NO173468B

NO173468B - ISOKINETIC SAMPLING DEVICE

Info

Publication number: NO173468B
Application number: NO91912796A
Authority: NO
Inventors: Bjoern Dybdahl
Original assignee: Bjoern Dybdahl
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1993-09-06
Also published as: NO912796D0; GB2272766B; RU2095777C1; AU658920B2; NO912796L; NO173468C; GB9325998D0; AU2380792A; WO1993002345A1; GB2272766A

Description

Oppfinnelsen vedrører et apparat til isokinetisk prøve-taking av fluid som strømmer under høyt trykk i en tank, en separator, en varmeveksler eller annen beholder/rør tilordnet minst ett prøvetakingspunkt, omfattende en trykkfluiddrevet stempelsylinder eller lignende aktuator, som er koplet til henholdsvis er koplingsbar til en avstengningsventil, som er koplingsbar til nevnte prøvetakingspunkt og som i åpen tilstand tillater passasje av stempelsylinderens stempelstang, som er rørformet og hvis frie ende bærer henholdsvis er utformet for sammenkopling med en sonde, som er innrettet for innskyvning i fluidstrømmen og hvis innskyvbare parti er forsynt med minst en måleblende som står i fluidforbindelse med stempelstangens boring. The invention relates to an apparatus for isokinetic sampling of fluid flowing under high pressure in a tank, a separator, a heat exchanger or other container/pipe assigned to at least one sampling point, comprising a pressurized fluid-driven piston cylinder or similar actuator, which is connected to or is connectable to a shut-off valve, which can be connected to said sampling point and which in the open state allows the passage of the piston rod of the piston cylinder, which is tubular and whose free end carries or is designed for connection with a probe, which is arranged for insertion into the fluid flow and whose insertable part is provided with at least one measuring orifice which is in fluid connection with the bore of the piston rod.

For å kunne beskrive en fluidstrøms strømningsmønster under ulike produksjonsforhold i henhold til ovenstående, er det nødvendig å skaffe tilveie isokinetiske fluidprøver. In order to be able to describe the flow pattern of a fluid stream under different production conditions according to the above, it is necessary to provide isokinetic fluid samples.

Et apparat til isokinetisk prøvetaking av den innledningsvis angitte art er kjent fra U.S. patentskrift nr. 4.294.124. Ved hjelp av dette kjente apparat er det kjent å ta ut en fluidprøve i form av en definert delstrøm og en fluidprøve i form av en reversert delstrøm ved å benytte to separate rør som hver bærer en måleblende. Det er imidlertid av stor be-tydning å holde apparatets gjennomføringstverrsnitt ved prøvetakingspunktet så lite som mulig, men de to nevnte separate rør ved det kjente apparat er forholdsvis plass-krevende i et tverrgående plan. An apparatus for isokinetic sampling of the kind indicated at the outset is known from U.S. Pat. Patent Document No. 4,294,124. With the help of this known apparatus, it is known to take out a fluid sample in the form of a defined partial flow and a fluid sample in the form of a reversed partial flow by using two separate tubes, each carrying a measuring orifice. It is, however, of great importance to keep the device's through-section at the sampling point as small as possible, but the two mentioned separate pipes of the known device are relatively space-consuming in a transverse plane.

Fra GB 2.220.250 er det i og for seg kjent at sondens måle-blendes ytterste munningskant kan falle sammen med sonde-spissens ytterste punkt, hvorved det er mulig å ta fluid-prøve helt i nærheten av en indre veggflate som avgrenser det rom fluidet strømmer i. From GB 2,220,250 it is known in and of itself that the outermost mouth edge of the probe's measuring aperture can coincide with the outermost point of the probe tip, whereby it is possible to take a fluid sample very close to an inner wall surface that delimits the fluid space flows in.

Fra U.S. patentskrift nr. 3.803.921 er det i og for seg kjent at de to måleblender kan være vinkelforskjøvet 180° From the U.S. patent document no. 3,803,921, it is known per se that the two measuring apertures can be angularly offset by 180°

i forhold til hverandre. in relation to each other.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse har vært å for-bedre et apparat utformet i overensstemmelse med innled-ningsavsnittet slik at det oppnås en større kompakthet for den i fluidstrømmen innskyvbare del, hvorved gjennomførings-tverrsnittet ved prøvetakingspunktet reduseres vesentlig i forhold til teknikkens standpunkt. The purpose of the present invention has been to improve an apparatus designed in accordance with the introduction section so that a greater compactness is achieved for the part that can be inserted into the fluid flow, whereby the penetration cross-section at the sampling point is significantly reduced in relation to the state of the art.

Dette formål er ifølge oppfinnelsen oppnådd ved å utforme apparatet i overensstemmelse med de trekk som er angitt i den karakteriserende del av etterfølgende patentkrav 1. According to the invention, this purpose is achieved by designing the device in accordance with the features stated in the characterizing part of subsequent patent claim 1.

Prøvetakingsapparatet omfatter på kjent måte et sylinderfor-met hus med (kule)ventil- og koplingsorgan for fluidtett tilkopling til for eksempel en rørstuss på den beholder, tank, separator, varmeveksler eller lignende hvorigjennom angjeldende fluid strømmer. En trykkfluiddrevet stempelstang består ifølge oppfinnelsen av to konsentriske rør som sam-virker med nevnte ventil og bærer ved sin frie ende en fortrinnsvis utskiftbar sonde med måleblende. Det er kun stempelstangens indre rør som står i forbindelse med den måleblende-forsynte sonde, mens også dens ytre rør har en måleblende i en viss avstand fra sondens måleblende og fortrinnsvis vinkelforskjøvet ca. 180° fra denne, slik som ved apparatet ifølge U.S. patentskrift nr. 3.803.921. The sampling apparatus comprises, in a known manner, a cylindrical housing with (ball) valve and coupling means for fluid-tight connection to, for example, a pipe connection on the container, tank, separator, heat exchanger or the like through which the fluid in question flows. According to the invention, a pressurized fluid-driven piston rod consists of two concentric tubes which cooperate with said valve and carry at its free end a preferably replaceable probe with a measuring diaphragm. It is only the piston rod's inner tube that is in connection with the orifice-equipped probe, while its outer tube also has a orifice at a certain distance from the probe's orifice and preferably angularly offset approx. 180° from this, as with the apparatus according to U.S. Patent Document No. 3,803,921.

Så snart det er opprettet fluidtette forhold mellom nevnte prøvetakingspunkt og apparatet, åpnes dettes ventil og sonden skyves gjennom ventilen via fluidtrykk i det sylin-driske hus, stempel og stempelstang inn i fluidstrømmen for prøvetaking. Derved kan man posisjonere ytre måleblende i sonden mot strømningsretningen og ta ut en definert del-strøm, mens den 180° vinkelforskjøvne måleblende i stempelstangens ytterrør sørger for å ta ut en reversert del-strøm. As soon as fluid-tight conditions have been established between said sampling point and the apparatus, its valve is opened and the probe is pushed through the valve via fluid pressure in the cylindrical housing, piston and piston rod into the fluid flow for sampling. Thereby one can position the outer measuring orifice in the probe against the direction of flow and extract a defined sub-flow, while the 180° angularly displaced measuring orifice in the piston rod's outer tube ensures that a reversed sub-flow is extracted.

Så snart de ønskede prøver er tatt, stenges ventilen og sonden trekkes ut via stempel og stempelstang. Man kan der-etter eventuelt skifte sonde, egentlig ytre måleblende, for ny prøvetaking. Ved variasjoner i det strømmende fluids strømningshastighet, kan stemplet reverseres, ventilen stenges, trykket avlastes og sonden skiftes ut. As soon as the desired samples have been taken, the valve is closed and the probe is pulled out via the piston and piston rod. You can then optionally change the probe, actually the outer measuring aperture, for new sampling. In case of variations in the flow rate of the flowing fluid, the piston can be reversed, the valve closed, the pressure relieved and the probe replaced.

Et eksempel på en mulig utførelsesform av et isokinetisk prøvetakingsapparat ifølge oppfinnelsen forklares nærmere i det etterfølgende under henvisning til medfølgende teg-ninger, hvor: Fig. 1 viser apparatet tilkoplet for eksempel en tank, hvori et fluid strømmer og hvis strømningsmønster skal bestemmes, og hvor sonden befinner seg i tilbaketrukket, uvirksom be-redskapsstilling; Fig. 2 viser samme arrangement som fig. 1, men her befinner sonden seg i utskjøvet virksom posisjon med måleblenden plassert i fluidstrømmens midte; Fig. 3 viser i større målestokk en utløsbart tilkoplingsbar sonde av den i fig. 1 og 2 viste utførelse, samt det umid-delbart tilstøtende endeparti av stempelstangens indre og ytre rør, og mellomliggende bajonettfatning mellom sonde og indre rørende; Fig. 4 viser et til fig. 3 svarende riss av en utløsbart tilkoplingsbar sonde ifølge en andre utførelsesform; Fig. 5 viser den i fig. 4 viste sondeutførelse i et plan som An example of a possible embodiment of an isokinetic sampling apparatus according to the invention is explained in more detail below with reference to accompanying drawings, where: Fig. 1 shows the apparatus connected to, for example, a tank, in which a fluid flows and whose flow pattern is to be determined, and where the probe is in a withdrawn, inactive standby position; Fig. 2 shows the same arrangement as fig. 1, but here the probe is in an extended active position with the measuring aperture placed in the middle of the fluid flow; Fig. 3 shows on a larger scale a releasably connectable probe of the one in fig. 1 and 2 shown design, as well as the immediately adjacent end part of the piston rod's inner and outer tubes, and intermediate bayonet socket between probe and inner tube end; Fig. 4 shows a further fig. 3 corresponding view of a releasably connectable probe according to a second embodiment; Fig. 5 shows the one in fig. 4 showed probe execution in a plan which

strekker seg vinkelrett på tegningsplanet ifølge fig. 4. extends perpendicular to the drawing plane according to fig. 4.

Det henvises først til fig. 1 og 2. Reference is first made to fig. 1 and 2.

Her betegner henvisningstallet 1 en tank, en sentrifuge, en varmeveksler eller lignende beholder eller rør hvori et fluid strømmer og hvis strømningsmønster skal bestemmes på basis av prøvetaking ved hjelp av apparatet ifølge oppfinnelsen. Here, the reference number 1 denotes a tank, a centrifuge, a heat exchanger or similar container or pipe in which a fluid flows and whose flow pattern is to be determined on the basis of sampling using the device according to the invention.

Tanken 1 er i prøvetakingsøyemed utformet med ett eller flere prøvetakingspunkter i form av en eller flere tilkop-lingsstusser 2, idet 3 angir et i og for seg kjent kop-lingsstykke med motsatt rettede koniske rørspissendepartier 4,4' og en sentral tiltrekningsmutter 5. Det ene endeparti 4 er skrudd inn i tankens 1 rørstuss 2, mens det annet endeparti 4' er skrudd inn i et innvendig gjenget hylseparti av en avstengningsventils 6 hus, for eksempel i form av en kuleventil av i og for seg kjent konstruksjon, som inngår i prøvetakingsapparatet ifølge oppfinnelsen. For sampling purposes, the tank 1 is designed with one or more sampling points in the form of one or more connecting pieces 2, with 3 indicating a connection piece known per se with oppositely directed conical tube tip end portions 4, 4' and a central tightening nut 5. one end part 4 is screwed into the pipe connection 2 of the tank 1, while the other end part 4' is screwed into an internally threaded sleeve part of the housing of a shut-off valve 6, for example in the form of a ball valve of known construction, which is included in the sampling device according to the invention.

Tilkoplingen av kuleventilen 6 og dermed av apparatet ifølge oppfinnelsen til prøvetakingspunktet 2 skjer ved stengt ventil, idet selve koplingsanordningen og kuleventilen 6, som kan ha et manuelt betj eningshåndtak 6', kan være av tradisjonell art. The connection of the ball valve 6 and thus of the device according to the invention to the sampling point 2 takes place when the valve is closed, as the coupling device itself and the ball valve 6, which may have a manual operating handle 6', may be of a traditional type.

Avstengningsventilen 6,6' er skrudd sammen med en sylinder 7 med endekapper 7',7" og som utgjør apparathuset. The shut-off valve 6.6' is screwed together with a cylinder 7 with end caps 7'.7" and which forms the apparatus housing.

Konsentrisk inne i sylinderen 7 er opplagret en stempelstang 8 som er tilordnet gjennomløp i sylinderens 7 endekapper 7', 7" og som bærer et stempel 9 omtrent på midten av sin leng-de. Sylinder 7 med endekapper 7',7" kan være finslipt (honet) innvendig. Concentrically inside the cylinder 7 is stored a piston rod 8 which is assigned to pass through the end caps 7', 7" of the cylinder 7 and which carries a piston 9 approximately in the middle of its length. Cylinder 7 with end caps 7', 7" can be finely ground (honed) inside.

Stemplets 9 omkretsflate er tettet mot sylinderens 7 indre mantelflate ved hjelp av o-ringer og tetningsringer. Stemp- The circumferential surface of the piston 9 is sealed against the inner surface of the cylinder 7 by means of o-rings and sealing rings. Stamp-

lets 9 slaglengde er fortrinnsvis variabel. lets 9 stroke length is preferably variable.

Ifølge oppfinnelsen består stempelstangen 8 av to konsentriske rør, et indre rør 8' og et ytre rør 8". Som det frem-går av fig. 3, har det ytre rør en radialt innadrettet ring-flens 10 hvorigjennom det tilgrensende ytre endeparti av det indre stempelstangrør 8<1> strekker seg under fluidtett forbindelse. According to the invention, the piston rod 8 consists of two concentric tubes, an inner tube 8' and an outer tube 8". As can be seen from Fig. 3, the outer tube has a radially inwardly directed ring flange 10 through which the adjacent outer end part of the inner piston rod tube 8<1> extends under fluid tight connection.

Stemplets 9 fortrinnsvis variable slaglengde er i ethvert tilfelle slik at stempelstangens 8 virksomme (venstre) ende i den tilbaketrukne posisjon ifølge fig. 1 befinner seg opp-strøms stengt kuleventil 6 og slik at nevnte ende (som bærer en senere beskrevet sonde) i den utskjøvne posisjon ifølge fig. 2 befinner seg nedstrøms åpen kuleventil 6 og mulig-gjør "avsøkning" av det strømmende fluids over den diame-trale utstrekning av dets strømningstverrsnitt. The preferably variable stroke length of the piston 9 is in any case such that the active (left) end of the piston rod 8 in the retracted position according to fig. 1 is located upstream closed ball valve 6 and so that said end (carrying a probe described later) is in the extended position according to fig. 2 is located downstream of open ball valve 6 and enables "scanning" of the flowing fluid over the diametral extent of its flow cross-section.

Ifølge den viste utførelsesform er det benyttet utløsbart tilkoplingsbare sonder 11, fig. 3, og 12, fig. 4 og 5, hvil-ke gir den fordel at det kan anvendes ulike måleblender hver utformet i et separat sondelegeme. According to the embodiment shown, releasably connectable probes 11, fig. 3, and 12, fig. 4 and 5, which gives the advantage that different measuring apertures can be used, each designed in a separate probe body.

Hver sonde 11 henholdsvis 12 kan forankres løstagbart til det frie endeparti av stempelstangens 8 indre rør 8• på en hvilken som helst hensiktsmessig måte; i fig. 3 - 5 er an-tydet en bajonettfatning 13. Each probe 11 and 12 respectively can be removably anchored to the free end portion of the piston rod 8 inner tube 8• in any suitable way; in fig. 3 - 5 a bayonet socket 13 is indicated.

Hver sonde 11 henholdsvis 12 er utformet med minst en ytre åpning 14 tilsluttet en kanal 14' som kommuniserer med det indre stempelstangrørs 8' boring. Nevnte åpning med tilsluttet kanal vil i det etterfølgende bli benevnt måleblende. Each probe 11 and 12 respectively is designed with at least one outer opening 14 connected to a channel 14' which communicates with the bore of the inner piston rod tube 8'. Said opening with connected channel will be referred to below as measuring diaphragm.

Måleblenden ved sondeutførelsen 11 vil kunne benyttes ved fluidprøvetaking i midten av et strømmende fluids tverrsnitt og i nærheten av tankens 1 innervegg. The measuring aperture at the probe design 11 will be able to be used for fluid sampling in the middle of a flowing fluid's cross-section and in the vicinity of the inner wall of the tank 1.

Måleblenden 14 ved sondeutførelsen 12 ifølge fig. 4 og 5 er dessuten i stand til å ta fluidprøver isokinetisk like inn-til nevnte tankinnervegg. Dette skyldes at den ytterste måleblende- eller munningskant 14" faller sammen med sonde-spissens ytterpunkt. Man kan således så å si "skrape av" fluidprøver fra tankinnerveggen ved hjelp av denne sonde-spiss/måleblende-utførelse. The measuring aperture 14 of the probe design 12 according to fig. 4 and 5 are also capable of taking fluid samples isokinetically close to said tank inner wall. This is because the outermost measuring orifice or mouth edge 14" coincides with the extreme point of the probe tip. You can thus, so to speak, "scrape off" fluid samples from the tank inner wall with the help of this probe tip/measuring orifice design.

Det ytre rør 8" av stempelstangen 8 har likeledes en måleblende 15, se fig. 3-5, som er orientert med 180o vin-kelf orskyvning i forhold til sondens 11 henholdsvis 12 måleblende 14. Det ytre stempelstangrørs 8" måleblende 15 kan for eksempel være 5 mm. The outer tube 8" of the piston rod 8 likewise has a measuring aperture 15, see fig. 3-5, which is oriented with a 180o vin-kelf shift in relation to the measuring aperture 14 of the probe 11 and 12 respectively. The measuring aperture 15 of the outer piston rod tube 8" can, for example be 5 mm.

I den motsatte ende av sonden 11 henholdsvis 12 er det indre stempelstangrør 8<1> montert til en ventil via et T-koplings-stykke 16. At the opposite end of the probe 11 and 12 respectively, the inner piston rod tube 8<1> is mounted to a valve via a T-connector piece 16.

Ringrommet mellom indre og ytre stempelstangrør 8',8" kommuniserer med et rør 17, hvor det er montert en ventil. The annulus between inner and outer piston rod tubes 8', 8" communicates with a tube 17, where a valve is mounted.

I endekappen 7" er det montert et inntak for tilkopling til en hydraulisk pumpe, som er innrettet til å iverksette en kontrollert forskyvningsbevegelse av stempel 9 og dermed av stempelstang 8 mot/gjennom/bort fra kuleventil 6. In the end cap 7" there is mounted an intake for connection to a hydraulic pump, which is designed to initiate a controlled displacement movement of piston 9 and thus of piston rod 8 towards/through/away from ball valve 6.

Henvisningstallet 18 betegner en ventil for avlasting av trykk eller hydraulisk tilbakepumping av stempel 9 med stempelstang 8 og sonde 11 henholdsvis 12. Maksimumstrykk er lik for eksempel 1500 bar. The reference number 18 denotes a valve for relieving pressure or hydraulically pumping back piston 9 with piston rod 8 and probe 11 and 12 respectively. Maximum pressure is equal to, for example, 1500 bar.

Så snart det isokinetiske prøvetakingsapparat ifølge oppfinnelsen er koplet til et prøvetakingspunkt 2, åpnes kuleventilen 6 og sonden 11 henholdsvis 12 blir via stempel 9 og stempelstang 8 skjøvet inn i fluidstrømmen i tanken 1, idet innskyvnings- eller inntrengningsdybden for sonden 11 henholdsvis 12 velges alt etter ønske og behov. As soon as the isokinetic sampling device according to the invention is connected to a sampling point 2, the ball valve 6 is opened and the probe 11 respectively 12 is pushed via piston 9 and piston rod 8 into the fluid flow in the tank 1, the insertion or penetration depth for the probe 11 respectively 12 being chosen according to desire and need.

Sondens 11 henholdsvis 12 måleblende 14 posisjoneres derved slik at den vender mot strømningsretningen, hvorved det tas ut en fludprøve i form av en definert delstrøm via indre rør 8<*> (ved 16). Derved vil ytterrørets 8" måleblende 15 være orientert 180° vinkelforskjøvet i forhold til måleblende 14, og via måleblenden 15 kan det således tas ut en reversert delstrøm. The measuring aperture 14 of the probe 11 and 12 is thereby positioned so that it faces the direction of flow, whereby a flow sample is taken in the form of a defined partial flow via inner pipe 8<*> (at 16). Thereby, the outer pipe's 8" measuring aperture 15 will be oriented 180° angularly offset in relation to the measuring aperture 14, and via the measuring aperture 15 a reversed partial flow can thus be taken out.

Ved endringer i fluidets strømningshastighet, kan stemplet 9 reverseres ved å pumpe hydraulisk olje gjennom en ventil 18; videre stenge kuleventil 6, blø av trykk og skifte ut sonde 11 henholdsvis 12, montere ny sonde, åpne kuleventil 6 og skyve sonden 11 henholdsvis 12 inn igjen til ønsket inn-trengningsdybde i tanken 1. In case of changes in the flow rate of the fluid, the piston 9 can be reversed by pumping hydraulic oil through a valve 18; then close ball valve 6, bleed off pressure and replace probe 11 or 12, fit a new probe, open ball valve 6 and push probe 11 or 12 back in to the desired penetration depth in tank 1.

Claims

1. Apparatus for isokinetic sampling of fluid flowing under high pressure in a tank (1), a separator, a heat exchanger or other container/pipe assigned to at least one sampling point (2), comprising a pressurized fluid driven piston cylinder (7,8,9 ) or similar actuator, which is connected to or can be connected to a shut-off valve (6,6'), which can be connected to said sampling point (2) and which, in the open state, allows passage of the piston rod (8) of the piston cylinder (7,8, 9) ), which is tubular and whose free end carries or is designed for connection with a probe (11;12), which is arranged for insertion into the fluid flow and whose insertable part is provided with at least one measuring diaphragm (14) which is in fluid connection with the piston rod's (8) drilling, characterized in that the piston rod (8) consists of two concentric tubes (8', 8"), of which the inner tube (8') preferably carries the probe (11; 12) and is respectively connectable to this, while the outer the tube (8") of the piston rod (8) e r designed with at least one measuring aperture (15).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the two measuring diaphragms (14,15) are angularly offset by 180° in relation to each other in a manner known per se, so that by orienting the probe (11;12) with its measuring aperture (14) directed towards the flow direction of the fluid, a fluid sample can be taken out in the form of a defined partial flow via the inner piston rod tube (8'), while using of the outer piston rod tube (8") measuring orifice (15) can take out a fluid sample in the form of a reversed partial flow.