管道颗粒在线检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种管道颗粒在线检测装置及方法，包括：清灰防污装置、转换单元及光学颗粒检测装置；所述光学颗粒检测装置包括：光源、光学传感器、第一光电探测器、第二光电探测器及数据采集处理系统；所述光学传感器设置有光路系统；所述光源发出的入射光经过光路系统，部分进入所述第一光电探测器，实时监测光源能量变化，另一部分进入所述检测管内后经过颗粒散射后重新进入所述光路系统，然后进入所述第二光电探测器转换为电压信号；所述数据采集处理系统根据光源能量及电压信号选取颗粒浓度与电压信号关系曲线，得到颗粒浓度，并根据所述电压信号计算颗粒速度。本发明专利技术体积小，便于安装及维护；采用测量点扫描时测量，适用于不同复杂检测点的测量。

Pipeline particle on-line detection device and method

The invention provides a pipe line particle detection device and method, including: cleaning antifouling device, converting unit and an optical particle detection device; the detection device of optical particle comprises a light source, an optical sensor, a first photoelectric detector, second photoelectric detector and data acquisition and processing system; the optical sensor is provided with a light path system the incident issued; the light source passes through the optical system, and into the first part of the photoelectric detector, real-time monitoring of light energy changes, the other part into the detecting tube after particle scattering after re entering the optical system, and then enter the second photoelectric detector to the voltage signal of the data; according to the source of energy acquisition and processing system and voltage signal selection the relationship between particle size concentration and voltage signal curve, obtained the particle concentration, and according to the The voltage signal is used to calculate the particle velocity. The invention is small in volume, easy to install and maintain, and is suitable for measuring different complex detection points by measuring point scanning.

【技术实现步骤摘要】
管道颗粒在线检测装置及方法
本专利技术涉及颗粒浓度监测技术，特别是关于一种管道颗粒在线检测装置及方法。
技术介绍
在工业生产和工艺管道运输中，高温高压气体中含有大量粉尘。它们对管道及相关计量等设备具有强的危害性。一方面颗粒随气流流动与管道内壁的进行摩擦并沉积在管道内壁，由于缩小了管道通流面积导致降低了其运输效率；另一方面颗粒会附着在仪器感应元件表面或者堵塞设备过流通道，降低了仪器的测量准确度和精度。而且这些粉尘来源广泛，成分复杂多样，排放后会造成环境污染等问题。因此，常在管线中设置净化设备用于捕捉收集颗粒物，以有效地降低气体中粉尘含量。当前常用的净化设备有旋风分离器，过滤器，静电除尘器，布袋过滤器等，它们的过滤净化性能直接影响着管道粉尘含量控制，故管道内颗粒物浓度的测量具有重要的意义。管道颗粒物的检测方法种类很多，主要有图像法，全息法，电容电感法，沉降法以及光散射法。其中由于基于光散射法的颗粒物检测仪器具有检测范围广、精度高、重复性好等优点已被广泛应用于不同现场中颗粒物的测量。其原理是利用某个角度范围内颗粒物的散射光强度反演获得颗粒的粒径和浓度等参数。根据其使用方式分为离线法，降压降温检测法和工况直接检测法三种。