專利名稱:蒸汽分解率連續檢測儀器的制作方法
本實用新型涉及以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽利用率連續檢測儀器。
公知的測量蒸汽分解率的方法是將煤氣中的蒸汽，用蛇形冷凝管冷凝成水，使蒸汽與煤氣分離。冷凝水收集于有刻度的玻璃管中，計量其體積，根據冷凝水和余氣的體積，以及煤氣中氫的含量計算蒸汽分解率。
這是一種手工分析方法，操作十分繁鎖，只能斷續取樣分析，且測量不準確。
至于蒸汽分解率的連續分析，國內外尚無在線分析儀表。經國際聯機檢索與手檢，亦未見有關的專利報導。與此較為接近的使用ZrO2和MgO的新型高溫陶瓷濕度計，因其響應時間長，尚不能用于造氣爐的蒸汽分解率測試，日本三鷹工業公司近來開發的氧化鋯式高溫濕度計，因其原理是基于氧分析，而不適用于水煤氣介質，其它各種形式的汽、氣比分析裝置，或因取樣、或因工作溫度、響應時間等原因，尚不能有效使用。蘇聯專利第911284號提出一種用壓氣機使帶有水蒸汽的氣體通過壓力傳感器和控制閥門流量室的方法測定氣體中的含水量。試驗氣體在壓氣機入口的壓力和室內的壓力分別用量計測量。還使用一單元閥門控制器提供一預定輸入。室內裝有飽和溶液的混合物和吸濕塊晶體。室內壓力測量是在恒溫條件下進行的。該專利提出的設備相當復雜，響應時間較慢，從“提供66預定輸入”的條件考慮，不適應以煤為原料的造氣爐的惡劣條件，且維護困難。
本實用新型的目的在于確立一種自動連續分析以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽利用率的儀器，可對入爐蒸汽利用率進行長期連續、穩定、準確的測量，反應迅速，做到及時測量指示，并輸出電訊號，為實現生產自控提供一種有效的檢測手段。
本實用新型的基本思想是，采用恒壓差節流取樣法穩定取樣流量，用固定液位的高差來恒定節流取樣咀的壓差，讓取樣后的氣體直接通過冷凝水除去水汽，用干擾參數對取樣干氣流量進行校正，以滿足恒流取樣的要求，再按下列聯立式計算出入爐蒸汽分解率φ＝ (I＇×H2)/(I0-I′(1-H2)) ………………(1)I′＝f(t1－t2)×I………………(2)式中φ－－蒸汽分解率(％)；I0——恒流取樣預定流量(公升／分鐘)；I－－取樣干氣流量(公升／分鐘)；I′——取樣干氣流量校正值(公升／分鐘)；H2——取樣干氣中的氫含量(％)；t1——取樣溫度(℃)t2——取壓氣咀處的環境溫度(℃)f(t1，t2)——t1、t2對I的校正系數。
其整機結構如圖1所示取樣氣經陶瓷過濾管1及節流閥4后，送到恒壓差取樣裝置，在該裝置中，取樣氣被水冷凝，除去水汽，剩下的干氣(I)，經汽水分離器29，進一步除去冷凝水，送到氫分儀32，再進入取樣干氣測量氣咀26，而后排入大氣，由氣咀26的干氣流量取壓信號，經微壓傳感器33轉換成電信號，并輸入到模擬運算校正指示裝置34，與來自取樣氣咀20和取壓氣咀26處的溫差信號(由熱電偶23的冷熱端的溫差決定)，以及氫分儀32的氣質信號一起，在模擬運算校準指示器34中，對I進行校正，求出I′，再根據計算式(1)，求出對應的蒸汽分解率。
為保證恒壓差取樣的準確性，保證取樣管道長期暢通無阻，對氣咀20以前的整個管線進行保溫，并將氣咀20緊靠在煤氣管道上，利用煤氣管壁的高溫，使氣咀20保持在較高溫度上，有效防止水汽冷凝，氣咀20以下的管線，則均采用不銹鋼直管，防止水灰淤積。
為保證取樣測量關鍵部位的工作，在直對著氣咀20的上方，設置一個與取樣氣咀20及取樣管18同軸的清洗裝置21，還設置一個與引流管同軸并焊接在穩壓管17上的取樣接咀22，通過它們，可直接在外部用機械法清理易出故障的管線和氣咀，使日常操作維護十分簡單可靠。
對冷凝水部分，為防止水中攜帶的氣體干擾取樣，冷凝水亦須經附加的汽水分離后，才能進入取樣裝置。
取樣過濾器的基本結構如圖2所示它由外部有一金屬護套的陶瓷過濾管1，置于過濾管上端口的多孔金屬墊片、置于多孔金屬墊片上的焦碳2，置于焦碳上且夾有單層玻璃布的鐵砂網3、頂部有一連通取樣器出口管的金屬頂蓋9，以及過濾器基座8組成。
