CN203011800U - 适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其包括在线检测单元及预热吹扫单元：在线检测单元包括串接的主采样子系统、二次采样子系统、颗粒物粒径在线分析仪及第一流量计量控制子系统；二次采样子系统包括气体流量分配器和二次采样嘴；流量分配器设有一个腔体及两个气体出口而分出主路及旁路；主路依次串接二次采样嘴、颗粒物粒径在线分析仪及第一流量计量控制子系统，旁路串接第二流量计量控制子系统；预热吹扫单元并联设于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，用于对整个系统的管线进行吹扫和预热。该装置还可包括离线检测单元、长期在线监测单元。该装置能实现对高温气体管道内颗粒物的长期在线检测。

Description

适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置

技术领域

本实用新型是关于管道内颗粒物采集分析技术，具体是关于一种适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置。

背景技术

高温陶瓷过滤器是煤化工和催化裂化中常用的过滤设备，其滤管断裂是目前所而临的重要问题，陶瓷滤管一但断裂对造成管道内的颗粒物浓度迅速升高，严重危害下游的重要设备的正常运行，例如造成烟气轮机的叶片磨损等，而目前缺少对过滤器出口颗粒物浓度实时监测的技术。因此，对高温过滤分离设备进出口进行颗粒物测定来其性能进行评价并实时监测管道内颗粒物浓度变化对保护下游重要设备具有重要意义。

目前针对高温气体管道内颗粒物测定通常采用以下离线检测和在线检测。离线检测是指通过高精度的滤筒或滤膜将气体管道内的粉尘收集，对其称重后计算出管道内的颗粒物浓度，再借助其他粒度分析仪测定出收集的颗粒物粒径。这种离线检测方式可以比较客观的测定出管道内颗粒物特性，但是当浓度较低时操作时间较长，实时性不好。而目前大多数在线检测装置为采用光学原理，只能在常温常压下进行检测，所述检测设备如果用于高温工况则需要将高温气体降温后再通过仪器检测，温度的降低会使某些气体析出液滴，造成颗粒物团聚，影响测量结果，并且凝结的液滴也会污染光学镜头。目前也有少数仪器也可以直接用于高温工况下直接测量，但是从现场使用情况来看，浓度过低或过高时测量仪器测量结果不准确。且尚缺少颗粒物长期监测的技术在此领域的应用，例如监测高温过滤分离设备的出口颗粒物浓度，用以评价分离过滤设备的性能。

实用新型内容

有鉴于上述现有气体管道内颗粒物检测技术存在的缺点，本案实用新型人基于从事相关科研及现场经验和专业知识，创造性地提出了一种能够直接在线检测和长期监测高温气体管道内颗粒物的装置。

本实用新型的一个目的在于提供一种适用于高温气体管道内颗粒物在线检测和长期监测的装置，该装置维护成本低，可靠性强，可实现管道内颗粒物特性的测定，且进一步可长期在线监测。

为达到上述目的，本实用新型提出一种适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，该装置包括：

(1)在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的主采样子系统、二次采样子系统、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统；其中：

所述主采样子系统包括管状主采样嘴，该主采样嘴前端伸入需检测的高温气体管道内，该主采样嘴是用以引入含有颗粒物的高温气体样品；

所述二次采样子系统包括气体流量分配器和一个二次采样嘴；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体前侧设置一个气体进口，后侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路；主路依次串接二次采样嘴、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统，旁路串接第二流量计量控制子系统；

这样，主采样子系统从高温气体管道内采样后，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别被下游方向的二次采样嘴采出以及从旁路出口排出；

(2)预热吹扫单元；该预热吹扫单元并联设于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，包括加热气体储罐与保温管线，用于对整个系统的管线进行吹扫和预热。

本实用新型中，所述“前”、“后”或“末”的方向是指按照气体流动上下游方向而言，即，气流方向是从“前”流向“后”或“末”。

本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置中，利用所述流量分配器的结构设计，可以让进入其腔体的气流在腔体内部形成湍流，进而使其内的颗粒物混合均匀，来满足二次取样嘴可以采到具有代表性的样品。并且，本实用新型中，事先利用所述的预热吹扫单元对整个系统的管线进行吹扫和预热，可以有效防止取样后的气体冷却使气体中的颗粒团聚而影响测量结果。根据本实用新型的具体实施方案，预热吹扫单元的加热气体的温度尽可能的接近主管道内被取样气体的温度，将检测管路加热至尽可能与需检测的高温气体管道内气体的温度相同。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置中，所述流量分配器的腔体直径大于气体进口与主路出口，所述旁路为从主路上引出的分支管路。优选地，气体进口、腔体与主路出口设置在同一中心线上。更优选地，旁路出口的中心线方向与气体进口中心线方向呈垂直设置。

