一種在線分析儀表的樣氣處理檢測系統和方法
2023-07-11 06:58:06
專利名稱：一種在線分析儀表的樣氣處理檢測系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種在線分析儀表的樣氣處理檢測系統和方法。
背景技術：
在煤直接液化工藝中，原煤要經過磨煤成為滿足一定粒度要求的煤粉才能作為原料進行使用。然而如果煤粉系統中氧含量過高，煤粉便會有自燃的危險，為避免危險，需要在線監測煤粉系統中的氧含量，一旦氧含量超標立即向煤粉系統中補充適量的氮氣。因此， 準確地檢測煤粉系統中的氧含量顯得十分重要。煤粉系統中的氧含量的檢測方法是從煤粉系統中抽出樣氣，經過預處理後送至在線檢測儀表進行檢測。現有技術中煤直接液化廠的煤粉製備系統為微負壓系統，樣氣略帶少量煤粉和水汽，為此需要對其進行預處理後才能檢測。現有技術中煤粉系統樣氣處理檢測系統如圖1所示，包括依次連接的採樣閥1、散熱器2、分液罐3、冷卻器4、一級過濾器5、氣泵6、二級過濾器7和氧量分析儀8。在氣泵6 的抽吸作用下，自煤粉系統抽出的樣氣經採樣閥1進入散熱器2，散熱後進入分液罐3，在分液罐3中初步分離樣氣中的液相後進入冷卻器4中。其中，冷卻器4中製冷劑為壓縮空氣， 該壓縮空氣通過旋風製冷器9進入冷卻器。樣氣被激冷脫除水分，然後依次經過一級過濾器5、二級過濾器7進入氧量分析儀檢測8。其中，氣泵6位於一級過濾器5與二級過濾器7 之間。樣氣除塵主要由過濾器完成，樣氣通過一級過濾器5實現粗過濾，過濾75微米以上的粉塵，通過二級過濾7實現精過濾，過濾10微米以上的粉塵。在分液罐3和冷卻器4底部設有排液管線，通過排液手閥排出積液。然而該樣氣處理檢測系統投用後還存在很多問題首先，由於過濾器除塵並不徹底，造成氧量分析儀測量誤差很大，甚至損壞分析儀傳感器；而且由於採用氣泵抽吸樣氣， 樣氣中會有微量煤粉進入氣泵，造成氣泵經常故障；另外，由於直接採用過濾器除塵，致使一級過濾器濾芯更換頻繁；此外，由於採樣管路中水汽的凝結，會造成煤粉和水混合堵塞採樣管路。這些問題導致生產難以正常進行，造成大量經濟損失。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種在線分析儀表的樣氣處理檢測系統和方法，用於解決樣氣處理不淨造成氧量分析儀測量誤差偏大的問題。為達到上述目的的第一個方面，本發明採用以下技術方案一種在線分析儀表的樣氣處理檢測系統，包括採樣閥，所述採樣閥一端連接煤粉系統；水封洗滌罐，連接採樣閥另一端，洗滌來自所述採樣閥的樣氣；冷卻器，激冷自所述水封洗滌罐上部引出的樣氣，並脫除樣氣中的水分；氧量分析儀，分析自所述冷卻器上部引出的樣氣的氧含量；文丘裡管，連接所述氧量分析儀的出口，為整個檢測系統中樣氣的流動提供動力。
優選地，在所述採樣閥和水封洗滌罐之間還設有除塵罐。優選地，在冷卻器和氧量分析儀之間還設有過濾器；優選地，所述過濾器過濾精度為6-10微米，以進一步除去樣氣中的煤粉。優選地，所述檢測系統還包括緩衝水罐，所述緩衝水罐與水封洗滌罐和冷卻器的底部通過管線連接。優選地，在除塵罐和水封洗滌罐之間的採樣管線上還設有反吹管線，所述反吹管線的另一端連接在氮氣管線上，用於對採樣管線進行反吹防止管線堵塞。優選地，在氧量分析儀的兩端還增設了氧量分析儀副線，且副線和氧量分析儀入口都設有轉子流量計。優選地，所述水封洗滌罐的罐體為透明材料製備。為達到上述目的的第二個方面，本發明提供了一種採用上述檢測系統對樣氣進行預處理及檢測的方法，所述方法包括如下步驟(a)自煤粉系統抽出的樣氣通入水封洗滌罐底部，洗滌除去煤粉，洗滌後的樣氣自水封洗滌罐上部引出；(b)自水封洗滌罐引出的樣氣進入冷卻器，激冷脫除樣氣中的水分，脫水後的樣氣從冷卻器上部引出；(c)自冷卻器引出的樣氣進入到氧量分析儀中，分析氧含量後從氧量分析儀出口引出流經文丘裡管後排出。優選地，樣氣在進入水封洗滌罐前，先進入除塵罐，進行預除塵。優選地，在步驟(b)和(C)之間還設有過濾步驟，使來自冷卻器的樣氣經過濾器過濾後送往氧量分析儀；優選地，所述過濾器過濾精度為6-10微米。優選地，水封洗滌罐和冷卻器的底部通過管線連接到緩衝水罐，在水封洗滌罐和冷卻器中水位偏高時會自動排入緩衝水罐。優選地，在除塵罐和水封洗滌罐之間的採樣管線上還設有反吹管線，定期通過反吹管線用氮氣對採樣管線進行反吹。優選地，樣氣在進入氧量分析儀時還有部分流入氧量分析儀副線，並通過調節副線中的樣氣流量來調節進入氧量分析儀的樣氣流量。優選地，所述氮氣反吹和緩衝水罐排水共同採用PLC電磁閥組控制器控制，所述電磁閥組包括反吹管線與採樣管路連接處的三通閥VI、反吹管線上的電磁閥V2、冷卻器出口管線上的電磁閥V3和緩衝水罐底部的排水管上的電磁閥V4 ；氮氣反吹時電磁閥V2打開，V3關閉，Vl三通閥切向除塵罐的一方，同時電磁閥V4打開，排出緩衝水罐中的水，反吹和排水完成後，電磁閥自動恢復到樣氣處理狀態，進行樣氣處理。由上述技術方案可見，本發明的優點是由於採用除塵罐、水封洗滌罐和過濾器有效地除去了樣氣中的粉塵，採用冷凝器脫除樣氣中的水分，因此處理後的樣氣的潔淨度很高，從而保證了氧量分析儀測量的準確性，減少了樣氣中粉塵對氧量分析儀造成的損壞。而且系統中還可設置氮氣反吹管線，定時對採樣管線進行反吹，從而避免了採樣管路中由於水汽的凝結，造成煤粉和水混合堵塞採樣管路。另外，摒棄了氣泵的採樣方式，採用文丘裡管儀表風引射抽負壓取樣，為系統提供穩定的吸氣壓力，而且簡潔、無故障，有效地保證了系統的穩定運行，為生產的正常進行提供了保障。
圖1為現有技術中樣氣處理檢測系統示意圖；圖2為本發明提供的樣氣處理檢測系統的一種實施方式的流程示意圖；圖3為本發明提供的樣氣處理檢測系統的另一種實施方式的流程示意圖；圖4為本發明提供的樣氣處理檢測系統的一種優選的實施方式的流程示意圖；圖5為本發明提供的樣氣處理檢測系統的一種進一步優選的實施方式的流程示意圖。
具體實施例方式以下參考附圖進一步說明本發明，但本發明並不因此而受到任何限制。圖2為本發明提供的樣氣處理檢測系統的一種實施方式的流程示意圖，所述樣氣處理檢測系統包括採樣閥11、水封洗滌罐12、冷卻器13、氧量分析儀14和文丘裡管15。其中，採樣閥11 一端連接煤粉系統，另一端連接至水封洗滌罐12，以洗滌樣氣，去除樣氣中的煤粉等灰塵；所述水封洗滌罐12連接到冷卻器13，以激冷樣氣，脫除樣氣中的水分；所述冷卻器13通過管線連接到氧量分析儀14，以分析樣氣中的氧含量；所述氧量分析儀14通過管線連接到文丘裡管15，在文丘裡管的抽吸作用下，樣氣被排出。另外，在水封洗滌罐12的頂端設有注水管，底端設有排汙管，用於更換水封洗滌罐12中的水。在冷卻器13的底端同樣設有排水管，用於排除冷卻器13底部的冷凝水。該系統運行時，文丘裡管15為整個系統中樣氣的流動提供動力。在文丘裡管15 抽吸的作用下，來自煤粉系統的樣氣經採樣閥11進入到水封洗滌罐12中。所述水封洗滌罐12中貯存有一定高度的水，樣氣由水封洗滌罐12底部進入，經過水洗後從水封洗滌罐12 上部引出，樣氣中的煤粉經水洗後從樣氣中被除去，留在水中。