過濾管部分伸入煤氣管道7，外用金屬護套5防止高速氣流、灰渣直接對陶瓷過濾管沖擊，護套下端部兩側面各開有細長縫，后側部有一寬口，底部裝有柵欄11作托架，便于通風與排灰。過濾管上端部與金屬護套之間，有石棉或玻璃纖維類密封填料6，該填料置于一支承金屬環上。過濾器基座8與頂蓋9之間，夾有石棉板密封圈，并用螺絲緊固在一起。使用時，將基座8焊接在取樣煤氣管道上。
過濾器頂蓋與穩壓管頂端之間，還裝有節流閥4，用來調節流量。
整個裝置的外部，均用保溫材料保溫，以防止水汽凝結。這是取樣本身的要求，又大大減少管道的結垢，堵塞和腐蝕。
恒壓差取樣裝置如圖3所示它包括內部充水且頂部敞開的液位基準筒14，一個底部與液位基準筒底部連通且帶孔頂部高于液位基準筒的穩壓筒13、與穩壓筒等高且底部連通并頂側有一出氣口28及進水口27的冷凝筒12、頂端與過濾器連通而底端置于穩壓筒內且高于連通口的穩壓管17、底部高于穩壓管底端頂端與取樣氣咀20出氣口連接的取樣管18、與取樣氣咀20的進氣口及穩壓管連通的引流管19、置于取樣氣咀上方且與取樣氣咀及取樣管同軸的清洗裝置21，與引流管同軸并焊接在穩壓管上的取樣接咀22、固定在穩壓管或取樣管上且帶有二個接線端子25和一個取壓氣咀26的金屬導熱板24、熱端固定在引流管內而冷端接在金屬導熱板接線端子上的熱電偶23。
該裝置的基本設計思想是保持取樣氣咀20兩端壓差恒定，不受取樣氣成分、溫度的影響。由于冷凝水從接咀27進去后，通過液位基準筒14的頂端溢出，液面位置相對恒定，而氣咀20兩端的壓差等于取樣管出口B點與穩壓管出口A點的位差乘以水的密度。這都是不變量，因此，氣咀20兩端壓差恒定。
由于取樣氣的溫度是變量，且變化范圍大，因此，當氣咀20的結構一定，且兩端壓差恒定時，通過氣咀20的取樣氣流量，將隨取樣溫度變化。從恒流取樣的目的出發，則須對取樣流量進行取樣溫度校正。另外，同樣流量的干氣通過氣咀26時產生的壓差，亦隨氣咀處的環境溫度變化，故亦須進行環境溫度修正。因上述兩種情況隨溫度變化的方向相反，為簡化設備起見，利用熱電偶的輸出電壓正比于其冷熱端溫度的效應，用同一支熱電偶的輸出訊號作參數，代替兩個干擾參數來校正取樣干氣流量。
為提高冷凝筒的冷凝效果，一方面，在取樣管出口B處開設一些小槽，將氣流分散后鼓出。另一方面，適當加高冷凝液面的高度，盡量延長取樣氣在冷凝水中佇留的時間。
因造氣爐在吹風程序中，煤氣管道有時出現抽負現象，導致冷凝水向取樣管內倒流。為避免這種倒流改變氣咀20處的工作特性，氣咀20必須高出液面一定距離。
為避免從穩壓管A點出來的氣體進入液位基準筒，A點必須高出取樣裝置底部連通口。
為防止水汽、焦油之類物質在取氣咀26處貯集影響測量精度，將取樣裝置出口28出來的取樣氣體接至一個三通管的入口，下接一充水U形管，并緊貼在冷凝筒壁上，利用水汽的附壁特性，進一步將取樣氣中的氣，水分離后再送至氫分析器，而后接至取壓氣咀26的進氣口上。由于取樣氣進入取壓氣咀26前，經過了一個低溫槽，因此，當其進入較高溫度的取壓氣咀26處時，取樣氣的相對濕度脫離飽和態，避免了水汽凝結，這樣，在無須外加氣體凈化和干燥器材的條件下，即可保證氣咀26正常工作。
為將冷凝水及時排至室外，取樣裝置中還設有將液位基準筒置于其中且上部敞開，下部有一排水口15的集水筒16。
為便于操作，清洗裝置21及取樣接咀22均有用耐熱非金屬材料制作的外套，外套上有蓋，蓋上有用于清洗氣咀和管道的鋼針。
該裝置可對造氣爐的蒸汽分解率以及出口水煤氣的氣、汽比作連續自動地分析，并提供即時指示和輸出電信號。其蒸汽分解率和氣、汽比的測量范圍為0～100％。測量基本誤差優于5級。響應時間小于8秒。全套裝置可在－10～＋45℃的環境條件下工作，其電容式微差壓傳感器的工作溫度范圍是－25～55℃，工作電源50HZ，220±20伏，功耗小于3瓦，無外設凈化器材，操作維護很簡便。
圖1、整機結構原理框圖；圖2、過濾裝置示意圖；圖3、取樣裝置示意圖；圖中1－－陶瓷過濾器，2－－焦碳；3－－夾有單層玻璃布的鐵砂網；4－－節流閥；5－－金屬護套；6－－石棉或玻璃纖維類填料；7－－煤氣管道；8－－過濾器基座；9－－過濾器頂蓋；10－－多孔金屬片，11－－金屬柵欄，12－－冷凝筒；13－－穩壓筒；14－－液位基準筒；15－－排水口；16－－集水筒；17－－穩壓管；18－－取樣管；19－－引流管；20－－取樣氣咀；21－－清洗裝置；22－－取樣接咀；23－－熱電偶；24－－導熱板；25－－接線端子；26－－取壓氣咀；27－－冷凝水進口接咀；28－－取樣裝置出氣口；29－－汽水分離器；30－－橡皮接管；31－－取壓接口；32－－氫分儀；33－－微差壓傳感器；34－－模擬運算校準指示裝置。