本实用新型中，所述流量分配器的结构尺寸只要能实现让所述流量分配器腔体的气流在腔体内部形成湍流而混合均匀的目的即可。根据本实用新型的优选方案，所述流量分配器的腔体直径与气体进口直径的比例为2～10∶1；腔体长度(沿采样气流方向)与腔体直径的比例为0.5～3∶1，可根据气体流速进行适当调整。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置中，主采样子系统的管状主采样嘴通过机械或液压结构伸缩至需检测的高温气体管道中的待测位置。

优选地，本发明中，所述主采样子系统还包括随管状主采样嘴伸入需检测的高温气体管道内的以下设备中的一种或多种：

能测量压力和/或温度的传感器，和/或具有测量流速功能的探头。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置中，于在线检测单元的颗粒物粒径在线分析仪与第一流量计量控制子系统之间还串接有第一颗粒物捕集子系统。这样，利用第一颗粒物捕集子系统收集颗粒物，在进行在线检测的同时也可对颗粒物进行离线采集检测，可同在线检测的结果相互验证。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置还可进一步包括：

(3)离线检测单元；该离线检测单元包括第二颗粒物捕集子系统，该第二颗粒物捕集子系统一端连接于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，另一端连接于所述流量分配器的旁路出口与第二流量计量控制子系统之间的管路上。离线检测单元的设置主要是用于将其检测结果同在线检测的结果比较，验证可靠性。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置还可进一步包括：

(4)长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器为用于检测管道内的粉尘情况、将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。所述长期在线监测单元与所述在线检测单元为并列设置。

根据本实用新型的该装置具体实施方案，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置还可根据需要包括：用于控制各管路开关的阀门。还可以根据需要包括：监测用的温度传感器、压力传感器等。

在本实用新型的一具体实施方案中，本实用新型的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置包括：

(1)在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的管状主采样嘴、第一阀门、第二阀门以及流量分配器；所述管状主采样嘴的前端伸入需检测的高温气体管道内，管状主采样嘴伸入高温气体管道的连接处通过管道接管及法兰密封，管状主采样嘴下游经第一阀门、第二阀门串接流量分配器气体进口；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体一侧设置一个气体进口，另一侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路；主路依次串接二次采样嘴、第三阀门、颗粒物粒径在线分析仪、第一颗粒物捕集子系统以及第一流量计量控制子系统；旁路依次串接第四阀门以及第二流量计量控制子系统；这样，管状主采样嘴从高温气体管道内采样后，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别被下游方向的二次采样嘴采出以及从旁路排出；

(2)离线检测单元；该离线检测单元包括通过管路依次串接的第五阀门、第二颗粒物捕集子系统以及第六阀门，第五阀门的上游接设在第一阀门与第二阀门之间的管路上，第六阀门的下游端接设在第四阀门与第二流量计量控制子系统之间的管路上；

(3)预热吹扫单元；该预热吹扫单元包括加热气体储罐，通过第七阀门、保温管线接设于第一阀门与第二阀门之间的管路上，用于在检测前将热气体储罐内的气体引入检测单元的管路进行吹扫和预热；

(4)长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括串接的粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器为前端管路伸入需检测的高温气体管道内用于检测管道内的粉尘情况并将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。

利用本发明的装置对高温气体管道内颗粒物进行在线检测时，可按照以下方法进行：

利用预热吹扫单元将加热气体引入检测单元管线进行吹扫和预热，之后关闭预热吹扫单元运作；

利用在线检测单元的管状主采样嘴从高温气体管道内采集气样，所采气样从流量分配器气体进口经扩散进入腔体后，分别进入主路与旁路；

利用颗粒物粒径在线分析仪对主路中二次采样嘴所采气样中颗粒物的浓度和粒径进行测定，并利用第一流量计量控制子系统对进入颗粒物粒径在线分析仪的气体流量进行计量和控制，利用第二流量计量控制子系统计量和控制进入旁路的多余气体的流量，以满足颗粒物粒径在线分析仪自身流量的要求以及在线检测单元等速采样的要求。

根据本实用新型的具体实施方案，第一流量计量控制子系统所测气体流量与第二流量计量控制子系统所测气体流量之和为进入整个在线检测单元的气体流量，根据管状主采样嘴口径的大小得到进入管状主采样嘴时气体的流速；当进入管状主采样嘴处的流速等于需检测的高温气体管道内流速时，即达到等速采样，能采集到需检测的高温气体管道中具有代表性的颗粒物。

根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的高温气体管道内颗粒物在线检测装置还包括长期在线监测单元，该长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器用于检测需检测的高温气体管道内的粉尘情况，将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测；所述方法还包括：利用长期在线监测单元计算管道内粉尘浓度C，与在线检测单元的检测结果进行分析比较；其中，

按照以下公式计算管道内粉尘浓度C：

$C=\frac{\mathrm{\α}(\mathrm{\ΔI}+\mathrm{\β\ΔH})}{V^m}$

式中，C：管道内粉尘浓度；

ΔI：传感器输出电流变化值；

ΔH：湿度变化值；

V：管道风速；

α、β、m为针对具体粉尘的粉尘浓度传感器标定系数。根据本实用新型的具体实施方案，所述粉尘浓度传感器为静电式粉尘浓度传感器(简称静电传感器)。具体实施时，可以通过实验研究风速和湿度对静电式粉尘浓度传感器输出信号的影响，进一步确定出针对不同粉尘的静电式粉尘浓度传感器标定系数。例如，根据本实用新型的具体实施方案，所确定出的针对不同粉尘的静电式粉尘浓度传感器标定系数为：800目滑石粉的标定系数α为1000，β为10.32，m为2.18；飞灰的标定系数α为400，β为8.04，m为1.88；天然气管道内粉尘的标定系数，α为400，β为6.07，m为2.18。

根据上述模型公式，通过粉尘浓度传感器输出电流变化、湿度变化和管道实时风速即可确定出管道内粉尘浓度实时显示。

上述模型公式的推导和验证如下所述：

1、风速对静电传感器输出信号影响

在环境温度为15℃，环境湿度为RH40％的实验条件下，以800目滑石粉、飞灰和天然气管道粉尘作为管道输送介质，研究不同管道风速对静电式粉尘浓度传感器输出值的影响。测量结果参见图1A、图1B和图1C。其中，图1A、图1B和图1C分别为针对滑石粉、飞灰和天然气管道粉尘的测量结果。从图中可以看出，风速变化对测量结果影响十分显著，三种不同粉尘介质呈现相同测量规律。

2、湿度影响对静电传感器输出电流影响

选用800目滑石粉、飞灰、天然气管道粉尘作为测量对象，在环境湿度分别为RH25％、RH44％、RH53％、RH76％的条件下，保持管道内风速为9.5m/s，不同粉尘浓度对应静电传感器输出值结果如下图所示。测量结果参见图2A、图2B和图2C。其中，图2A、图2B和图2C分别为针对滑石粉、飞灰和天然气管道粉尘的测量结果。从图中可以看出，湿度变化对测量结果影响十分显著，三种不同粉尘介质呈现相同测量规律。随着环境湿度的增大，粉尘带电量减少。从RH25％到RH53％，粉尘带电量减少较均匀，然而当湿度超过某一值时，粉尘带电量非常微弱。

在相同浓度下，风速同静电粉尘传感器输出电流值的关系，可表示为

ΔI＝K₁V^m                                (1)

其中，ΔI为静电传感器电流净输出(即为输出值I与初始值之差)，K₁为系数，V为管道风速。

令

$A=\frac{\mathrm{\ΔI}}{K_1}=V^m---\left(2\right)$

则在其他实验条件保持不变的情况下lnA和lnV的比值即为m值。

$m=\frac{\ln A}{\ln V}---\left(3\right)$

系数K₁的值应根据传感器放大电路、粉尘带电能力等因素的不同确定。在不同风速下，对K₁以一定步长进行迭代，K1初值设为0.001，步长为0.001，R为由lnA和lnV的所成直线的线性相关数，当R＞0.95时，认为m取值即为lnP和lnV的所成直线斜率。

由于传感器的电流输出与粉尘浓度成线性关系。

ΔI＝kC                                  (4)

k为粉尘浓度和电流输出曲线的斜率，C为粉尘浓度。将式4带入式2中，引入系数α，可得：

$\mathrm{\ΔI}=\frac{{\mathrm{CV}}^m}{\mathrm{\α}}---\left(5\right)$

对于湿度引起的静电传感器电流输出的变化，引入系数β有：

ΔI_H＝βΔH                              (7)

ΔI_H为由湿度引起的电流输出变化，ΔH为湿度变化。

综合风速和湿度对静电传感器输出值的影响，粉尘浓度C可以表示为：

$C=\frac{\mathrm{\α}(\mathrm{\ΔI}+\mathrm{\β\ΔH})}{V^m}---\left(8\right).$

此外，管道压力和温度对上述经验模型公式结果基本无影响。

为了验证上述经验模型公式的准确性，本实用新型在环境温度为15℃，环境湿度为RH30％、管道风速为6.3m/s的实验条件下，以800目滑石粉作为管道输送介质进行了实验。采用经验模型计算出粉尘传感器电流输出值所对应粉尘浓度并同实验结果(在线检测结果)相对比，如图3所示。相对误差分析结果参见表1。从表1中可以看出，经验模型计算值与静电法测800目滑石粉浓度的实验结果的相对误差小于±5％。

表1相对误差分析结果

该具体实施方案中，所述在线检测单元可以定期对高温气体管道内的颗粒物的浓度和粒径进行精确测定；所述长期在线监测单元可以长期对管道内的颗粒物浓度进行监测。以下以对高温烟气管道内的颗粒物进行检测为例进行具体说明：

先打开各管道的阀门，利用预热吹扫单元，将加热后的吹扫气体(惰性气体)对各管路进行吹扫和预热，以防止取样后的气体冷却使气体中的颗粒团聚影响测量结果，吹扫气体加热温度尽量与主管道内被取样气体的温度相同，各管路预热后的问题也尽可能的接近主管道内被取样气体的温度。预热后，关闭预热吹扫单元(关闭第七阀门)，开启检测系统。

所述管状主采样嘴可通过机械或液压结构伸缩至高温烟气管道中的不同位置，此形式不限，随管状主采样嘴深入管道的可以有具有测量流速功能的探头，如皮托管等其形式不限，并且也可以伸入测量压力和温度的传感器。

含尘高温烟气通过管状主采样嘴进入采样系统内进行颗粒物检测。检测方式分为两种，即(1)在线检测；(2)离线检测。两种检测方式可以通过各阀门的切换及开闭组合来实现。离线检测的主要目的是对在线检测结果的相互验证，确保检测的准确性和可靠性，并且离线取样可以收集粉尘，用于进一步的分析，如成分、粒度分布的分析等。

当进行在线检测时，开启第一阀门、第二阀门、第三阀门及第四阀门，第五、六、七阀门处于关闭状态。含尘高温烟气经第一阀门、第二阀门进入流量分配器，一部分气体(此部分气体可根据颗粒物粒径在线分析仪的需求来确定具体量。一般颗粒物粒径在线分析仪需要在一个稳定流量下测量，因此本实用新型中设置二次采样子系统进行二次取样)通过二次采样嘴进入颗粒物粒径在线分析仪进行颗粒浓度和粒径的检测，经检测后的高温烟气中的颗粒物经第一颗粒物捕集子系统来收集，进一步气体经第一流量计量控制子系统，来对进入颗粒物粒径在线分析仪的高温烟气流量进行计量和控制，来满足颗粒物粒径在线分析仪自身流量的要求(此时流量为恒定)。进入流量分配器中多余气体经第四阀门进入第二流量计量控制子系统中然后排放至安全区域，气体的流量通过第二流量计量控制子系统来计量和控制。通过调整进入流量控制器的气体流量大小来满足整个采样系统等速采样的要求，第一流量计量控制子系统所测流量与第二流量计量控制子系统所测流量之和为进入整个采样系统的流量，根据管状主采样嘴口径的大小可得到进入采样嘴时气体的流速。当进入管状主采样嘴处的流速等于高温烟气管道内流速时，即达到等速采样，可以采集到管道中具有代表性的颗粒物。

当采样系统切换至离线检测时，关闭第二阀门、第四阀门，第五阀门、第六阀门开启。高温烟气经管状主采样嘴采样后经第五阀门进入第二颗粒物捕集子系统中，颗粒物在此被捕集，进一步气样经第六阀门进入第二流量计量控制子系统，然后排放至安全区域。第二流量计量控制子系统对采样的流量进行计量和控制，来满足等速采样的要求。

所述长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机。粉尘浓度传感器检测管道内的粉尘情况，将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机，可实现长期在线监测。

此外，利用本实用新型的装置，在进行在线检测的同时也可对颗粒物进行离线采集检测，可同在线检测的结果相互验证。

根据本实用新型的具体实施方案，所述各阀门形式不限，可为实现所述功能的任意种类。所述颗粒物粒径在线分析仪为采用光学原理的仪器，例如，可以采用Palas公司WELAS系列光学在线粒径谱仪，利用现有技术中的耐高温气溶胶导管可实现在温度650℃、压力5MPa下安全可靠的运行。所述颗粒物捕集子系统也可采用现有技术中任何可实现收集颗粒物功能的颗粒物捕集器。

根据本实用新型的具体实施方案，所述第一流量计量控制子系统、第二流量计量控制子系统可以是集质量流量测量与流量控制于一体的仪器，也可以是将具有流量控制功能的阀门和流量测量功能的仪表组合的组合设备。

根据本实用新型的具体实施方案，所述长期在线监测单元的粉尘浓度传感器为现有技术中的静电式粉尘浓度传感器，所述计算机可为任何具有实时显示功能的仪器所替代。

此外，根据本实用新型的具体实施方案，本实用新型的高温管道内颗粒物在线检测装置中，所述气体流量分配器还可进一步设置有温度和压力传感器，以对气体流量分配器内温度压力进行监测。

综上所述，本实用新型提供了一种适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，装置结构简单，维护成本低，可靠性强，无需降温可直接用于高温气体管道内颗粒物的测定，进一步还可实现长期在线监测。经实践验证，本实用新型的技术用于对高温烟气管道内的颗粒物进行检测，适用颗粒浓度变化大，从几毫克至几百毫克，粒径范围从0.3微米至100微米，均可以精确测量，并且在在线检测的同时进行离线取样，二者结果能够相吻合。在长期在线监测时，当管道浓度低至1mg/m³以下时仍可以进行测量。

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点和优点：1.无需降温可直接用于高温气体管道内颗粒物的测定，最高工作温度可达650℃，避免了高温气体降温导致某些成分析出影响颗粒测量；2.集成在线检测和离线检测于一体，两种检测方式可进行切换，两种检测方式可以相互验证；3.在进行在线检测的同时也可对颗粒物进行离线采集，可同在线检测的结果相互验证；4.可实现粉尘浓度长期在线监测，维护成本低。

附图说明

图1A、图1B和图1C为研究不同风速对静电法测粉尘浓度的影响结果。其中，图1A、图1B和图1C分别为针对滑石粉、飞灰和天然气管道粉尘的测量结果。

图2A、图2B和图2C为研究环境湿度对静电传感器输出电流影响。其中，图2A、图2B和图2C分别为针对滑石粉、飞灰和天然气管道粉尘的测量结果。

图3为验证本实用新型中计算管道内粉尘浓度C的公式的准确性的实验结果和计算结果的对比图。

图4为本实用新型的高温气体管道内颗粒物在线检测装置的结构示意图。其中，1-第一阀门；2-吹扫气体储罐；3-第七阀门；4-第二阀门；5-流量分配器；6-第三阀门；7-颗粒物粒径在线分析仪；8-第一颗粒物捕集子系统；9-第一流量计；10-第一流量调节阀；11-第五阀门；12-第二颗粒物捕集子系统；13-第六阀门；14-二次采样嘴；15-第二流量计；16-第二流量调节阀；17-主采样嘴；18-高温气体管道；19-第四阀门；20-静电式粉尘浓度传感器；21-计算机。

图5为本实用新型的装置中流量分配器5的结构示意图。其中，501-腔体；502-气体进口；503-主路出口；504-旁路出口。

图6为本实用新型一具体实施例中Coulter分析仪测得的催化剂粒径分布图。

图7为本实用新型一具体实施例中在线分析仪测得的催化剂粒径分布图。

图8为本实用新型一具体实施例中过滤器下游的催化剂微观结构照片。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图进一步详细说明本实用新型的测定方法的特点及所具有的技术效果，但本实用新型并不因此而受到任何限制。

实施例1

请参见图4所示，本实用新型的高温气体管道内颗粒物在线检测装置，该装置包括在线检测部分I以及长期在线监测部分II。其中：

(1)在线检测单元；该在线检测单元主要包括通过管路依次串接的主采样子系统(包括图中的管状主采样嘴17)、二次采样子系统(包括图中的气体流量分配器5和二次采样嘴14)、颗粒物粒径在线分析仪7以及第一流量计量控制子系统(包括图中显示的第一流量计9、第一流量调节阀10)；具体地：

该在线检测单元包括通过管路依次串接的管状主采样嘴17、第一阀门1、第二阀门2以及流量分配器5；所述管状主采样嘴17的前端伸入需检测的高温气体管道18内，管状主采样嘴17伸入高温气体管道的连接处可通过螺纹方式密封，或者通过管道接管及法兰密封(可采用现有技术中任何可行的密封方式，例如，管道接管的一端固接于被测高温气体管道上的采样口的外侧，所述主采样嘴通过所述管道接管伸入至所述高温气体管道内；法兰与所述管道接管的另一端相连接，法兰套设于一套管的外侧，所述套管插设于所述管道接管中，所述主采样嘴与所述返回管路穿设且固定于所述套管，所述法兰能滑动地固定套设于所述套管外壁上)，管状主采样嘴17下游经第一阀门1(该第一阀门1可用于控制所述采样嘴17的开启或关闭)、第二阀门4串接流量分配器5(可设置压力传感器、温度传感器对流量分配器5内温度、压力进行监测)。从所述流量分配器5分出主路及旁路两条管路；主路依次串接二次采样嘴14、第三阀门6、颗粒物粒径在线分析仪7、第一颗粒物捕集子系统8以及第一流量计9、第一流量调节阀10；旁路依次串接第四阀门19以及第二流量计15、第二流量调节阀16(第二流量计15、第二流量调节阀16组成第二流量计量控制子系统)。

关于流量分配器5的具体结构请参见图5所示，其设置有一个腔体501，腔体前侧设置一个气体进口502，后侧设置两个气体出口(主路出口503，旁路出口504)而分出主路及旁路两条管路；其中，所述流量分配器的腔体501直径大于气体进口502与主路出口503，所述旁路为从主路上引出的分支管路；气体进口502、腔体501与主路出口503设置在同一中心线上；旁路出口504的中心线方向与主路出口503中心线方向呈垂直设置。利用该流量分配器5的结构设计，可以让进入其腔体的气流在腔体内部形成湍流，进而使其内的颗粒物混合均匀，来满足二次取样嘴可以采到具有代表性的样品。

(2)离线检测单元；该离线检测单元包括通过管路依次串接的第五阀门11、第二颗粒物捕集子系统12以及第六阀门13，第五阀门11的上游接设在第一阀门1与第二阀门4之间的管路上，第六阀门13的下游端接设在第四阀门19与第二流量计15之间的管路上。

(3)预热吹扫单元；该预热吹扫单元包括加热的吹扫气体储罐2，通过第七阀门3以及保温管线接设于第一阀门1与第二阀门4之间的管路上，用于在检测前将吹扫气体储罐2内的气体引入检测单元的管路进行吹扫和预热；

(4)长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括串接的静电式粉尘浓度传感器20和计算机21，静电式粉尘浓度传感器21前端管路伸入需检测的高温气体管道18内用于检测管道内的粉尘情况，并将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机21以实现长期在线监测。

利用本实用新型的装置进行检测时，先打开各管道的阀门，利用预热吹扫单元，将加热后的吹扫气体储罐2内的惰性气体对各管路进行吹扫和预热，以防止取样后的气体冷却使气体中的颗粒团聚影响测量结果，吹扫气体加热温度尽量与主管道内被取样气体的温度相同，各管路预热后的问题也尽可能的接近主管道内被取样气体的温度。预热后，关闭第七阀门3，转入正式检测程序。

