专利名称：管道内固体粉尘采样探头的制作方法
技术领域：
本发明是气体管道内固体粉尘采样的探头。涉及管道系统和其它类不包括的测量领域。
背景技术：
由于天然气管道内的铁锈、石英砂等固体杂质会严重磨损管线上的阀门、仪表以及大型压缩机等，从而影响整个管线的安全可靠运行，同时仪表的磨损也会造成天然气较大的计量误差，因此输气管线上都装有除尘装置。目前输气管线一般用旋风分离器来除去直径较大的颗粒，而对气体净化要求高的场合则再加一级虑芯过滤器。由于分离器和过滤器在高压下工作，在用气量波动大的条件下，常规评价分离性能的等动采样方法不适用于高压条件，使得分离器和过滤器的设计部门和使用部门无法确定高压条件的分离效率和出口粒径分布情况，只能依据常压条件下的数据来选用分离设备。
目前使用的采样系统，主要分为两大类一是先测速后采样的普通采样系统；二是组合式采样系统。应用普通采样系统采样时，首先要用皮托管等测速装置测出管道中的速度，然后根据等动采样的原则，由管道流速和采样嘴的直径计算出相应抽气流量，这种采样方法操作过程繁琐，易造成天然气泄漏，不适用于高压管道内粉尘检测。而组合式采样系统则是将测速装置和采样嘴组合在一起放入管道中，首先根据测速装置所测的速度不断调整抽气流量，使采样气体流速和管道中流速相等，实现等动采样，达到测量粉尘浓度和粒度分布的目的。组合式采样系统虽采样过程相对简单，只需将探头放入管道，密封问题易解决，也适合于高压管道，但不足是结构相当复杂。它是在采样嘴后连真空泵，抽取管道内的气体，再连加热器对采样气体进行加热；同时由热电偶测量管道内的温度，压力传感器测量管道中的绝对压力，用皮托管测量动压和静压差。之后将温度、绝对压力和压差转换成数字信号传送给数字式微压计，数字式微压计将结果传递给计算机，由计算机产生控制信号发给流量调节器，使采样气流速度和管道内气流速度相等，进行等速采样。如此复杂的系统不但增加了投入的成本，也给设备的维修、保养带来很大的麻烦。
近年来在水泥窖窖尾、烟道和大气环境等领域出现了变内径的采样探头可以很简单、方便地实现等动采样。如1991年10月23日授权的“静压平衡烟尘等速取样管”(专利号ZL91211428.2)就是这种探头。但其内、外压的测压孔都各有一个，不但所取的压力值不是平均值，有较大误差，其测量精确度在5～7％左右，而且一个测压孔也极易堵塞，造成无法工作，只好停工检修。这种采样探头虽可以引来应用于输气管道，但其存在的不足是必须予以解决的。
发明内容
本发明的目的是发明一种对管道内固体粉尘进行等动条件采样的且对管道内流体扰动小、采样精确、安全可靠的采样探头。
要保证在管道内对固体粉尘采样的准确，首先就要保证采样在等动条件(即采样气流速度等于管道内气流速度)下进行。本发明也是在采样探头的气嘴进口段后接一个扩压段，使进入气嘴且在进口段增大流速的气流由扩压段将其速度降低到与管道内气流速度相等。采样探头1的结构如图1、图2和图3所示。前端成直钩状的管状采样探头1在嘴的小内径进口段后有大内径的扩压段，并在扩压段的管壁内有一个由多个内压孔6与采样探头1内相通的内压环腔4及一个由多个外压孔8与采样探头1外相通的外压环腔5，内、外压环腔4、5各有一测压孔7、9与取压管2、3相通。它是将常规的等内径管变为在等内径的进口段后扩大内径到一定长度，即进口段后接一段扩压段。其扩压段的内径和长度与进口段的内径有一定关系，一般由实验来确定。根据流体力学的知识，当一个小口径管置入流体中时，进入小管的流体的流速要加快、压力减小；如果在小口径管后扩大内径，那么流体进入扩大的管段后其流速又要减小，压力则又增大(故称之为扩压段)。如果尺寸选择的好，完全可以作到扩压段的流体压力与管外的流体压力相近或相等，进而可以达到等动采样的目的。其不等动系数可达±1％。具体就是内压环腔4是在采样探头1的扩压段管壁内有一个与管外隔绝而由2～6个均匀分布的内压孔6与采样探头内扩压段相通的环形空腔。外压环腔5是在采样探头1的扩压段管壁内有一个与扩压段隔绝而由2～6个均匀分布的外压孔8与采样探头1外相通的环形空腔。内、外压环腔4、5各有一个测压孔7、9与取压管2、3相通。内、外压孔6、8和测压孔的直径在0.5～1.5mm之间。内、外压孔6、8均取多个孔一是增加了取压的采样点保证所测量的压力为圆周方向的压力平均值，又增设了对气体的过滤，可避免造成粉尘堵塞的可能性。理论上讲，内、外压孔6、8以多为好，但实际上由于采样探头内径本身就很小，从取压力平均值的角度看太多也没有必要；从防堵的角度看，多当然也好，内、外压孔6、8被堵几率的下降率为1/n(其中n为内或外压孔数)，孔数太多，被堵的几率下降的并不明显。至于内、外压环腔4、5的制造工艺也并不难，以3个内压孔6和3个外压孔8为例，将一厚壁管在嘴的磨角之后车细，再在相应位置车两道槽，在一个环腔的槽内周向每隔120°向内打一孔，尔后在两道槽外各紧配合套2个管段使该二槽密封成两个环腔，在套外压环腔5的管段上也每隔120°打一孔，同时将之后车细的管段同样紧配合套上管段，使套上的三个管段外径相等，即三管段的壁厚与车去的厚度相等。当然三个管段之间也要吻合好，不能漏气。
具体实施例方式
实施例采样探头结构如图1所示。采样探头1的内径为6mm，扩压段内径6.7mm，外径20mm；内、外压环腔4、5为宽3mm、环高2mm，内、外压孔6、8直径1mm，测压孔7、9直径2mm，取压管2、3直径8mm、壁厚4mm。
如此设计的采样装置的技术参数为不等速系数＜2.5％，可测管道压力最大6Mpa，测量浓度范围2～500mg/m3，测量误差小于5％。
本发明由于在采样探头1的采样内管加置了扩压段和内、外压环腔4、5及内、外压取压管2、3，就可实现等动采样，设备非常简单，且对管道内流体扰动小，采样准确度提高，可避免测压孔堵塞而影响工作。
图1采样探头结构2内压环腔剖视3外压环腔剖视图其中 1-采样探头 2-内压取压管3-外压取压管4-内压环腔5-外压环腔 6-内压孔7-内压测压孔8-外压孔9-外压测压孔
权利要求
1.一种管道内固体粉尘采样探头，前端成直钩状的采样探头[1]内在小内径的进口段后有大口径的扩压段，其特征是在扩压段的管壁内有一个由多个内压孔[6]与采样探头[1]内相通的内压环腔[4]及一个由多个外压孔[8]与采样探头[1]外相通的外压环腔[5]，内、外压环腔[4]、[5]各有一个测压孔[7]、[9]与取压管[2]、[3]相通。
2.根据权利要求1所述的管道内固体粉尘采样探头，其特征是在采样探头[1]内的扩压段管壁内有一个与管外隔绝而由2～6个均匀分布的内压孔[6]与采样探头[1]内扩压段相通的内压环腔[4]及一个与扩压段内腔隔绝而由2～6个均匀分布的外压孔[8]与采样探头[1]外相通的外压环腔[5]；内、外压环腔[4]、[5]各在2个内压孔[6]和2个外压孔[8]中间开一测压孔[7]、[9]与取压管[2]、[3]固连相通。
3.根据权利要求1、2所述的管道内固体粉尘采样探头，其特征是所述内压孔[6]、外压孔[8]和测压孔[7]、[9]的直径在0.5～1.5mm之间。
全文摘要
本发明是一种管道内特别是天然气管道内固体粉尘采样探头。其特征是前端成直钩状的采样探头1内在扩压段的管壁内有一个由多个内压孔6与采样探头1内相通的内压环腔4及一个由多个外压孔8与采样探头1外相通的外压环腔5，内、外压环腔4、5各有一测压孔7、9与取压管2、3相通。本探头对管道内流体扰动小，采样准确，可避免测压孔堵塞而无法工作，安全、可靠，适用于高、底压管道。
文档编号G01N1/20GK1619282SQ20031011538
公开日2005年5月25日 申请日期2003年11月21日 优先权日2003年11月21日
发明者姬忠礼, 付松广, 陈鸿海, 陈红生, 肖峰, 孙齐 申请人:中国石油天然气股份有限公司