實施例可參照附圖并按下列參數完成本發明的一個最佳實施方案1、恒流取樣流量I0＝3.1公升／分鐘；
2、取樣氣咀20的內孔直徑d＝1.3毫米、長L＝20毫米；3、取樣氣咀20兩端的位差＝70毫米水柱；4、取樣氣咀20的進口氣壓＝200毫米水柱；5、取樣氣咀20處溫度100～200℃；6、液面距氣咀20處的距離400毫米；7、冷凝水量＞0.15公升／分鐘；8、采用電容式微差壓傳感器量程為20毫米水柱；9、f(t1，t2)＝1＋0.0021(t1－t2)
權利要求
1.一種測量以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽分解率的測試裝置，它由過濾器、恒壓差取樣器、氫分儀、微差壓傳感器、模擬運算校準指示器組成，其特征在于過濾器由外部有一金屬護套的陶瓷過濾管、置于過濾管上端口的多孔金屬墊片、置于多孔金屬墊片上的焦碳，置于焦碳上且夾有單層玻璃布的鐵砂網、頂部有一連通取樣器出口管的金屬頂蓋，以及過濾器基座組成，恒壓差取樣器包括內部充水且頂部敞開的液位其準筒，一個底部與液位基準筒底部連通且帶孔頂部高于液位基準筒的穩壓筒、與穩壓筒等高且底部連通并頂側有一出氣口及進水口的冷凝筒、頂端與過濾器連通而底端置于穩壓筒內且高于連通口的穩壓管、底端高于穩壓管底端而頂端與取樣氣咀出氣口連接的取樣管、與取樣氣咀進氣口及穩壓管連通的引流管、置于取樣氣咀上方且與取樣氣咀及取樣管同軸的清洗裝置、與引流管同軸并焊接在穩壓管上的取樣接咀、固定在穩壓管或取樣管上且帶有二個接線端子和一個取壓氣咀的金屬導熱板、熱端固定在引流管內冷端接在金屬導熱板接線端子上的熱電偶。
2.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于所述金屬護套下端部的后側有一寬口、兩側有細長縫、底部裝有柵欄。
3.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于所述過濾管上端部與金屬護套之間有石棉或玻璃纖維密封填料，該填料置于一支承金屬環上。
4.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于過濾器基底和頂蓋之間夾有石棉板密封圈，并用螺絲緊固在一起。
5.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于過濾器出口與穩壓管頂端之間裝有節流閥。
6.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于清洗裝置及取樣接咀均有用耐熱非金屬材料制成的外套，外套上有蓋，蓋上有用于清洗的鋼針。
7.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于冷凝筒出口接有一個三通管，三通管下方接一個緊靠在冷凝筒壁上的內部充水的U形管，三通管出口經氫分儀接至取壓氣咀。
8.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于恒壓差取樣器的液位基準置于上部敞開且下部有一排水口的集水筒內。
9.根據權利要求
1所述裝置，其特征還在于取樣管出口處開有細槽。
專利摘要
本實用新型提供了一種以煤為原料的造氣爐入爐蒸汽分解率的自動檢測儀器。可對入爐蒸汽分解率進行長期、連續、微定、準確的測量；時間響應很快，并能輸出電訊號。其基本技術特征是采用陶瓷過濾元件，用固定液位高差法進行恒壓差取樣，用微差壓傳感器傳感，用取樣和環境溫差信號進行自動校正；利用取樣煤氣管道的熱量、環境溫度的分布情況。有效地解決了取樣防堵，維護簡便，工作準確的功能。還適用于其它場合的氣汽比測量。
文檔編號G01N7/14GK85200537SQ85200537
公開日1986年1月29日 申請日期1985年4月1日
發明者郭少儀, 張程群, 何亞娟, 朱云清 申請人:資興市電子研究所, 湖南省資興市氮肥廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan