CN211329301U - 一种高温多相流的在线取样分离装置 - Google Patents

Abstract

一种高温多相流的在线取样分离装置，所述装置包括采样控制单元、降温控制单元、分流控制单元、样品分离收集系统，样品分离收集系统包括固体过滤收集单元、气液分离单元和气体收集单元；各单元之间通过耐高温管道相连。本实用新型在高温高压条件下取样操作简便，可同步实现气液固三相分离。

Description

一种高温多相流的在线取样分离装置

技术领域

本实用新型涉及能源化工和精细化工反应过程中多相流控制技术领域，特别涉及一种高温多相流的在线取样分离装置。

背景技术

在化工反应过程中，反应器内物料状态和组成变化的实时监控为反应强度和深度的判断提供了直接依据，但是，化工反应过程经常处于多相流状态，这导致使用在线分析仪表直接测量的结果存在很大偏差，因此必须有在线取样分离装置，才能实现在线分析检测和监测。在常温和较低温度下，多相流的分离取样比较容易实现，尤其是气液两相流、气固两相流，已有多个文献中(中国专利CN202471466U、CN104089856A)报道了多相流的取样装置和方法，并有多种基于磁感应、光学扫描等电子信息技术和物理方法相结合的监控多相流的方法，还有如文献CN106861339A公开的多相流分离方法，以及依托于强大的后续系统分离装置来间接的评价反应过程。

对于高温高压下的化工反应过程，特别是反应温度超过200℃，压力超过2个大气压的条件下，现有的这些方法和装置还无法适应在反应工况下的在线取样和分离的要求，也难以实现快速分离分析的目标，尤其是在高温下，反应器内是气态和固态两相流体，当温度降低时，又变成气液固三相流体，这样的反应过程，目前还未见报道有很好的方法和装置能同时实现高温高压反应器中直接取样和多相流的分离监测。

发明内容

为了解决以上技术问题，本实用新型的目的在于提供一种高温多相流的在线取样分离装置，在高温高压条件下取样操作简便，可同步实现气液固三相分离。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种高温多相流在线取样分离装置，所述装置包括依次连接的采样控制单元、降温控制单元、分流控制单元、样品分离收集系统，样品分离收集系统包括固体过滤收集单元、气液分离单元和气体收集单元；各单元之间通过耐高温管道相连。

所述的采样控制单元包括样品入口1和高温阀2，样品入口1和高温阀2由耐高温管道相连；

降温控制单元由降温槽3、循环冷却介质6、加热器4、温度控制器5和温度传感器7构成，高温管道中携带的多相流样品穿过降温槽3进入分流控制单元，多相流样品穿过降温槽3内部为循环冷却介质6，降温槽3上分别设置有加热器4、温度控制器5和温度传感器7；

所述的分流控制单元由三通8、放空管路8B和放空流量控制调节阀10、采样管路8A、采样流量控制调节阀9构成，耐高温管道上安装有三通8，三通8一路连接放空管路8B，放空管路8B上设置有放空流量控制调节阀10，另一路连接采样流量控制调节阀9，采样流量控制调节阀9通过样品经采样管路8A进入固体过滤收集单元过滤外罐13的入口；

所述的固体过滤收集单元由过滤外罐13、高温高压过滤内筒组件15、反吹入口阀18、反吹气源19、气体出口、固体排放收集控制阀14构成；

所述的固体过滤收集单元包括安装在耐高温管道上的过滤外罐13，过滤外罐13内部安装有高温高压过滤内筒组件15，下方设置有气体出口、固体排放收集控制阀14，上方设置有反吹入口阀18和反吹气源19。

所述的气液分离单元由双塔组合而成，下部塔器21中安装多层冷却盘管，由外部循环制冷设备26提供冷源，上部塔器23中安装多层微孔滤板24，两个塔器通过法兰22密封连接，下部塔器21底部有液体排放收集控制阀27，上部塔器23顶端设置气体出口；

所述的气体收集单元由管线连接采样钢瓶32及第一气体采样控制阀31和第二气体采样控制阀33、并联的旁路管线控制阀30和废气排放口34构成。

样品从采样控制单元样品入口经管道连接依次进入降温控制单元的降温槽3、分流控制单元的三通和采样流量控制调节阀，进入样品分离收集系统，实现高温高压多相流在线分离，分别得到固体、液体和气体样品。

所述的固体过滤收集单元通过采样管路与过滤外罐13相连，外罐13中安装高温高压过滤内筒组件15，内筒组件顶部设置有气体出口，通过管道连接并穿过过滤外罐13，分别连接第二压力表16、第二温度计17和气相控制阀20以及气液分离单元下部塔器21的气体入口，内筒组件15顶部还设置反吹气体入口，通过管道与反吹气源19相连并通过反吹入口阀18控制反吹流量，过滤外罐13的入口，与安装有第一压力表11、第一温度计12的采样管路8A相连，过滤外罐底部安装固体排放收集控制阀14，实现固体取样后的吹扫和固体取样。

