專利名稱：控制管道中顆粒流的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明的目標要提供一種測定管道中的顆粒運動特性的方法和裝置。根據本發明的方法尤其適合于測量在管道中連續或不連續運動的顆粒或小球的速度和截面。
在下列的正文中，管道是一個通稱，它可以是任一類型的管道，封閉體，容器和反應器等，顆粒則可在其中環流。
本發明特別可應用于具有大體相等直徑的小球形狀的催化劑，經過一連串垂直安置的反應器的連續重整裝置。在每一反應器的底部上，小球進入一在技術上被稱作“提升斗”的送風輸送部件，在那里，小球與在工藝過程中所產生的氣體在壓力下進行混合且吹通過一管子，被吹向下一反應器的上面的入口。在這一系列反應器的末端，催化劑小球由一氣流引向再生爐，一旦再生，催化劑小球就可以再沿一系列反應器運動。這樣一種連續重整工藝過程例如在本申請人提出的美國專利4，172，027中有所敘述。
在這些連續重整循環期間，催化劑的降解通常循著環路出現(一種稱作磨耗的現象)，使催化劑轉化成反應爐內爐條上的粉塵沉積物，特別是使連接各個反應器的底部和送風輸送部件的管道中的催化劑顆粒的循環上發生變化。因為這些部件僅在一狹窄的范圍內正常地作業，吹送的氣體的流量必須小心地與待輸送的顆粒的流量成正比，所以，通過測量，例如測量其位移速度來控制小球的良好循環是很有用的。
對管道中顆粒循環的參數的測量可以通過幾種不同的技術手段來達到。
煤礦工業中常采用一種超聲技術來測量流體中固體顆粒的位移速度。這種技術在于把兩對超聲波收發機沿管道安置在兩個不同部位并將各接收機所接收到的、響應發射機所發射的脈沖而產生的信號進行相關處理，這種技術應用的實例可參見美國專利4，598，593。
也在煤礦工業中應用的另一種技術如美國專利4，506，541所述，這種技術是對在管道中環流的顆粒的密度加以測量。這主要是利用同位素源通過管道發射電子束且利用傳感器來測量由顆粒所衍射的能(量)。
另一種眾所周知的測量血細胞那樣的環流顆粒的速度的技術可參見美國專利4，596，254。它主要在于測量由多普勒效應所產生的頻移，該效應對穿過顆粒的光波起作用，并且通過自相關性測定其速度。
根據本發明的方法目的是為了控制在管道中環流的顆粒的流動，它包括-以一定流速將一流體注入至少一根經一出口通向管道中的管子，管子的截面在出口平面處至少具有一與環流顆粒截面相一致的截面，-測量在例如管子或管子和管道之間代表流體壓力隨時間變化的信號，這些變化是由所述顆粒流過管子的出口而引起的，由此至少可推導出一個有效的參數。
本方法包括例如測量所述信號以確定在管道中是否存在環流的顆粒。
本方法進一步包括對所述信號進行相關性處理。
在管道中環流的顆粒截面彼此接近的程度下，對代表壓力變化的信號的處理，包括對所述信號進行自相關處理，以便由此推導出流過出口的顆粒的流速。
根據本發明的另一實施例，本方法包括例如以一定的流速將一流體注入兩管子中，這兩管子則經過處在沿管道的兩不同位置的兩出口通入管道，各個管子的截面，至少在其出口平面上具有一與環流顆粒截面相一致的截面。
-分別測量表示在各個管中由于流過出口的顆粒流量引起的流體壓力隨時間變化的信號。
-對與兩管子相對應的信號進行相關處理，從而確定顆粒的速度和截面。
根據本發明的方法特別適合于在非常易變的溫度和壓力情況下經常對酸性環境進行處理的許多化學工業裝置中控制顆粒的流動。一根或幾根不銹鋼管，必要時饋以與在有關化學裝置中循環的相同的流體，加上環流的流體一樣，絕對值或差動壓力測量裝置，就足以產生可用來監測流量和了解它的某些特性有用的信號。這種裝置的成本是相當低的。
根據本發明的裝置使管道中環流的顆粒流量可加以控制。該裝置包括至少一經過出口通向管道的管子，管子的截面，至少在出口的平面處，具有與循環顆粒截面相一致的截面，至少一與所述管子連通的、一定流速的流體源以及測定管子中由流過其出口的顆粒流所產生的壓力變化的裝置。
本裝置還包括通過相關處理至少確定一表示顆粒環流的參數的處理裝置。
在顆粒大體上具有同一截面時，處理裝置適合于獲得所述信號的自相關性，從而可推導出顆粒流過所述出口的流速。
根據本發明的另一個實施例，本裝置包括兩根通過在管道的兩不同位置上的兩個出口進入管道的管子，各個管子的截面少在其出口的平面處具有與環流顆粒的截面一樣大小尺寸的截面，以及兩個各自以確定的流速供給兩管子以流體的流體源，分別測量表示在各管子中由于所述顆粒流過兩管子出口而產生的流體壓力隨時間變化的信號的裝置和將與兩管子相對應的信號進行比較的裝置。
舉例來說，該比較裝置適合于獲得與兩管子相對應的信號的相關性，從而確定環流顆粒的速度和截面。
根據本發明方法和裝置的其它的特點和優點將從結合附圖閱讀以下由非限制性例子所給出的實施例的說明而得以清楚地理解，其中
圖1表示一根據本發明裝置的第一實施例，該裝置具用了一根噴射管，圖2表示一根據本發明裝置的第二實施例裝置設有兩根噴射管，圖3是該流體噴射管的實施例，圖4是因顆粒的流動而產生的壓力的變化掃跡圖，這種掃跡可用本發明的裝置得到，圖5至7表示從一些變化曲線中獲得的幾種自相關曲線。
根據本發明的方法主要在于測量象氣體那樣的液體的壓力變化，這種變化是由妨礙這氣體自由流動的運動顆粒引起的，例如，速度待測的顆粒在管道1(圖1和2)中運動。顆粒可以是用作催化劑支持體的球或小球，它們在重力作用下在連接幾個化學反應器的管道或封閉體中運動。
根據第一實施例(圖1)，本裝置包括一根在首端經出口3進入管道1的管子2。最好管子2與管道1的壁齊平的，以便于干擾顆粒的流動。管子2在其相對端由流體源4以一定而最好以不變的流速供給壓力流體。設置一壓力檢測器5為的是持久地測量在管子2中環流的流體壓力。檢測器產生一代表測得的壓力的信號，該信號輸送到象設有接口卡片的眾所周知類型的可編制程序微機那樣的一計算機6中，以獲得壓力測量信號。
所選用的管子2的截面同在管道中環流的顆粒截面是一樣尺寸大小的，而最好小一些，以獲得流體壓力的明顯的變化。例如，使用一截面為顆粒截面的1/3和1/10之間的管子。
在管道1流過口出3的顆粒使檢測器5所測得的瞬時壓力發生改變。測得的壓力出現不同大小的峰值，其大小取決于球相對于出口逼近的程度。峰波的寬度與D/V成正比，式中，D是顆粒的截面，V是其平均速度。
在管道1中環流的顆粒大體上具有同樣截面D的情況下，根據本發明的方法，其流速可通過函數P(t)的自相關性且通過測量以時間表示的、在所取得的相關性主波峰半高度上的寬度來加以確定。
實驗證實，在半高度上的自相關函數的主波峰寬度是與顆粒的速度成反比的，大體上如圖5至7的實驗曲線所示。它們是當已知截面和速度為V1，V2，V3(分別為3.846×10-2m/s，1.44×10-2m/s和0.847×10-2m/s)的顆粒在管子出口3前流過時，對在管子2中所測得的壓力變化加以自相關而獲得的。在三個實驗的例子中，測量得到的各主波峰的時間dt1，dt2，dt3(各自為13ms，36ms和63ms)乘以相應的速度的乘積基本上都等于約為0.5的系數K。根據初步校正所確立的這一系數K的共同值，就有可能通過測量各波峰的半高寬度來確定一定壓力測量時間間隔內的顆粒的平均速度。
根據圖2的實施例，本裝置包括兩根管子7，8，它們的一首端通過兩個彼此相隔開的出口(分別為9，10)通向管道1。同樣，這兩根管子各通過不同的源(4A，4B)以一定的流速而最好以不變的流速被提供流體。兩壓力檢測器11，12分別在兩管子7，8中測量由顆粒各自流經出口9，10所引起的壓力變化。由兩檢測器所測得的信號通過多工器的計算機并行地加以獲取。
同顆粒的截面成正比的固定截面的管子2，7，8實際上可用末端為一噴咀14的、較大截面管子13來代替，且可通過如先前那樣的截面適合于顆粒截面的一出口通向管道1。
通過所述的布置，根據本發明的方法，兩個不同的參數可以通過代表在細管7，8的各自壓力變化的函數P1(t)和P2(t)的互相關加以確定。可以明顯看到互相關函數有一相對于時間的原點時滯為t的主波峰，這個時間延遲等于顆粒流過兩個出口9，10之間的間距所需的時間。知道了這兩個出口9，10之間的距離后，測量這一時間隔t，第一個參數，即在獲得軌跡P1(t)和P2(t)的時間過程中顆粒的平均速度就可以確定。顆粒的平均速度V由測量時滯t而獲得，從互相關函數的主波峰寬度的測量可以確定在管道1中的環流顆粒截面D。