優選地，水封洗滌罐12可採用透明有機材料製作，以方便查看水封洗滌罐12中的液位和水質情況，當水封洗滌罐12中的液位低時，通過其頂端的進水管補水。由於蒸汽冷凝水中雜質含量少，適合用做樣氣洗滌水，因此進一步優選地，所述進水管連接到蒸汽冷凝水管，以蒸汽冷凝水作為水封洗滌罐12的補充水。當水封洗滌罐12中的水質太差時，會影響樣氣的洗滌效果，此時，可以通過水封洗滌罐12底端的排汙管將汙水排出，經頂端進水管更換蒸汽冷凝水，以保證樣氣的洗滌效果。從水封洗滌罐12上部引出的樣氣經管線進入到冷卻器13的管程中，激冷以脫除水分。所述冷凝器13的製冷劑可為壓縮空氣或類似製冷介質，當採用壓縮空氣作為製冷介質時，該壓縮空氣經旋風製冷器21進入冷凝器13的殼程從而降低冷凝器13的溫度，具體來說其溫度控制是通過控制進入旋風製冷器的壓縮空氣的量來實現的。脫除水分後的樣氣從冷凝器13上部引出經管線送入到氧量分析儀14，分析氧含量，分析後的樣氣從氧量分析儀14出口經文丘裡管15排放它處。其中，所述文丘裡管15 通過引射儀表風產生負壓，抽吸煤粉系統的樣氣。當然，這裡還可以使用其它抽氣設備代替文丘裡管，抽吸煤粉系統的樣氣。圖3示出了本發明的另一種實施方式，其與圖2所示實施方式的不同之處在於，在採樣閥11和水封洗滌罐12之間還設有除塵罐17，用於樣氣的預除塵。所述除塵罐17內設有擋板，該擋板豎直的固定在除塵罐17中，進入除塵罐17的樣氣在擋板處產生折流，並從擋板下方通過，樣氣中的部分灰塵附著在擋板上，從而實現樣氣的預除塵。當除塵罐17積灰過多時，可以定期打開除塵罐17進行清除。圖4示出了本發明的一種優選的實施方式，其與圖3所示實施方式的不同之處在於，在冷卻器13和氧量分析儀14之間還設有過濾器19，用於進一步除去樣氣中的粉塵，從而使進入氧量分析儀14中樣氣更潔淨，保證氧量分析儀14可以準確穩定的工作。優選地， 所述過濾器19的過濾精度為6-10微米，以便清除樣氣中極微量的粉塵。進一步地，所述過濾器19為並聯的兩組，工作時兩組切換操作，一開一閉。圖5示出了本發明的一種進一步優選的實施方式，其與圖4所示實施方式的不同之處在於，該系統中還設有緩衝水罐16以及氮氣反吹管線18。所述緩衝水罐16用於貯存汙水，減少汙水排放次數。所述氮氣反吹管線18用於定期對採樣管路進行反吹，以避免採樣管路中由於水汽的凝結，致使煤粉和水混合堵塞採樣管路。其中，所述緩衝水罐16通過管線23連接水封洗滌罐12，所述管線23與水封洗滌罐12的連接點位於水封洗滌罐12中液位下方，當水封洗滌罐中液位高過管線23與緩衝水罐16的連接點時，洗滌水會溢流到緩衝水罐16，以保持水封洗滌罐12中的液位高度，從而使樣氣經過檢測系統的阻力基本保持恆定。另外，所述緩衝水罐16還可分別連接冷凝器13 底端的管程和殼程，以排除冷凝器13底部管程和殼程中的積液。此外，在緩衝水罐16的底端還設有排水管，當緩衝水罐16中水位較高時可以排出緩衝水罐16中的汙水。優選地，在緩衝水罐16的排水管上設置PLC控制的電磁閥V4，以自動排放汙水。所述反吹管線18的一端連接位於除塵罐17和水封洗滌罐12之間的採樣管線，其另一端連接氮氣供應管線(圖中未示出)，通過氮氣對採樣管路進行反吹。進一步地，所述氮氣反吹和緩衝水罐排水可共同採用PLC電磁閥組控制器22控制，例如，所述電磁閥組包括反吹管線18與採樣管連接處的三通閥VI、反吹管上的電磁閥V2、冷卻器13出口管線上的電磁閥V3和緩衝水罐16底部的排水管上的電磁閥V4。