CN102494927B - 一种在线分析仪表的样气处理检测***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在线分析仪表的样气处理检测***和方法，该检测***包括依次连接的采样阀、水封洗涤罐、冷却器、氧量分析仪和文丘里管，该方法包括(1)将样气送至水封洗涤罐洗涤；(2)洗涤后的样气输送至冷却器激冷脱水的样气从冷却器上部送出；(3)将脱水后的样气送入氧量分析仪，分析氧含量后经文丘里管排往它处，由于采用水封洗涤罐除尘，冷却器脱水，从而有效地去除了样气中的煤粉和水分，保证了氧量分析仪测量的准确性，为生产的正常进行提供了保障。

Description

一种在线分析仪表的样气处理检测***和方法

技术领域

本发明涉及一种在线分析仪表的样气处理检测***和方法。

背景技术

在煤直接液化工艺中，原煤要经过磨煤成为满足一定粒度要求的煤粉才能作为原料进行使用。然而如果煤粉***中氧含量过高，煤粉便会有自燃的危险，为避免危险，需要在线监测煤粉***中的氧含量，一旦氧含量超标立即向煤粉***中补充适量的氮气。因此，准确地检测煤粉***中的氧含量显得十分重要。

煤粉***中的氧含量的检测方法是从煤粉***中抽出样气，经过预处理后送至在线检测仪表进行检测。现有技术中煤直接液化厂的煤粉制备***为微负压***，样气略带少量煤粉和水汽，为此需要对其进行预处理后才能检测。

现有技术中煤粉***样气处理检测***如图1所示，包括依次连接的采样阀1、散热器2、分液罐3、冷却器4、一级过滤器5、气泵6、二级过滤器7和氧量分析仪8。在气泵6的抽吸作用下，自煤粉***抽出的样气经采样阀1进入散热器2，散热后进入分液罐3，在分液罐3中初步分离样气中的液相后进入冷却器4中。其中，冷却器4中制冷剂为压缩空气，该压缩空气通过旋风制冷器9进入冷却器。样气被激冷脱除水分，然后依次经过一级过滤器5、二级过滤器7进入氧量分析仪检测8。其中，气泵6位于一级过滤器5与二级过滤器7之间。样气除尘主要由过滤器完成，样气通过一级过滤器5实现粗过滤，过滤75微米以上的粉尘，通过二级过滤7实现精过滤，过滤10微米以上的粉尘。在分液罐3和冷却器4底部设有排液管线，通过排液手阀排出积液。

然而该样气处理检测***投用后还存在很多问题：首先，由于过滤器除尘并不彻底，造成氧量分析仪测量误差很大，甚至损坏分析仪传感器；而且由于采用气泵抽吸样气，样气中会有微量煤粉进入气泵，造成气泵经常故障；另外，由于直接采用过滤器除尘，致使一级过滤器滤芯更换频繁；此外，由于采样管路中水汽的凝结，会造成煤粉和水混合堵塞采样管路。这些问题导致生产难以正常进行，造成大量经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在线分析仪表的样气处理检测***和方法，用于解决样气处理不净造成氧量分析仪测量误差偏大的问题。

为达到上述目的的第一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种在线分析仪表的样气处理检测***，包括：

采样阀，所述采样阀一端连接煤粉***；

水封洗涤罐，连接采样阀另一端，洗涤来自所述采样阀的样气；

冷却器，激冷自所述水封洗涤罐上部引出的样气，并脱除样气中的水分；

氧量分析仪，分析自所述冷却器上部引出的样气的氧含量；

文丘里管，连接所述氧量分析仪的出口，为整个检测***中样气的流动提供动力。

优选地，在所述采样阀和水封洗涤罐之间还设有除尘罐。

优选地，在冷却器和氧量分析仪之间还设有过滤器；优选地，所述过滤器过滤精度为6-10微米，以进一步除去样气中的煤粉。

优选地，所述检测***还包括缓冲水罐，所述缓冲水罐与水封洗涤罐和冷却器的底部通过管线连接。

优选地，在除尘罐和水封洗涤罐之间的采样管线上还设有反吹管线，所述反吹管线的另一端连接在氮气管线上，用于对采样管线进行反吹防止管线堵塞。

优选地，在氧量分析仪的两端还增设了氧量分析仪副线，且副线和氧量分析仪入口都设有转子流量计。

优选地，所述水封洗涤罐的罐体为透明材料制备。

为达到上述目的的第二个方面，本发明提供了一种采用上述检测***对样气进行预处理及检测的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)自煤粉***抽出的样气通入水封洗涤罐底部，洗涤除去煤粉，洗涤后的样气自水封洗涤罐上部引出；