在不脫離本發明的范圍的情況下，各個一定流速的流體源可以用輸送大體上穩定壓力的流體裝置來代替，而在各細管中顆粒流過其出口3，9，10所引起的流體流量的變化可加以測得。這些提供穩定壓力的裝置，例如，在本例中可以是通過在下游控制壓力的減壓器與各個管子相連的高壓容器。但是，這種替換方法在實踐中實現的難度比較大一些。
權利要求
1.一種控制管道(1)中循環的顆粒流動的方法，其特征在于包括-將一種以確定流速的流體注入至少一個經出口(3)通向管道(1)的管子(2)中，該管子在出口的平面處至少具有一與環流顆粒的截面相一致的截面，-測量表示流體壓力隨時間變化的信號，這些變化是由所述顆粒通過管子的出口所產生的，因此至少可推導出一個有效的參數。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述壓力變化為管子中的流體的壓力變化。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述壓力變化是管子和管道之間發生的壓力差的變化。
4.根據前述權利要求的任一權利要求所述方法，其特征在于，測定所述信號以確定管子中環流顆粒的存在。
5.根據權利要求1至3的任一權利要求所述的方法，其特征在于進一步包括用相關法處理所述信號。
6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在管道中環流的顆粒具有彼此相近的截面，表示壓力變化的信號處理包括一所述信號的自相關，由此推導出在所述出口(3)前顆粒的流動速度。
7.根據權利要求1至4的任一權利要求所述的方法，其特征在于包括將確定流速的流體注入經沿管道兩個不同位置的兩出口(9，10)通向管道的兩管子(7，8)，中，各個管子在出口的平面處至少具有與循環顆粒截面相一致的截面。-分別測定表示在各個管子中由環流顆粒流過其出口引起的流體的壓力隨時間變化的信號，-將與兩管子相對應的信號互相關，從而確定顆粒的截面和速度。
8.一種控制管道中環流的顆粒流動的裝置，其特征在于包括至少一經出口(3)進入管道的管子(2)，管子的截面至少在出口的平面處具有一與環流顆粒的截面相一致的截面，至少一與所述管子(2)連通的、確定流速的流體源(4)以及測定管子中由顆粒流過其出口所引起的壓力變化的裝置(5)。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于包括通過相關性確定至少一可表示顆粒環流的參數的處理裝置6。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于顆粒大體上具有同一截面，處理裝置6適合于獲得一所述信號的自相關關系，從而可推導出顆粒流過所述出口的速度。
11.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于包括兩根經過沿管道的兩不同位置的兩出口(9，10)通入管道的管子(7，8)，各個管子的截面至少在其出口的平面上具有與環流顆粒的截面一樣大小尺寸的一截面，以及包括兩各自供給兩管子以確定流速的流體的流體源(4A，4B)，-分別測定表示在各個管子中因所述顆粒經兩管子的各自的出口流入管道中所引起的流體壓力隨時間變化的信號裝置(11，12)，-將與兩管子相對應的信號進行比較的裝置(6)。
12.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于比較裝置(6)適合于獲得與兩管子相對應的信號的相關性關系，從而可確定環流顆粒的速度和截面。
全文摘要
為測量各種管道(1)內運動顆粒的速度，如連續重整設備中環流的催化劑球，一具有與顆粒的截面相當的且連接到一定流速流體源(4)的管子(2)與管道相連并測量這管子中由環流過其端部的顆粒流動所引起的壓力變化，而這會改變流體向著管道的自由流動。顆粒速度可利用處理裝置(6)由表示壓力變化的信號的自相關性加以確定。也可管道不同位置上接通兩根流體供給管(7，8)，并通過各個表示壓力變化信號的互相關性來確定環流顆粒的速度和截面。
文檔編號G05D7/00GK1106921SQ93120440
公開日1995年8月16日 申請日期1993年12月15日 優先權日1992年12月15日
發明者安德烈比松, 克洛德·博道塞爾, 達米安吉勒 申請人:法國石油研究所