高温高压用气溶胶取样系统的制作方法

本实用新型涉及高温高压用气溶胶取样系统。

背景技术：

本实用新型涉及能够对气溶胶进行取样及分析的系统，目前缺乏可在高温高压状态下进行取样及分析的气溶胶测量系统，本实用新型的目的在于提供在高温高压情况下也能够进行测量的系统。

工业气溶胶装置大部分适用于常压常温、常压高温、高压常温等条件，还没有能够在高温高压条件下直接适用的工业装置。因此，本实用新型能够在高温高压环境下对包含粉尘、污染物及放射性物质的多种气溶胶进行分析，包括常温常压条件并包括高温高压条件，对石油化学工程、热能、制铁、原子能、汽车、空调移机过滤器等广泛的环境条件下的气溶胶分析技术提供基础技术。

对此，公开了如韩国授权专利第100145032号“工具安装及气溶胶生成装置”的装置等，但同样涉及在常温常压下的气溶胶生成装置，至今尚未公开关于高温高压气溶胶生成/注入、混合、取样系统。

技术实现要素：

气溶胶测量系统需要对试样的流速进行调节来使其维持规定值，从而控制所取样的气溶胶的量，需要使用精湛的测量装置来能够在多种位置测定粒子的数量浓度、大小分布、质量浓度。

为了测定气溶胶的特性，需要能够对标本进行取样的装置。此时，特别留意在取样过程中不要致使气溶胶的特性变化，这种取样过程称为等速取样(Isokinetic Sampling)。等速取样是指在取样探针(Sampling Probe)内气溶胶的流动方向及速度分别与管内主气溶胶的流动方向及速度一致的条件下的取样过程。非等速取样的情况下，在取样过程中气溶胶的特性改变而与之后的测量结果无关地导致有误的测量结果，因此需要根据管内流速条件适当选定取样探针。并且，在开始取样之前，需要留意防止气溶胶长时间堆积在露出于主气溶胶流动的取样探针的内部。

为了对包含空气、非冷凝气体及蒸气的高温高压环境下的移送气体中所包含的气溶胶进行取样，系统及装置需要耐得住高温高压环境，并且以不影响系统设备的可靠性的方式设计取样系统。并且，需要分析因取样时间和热水力条件的差异而发生的不确定性来确认并补偿测量的准确性。

气溶胶测量装置基本使用取样时准确度最高的离线方式的过滤器。并且，为了完善目的，可通过取样口(sampling port)连接光学粒子计数器、静电式低压冲击器等多种测量设备。离线测量使用作为试验部的入口、出口的工业装置的薄膜过滤器。然而，大部分工业装置的适用范围受限，因此包含蒸气的高温高压环境下难以直接适用。因此，需要前处理装置和后处理装置，以便适用工业装置。图1示出使用薄膜过滤器作为离线测量装置的气溶胶取样系统。

为了达成如上所述的目的，本实用新型提供在高温高压环境下工作的气溶胶取样系统，沿着与移送气体管线1的移送气体的移动方向相同的方向形成有等速取样探针2，在等速取样探针2取样的移送气体向第一薄膜过滤器7移动而执行取样及测量，设置有吹扫用气体注入器4，用于在开始取样之前，在从等速取样探针2向第一薄膜过滤器7 移动的区间注入吹扫用气体来维持大于或等于移送气体管线的压力的压力，由此防止在取样探针的内部堆积气溶胶，从而在高温高压环境下以压力及温度平衡的状态进行取样，开始取样时，停止吹扫用气体的供给，气溶胶在第一薄膜过滤器7和等速取样探针2之间向第二薄膜过滤器5迂回而被第一薄膜过滤器5去除，取样管仅由移送气体填充，防止移送气体管线和取样管线之间存在压力差或温度差。

对从等速取样探针2至第一薄膜过滤器的区间进行加热来达到与移送气体管线相同的温度。

通过第一薄膜过滤器7的取样气体可通过临界孔8而被减压，通过临界孔的取样气体借助热交换器11而被去除热，蒸气在排水罐12 被冷凝并取样。

使气溶胶能够在通过临界孔8之前向针阀9迂回，从而能够进行压力调节。

可使蒸气被去除的取样气体通过热式质量流量计，在热式质量流量计15的前端设置有水分分离器。

在热式质量流量计的末端形成有真空罐和真空泵，从而能够控制向取样探针流入的移送气体的流量。

在安装有薄膜过滤器的过滤器支架中，为了使气溶胶的移送损失量最小化，从过滤器支架的入口至薄膜过滤器的区间呈圆锥形结构来形成层流。

通过如上所述的实用新型，可在高温高压环境下进行取样。

附图说明

图1为示出本实用新型的高温高压线下气溶胶测量装置的附图。

图2为示出本实用新型的高温高压线下气溶胶测量装置的过滤器支架的附图。

图3为示出本实用新型的高温高压线下气溶胶测量装置的孔板支架及临界孔的附图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明。图1为示出本实用新型的高温高压线下气溶胶测量装置的附图。