(b)自水封洗涤罐引出的样气进入冷却器，激冷脱除样气中的水分，脱水后的样气从冷却器上部引出；

(c)自冷却器引出的样气进入到氧量分析仪中，分析氧含量后从氧量分析仪出口引出流经文丘里管后排出。

优选地，样气在进入水封洗涤罐前，先进入除尘罐，进行预除尘。

优选地，在步骤(b)和(c)之间还设有过滤步骤，使来自冷却器的样气经过滤器过滤后送往氧量分析仪；优选地，所述过滤器过滤精度为6-10微米。

优选地，水封洗涤罐和冷却器的底部通过管线连接到缓冲水罐，在水封洗涤罐和冷却器中水位偏高时会自动排入缓冲水罐。

优选地，在除尘罐和水封洗涤罐之间的采样管线上还设有反吹管线，定期通过反吹管线用氮气对采样管线进行反吹。

优选地，样气在进入氧量分析仪时还有部分流入氧量分析仪副线，并通过调节副线中的样气流量来调节进入氧量分析仪的样气流量。

优选地，所述氮气反吹和缓冲水罐排水共同采用PLC电磁阀组控制器控制，所述电磁阀组包括反吹管线与采样管路连接处的三通阀V1、反吹管线上的电磁阀V2、冷却器出口管线上的电磁阀V3和缓冲水罐底部的排水管上的电磁阀V4；氮气反吹时电磁阀V2打开，V3关闭，V1三通阀切向除尘罐的一方，同时电磁阀V4打开，排出缓冲水罐中的水，反吹和排水完成后，电磁阀自动恢复到样气处理状态，进行样气处理。

由上述技术方案可见，本发明的优点是：由于采用除尘罐、水封洗涤罐和过滤器有效地除去了样气中的粉尘，采用冷凝器脱除样气中的水分，因此处理后的样气的洁净度很高，从而保证了氧量分析仪测量的准确性，减少了样气中粉尘对氧量分析仪造成的损坏。而且***中还可设置氮气反吹管线，定时对采样管线进行反吹，从而避免了采样管路中由于水汽的凝结，造成煤粉和水混合堵塞采样管路。另外，摒弃了气泵的采样方式，采用文丘里管仪表风引射抽负压取样，为***提供稳定的吸气压力，而且简洁、无故障，有效地保证了***的稳定运行，为生产的正常进行提供了保障。

附图说明

图1为现有技术中样气处理检测***示意图；

图2为本发明提供的样气处理检测***的一种实施方式的流程示意图；

图3为本发明提供的样气处理检测***的另一种实施方式的流程示意图；

图4为本发明提供的样气处理检测***的一种优选的实施方式的流程示意图；

图5为本发明提供的样气处理检测***的一种进一步优选的实施方式的流程示意图。

具体实施方式

以下参考附图进一步说明本发明，但本发明并不因此而受到任何限制。

图2为本发明提供的样气处理检测***的一种实施方式的流程示意图，所述样气处理检测***包括采样阀11、水封洗涤罐12、冷却器13、氧量分析仪14和文丘里管15。其中，采样阀11一端连接煤粉***，另一端连接至水封洗涤罐12，以洗涤样气，去除样气中的煤粉等灰尘；所述水封洗涤罐12连接到冷却器13，以激冷样气，脱除样气中的水分；所述冷却器13通过管线连接到氧量分析仪14，以分析样气中的氧含量；所述氧量分析仪14通过管线连接到文丘里管15，在文丘里管的抽吸作用下，样气被排出。另外，在水封洗涤罐12的顶端设有注水管，底端设有排污管，用于更换水封洗涤罐12中的水。在冷却器13的底端同样设有排水管，用于排除冷却器13底部的冷凝水。

该***运行时，文丘里管15为整个***中样气的流动提供动力。在文丘里管15抽吸的作用下，来自煤粉***的样气经采样阀11进入到水封洗涤罐12中。所述水封洗涤罐12中贮存有一定高度的水，样气由水封洗涤罐12底部进入，经过水洗后从水封洗涤罐12上部引出，样气中的煤粉经水洗后从样气中被除去，留在水中。

优选地，水封洗涤罐12可采用透明有机材料制作，以方便查看水封洗涤罐12中的液位和水质情况，当水封洗涤罐12中的液位低时，通过其顶端的进水管补水。由于蒸汽冷凝水中杂质含量少，适合用做样气洗涤水，因此进一步优选地，所述进水管连接到蒸汽冷凝水管，以蒸汽冷凝水作为水封洗涤罐12的补充水。当水封洗涤罐12中的水质太差时，会影响样气的洗涤效果，此时，可以通过水封洗涤罐12底端的排污管将污水排出，经顶端进水管更换蒸汽冷凝水，以保证样气的洗涤效果。

从水封洗涤罐12上部引出的样气经管线进入到冷却器13的管程中，激冷以脱除水分。所述冷凝器13的制冷剂可为压缩空气或类似制冷介质，当采用压缩空气作为制冷介质时，该压缩空气经旋风制冷器21进入冷凝器13的壳程从而降低冷凝器13的温度，具体来说其温度控制是通过控制进入旋风制冷器的压缩空气的量来实现的。

脱除水分后的样气从冷凝器13上部引出经管线送入到氧量分析仪14，分析氧含量，分析后的样气从氧量分析仪14出口经文丘里管15排放它处。其中，所述文丘里管15通过引射仪表风产生负压，抽吸煤粉***的样气。当然，这里还可以使用其它抽气设备代替文丘里管，抽吸煤粉***的样气。

图3示出了本发明的另一种实施方式，其与图2所示实施方式的不同之处在于，在采样阀11和水封洗涤罐12之间还设有除尘罐17，用于样气的预除尘。所述除尘罐17内设有挡板，该挡板竖直的固定在除尘罐17中，进入除尘罐17的样气在挡板处产生折流，并从挡板下方通过，样气中的部分灰尘附着在挡板上，从而实现样气的预除尘。当除尘罐17积灰过多时，可以定期打开除尘罐17进行清除。

图4示出了本发明的一种优选的实施方式，其与图3所示实施方式的不同之处在于，在冷却器13和氧量分析仪14之间还设有过滤器19，用于进一步除去样气中的粉尘，从而使进入氧量分析仪14中样气更洁净，保证氧量分析仪14可以准确稳定的工作。优选地，所述过滤器19的过滤精度为6-10微米，以便清除样气中极微量的粉尘。进一步地，所述过滤器19为并联的两组，工作时两组切换操作，一开一闭。

图5示出了本发明的一种进一步优选的实施方式，其与图4所示实施方式的不同之处在于，该***中还设有缓冲水罐16以及氮气反吹管线18。所述缓冲水罐16用于贮存污水，减少污水排放次数。所述氮气反吹管线18用于定期对采样管路进行反吹，以避免采样管路中由于水汽的凝结，致使煤粉和水混合堵塞采样管路。

其中，所述缓冲水罐16通过管线23连接水封洗涤罐12，所述管线23与水封洗涤罐12的连接点位于水封洗涤罐12中液位下方，当水封洗涤罐中液位高过管线23与缓冲水罐16的连接点时，洗涤水会溢流到缓冲水罐16，以保持水封洗涤罐12中的液位高度，从而使样气经过检测***的阻力基本保持恒定。另外，所述缓冲水罐16还可分别连接冷凝器13底端的管程和壳程，以排除冷凝器13底部管程和壳程中的积液。此外，在缓冲水罐16的底端还设有排水管，当缓冲水罐16中水位较高时可以排出缓冲水罐16中的污水。优选地，在缓冲水罐16的排水管上设置PLC控制的电磁阀V4，以自动排放污水。

所述反吹管线18的一端连接位于除尘罐17和水封洗涤罐12之间的采样管线，其另一端连接氮气供应管线(图中未示出)，通过氮气对采样管路进行反吹。进一步地，所述氮气反吹和缓冲水罐排水可共同采用PLC电磁阀组控制器22控制，例如，所述电磁阀组包括反吹管线18与采样管连接处的三通阀V1、反吹管上的电磁阀V2、冷却器13出口管线上的电磁阀V3和缓冲水罐16底部的排水管上的电磁阀V4。生产中，氮气反吹和定时排水一般可设定为24小时，反吹15秒，排水3秒。氮气反吹时电磁阀V2打开，V3关闭，V1三通阀切向除尘罐17的一方，氮气通过反吹管线18向***内反吹15秒，同时电磁阀V4打开3秒，排出缓冲水罐16中的水。反吹和排水完成后，电磁阀自动恢复到样气处理状态，进行样气处理。当然，具体的参数设置还可以根据实际工况进行相应的调整。

此外，由于氧量分析仪14工作时对流入分析仪的气体流量有一定的范围要求(0.5-1.5L/min)，而***工作时需要较快的响应时间(要求小于30秒)，以加快样气的处理更新速度，这需要增加***中样气的流量。优选地，增设氧量分析仪14的副线20，且副线20和氧量分析仪14入口最好都安装有转子流量计，通过调整副线20中样气的流量，保证氧量分析仪14入口样气流量处在要求范围内，整个***的响应时间可以通过***容积除以样气流量得到。

以下对图5示出的本发明的优选实施方式的响应时间进行计算。

考虑样品取样点均为微负压***，且文丘里管引射负压也很小，样气从取样到分析仪的距离很近，忽略样气在***中的状态变化，样品从取样点到文丘里管传输时间即为***的响应时间，因此整个***中样气处理流程的体积是影响检测***的响应时间主要因素。

其中，除尘罐容积为0.5L，水封洗涤罐的容积1.0L，从采样探头到脱液罐之间的样品管线均采用外径为6mm、管壁厚为1mm的不锈钢管，管线长度近似为20米，则***管线的体积(单位为L，保留小数点后两位)为：

3.14×0.002²×20×1000L≈0.25L，

过滤器、冷却器及其它容积近似为0.1L，

则***中样气处理流程的体积V＝(0.5+1.0+0.25+0.1)L＝1.85L。

调整副线流量为8.0L/min，入口仪表的流量为1.0L/min，则整个引射流量为9.0L/min。

由此可知，***的响应时间为：1.85÷9.0×60S＝12.3S，小于30S，即改进后的***满足对响应时间的要求。

为了验证***改造后仪表的使用情况，以下通过具体实施例和对比例对图5示出的本发明的优选实施方式进行说明。

实际生产中，对氧量分析仪要求的性能指标如下：

量程：0-15vol％

测量误差：＜0.5％

零点漂移：＜0.05％/周

量程漂移：＜0.05％/周

以下实施例和对比例中，标准气体由标准化物质专业生产商北气普氦生产，零点标准气为99.99％的氮气，量程标准气为氧气含量15.00％、氮气含量85.00％的混合气(以上均为体积百分数，以下表中数据也为体积百分数)。

实施例一

定期使用标准气体对氧量分析仪进行零点和量程标定，具体实验数据见表1，

表1  使用标准气对***改进后仪表的零点和量程标定的结果

仪表每隔一周进行零点和量程的标定，累计四组的实验说明，仪表分析的数据准确度高，满足零点漂移和量程飘移小于0.05％/周的性能指标，无需进行零点和量程调整。从仪表原理分析，测量介质附带灰尘附着在传感器上是引起仪表零点和量程漂移的主要原因之一，这说明样气经***处理后洁净度高，从而未造成仪表的零点漂移和量程飘移超仪表技术指标。

对比例一

为了更好的体现本发明的有益效果，现给出***改进前，每隔一周使用标准气体对氧量分析仪进行零点和量程标定的结果，具体实验数据见表2，

表2  ***改进前样气的人工分析和仪表分析的对比数据

由表2可以看出，在***改进前，仪表的零点、量程漂移最大为3.0％，最小为1.0％，不能满足零点漂移和量程飘移小于0.05％/周的性能指标。由于零点、量程漂移严重，需要参照标准样气不断调整仪表电位器进行标定，但是调整次数过多可能损坏仪表传感器。

实施例二

为了验证***改造后，氧量分析仪在实际分析煤粉***样气时的应用效果，一段时间内每隔一周，分别对样气进行仪表在线分析和人工分析，具体数据见表3，

表3  ***改进后样气的人工分析和仪表分析的对比数据

由表2可见，仪表实际在线分析和人工分析的数值一致性比较好(人工分析的数据保留3位有效数字，仪表实测分析是保留2位有效数字)，说明***改进后仪表的分析结果满足误差小于0.5的要求。

对比例二

***改进前，在一段时间内每隔一周分别对样气进行仪表在线分析和人工分析，具体数据见表4，

表4  ***改进前样气的人工分析和仪表分析的对比数据

由表4可以看出，在***改进前，仪表在线分析与人工分析偏差大，最大偏差达1.5，仪表的分析结果不能满足误差小于0.5的要求，仪表指示不准。

Claims (14)

1.一种在线分析仪表的样气处理检测***，其特征在于，包括：

采样阀，所述采样阀一端连接煤粉***；

水封洗涤罐，连接采样阀另一端，洗涤来自所述采样阀的样气；

冷却器，激冷自所述水封洗涤罐上部引出的样气，并脱除样气中的水分；

氧量分析仪，分析自所述冷却器上部引出的样气的氧含量；

文丘里管，连接所述氧量分析仪的出口，为整个检测***中样气的流动提供动力；

其中，在所述采样阀和水封洗涤罐之间还设有除尘罐，在除尘罐和水封洗涤罐之间的采样管线上还设有反吹管线，所述反吹管线的另一端连接在氮气管线上，用于对采样管线进行反吹防止管线堵塞。

2.如权利要求1所述的检测***，其特征在于，在冷却器和氧量分析仪之间还设有过滤器，以进一步除去样气中的煤粉。

3.如权利要求2所述的检测***，其特征在于，所述过滤器过滤精度为6-10微米。

4.如权利要求2所述的检测***，其特征在于，还包括缓冲水罐，所述缓冲水罐与水封洗涤罐和冷却器的底部通过管线连接。

5.如权利要求1所述的检测***，其特征在于，在氧量分析仪的两端还增设了氧量分析仪副线，且副线和氧量分析仪入口都设有转子流量计。

6.如权利要求1-5中的任意一项所述的检测***，其特征在于，所述水封洗涤罐的罐体为透明材料制备。

7.一种采用权利要求1-6中任意一项所述的检测***对样气进行处理及检测的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)自煤粉***抽出的样气通入水封洗涤罐底部，洗涤除去煤粉，洗涤后的样气自水封洗涤罐上部引出；

(b)自水封洗涤罐引出的样气进入冷却器，激冷脱除样气中的水分，脱水后的样气从冷却器上部引出；

(c)自冷却器引出的样气进入到氧量分析仪中，分析氧含量后从氧量分析仪出口引出流经文丘里管后排出。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，样气在进入水封洗涤罐前，先进入除尘罐，进行预除尘。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤（b）和（c）之间还设有过滤步骤，使来自冷却器的样气经过滤器过滤后送往氧量分析仪。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述过滤器过滤精度为6-10微米。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，水封洗涤罐和冷却器的底部通过管线连接到缓冲水罐，在水封洗涤罐和冷却器中水位偏高时会自动排入缓冲水罐。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在除尘罐和水封洗涤罐之间的采样管线上还设有反吹管线，定期通过反吹管线用氮气对采样管线进行反吹。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，样气在进入氧量分析仪时还有部分流入氧量分析仪副线，并通过调节副线中的样气流量来调节进入氧量分析仪的样气流量。

14.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述氮气反吹和缓冲水罐排水共同采用PLC电磁阀组控制器控制，所述电磁阀组包括反吹管线与采样管路连接处的三通阀V1、反吹管线上的电磁阀V2、冷却器出口管线上的电磁阀V3和缓冲水罐底部的排水管上的电磁阀V4；氮气反吹时电磁阀V2打开，V3关闭，V1三通阀切向除尘罐的一方，同时电磁阀V4打开，排出缓冲水罐中的水，反吹和排水完成后，电磁阀自动恢复到样气处理状态，进行样气处理。

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