离线法是利用高精度滤膜或者滤芯收集捕捉高温高压气体中的粉尘样品，然后利用颗粒检测装置和称重法分布获得颗粒的粒径分布和浓度。降压降温检测法是通过减压降温装置将高温高压气体减小至近常温常压态，再利用气溶胶粒径谱仪或浓度检测装置测量颗粒粒径及浓度，具有检测速度快等特点。工况直接检测法是对颗粒物粒径及浓度进行实时在线测量。根据散射光信号检测角度的不同检测装置分为前向散射、后向散射及侧向散射。检测装置的颗粒采样方式有：1)直接抽取法。例如英国PCME的181WS浓度粉尘仪和德国西克SICK的FWE200型号粉尘仪都配有定长采样管和风机组合抽风取样；2)直接检测法。一种是将光学探杆插入到检测管道，颗粒流过光学检测区域时被探测；另一种是非接触式测量，将光源与探测器分别固定在管道两侧，通过测量前向0-60°内某范围内的散射光强来测量颗粒的浓度。上述检测方法可满足常压常温等易操作工况下颗粒物的检测需求。但应用于高温高压工况时，存在以下主要的问题：离线法需过长的采样时间。平均采样时间大于2小时，采样时间随颗粒浓度偏低而加长，无法实时的获得管道内颗粒物的浓度信息。降压降温检测法使用条件苛刻。只适用于干燥气体介质，这是因为减压降温过程中可能伴随有液滴析出，不仅增加了气溶胶的种类(折射率不同)，同时增加了颗粒与液滴之间的碰撞、团聚等问题，对检测结果影响较大。工况直接检测法具有以下问题。a)对管道流场扰动太大。在线检测装置带有采样管和光学探杆，它们插入的方向与气流方向垂直，会作为扰流件影响管道内正常流场的分布。由于管道内颗粒的具有跟随性，因此会随气流绕过光学检测点或采样点，造成检测结果的失真。b)适用压力温度范围太小。现有在线检测装置几乎均适用于常压及最高耐温200℃的检测工况，对于工业高达12MPa和1000℃的特殊高温高压工况难以满足要求，对仪器的耐温耐压性能和检测性能要求很高。c)测量点单一。现有检测装置的检测敏感区位置固定，只能检测固定点出的颗粒浓度。而工业生产中气体流量、压力和温度等有时波动很大，使得管道内颗粒的浓度分布不均匀且带有随机性，因此现有检测技术采用的单采样点测量所获结果对实际运行工况的真实度反映较低。d)能源浪费和环境污染。例如，高压天然气检测，由于采样气回注管道内部操作难度大，成本高不经济等原因，因此一般采用测量点远距离放空，会造成能源浪费并环境污染等问题。e)使用工况中仪器检测精度降低。例如由于高压工况下气体介质被压缩而密度增大，导致其光学参数发生变化，从而降低了装置的检测性能，导致测量结果偏小。而现有一些拓展使用条件的仪器往往忽略了该点影响因素，使得实际检测中检测精度降低。f)仪器体积庞大维护成本高。由此可见，现有技术难以满足高温高压工况下颗粒物直接在线检测需求，因此有必要提供一种便捷式节能化的颗粒物直接检测装置。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种管道颗粒在线检测装置及方法，以实现不同复杂点的测量。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种管道颗粒在线检测装置，包括：清灰防污装置、转换单元及光学颗粒检测装置；其中，所述清灰防污装置包括：电动阀门、净化气进气管、流量控制器、气源及控制主机；所述电动阀门及净化进气管设置在一连接管道上，所述流量控制器一端连接所述净化进气管，另一端连接所述气源；所述控制主机连接所述电动阀门及流量控制器；所述连接管道一端固定在检测管侧壁上；所述转换单元包括：基体、横向伸缩装置及透光设备；所述转换单元通过所述基体连接所述连接管道的另一端，所述横向伸缩装置的一端与所述基体配合相接，另一端连接所述光学颗粒检测装置，带动所述光学颗粒检测装置往返运动；所述透光设备设置于所述基体上，用于透光及耐压；所述光学颗粒检测装置包括：光源、光学传感器、第一光电探测器、第二光电探测器及数据采集处理系统；所述光学传感器设置有光路系统；所述光源发出的入射光经过光路系统，部分进入所述第一光电探测器，实时监测光源能量变化，另一部分进入所述检测管内后经过颗粒散射后重新进入所述光路系统，然后进入所述第二光电探测器转换为电压信号；所述数据采集处理系统根据光源能量及电压信号选取颗粒浓度与电压信号关系曲线，得到颗粒浓度，并根据所述电压信号计算颗粒速度。一实施例中，所述光学传感器中设置有端盖、第一光线耦合器、第二光线耦合器、第三光线耦合器及所述光路系统；所述光路系统包括：第一光阑、分光镜、第一聚焦透镜、光束整形器、第二聚焦透镜、反射镜、透镜转换器及第二光阑；所述入射光通过所述第一光线耦合器进入所述光路系统，经过所述第一光阑及分光镜后，其中一路经过所述聚焦透镜后及所述第二光线耦合器后进入所述第一光电探测器；另一路经过所述光束整形器、第二聚焦透镜及所述反射镜之后通过所述转换单元及清灰防污装置进入所述检测管，在所述检测管中由颗粒散射产生的散射光经过所述反射镜反射后，经过所述透镜转换器、所述第二光阑及所述第三光线耦合器进入所述第二光电探测器；所述透镜转换器由多个不同焦距的聚焦透镜组成，每一个焦距透镜对应所述检测管中一个测量点位置，所述横向伸缩装置与所述透镜转换器配合。一实施例中，所述聚焦透镜在所述透镜转换器中呈圆周分布，所述聚焦透镜的中心进行消光处理，中心消光面积S根据管道径向测量点位置离反射镜距离L确定，满足S＝f(L)。一实施例中，所述净化气进气管的出口设有与管道轴线夹角为30-60°内的导叶。一实施例中，所述横向伸缩装置端头设置有配合槽，用于和所述光学传感器配合连接。一实施例中，所述光学颗粒检测装置还包括：数据显示单元，用于设备的运行操作及数据显示。一实施例中，所述透光设备通过密封卡件固定在所述基体，所述密封卡件通过螺纹与所述基体的内螺纹配合连接。一实施例中，所述净化气进气管与流量控制器利用耐压管连接。一实施例中，所述横向伸缩装置和透镜转换器的运动方式由所述颗粒物光学检测装置控制。一实施例中，所述端盖与所述光学传感器本体通过螺纹连接。为了实现上述目的，本专利技术实施例还提供了一种管道颗粒在线检测方法，应用于上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管道颗粒在线检测装置，其特征在于，包括：清灰防污装置、转换单元及光学颗粒检测装置；其中，所述清灰防污装置包括：电动阀门、净化气进气管、流量控制器、气源及控制主机；所述电动阀门及净化进气管设置在一连接管道上，所述流量控制器一端连接所述净化进气管，另一端连接所述气源；所述控制主机连接所述电动阀门及流量控制器；所述连接管道一端固定在检测管侧壁上；所述转换单元包括：基体、横向伸缩装置及透光设备；所述转换单元通过所述基体连接所述连接管道的另一端，所述横向伸缩装置的一端与所述基体配合相接，另一端连接所述光学颗粒检测装置，带动所述光学颗粒检测装置往返运动；所述透光设备设置于所述基体上，用于透光及耐压；所述光学颗粒检测装置包括：光源、光学传感器、第一光电探测器、第二光电探测器及数据采集处理系统；所述光学传感器设置有光路系统；所述光源发出的入射光经过光路系统，部分进入所述第一光电探测器，实时监测光源能量变化，另一部分进入所述检测管内后经过颗粒散射后重新进入所述光路系统，然后进入所述第二光电探测器转换为电压信号；所述数据采集处理系统根据光源能量及电压信号选取颗粒浓度与电压信号关系曲线，得到颗粒浓度，并根据所述电压信号计算颗粒速度。...

【技术特征摘要】
1.一种管道颗粒在线检测装置，其特征在于，包括：清灰防污装置、转换单元及光学颗粒检测装置；其中，所述清灰防污装置包括：电动阀门、净化气进气管、流量控制器、气源及控制主机；所述电动阀门及净化进气管设置在一连接管道上，所述流量控制器一端连接所述净化进气管，另一端连接所述气源；所述控制主机连接所述电动阀门及流量控制器；所述连接管道一端固定在检测管侧壁上；所述转换单元包括：基体、横向伸缩装置及透光设备；所述转换单元通过所述基体连接所述连接管道的另一端，所述横向伸缩装置的一端与所述基体配合相接，另一端连接所述光学颗粒检测装置，带动所述光学颗粒检测装置往返运动；所述透光设备设置于所述基体上，用于透光及耐压；所述光学颗粒检测装置包括：光源、光学传感器、第一光电探测器、第二光电探测器及数据采集处理系统；所述光学传感器设置有光路系统；所述光源发出的入射光经过光路系统，部分进入所述第一光电探测器，实时监测光源能量变化，另一部分进入所述检测管内后经过颗粒散射后重新进入所述光路系统，然后进入所述第二光电探测器转换为电压信号；所述数据采集处理系统根据光源能量及电压信号选取颗粒浓度与电压信号关系曲线，得到颗粒浓度，并根据所述电压信号计算颗粒速度。2.根据权利要求1所述的管道颗粒在线检测装置，其特征在于，所述光学传感器中设置有端盖、第一光线耦合器、第二光线耦合器、第三光线耦合器及所述光路系统；所述光路系统包括：第一光阑、分光镜、第一聚焦透镜、光束整形器、第二聚焦透镜、反射镜、透镜转换器及第二光阑；所述入射光通过所述第一光线耦合器进入所述光路系统，经过所述第一光阑及分光镜后，其中一路经过所述聚焦透镜后及所述第二光线耦合器后进入所述第一光电探测器；另一路经过所述光束整形器、第二聚焦透镜及所述反射镜之后通过所述转换单元及清灰防污装置进入所述检测管，在所述检测管中由颗粒散射产生的散射光经过所述反射镜反射后，经过所述透镜转换器、所述第二光阑及所述第三光线耦合器进入所述第二光电探测器；所述透镜转换器由多个不同焦距的聚焦透镜组成，每一个焦距透镜对应所述检测管中一个测量点位置，所述横向伸缩装置与所述透镜转换器配合。3.根据权利要求2所述的管道颗粒在线检测装置，其特征在于，所述聚焦透镜在所述透镜转换器中呈圆周分布，所述聚焦透镜的中心进行消光处理，中心消光面积S根据管道径向测量点位置离反射镜距离L确定，满足S＝f(L)。4.根据权利要求1所述的管道颗粒在线检测装置，其特征在于，所述净化气进气管的出口设有与管道轴线夹角为30-60°内的导叶。5.根据权利要求1所述的管道颗粒...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小林，卢利锋，姬忠礼，刘震，许乔奇，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11