所述的气体收集单元入口处的旁路管线控制阀30，与第一气体采样控制阀31并联后共同与气液分离单元上部塔器23顶部的气体出口相连，气体依次经过第三压力表28和第三温度计29进入气体采样钢瓶32或经过旁路到达废气排放口34，气体采样钢瓶32前后都有第一气体采样控制阀31和第二气体采样控制阀33。

所述的降温控制单元的循环冷却介质6可以根据控制温度选择蒸汽、水、导热油、乙二醇流体。

所述的气液分离单元下部塔器21中安装的多层冷却盘管25与外部循环制冷设备26相连，冷却介质可以根据控制温度选择水、乙醇、乙二醇及其一定比例混合物流体。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过耐高温不锈钢管路将采样控制单元、降温控制单元、分流控制单元、样品分离收集系统连接，多相流样品经过降温控制单元可将近千度的高温降至可保证液体完全气化温度以上的温度，在气态下实现了气固分离；为进一步对气相进行分离，在气液分离单元中采用冷却盘管外接循环制冷设备的深冷方式，将不凝气体与液体实现彻底分离，同时，在气液分离单元上部塔器中安装多层微孔滤板防止气相中夹带液滴和粉尘微粒，确保气相干净满足在线计量和分析的要求。本装置的优势是能从高温高压反应器中直接取样，并进行分离，为分析多相流体的组成和气、液、固三相的具体性质提供了一种操作简便、成本较低的实用的装置，尤其对于组成复杂且反应过程变化较大的多相流，克服了依靠数值模拟建立的光电磁监测方案无法实现准确分析判断的弊端，同时也解决了一般取样装置在高温高压下难以操作的问题。

附图说明

图1是高温多相流在线样取样分离装置示意图。

其中1-样品入口，2-高温阀，3-降温槽，4-加热器，5-温度控制器，6-冷却介质，7-温度传感器，8-三通，8A-采样管路，8B-放空管路，9-采样流量控制调节阀，10-放空流量控制调节阀,11,16,28-压力表，12,17,29-温度计，13-过滤外罐，14-固体排放收集控制阀，15-过滤内筒组件，18-反吹入口阀，19-反吹气源，20-气相控制阀，21-下部塔器，22-法兰，23-上部塔器，24-多层微孔滤板，25-冷却盘管，26-外部循环制冷设备，27-液体排放收集控制阀,30-旁路管线控制阀，31,33-气体采样控制阀，32-气体采样钢瓶，34-废气排放口

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

取样前，先打开降温槽3的进出口阀门，使冷却介质6循环流动。在取样时，打开高温阀2，多相流从样品入口1，沿管路进入降温控制单元，流过降温槽3后，进入分流控制单元和样品分离收集系统。

若多相流样品在反应器中温度很高，达到600℃～1000℃高温时，宜采用循环油浴或蒸汽冷却的方式进行降温，同时可调节高温阀2使多相流达到设定的温度，可依据第一温度计12显示的数据进行自动调节高温阀2的开度；同时可以调节循环油浴或蒸汽流量进行控温使之达到控制温度。

当第一温度计12显示多相流的温度低于设定温度时，可采用加大高温阀2的开度、减少循环油浴或蒸汽流量的方式进行控制。当循环冷却介质的流量控制达到极限，高温阀2开度无法加大时，可通过温度控制器5设置一恒定温度并启动位于降温槽3中的加热器4，提高采样管线中多相流体的温度。

当反应器中多相流体温度较高，在600℃以下时，可以通过水、乙二醇等流体循环控制多相流进入分流控制单元的温度，当温度低于设定的多相流露点温度时，同样可采取上面所述方式启动加热维持多相流体温度。

实施例2

多相流体样品经过降温控制单元，进入分流控制单元后，主要通过调节放空流量控制调节阀10和采样流量控制调节阀9，来保持后续的样品分离收集系统的流量压力稳定。当第一温度计12温度低于设定值时，可以通过控制调节阀9和10，降低放空管路8B流量并适当增加采样管路8A流量的方式进行调节。

多相流体经过分流控制单元的控制，从采样管路8A进入样品分离收集系统的固体过滤收集单元过滤外罐11，气固两相在高于多相流中液体露点温度的条件下，经过安装固定在过滤外罐13中的过滤内筒组件15的物理拦截，气相进入气液分离单元，固相留在过滤外罐13中。

当需要取固体样品时，关闭固体过滤收集单元前端控制阀9，后端气相控制阀20，缓慢打开外罐底部的固体排放收集控制阀14，利用残余压力吹扫收集固体样品。当罐内压力较低，依靠重力作用固体难以排出时，可打开反吹气源19，调节反吹入口阀18对过滤内筒组件15进行反吹，有利于对过滤系统吹扫复原，实现持久运行而不影响过滤效果，同时反吹增加了外罐压力，方便固相颗粒物排出。

实施例3

高温气相组分从过滤内筒组件15的顶部出口，经管道连接穿过过滤外罐13后，依次第二压力表16、第二温度计17和气相控制阀20后，进入样品分离收集系统的气液分离单元下部塔器21，气相组分遇到下部塔器中与外接循环制冷设备26相连的冷却盘管25进行深冷后，实现了不凝气体与液相的分离，液体可以通过打开下部塔器底部的液体排放收集控制阀27进行收集，在收集时，需要关闭气液分离单元前端的气相控制阀20和后端的气体采样控制阀31以及旁路管线控制阀30。

当气相中组分较重凝点较高时，外部循环制冷设备26中的循环冷却介质可以选择水冷，当气相中组分较轻凝点较低常温下难以冷凝时，外部循环制冷设备中的循环冷却介质可以选择乙醇、乙二醇及其与水的一定比例混合物流体进行调配，温度可以控制在0℃～-50℃范围内需要的任意温度点。

为防止分离后的不凝气中夹带液滴和少量的粉尘微粒，在下部塔器的出口，使用法兰22与上部塔器23连接，在上部塔器23中安装有可拆卸、孔径可定制的多层微孔滤板24，对微小液滴和粉尘实现进一步拦截，这些拦截液体和少量的粉尘微粒会在重力作用下流入下部塔器，最终与液相一起排出收集。

实施例4

多相流样品经过固体过滤收集单元和气液分离单元后，从气液分离单元上部塔器23的顶部出口的不凝气相，经过第三压力表28、第三温度计29后，分成两路，一路经过旁路管线控制阀30直接到达废气排放口34。需要取气体样时，连接气体采样钢瓶32，打开钢瓶前后的气体采样控制阀31、33，关闭旁路管线控制阀30，样品气体开始置换钢瓶。

结束气体采样时，依次关闭采样钢瓶后端和前端的控制阀33、31，同时打开旁路管线控制阀30，拆下取样钢瓶，气体取样完成。需要再次取样时，按照上述操作重复即可。

Claims (8)

1.一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于：所述装置包括依次设置的采样控制单元、降温控制单元、分流控制单元、样品分离收集系统，样品分离收集系统包括固体过滤收集单元、气液分离单元和气体收集单元；各单元之间通过耐高温管道相连。

2.根据权利要求1所述的一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于，所述的采样控制单元包括样品入口(1)和高温阀(2)，样品入口(1)和高温阀(2)由耐高温管道相连。

3.根据权利要求1所述的一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于，所述的降温控制单元由降温槽(3)、循环冷却介质(6)、加热器(4)、温度控制器(5)和温度传感器(7)构成，高温管道中携带的多相流样品穿过降温槽(3)进入分流控制单元，多相流样品穿过降温槽(3)内部为循环冷却介质(6)，降温槽(3)上分别设置有加热器(4)、温度控制器(5)和温度传感器(7)。

4.根据权利要求1所述的一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于，所述的分流控制单元由三通(8)、放空管路(8B)和放空流量控制调节阀(10)、采样管路(8A)、采样流量控制调节阀(9)构成，耐高温管道上安装有三通(8)，三通(8)一路连接放空管路(8B)，放空管路(8B)上设置有放空流量控制调节阀(10)，另一路连接采样流量控制调节阀(9)，采样流量控制调节阀(9)通过样品经采样管路(8A)进入固体过滤收集单元过滤外罐(13)的入口。

5.根据权利要求1所述的一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于，所述的气液分离单元由双塔组合而成，下部塔器(21)中安装多层冷却盘管，由外部循环制冷设备(26)提供冷源，上部塔器(23)中安装多层微孔滤板(24)，两个塔器通过法兰(22)密封连接，下部塔器(21)底部有液体排放收集控制阀(27)，上部塔器(23)顶端设置气体出口。

6.根据权利要求5所述的一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于，所述的气液分离单元下部塔器(21)中安装的多层冷却盘管(25)与外部循环制冷设备(26)相连，冷却介质可以根据控制温度选择水、乙醇、乙二醇及其一定比例混合物流体。

7.根据权利要求1所述的一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于，所述的固体过滤收集单元通过采样管路与过滤外罐(13)相连，外罐(13)中安装高温高压过滤内筒组件(15)，内筒组件顶部设置有气体出口，通过管道连接并穿过过滤外罐(13)，分别连接第二压力表(16)、第二温度计(17)和气相控制阀(20)以及气液分离单元下部塔器(21)的气体入口，内筒组件(15)顶部还设置反吹气体入口，通过管道与反吹气源(19)相连并通过反吹入口阀(18)控制反吹流量，过滤外罐(13)的入口，与安装有第一压力表(11)、第一温度计(12)的采样管路(8A)相连，过滤外罐底部安装固体排放收集控制阀(14)。

8.根据权利要求1所述的一种高温多相流的在线取样分离装置，其特征在于，所述的气体收集单元入口处的旁路管线控制阀(30)，与气体采样控制阀并联后共同与气液分离单元上部塔器(23) 顶部的气体出口相连，气体依次经过第三压力表(28)和第三温度计(29)进入气体采样钢瓶(32)或经过旁路到达废气排放口(34)，气体采样钢瓶(32)前后都有第一气体采样控制阀(31)和第二气体采样控制阀(33)。

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