一种用于颗粒物在线监测的装置及系统的制作方法

1.本发明属于颗粒物在线监测技术领域，尤其涉及一种用于颗粒物在线监测的装置及系统。


背景技术：

2.目前通常是将天然气管道内的气体引出到检测仪器后分析颗粒物的浓度的粒度，然后通过对比分析去评价过滤分离设备的运行性能。然而这种方法不仅费时费力，而且对于管道内颗粒物含量和过滤分离设备的运行状态无法时刻记录和分析，因此，需要开发一套高压天然气站场用的颗粒物在线监测装置及系统，用于实时分析管道内的颗粒物含量和过滤分离设备的运行状态，并且可根据大量的运行数据去预测过滤元件的运行寿命，为站场及时更换过滤元件提供可靠的依据。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于颗粒物在线监测的装置及系统，具备实时分析管道内的颗粒物含量和过滤分离设备运行状态的优点，解决了目前无法实时记录和分析管道内的颗粒物含量以及过滤分离设备运行状态的问题。
4.本发明是这样实现的，一种用于颗粒物在线监测的装置及系统，所述监测装置包括监测传感器、电控箱、若干信号线路、过滤器和天然气管道；
5.所述过滤器的两侧与天然气管道连通，所述过滤器的顶部设置有压差计，且压差计的两侧均与天然气管道配合，所述过滤器两侧的底部均设置有采样口，所述采样口开设于天然气管道的底部，一侧所述天然气管道的顶部设置有两个压力表，且压力表与电控箱连接，另一侧所述天然气管道的顶部设置有流量计和温度计，且流量计和温度计与电控箱连接，所述天然气管道表面远离过滤器的一端设置有监测传感器，所述天然气管道的两端均设置有高压球阀，另一侧所述监测传感器和高压球阀之间设置有球阀，所述球阀与天然气管道连通；
6.所述电控箱的内部设置有电源和电倍增管，所述监测传感器将信号线集中到一台电控箱中，集中显示数值和通讯。
7.作为本发明优选的，所述监测传感器与天然气管道采用法兰连接的形式，所述监测传感器与天然气管道设置有两个耐高压镜片视窗，所述耐高压镜片视窗采用球面镜片设计。
8.作为本发明优选的，所述监测系统包括光源、照明系统、散射光收集系统和信号处理系统，光源发出的光经过照明系统后准直为一束平行光射入含尘气流管道，接受光路接收粒子群散射光强的大小取决于粉尘大小及光波长，颗粒的散射光通过接收系统传递至光电传感器，光电传感器光信号转换成电信号，经电信号的测量脉冲数目和单个脉冲的高度，进而计算得到被测气体中的含尘浓度和粒度分布。
9.作为本发明优选的，所述探测环状立体角内的光通量，面元ds与入射光线垂直，θ1
和θ2为两个环与原点连线与y轴的夹角，表示面元的边与x轴的夹角。
10.作为本发明优选的，在均匀介质中沿直线传播，当遇到不均匀介质时发生散射，即光偏离其直线传播方向的现象，光后向散射当一束强度为i0的入射光进入管道后，碰到微小的烟尘颗粒物使光强减弱，并产生多束散射光，探测器接收后向散射光信号，通过换算，测量出颗粒物浓度。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
12.1、本发明通过设置监控装置和系统，用于监测高压输气管道内颗粒物浓度，以及分析高压输气管道过滤分离设备的过滤性能。可满足大多数工况下的天然气站场要求，特别适用于输气管道内颗粒物浓度较高，过滤设备经常失效的天然气站场。
13.2、本发明通过此装置可对监测装置中测量体的尺寸与具体的管路直径和气流速度进行匹配，根据不同的管路直径和气流速度，得到颗粒物监测结果最为接近实际值时的测量体的尺寸，建立最佳测量体的数据库，即可根据不同的管路和气速情况下直接选择最优的监测装置。
14.3、本发明对高压天然气管道内的颗粒物进行在线监测，实时反馈颗粒物的浓度，并据此去优化站场的工艺流程，从而降低管道中颗粒物的浓度，以免对压缩机、仪表及阀门等重要设备造成损坏。
15.4、本发明实时获取过滤元件的运行性能数据，如阻力、效率及容尘量等，评价现场过滤滤芯的性能。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的结构示意图；
17.图2是本发明实施例提供监测仪器光信号处理系统示意图；
18.图3是本发明实施例提供群颗粒光散射模型；
19.图4是本发明实施例提供后向散射测量原理图；
20.图5是本发明实施例提供后向散射法监测装置示意图；
21.图6是本发明实施例提供监测仪器光信号处理系统示意图；
22.图7是本发明实施例提供耐高压镜片视窗结构图。
23.图中：1、监测传感器；2、电控箱；3、过滤器；4、天然气管道；5、压差计；6、采样口；7、压力表；8、流量计；9、温度计；10、高压球阀；11、球阀。
具体实施方式
24.为能进一步了解本发明的本发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
25.下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
26.如图1至图7所示，本发明实施例提供的一种用于颗粒物在线监测的装置及系统，监测装置包括监测传感器1、电控箱2、若干信号线路、过滤器3和天然气管道4；