生產中，氮氣反吹和定時排水一般可設定為M小時，反吹15秒，排水3秒。氮氣反吹時電磁閥V2打開，V3關閉，Vl三通閥切向除塵罐17的一方，氮氣通過反吹管線18向系統內反吹15秒，同時電磁閥V4打開3 秒，排出緩衝水罐16中的水。反吹和排水完成後，電磁閥自動恢復到樣氣處理狀態，進行樣氣處理。當然，具體的參數設置還可以根據實際工況進行相應的調整。此外，由於氧量分析儀14工作時對流入分析儀的氣體流量有一定的範圍要求 (0. 5-1. 5L/min)，而系統工作時需要較快的響應時間(要求小於30秒)，以加快樣氣的處理更新速度，這需要增加系統中樣氣的流量。優選地，增設氧量分析儀14的副線20，且副線20和氧量分析儀14入口最好都安裝有轉子流量計，通過調整副線20中樣氣的流量，保證氧量分析儀14入口樣氣流量處在要求範圍內，整個系統的響應時間可以通過系統容積除以樣氣流量得到。以下對圖5示出的本發明的優選實施方式的響應時間進行計算。考慮樣品取樣點均為微負壓系統，且文丘裡管引射負壓也很小，樣氣從取樣到分析儀的距離很近，忽略樣氣在系統中的狀態變化，樣品從取樣點到文丘裡管傳輸時間即為系統的響應時間，因此整個系統中樣氣處理流程的體積是影響檢測系統的響應時間主要因
ο
其中，除塵罐容積為0. 5L，水封洗滌罐的容積1. 0L，從採樣探頭到脫液罐之間的樣品管線均採用外徑為6mm、管壁厚為Imm的不鏽鋼管，管線長度近似為20米，則系統管線的體積(單位為L，保留小數點後兩位)為
3. 14 X 0 . 00 22 X 20 X 100 0L ^ 0. 25L,過濾器、冷卻器及其它容積近似為0. 1L，則系統中樣氣處理流程的體積V = (0. 5+1. 0+0. 25+0. 1) L = 1. 85L。調整副線流量為8.0L/min，入口儀表的流量為1. OL/min，則整個引射流量為 9.OL/min。由此可知，系統的響應時間為1.85 + 9. OX60S = 12. 3S，小於30S，即改進後的系統滿足對響應時間的要求。為了驗證系統改造後儀表的使用情況，以下通過具體實施例和對比例對圖5示出的本發明的優選實施方式進行說明。實際生產中，對氧量分析儀要求的性能指標如下量程0-15vol%測量誤差<0.5%零點漂移< 0. 05 % /周量程漂移< 0.05% /周以下實施例和對比例中，標準氣體由標準化物質專業生產商北氣普氦生產，零點標準氣為99. 99%的氮氣，量程標準氣為氧氣含量15. 00%、氮氣含量85. 00%的混合氣(以上均為體積百分數，以下表中數據也為體積百分數)。實施例一定期使用標準氣體對氧量分析儀進行零點和量程標定，具體實驗數據見表1，表1使用標準氣對系統改進後儀表的零點和量程標定的結果
權利要求
1.一種在線分析儀表的樣氣處理檢測系統，其特徵在於，包括採樣閥，所述採樣閥一端連接煤粉系統；水封洗滌罐，連接採樣閥另一端，洗滌來自所述採樣閥的樣氣；冷卻器，激冷自所述水封洗滌罐上部引出的樣氣，並脫除樣氣中的水分；氧量分析儀，分析自所述冷卻器上部引出的樣氣的氧含量；文丘裡管，連接所述氧量分析儀的出口，為整個檢測系統中樣氣的流動提供動力。
2.如權利要求1所述的檢測系統，其特徵在於，在所述採樣閥和水封洗滌罐之間還設有除塵罐。
3.如權利要求2所述的檢測系統，其特徵在於，在冷卻器和氧量分析儀之間還設有過濾器；優選地，所述過濾器過濾精度為6-10微米，以進一步除去樣氣中的煤粉。
4.如權利要求3所述的檢測系統，其特徵在於，還包括緩衝水罐，所述緩衝水罐與水封洗滌罐和冷卻器的底部通過管線連接。
