CN112781969A - 用于在线监测的气体稀释装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于在线监测的气体稀释装置，其包括：取样管线，其一端与取样口相连接，另一端与采样泵相连接；一级稀释管路，其连接在靠近取样口的取样管线上；二级稀释管路，其连接在靠近采样泵的取样管线上；以及监测仪，其连接在采样泵的下游。其中，采样泵将待测气体和稀释气体抽吸至取样管线，并泵送至监测仪进行检测。本发明还公开了一种用于在线监测的气体稀释方法。本发明通过采样泵抽吸待测气体和稀释气体、在取样管线的不同位置设置两级稀释管路，能够满足不同稀释比例要求，并且省去了现有技术中正压式的气源，如空气压缩机、压缩空气罐等装置，本发明用于在线监测的稀释装置结构简单、体积较小。

Description

用于在线监测的气体稀释装置及方法
技术领域
本发明涉及石化行业现场监测领域，特别涉及一种用于在线监测的气体稀释装置及方法。
背景技术
油井、储罐等石油化工设备挥发的H2S和VOCs气体浓度较高，其浓度范围往往超过现有现场检测设备仪器的上限，不利于现场对其进行长周期监测。为了实现现场气体的长周期监测，最常用的手段是对气体进行稀释后再通过监测仪器进行监测。
目前现有的气体稀释装置大多为固定式稀释装置，通过流量控制的方式实现气体浓度配置，其采用气瓶供气，即正压式。这种稀释装置结构复杂、体积较大、自动化程度低，不利于实现现场采样24小时监测的工作场所测试。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的之一在于，提供一种用于在线监测的气体稀释装置及方法，从而改善现有技术中气体稀释装置结构复杂、体积较大等缺陷。
本发明的另一目的在于，提供一种用于在线监测的气体稀释装置及方法，从而实现更加便捷的在线长周期采样监测。
为实现上述一个或多个目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于在线监测的气体稀释装置，其包括：取样管线，其一端与取样口相连接，另一端与采样泵相连接；一级稀释管路，其连接在靠近取样口的取样管线上；二级稀释管路，其连接在靠近采样泵的取样管线上；以及监测仪，其连接在采样泵的下游。其中，采样泵将待测气体和稀释气体抽吸至取样管线，并泵送至监测仪进行检测。
进一步，上述技术方案中，一级稀释管路连接在取样管线的1/3～1/2处；二级稀释管路连接在取样管线的1/2～2/3处。
进一步，上述技术方案中，一级稀释管路和二级稀释管路的直径为取样管线的直径的1/2～2/3。
进一步，上述技术方案中，一级稀释管路上设有第一调节阀和第一流量计，二级稀释管路上设有第二调节阀和第二流量计，取样管线上设有第三流量计，第三流量计位于二级稀释管路的下游。
进一步，上述技术方案中，一级稀释管路上设有第一单向阀，二级稀释管路上设有第二单向阀。
进一步，上述技术方案中，用于在线监测的气体稀释装置还包括：无线手持终端，其能够采集第一流量计、第二流量计和第三流量计的流量信号，并根据预设稀释比例控制第一调节阀和第二调节阀。
进一步，上述技术方案中，稀释气体为过滤后的环境空气。
根据本发明的第二方面，本发明提供了一种用于在线监测的气体稀释方法，该方法采用如上述技术方案中任意一项的用于在线监测的气体稀释装置，该方法至少包括如下步骤：设置预设稀释比例；当预设稀释比例小于:1:3时，打开一级稀释管路，关闭二级稀释管路；当预设稀释比例大于或等于1:3且小于1:6时，关闭一级稀释管路，打开二级稀释管路；以及当预设稀释比例大于或等于1:6且小于1:9时，同时打开一级稀释管路和二级稀释管路。
进一步，上述技术方案中，用于在线监测的气体稀释方法还包括计算实际稀释比例的步骤，实际稀释比例为(Q-Q1-Q2):Q，其中Q1为一级稀释管路的流量，Q2为二级稀释管路的流量，Q为取样管线的总流量。
进一步，上述技术方案中，用于在线监测的气体稀释方法还包括根据预设稀释比例调节实际稀释比例，其中调节实际稀释比例是通过调节一级稀释管路和/或二级稀释管路的流量实现的。