27.过滤器3的两侧与天然气管道4连通，过滤器3的顶部设置有压差计5，且压差计5的两侧均与天然气管道4配合，过滤器3两侧的底部均设置有采样口6，采样口6开设于天然气管道4的底部，一侧天然气管道4的顶部设置有两个压力表7，且压力表7与电控箱2连接，另
一侧天然气管道4的顶部设置有流量计8和温度计9，且流量计8和温度计9与电控箱2连接，天然气管道4表面远离过滤器3的一端设置有监测传感器1，天然气管道4的两端均设置有高压球阀10，另一侧监测传感器1和高压球阀10之间设置有球阀11，球阀11与天然气管道4连通；
28.电控箱2的内部设置有电源和电倍增管，监测传感器1将信号线集中到一台电控箱2中，集中显示数值和通讯。
29.监测传感器1与天然气管道4采用法兰连接的形式，监测传感器1与天然气管道4设置有两个耐高压镜片视窗，耐高压镜片视窗采用球面镜片设计，保证激光的入射以及后向散射光的接收，对光路进行光学稳定性优化，降低天然气的高压力对光路的影响，保证测量结果准确，耐高压镜片视窗处的密封形式采用o型圈密封。
30.监测系统包括光源、照明系统、散射光收集系统和信号处理系统，光源发出的光经过照明系统后准直为一束平行光射入含尘气流管道，接受光路接收粒子群散射光强的大小取决于粉尘大小及光波长，颗粒的散射光通过接收系统传递至光电传感器，光电传感器光信号转换成电信号，经电信号的测量脉冲数目和单个脉冲的高度，进而计算得到被测气体中的含尘浓度和粒度分布。
31.探测环状立体角内的光通量，面元ds与入射光线垂直，θ1和θ2为两个环与原点连线与y轴的夹角，表示面元的边与x轴的夹角，散射光与入射光的夹角φ在90
°‑
270
°
范围内的被称为后向散射光，i2即为后向散射光。
32.在均匀介质中沿直线传播，当遇到不均匀介质时发生散射，即光偏离其直线传播方向的现象，光后向散射当一束强度为i0的入射光进入管道后，碰到微小的烟尘颗粒物使光强减弱，并产生多束散射光，探测器接收后向散射光信号，通过换算，测量出颗粒物浓度。
33.根据图6所示，主要包括激光功率控制单元、散射光接收到单元、光电倍增管、信号处理、信号输出单元，激光器发出的波长为650nm的激光光束以一个微小的角度射入天然气管道4，激光束与管道内颗粒物作用产生散射光，后向散射光通过接收系统进入传感器转变成电信号进行处理。结果光电转换、信号放大、解调、v/i转换功能，最后提供4-20ma的电流信号输出。
34.对于后向散射法来说，入射光有效测量长度一般要在监测仪器至管道直径1/2处。如果入射光有效测量长度过短，入射光长度还未伸入管道内，测量结果将无意义；如果入射光有效测量长度过长，管道壁的反射会干扰正常的测量。
35.入射光束入射角拟定为3
°
，入射光在管道有效测量长度约300mm。
36.考虑到法兰安装及焊接同轴度公差，散射光接收光路拟采用直径40mm圆柱平行光束，以避免接收光束轴线偏差造成影响。
37.接收光路采用直径为35mm、焦距为100mm的双胶合聚焦透镜，与直径12.7mm双凸透镜组成接收系统。在光电倍增管前设置像光阑，在两透镜中间交点处设置孔径光阑，减弱光源反射光产生的噪音，双凸及光阑预安装在1/2寸套管中。使用zemax模拟，光束边缘发散角约为0.5
°
。
38.本发明的工作原理：
39.在使用时，左侧高压球阀10与天然气站场过滤设备上游相连接右侧高压球阀10与天然气站场过滤设备下游相连接，从天然气站场过滤设备上游经左侧高压球阀10流入此设
备，经右侧高压球阀10流出至天然气站场过滤设备下游，当天然气站场天然气按上述流经此装置时，便可由左侧监测传感器1实时得到天然气站场上游颗粒物浓度数据，由右侧监测传感器1实时得到天然气站场下游颗粒物浓度数据，由压差计5实时得到过滤器3两端的压差，同时，可从采样口6分别在上游和下游取样分析，达到预期效果，为满足在天然气站场实际使用的方便性，本发明装置中的重要参数，包括监测传感器1的测量参数颗粒物浓度(单位：mg/m3)，压力表7的测量参数压力(单位：mpa)，压差计5的测量参数压差(单位：mpa)，流量计8的测量参数流量(单位：m3/h)，监测传感器1的测量参数颗粒物浓度(单位：mg/m3)，均通过过远传的方式，实时传输到中控室的电脑中，并在电脑上配套软件，用于记录数据，分析过滤器3性能，光源发出的光经过照明系统后准直为一束平行光射入含尘气流管道，接受光路接收粒子群散射光强的大小取决于粉尘大小及光波长，颗粒的散射光通过接收系统传递至光电传感器，光电传感器光信号转换成电信号，经电信号的测量脉冲数目和单个脉冲的高度，进而计算得到被测气体中的含尘浓度和粒度分布。
40.综上所述：该用于颗粒物在线监测的装置及系统，通过设置监控装置和系统，用于监测高压输气管道内颗粒物浓度，以及分析高压输气管道过滤分离设备的过滤性能，可满足大多数工况下的天然气站场要求，特别适用于输气管道内颗粒物浓度较高，过滤设备经常失效的天然气站场。
41.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
42.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。