高温高压取样系统需要维持高温及高压条件直到取样结束并在取样结束的时刻适当调低温度和压力来排出。并且，设备及系统需要能够在高温及高压维持稳定的功能。为此，利用加热器对从等速取样探针2至临界孔8的后端加热来使系统维持规定的温度，取样结束的取样气体经过孔板8、针阀9、热交换器11和冷凝水罐12、水分分离器 14而被去除水分并减少压力及温度，从而向系统的外部放出。薄膜过滤器5、7使用能够耐得住高温高压的特殊制造的支架，并且为了防止薄膜过滤器受损而使用板。此时，薄膜过滤器可易于替换为陶瓷过滤器、毛细管过滤器等所需的过滤器。并且，为了在初期进行取样时防止急剧的温度及压力变化且与移送气体构成平衡，而将薄膜过滤器设置于迂回管线来使用。

移送气体通过等速取样探针2向取样装置移送，移送气体管线1 和取样管线的流速维持相同的流速。为了使移送气体和取样管线的流速维持相同的流速，可使用真空泵17及真空罐16调节取样流速。此时，根据使用气体，可使用针阀9及临界孔，在移送气体为空气或氮等非冷凝气体的情况下，可使用针阀来调节后端压力，由此维持规定的取样流速，在移送气体包含蒸气的情况下，可使用临界孔来调节后端压力。取样的移送气体通过质量流量计3和热式质量流量计15来测定空气、氮、蒸气及其混合物的质量流量及体积流量，用作能够补偿因移送气体管线和取样管线的流速差导致的气溶胶损失量的手段。

吹扫用气体(purge gas)注入器4，向取样探针的内部注入微量的空气或氮气来维持大于或等于移送气体管线的压力的压力，防止在开始气溶胶的取样之前气溶胶长时间堆积在露出于气溶胶的流动的取样探针的内部。并且，为了维持与移送气体管线相同的温度而设置有加热器，从而能够预先防止因热扩散及冷凝导致的气溶胶的损失。并且，为了对需要稀释的高浓度的气溶胶口进行测量时间的调节，吹扫用气体注入器可同时执行稀释器的作用。

之后，若开始取样，则停止吹扫用气体的供给，气溶胶通过第二薄膜过滤器5。开始取样后，首先随着通过第二薄膜过滤器而气溶胶完全被去除的移送气体填充取样管的内部，从而当开始取样时，能够在维持移送气体管线和取样管线之间的压力及温度平衡后开始取样。由此防止因移送气体管线和取样管线的压力差导致的急剧的取样，并防止因温度差而气溶胶附着于取样管的内部的热扩散现象。

达到压力/热平衡的取样系统通过第一薄膜过滤器7执行取样及测量。第一薄膜过滤器、第二薄膜过滤器借助柔性管(Flexible tube)6 连接而易于拆装。通过第一薄膜过滤器的取样气体通过临界孔8而减压至规定的压力，可通过设置于临界孔的前端、后端的差压表10来测定差压值并间接测定包含蒸气的取样气体的流速。并且，通过临界孔或针阀的高温的取样气体借助热交换器11而被去除热，在包含蒸气的情况下，蒸气冷凝在排水罐12而被取样，取样的冷凝水通过排水阀13 来测量冷凝量。由此能够测定准确的流量，并提供能够补偿所使用的测量器的不确定性的手段。并且，以通过针阀9的方式调节阀来可将后端的压力调节为任意程度。此时，为了确保热式质量流量计15的性能，而设置水分分离器14来防止冷凝的蒸气的流入。

与薄膜过滤器的后端相连接的真空罐16和真空泵17可控制向取样探针流入的移送气体的流量。

图2示出能够耐得住高温高压条件的过滤器支架18。过滤器支架沿着垂直方向设置于取样系统，在取样后分离的过程中使堆积在薄膜过滤器的气溶胶的损失最小化。并且，过滤器支架的上部或下部由夹子固定，从而在系统运行中也能够易于分离来更换薄膜过滤器。为了使气溶胶的移送损失和凝集最小化，而安装有薄膜过滤器的过滤器支架的内部具有能够形成层流的圆锥形结构。此时，为了在高压条件下防止薄膜过滤器受损，而可在穿孔板20和网格板21的上部固定薄膜过滤器来维持稳定的取样。特氟龙环19以在高压条件下维持气密性而防止压力损失的方式制造。

图3示出能够在高温高压条件下使用的孔板支架22及临界孔8。临界孔板固定于孔板支架8，易于拆装具有所需的孔板的大小的临界孔板。因此，可通过更换孔板来调节孔板的后端压力，在孔板的前端、后端的压力差超出规定范围的情况下，可通过阻流(Chocked Flow)来维持取样流速。