进一步，上述技术方案中，用于在线监测的气体稀释方法还包括步骤：当监测仪检测到的浓度值超过监测仪的量程时，重新设置预设稀释比例或发出报警信号。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.通过采样泵抽吸待测气体和稀释气体、在取样管线的不同位置设置两级稀释管路，能够满足不同稀释比例要求，并且省去了现有技术中正压式的气源，如空气压缩机、压缩空气罐等装置，本发明的稀释装置结构简单、体积较小。
2.通过无线手持终端采集流量信号、无线控制调节阀，本发明的稀释装置便于在现场携带测量，实现更加便捷的在线长周期采样监测。
3.按照采样泵的抽力和管道的沿程阻力进行流体力学计算设计各级稀释管路，按照流量数据来精确计算稀释比例，可实现不同比例的稀释，便于现场监测仪器测量。
4.各级稀释管路上设有单向阀，以避免待测气体或混合气体回流，影响检测结果。
上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
图1是根据本发明的一实施方式的用于在线监测的气体稀释装置的结构示意图。
主要附图标记说明：
10-取样管线，11-取样口，12-采样泵，13-第三流量计，20-一级稀释管路，21-第一流量计，22-第一调节阀，23-第一单向阀，30-二级稀释管路，31-第二流量计，32-第二调节阀，33-第二单向阀，40-监测仪，50-无线手持终端。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
如图1所示，根据本发明具体实施方式的用于在线监测的气体稀释装置，采样泵12将待测气体由取样口11抽吸进入取样管线10进行采样后，泵入监测仪40进行浓度检测。当检测到的待测气体浓度超过监测仪40的测量上限时，需要对待测气体进行稀释测量。一般监测仪40的测量上限为100～1000ppm，远远低于井口、储罐呼吸阀等位置的气体排放浓度，在对这些位置进行长周期监测时通常采用稀释测量。本发明的气体稀释装置设有一级稀释管路20和二级稀释管路30，其分别连接在靠近取样口11和靠近采样泵12的取样管线10上。采样泵12将待测气体和稀释气体抽吸至取样管线，并泵送至监测仪进行检测。
进一步地，按照采样泵12的抽吸力和各个管道的沿程阻力进行流体力学计算来设计各级稀释管道的位置和直径，能够实现不同比例的稀释。在本发明的一个或多个示例性实施方式中，一级稀释管路20可以连接在取样管线10的1/3～1/2处，二级稀释管路30可以连接在取样管线10的1/2～2/3处，取样管线10为取样口11至采样泵12之间的管线。示例性地，一级稀释管路20和二级稀释管路30的直径为取样管线10的直径的1/2～2/3。应了解的是，一级稀释管路20和二级稀释管路30的设置位置和直径可以根据实际情况进行选择，本发明并不以此为限。
优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，一级稀释管路20上设有第一调节阀22和第一流量计21，二级稀释管路30上设有第二调节阀32和第二流量计31，取样管线10上设有第三流量计13，第三流量计13位于二级稀释管路30的下游。第一流量计21可以检测一级稀释管路20中的稀释气体流量Q1，第二流量计31可以检测二级稀释管路30中的稀释气体流量Q2，第三流量计13可以检测取样管线10中的混合气体流量，即待测气体与稀释气体混合后即将进入监测仪40的气体总流量Q。根据各个流量计检测到的流量值可以计算出实际稀释比例为(Q-Q1-Q2):Q。根据实际稀释比例和监测仪40所检测到的浓度值可以得到待测气体的浓度值，从而实现对高浓度待测气体的长周期在线监测。
优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，一级稀释管路20上设有第一单向阀23，二级稀释管路30上设有第二单向阀33。在各级稀释管路上设置单向阀以避免待测气体或混合气体回流，影响检测结果。
优选而非限制性地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，用于在线监测的气体稀释装置还包括无线手持终端50。无线手持终端50能够采集第一流量计21、第二流量计31和第三流量计13的流量信号，并根据预设稀释比例控制第一调节阀22和第二调节阀32。示例性地，无线手持终端50可以由电池供电。无线手持终端50便于携带，实现更加便捷的长周期采样监测。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，稀释气体可以为过滤后的环境空气，便于现场使用，无需配备正压式的气源。
在本发明的一个或多个示例性实施方式中，用于在线监测的气体稀释方法采用如上述技术方案中任意一项的气体稀释装置，该方法至少包括如下步骤：设置预设稀释比例；当预设稀释比例小于1:3时，打开一级稀释管路20，关闭二级稀释管路30；当预设稀释比例大于或等于1:3且小于1:6时，关闭一级稀释管路20，打开二级稀释管路30；以及当预设稀释比例大于或等于1:6且小于1:9时，同时打开一级稀释管路20和二级稀释管路30。在本发明的示例性实施例中，打开或关闭各级稀释管路可以通过管路上的调节阀实现，并且可以通过无线控制调节阀。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，用于在线监测的气体稀释方法还包括根据预设稀释比例调节实际稀释比例，其中调节实际稀释比例是通过调节一级稀释管路20和/或二级稀释管路30的流量实现的。实际稀释比例可以通过各个流量计检测到的流量值计算得出。
进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，用于在线监测的气体稀释方法还包括步骤：当监测仪40检测到的浓度值超过监测仪40的量程时，重新设置预设稀释比例或发出报警信号。本发明的气体稀释装置为长周期在线测量，待测气体浓度不断变化，若根据原有预设稀释比例稀释后浓度仍超过监测仪40的量程，那么说明预设稀释比例不合适，需要吸入更多的稀释气体。如果一级稀释管路20和二级稀释管路30均已启用，稀释后的气体浓度仍超过监测仪40的量程，该情况下本发明的气体稀释装置已经无法满足在线监测要求，则发出报警信号。操作人员接收报警信号后，应采取措施、排出故障，避免发生事故。报警信号可以发送至无线手持终端50，以便操作人员及时反应，本发明并不以此为限。
下面以具体实施例的方式更详细地说明本发明，应了解的是，本发明并不以此为限。
实施例1
参考图1所示，本实施例的气体稀释装置中，取样管线10的长度为1.5m，其直径为10mm，一级稀释管路20的直径为6mm，其与取样口11的距离为0.5m，二级稀释管路30的直径为6mm，其与取样口11的距离为1m。监测仪40的量程为0-1000ppm，采样泵12的工作流量为0-5L/min。本实施例的气体稀释装置用于在线监测常压储罐罐顶呼吸阀挥发的VOCs气体的气体浓度。
预设稀释比例为1:2，因此仅需打开一级稀释管路20来稀释待测气体。实际稀释比例为(Q-Q1-Q2):Q，在本实施例中Q2为0。根据无线手持终端50采集到的流量信号，实时比较实际稀释比例与预设稀释比例，并根据比较结果调节一级稀释管路20的第一调节阀22。根据实际稀释比例和监测仪40所检测到的浓度值可以得到待测气体的浓度值，从而实现对高浓度待测气体的长周期在线监测。
实施例2
本实施例的气体稀释装置与实施例1相同，然而，在按照实施例1的设定监测一段时间后，发现稀释后的气体浓度仍高于监测仪40的量程上限。在本实施例中将预设稀释比例调整为1:5，因此需关闭一级稀释管路20，打开二级稀释管路30。实际稀释比例为(Q-Q1-Q2):Q，在本实施例中Q1为0。根据无线手持终端50采集到的流量信号，实时比较实际稀释比例与预设稀释比例，并根据比较结果调节二级稀释管路30的第二调节阀32。根据实际稀释比例和监测仪40所检测到的浓度值可以得到待测气体的浓度值，从而实现对高浓度待测气体的长周期在线监测。
实施例3
本实施例的气体稀释装置与实施例1相同，然而，在按照实施例2的设定监测一段时间后，发现稀释后的气体浓度仍高于监测仪40的量程上限。在本实施例中将预设稀释比例调整为1:7，因此需同时打开一级稀释管路20和二级稀释管路30。实际稀释比例为(Q-Q1-Q2):Q。根据无线手持终端50采集到的流量信号，实时比较实际稀释比例与预设稀释比例，并根据比较结果调节一级稀释管路20的第一调节阀22和二级稀释管路30的第二调节阀32。根据实际稀释比例和监测仪40所检测到的浓度值可以得到待测气体的浓度值，从而实现对高浓度待测气体的长周期在线监测。
实施例1～3的稀释装置结构简单、体积较小。通过采样泵抽吸待测气体和稀释气体、在取样管线的不同位置设置两级稀释管路，能够满足不同稀释比例要求，并且省去了现有技术中正压式的气源，如空气压缩机、压缩空气罐等装置。
实施例4
参考图1所示，本实施例的气体稀释装置中，取样管线10的长度为1.5m，其直径为10mm，一级稀释管路20的直径为6mm，其与取样口11的距离为0.5m，二级稀释管路30的直径为6mm，其与取样口11的距离为1m。监测仪40的量程为0-1000ppm，采样泵12的工作流量为0-5L/min。本实施例的气体稀释装置用于在线监测油气田井口挥发的硫化氢气体的气体浓度。
预设稀释比例为1:7，因此需同时打开一级稀释管路20和二级稀释管路30来稀释待测气体。实际稀释比例为(Q-Q1-Q2):Q。根据无线手持终端50采集到的流量信号，实时比较实际稀释比例与预设稀释比例，并根据比较结果调节一级稀释管路20的第一调节阀22和二级稀释管路30的第二调节阀32。根据实际稀释比例和监测仪40所检测到的浓度值可以得到待测气体的浓度值，从而实现对高浓度待测气体的长周期在线监测。
实施例5
本实施例的气体稀释装置与实施例4相同，然而，在按照实施例4的设定监测一段时间后，发现稀释后的气体浓度仍高于监测仪40的量程上限。此时监测仪40可以向无线手持终端50和/或中控室发送报警信号，操作人员需采取措施、排除故障，避免待测气体浓度超标或造成安全事故。
本实施例的稀释装置在无法完成在线监测任务时，能够及时发送报警信号，操作人员可以采取必要措施、排出故障，以避免发生安全事故。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于在线监测的气体稀释装置，其特征在于，包括：
取样管线，其一端与取样口相连接，另一端与采样泵相连接；
一级稀释管路，其连接在靠近所述取样口的所述取样管线上；
二级稀释管路，其连接在靠近所述采样泵的所述取样管线上；以及
监测仪，其连接在所述采样泵的下游，
其中，所述采样泵将待测气体和稀释气体抽吸至所述取样管线，并泵送至所述监测仪进行检测。
2.根据权利要求1所述的用于在线监测的气体稀释装置，其特征在于，所述一级稀释管路连接在所述取样管线的1/3～1/2处；所述二级稀释管路连接在所述取样管线的1/2～2/3处。
3.根据权利要求1所述的用于在线监测的气体稀释装置，其特征在于，所述一级稀释管路和所述二级稀释管路的直径为所述取样管线的直径的1/2～2/3。
4.根据权利要求1所述的用于在线监测的气体稀释装置，其特征在于，所述一级稀释管路上设有第一调节阀和第一流量计，所述二级稀释管路上设有第二调节阀和第二流量计，所述取样管线上设有第三流量计，所述第三流量计位于所述二级稀释管路的下游。
5.根据权利要求4所述的用于在线监测的气体稀释装置，其特征在于，所述一级稀释管路上设有第一单向阀，所述二级稀释管路上设有第二单向阀。
6.根据权利要求4所述的用于在线监测的气体稀释装置，其特征在于，还包括：
无线手持终端，其能够采集所述第一流量计、所述第二流量计和所述第三流量计的流量信号，并根据预设稀释比例控制所述第一调节阀和所述第二调节阀。
7.根据权利要求1所述的用于在线监测的气体稀释装置，其特征在于，所述稀释气体为过滤后的环境空气。
8.一种用于在线监测的气体稀释方法，其特征在于，该方法采用如权利要求1～7中任意一项所述的用于在线监测的气体稀释装置，该方法至少包括如下步骤：
设置预设稀释比例；
当预设稀释比例小于1:3时，打开所述一级稀释管路，关闭所述二级稀释管路；
当预设稀释比例大于或等于1:3且小于1:6时，关闭所述一级稀释管路，打开所述二级稀释管路；以及
当预设稀释比例大于或等于1:6且小于1:9时，同时打开所述一级稀释管路和所述二级稀释管路。
9.根据权利要求8所述的用于在线监测的气体稀释方法，其特征在于，还包括计算实际稀释比例的步骤，所述实际稀释比例为(Q-Q1-Q2):Q，其中Q1为所述一级稀释管路的流量，Q2为所述二级稀释管路的流量，Q为所述取样管线的总流量。
10.根据权利要求9所述的用于在线监测的气体稀释方法，其特征在于，还包括根据所述预设稀释比例调节所述实际稀释比例，其中调节所述实际稀释比例是通过调节所述一级稀释管路和/或所述二级稀释管路的流量实现的。
11.根据权利要求8所述的用于在线监测的气体稀释方法，其特征在于，还包括步骤：
当所述监测仪检测到的浓度值超过所述监测仪的量程时，重新设置预设稀释比例或发出报警信号。
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