含尘高温气体通过主采样嘴17进入主采样系统内进行检测。检测方式分为在线检测，及离线检测。两种检测方式可以通过各阀门的切换及开闭组合来实现。

本实用新型可进行在线检测和离线采样检测，在线检测实施方式为：关闭第五阀门11和第六阀门13，打开第一阀门1、第二阀门4、第三阀门6和第四阀门19，含有颗粒物的气体进入到二次采样子系统后，一部分气体进入主路，经二次采样嘴14采样进入颗粒物粒径在线分析仪7进行颗粒浓度和粒径的检测，经检测后的高温气体中的颗粒物经第一颗粒物捕集子系统8来收集，进一步气体经第一流量计9和第一流量调节阀10后放空，第一流量计9和第一流量调节阀10可对进入颗粒物粒径在线分析仪7的气体流量进行计量和控制，来满足颗粒物粒径在线分析仪7自身流量的要求(此时流量为恒定)。进入流量分配器5中的多余气体进入旁路，经第四阀门19进入第二流量计15和第二流量调节阀16后放空，气体的流量通过第二流量计15和第二流量调节阀16来计量和控制。主路气体流量和旁路流量之和为进入整个采样系统的流量，根据管状主采样嘴17口径的大小可得到进入采样嘴时气体的流速。当进入管状主采样嘴的流速等于高温烟气管道内流速时，即达到等速采样，可以采集到管道中具有代表性的颗粒物。

在线检测时，颗粒物经颗粒物粒径在线分析仪7检测后由第一颗粒物捕集子系统8收集，在线检测的同时也可进行离线取样。离线所收集到的颗粒，可进行其他分析，比如计算颗粒浓度、拍摄扫而电镜图片、也可以借助其他粒度分析仪分析颗粒的成分、粒径等，其结果可以同在线检测结果进行对比，进一步保证结果的准确性。

当采样系统切换至离线检测时，关闭第二阀门4、第四阀门19，第五阀门11、第六阀门13开启。高温气体经管状主采样嘴17采样后经第五阀门11进入第二颗粒物捕集子系统12中，颗粒物在此被捕集，进一步气样经第六阀门13进入第二流量计15和第二流量调节阀16，然后排放至安全区域。第二流量计15和第二流量调节阀16对采样的流量进行计量和控制，来满足等速采样的要求。

所述长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机。粉尘浓度传感器检测管道内的粉尘情况，将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机，可实现长期在线监测。

长期在线监测单元II包括静电式粉尘浓度传感器20和计算机21。粉尘浓度传感器检测管道内的粉尘情况，将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机，可实现长期在线监测。本实用新型中，根据大量的实验得出了管道内粉尘浓度C，同传感器输出电流变化值ΔI，湿度变化值ΔH和管道风速V之间的关系。如下式所示：

$C=\frac{\mathrm{\α}(\mathrm{\ΔI}+\mathrm{\β\ΔH})}{V^m}$

α，β，m为标定系数，不同粉尘的标定系数参见前述确定。本实用新型可实现粉尘浓度长期在线监测。

根据上述关系，通过粉尘传感器输出电流变化，湿度变化和管道实时风速即可确定出管道内粉尘浓度实时显示。

利用本实施例的装置，于某石化公司催化裂化装置上搭建了高温烟气过滤平台，将现有技术的高温气溶胶导管应用在Palas公司WELAS系列光学在线粒径谱仪上，检测了高温烟气过滤器后烟气的颗粒和浓度并且同切换至离线管路等速采样的结果进行了对比，二者吻合度很好。采用高温气溶胶导管的光学在线检测仪器可以安全可靠的在高温工况下测量，测量结果准确。

验操作条件：操作压力0.21MPa，过滤器下游的离线等动(等速)采样温度550℃。在线测量仪器测得的下游催化剂颗粒浓度和离线方法的测量结果如表2所示。

表2离线在线测量结果对比

从上表可以看出在线检测和离线检测的结果相差很小，偏差小于±5％。

离线方法与在线方法测得的催化剂粒径分布：

使用Coulter粒径分析仪(Multisizer 3)对离线等动采样得到的催化剂颗粒进行分析，多次测量结果取平均值，得到催化剂粒径分布的测量结果。如图6所示。过滤器出口粒径范围0.7μm至4μm之间，中位粒径1.2μm。高温烟气过滤器能够除去5μm以上的催化剂颗粒。

在线测量的实验结果参见图7：在线检测粒径分布在0.4μm～3.5μm之间，中位粒径为1.3μm。

由图6和图7可知，在线式检测方法得到的粒径分布与Coulter分析仪测量结果差别很小，使用Coulter分析仪得到的催化剂粒径分布结果较好的验证了在线检测方法对颗粒物粒径分布测量的准确性，二者存在的这点差别也是由于两种仪器测量原理不同造成的。使用扫描电镜(SEM)观察离线方法等动采样的到的过滤器下游的催化剂颗粒微观结构，从图8中也可以看出颗粒物的整体粒径分布较小，均小于5μm，符合在线检测的结果和离线检测的结果，再次验证了在线检测结果的可靠性。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置包括：

(1)在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的主采样子系统、二次采样子系统、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统；其中：

所述主采样子系统包括管状主采样嘴，该主采样嘴前端伸入需检测的高温气体管道内；

所述二次采样子系统包括气体流量分配器和一个二次采样嘴；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体前侧设置一个气体进口，后侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路；主路依次串接二次采样嘴、颗粒物粒径在线分析仪以及第一流量计量控制子系统，旁路串接第二流量计量控制子系统；

(2)预热吹扫单元；该预热吹扫单元并联设于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，包括加热气体储罐与保温管线。

2.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述流量分配器的腔体直径大于气体进口与主路出口，所述旁路为从主路上引出的分支管路。

3.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述流量分配器的气体进口、腔体与主路出口设置在同一中心线上；旁路出口的中心线方向与气体进口中心线方向呈垂直设置。

4.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述主采样子系统的管状主采样嘴通过机械或液压结构伸缩至需检测的高温气体管道中的待测位置。

5.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，所述主采样子系统还包括随管状主采样嘴伸入需检测的高温气体管道内的以下设备中的一种或多种：

能测量压力和/或温度的传感器，和/或具有测量流速功能的探头。

6.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，于在线检测单元的颗粒物粒径在线分析仪与第一流量计量控制子系统之间还串接有第一颗粒物捕集子系统。

7.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置还包括：

(3)离线检测单元；该离线检测单元包括第二颗粒物捕集子系统，该第二颗粒物捕集子系统一端连接于主采样子系统与二次采样子系统之间的管路上，另一端连接于所述流量分配器的旁路出口与第二流量计量控制子系统之间的管路上。

8.根据权利要求1或7所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置还包括：

(4)长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器为用于检测管道内的粉尘情况、将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。

9.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置包括用于控制各管路开关的阀门。

10.根据权利要求1所述的适用于高温气体管道内颗粒物在线检测的装置，其特征在于，该装置包括：

(1)在线检测单元；该在线检测单元包括通过管路依次串接的管状主采样嘴、第一阀门、第二阀门以及流量分配器；所述管状主采样嘴的前端伸入需检测的高温气体管道内，管状主采样嘴伸入高温气体管道的连接处通过管道接管及法兰密封，管状主采样嘴下游经第一阀门、第二阀门串接流量分配器气体进口；所述流量分配器设置有一个腔体，腔体一侧设置一个气体进口，另一侧设置两个气体出口而分出主路及旁路两条管路；主路依次串接二次采样嘴、第三阀门、颗粒物粒径在线分析仪、第一颗粒物捕集子系统以及第一流量计量控制子系统；旁路依次串接第四阀门以及第二流量计量控制子系统；

(2)离线检测单元；该离线检测单元包括通过管路依次串接的第五阀门、第二颗粒物捕集子系统以及第六阀门，第五阀门的上游接设在第一阀门与第二阀门之间的管路上，第六阀门的下游端接设在第四阀门与第二流量计量控制子系统之间的管路上；

(3)预热吹扫单元；该预热吹扫单元包括加热气体储罐，通过第七阀门、保温管线接设于第一阀门与第二阀门之间的管路上；

(4)长期在线监测单元；该长期在线监测单元包括串接的粉尘浓度传感器和计算机，粉尘浓度传感器为前端管路伸入需检测的高温气体管道内用于检测管道内的粉尘情况并将管道内的颗粒物浓度值转成电流信号传输至计算机以实现长期在线监测的传感器。

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