5.如權利要求4所述的檢測系統，其特徵在於，在除塵罐和水封洗滌罐之間的採樣管線上還設有反吹管線，所述反吹管線的另一端連接在氮氣管線上，用於對採樣管線進行反吹防止管線堵塞。
6.如權利要求5所述的檢測系統，其特徵在於，在氧量分析儀的兩端還增設了氧量分析儀副線，且副線和氧量分析儀入口都設有轉子流量計。
7.如權利要求1-6中的任意一項所述的檢測系統，其特徵在於，所述水封洗滌罐的罐體為透明材料製備。
8.一種採用權利要求1-7中任意一項所述的檢測系統對樣氣進行處理及檢測的方法， 所述方法包括如下步驟(a)自煤粉系統抽出的樣氣通入水封洗滌罐底部，洗滌除去煤粉，洗滌後的樣氣自水封洗滌罐上部引出；(b)自水封洗滌罐引出的樣氣進入冷卻器，激冷脫除樣氣中的水分，脫水後的樣氣從冷卻器上部引出；(c)自冷卻器引出的樣氣進入到氧量分析儀中，分析氧含量後從氧量分析儀出口引出流經文丘裡管後排出。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，樣氣在進入水封洗滌罐前，先進入除塵罐， 進行預除塵。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，在步驟(b)和(c)之間還設有過濾步驟，使來自冷卻器的樣氣經過濾器過濾後送往氧量分析儀；優選地，所述過濾器過濾精度為6-10 微米。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，水封洗滌罐和冷卻器的底部通過管線連接到緩衝水罐，在水封洗滌罐和冷卻器中水位偏高時會自動排入緩衝水罐。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，在除塵罐和水封洗滌罐之間的採樣管線上還設有反吹管線，定期通過反吹管線用氮氣對採樣管線進行反吹。
13.如權利要求12所述的方法，其特徵在於，樣氣在進入氧量分析儀時還有部分流入氧量分析儀副線，並通過調節副線中的樣氣流量來調節進入氧量分析儀的樣氣流量。
14.如權利要求11或12所述的方法，其特徵在於，所述氮氣反吹和緩衝水罐排水共同採用PLC電磁閥組控制器控制，所述電磁閥組包括反吹管線與採樣管路連接處的三通閥 VI、反吹管線上的電磁閥V2、冷卻器出口管線上的電磁閥V3和緩衝水罐底部的排水管上的電磁閥V4 ；氮氣反吹時電磁閥V2打開，V3關閉，Vl三通閥切向除塵罐的一方，同時電磁閥 V4打開，排出緩衝水罐中的水，反吹和排水完成後，電磁閥自動恢復到樣氣處理狀態，進行樣氣處理。
全文摘要
本發明涉及一種在線分析儀表的樣氣處理檢測系統和方法，該檢測系統包括依次連接的採樣閥、水封洗滌罐、冷卻器、氧量分析儀和文丘裡管，該方法包括(1)將樣氣送至水封洗滌罐洗滌；(2)洗滌後的樣氣輸送至冷卻器激冷脫水的樣氣從冷卻器上部送出；(3)將脫水後的樣氣送入氧量分析儀，分析氧含量後經文丘裡管排往它處，由於採用水封洗滌罐除塵，冷卻器脫水，從而有效地去除了樣氣中的煤粉和水分，保證了氧量分析儀測量的準確性，為生產的正常進行提供了保障。
文檔編號G01N1/24GK102494927SQ201110365368
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者孫祝, 王希軍, 王志強, 趙宏世 申請人:中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司, 神華集團有限責任公司