池顶壁的壁面安装槽，在所述的壁面安装槽中安装有仿管道内壁镜面，所述的仿管道内壁镜面四周与隔热材料粘接固定并且底部支撑在激光冷却材料上，所述的仿管道内壁镜面的顶壁为弧面，所述的弧面的弧度与待装入的管道中和仿管道内壁镜面相对设置的管道内壁的弧度一致，在所述的弧面上电镀有金属铑，在所述的仿管道内壁镜面的顶部中心设置有中心抛光面用于激光照射反射；在隔热材料内安装有光栅温度传感器，所述的光栅温度传感器的触头与仿管道内壁镜面侧壁接触设置；

在所述的外壳顶壁上安装有光缆插接端子，在所述的外壳内开有光纤埋设通道，光纤分三路，第一路光纤一端与光缆插接端子相连并且另一端穿过光纤埋设通道与光纤光栅温度传感器相连，第二路光纤一端与光缆插接端子相连并且另一端穿过光纤埋设通道与激光收发端相连，第三路光纤一端与光缆插接端子相连并且另一端穿过光纤埋设通道与赫里奥特气体吸收池的通光孔相连，光就可以进入到吸收池内，激光收发端用于发射激光，所述的激光收发端与仿管道内壁镜面顶壁相对设置；

检测主机包括激光发生器、反射光检测器和光纤光栅解调仪，所述的激光发生器连接第一耦合器并通过第一耦合器分成两路，其中一路依次通过传输光纤和光缆插接端子与第三路光纤连接，另一路依次连接第二耦合器、传输光纤、光缆插接端子以及第二路光纤；所述的反射光检测器和第二耦合器相连，激光收发端接收的反射激光经光缆插接端子通过传输光纤传输回检测主机，经过第二耦合器传输到反射光检测器；光纤光栅解调仪单独一路通过传输光纤经光缆插接端子与第一路光纤相连。

2.根据权利要求1所述的天然气水露点光学检测仪，其特征在于：所述的激光冷却材料采用掺镱氟化钇锂晶体。

3.根据权利要求1或者2所述的天然气水露点光学检测仪，其特征在于：所述的仿管道内壁镜面由316L不锈钢制成。

4.根据权利要求3所述的天然气水露点光学检测仪，其特征在于：激光收发端发射的激光光斑为0.5mm。

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