Устройство для отбора проб газа

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

<1и 981860

Союз Соввтскик

Сециалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ - СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51}М. Кл. (22) Заявлено 06. 05. 81 (21) 3284435/25-26

G 01 М l /22;. с присоединением заявки М (23 ) Приоритет

9Вударстаиюй квкятвт

Ф СИР аа авлзк язвбретеиа11 в епрытиа

Опубликовано 15.12,82. Бюллетень М 46

Дата опубликования описания 17. 12. 82 (5З УДК 54З.05З (088. 8) В.И. Гранковский, Б.Л. Юпко, В.В. Вечкут

В.M. Зинченко, А.Л. Турубинер и И.Ф. Вал (72) Авторы изобретения

„" С

Ф

Запорожский индустриальный институт

I ю

Ю (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ГАЗА

Устройство для отбора проб газа. из различных теплотехнических, энергетических и химических аппаратов, в частности из рабочего пространства или дымоходов мартеновских печей, двухванных агрегатов и конверторов, относится к аналитическому приборостроению.

Известно газоотборное устройство для отбора на анализ сильнозапыленных >< газов, имеющее узел механической очистки вращательного действия (1) .

Однако наличие механических приводов (турбина, поршень), рабочих органов для очистки (сркебок, ерш, атон) трущихся деталей и сальниковых . уплотйений приводит к снижению надежности и усложнению конструкции газоотборного устройства.

Известно газоотборное устройство, ?о содержащее газоотборную камеру, сообщающуюся гидравлически с полостью агрегата, из которого отбирают анализируемый газ. В торец газоотботной камеры вмонтирован цилиндр с коническим наконечником, имеющим отверстие. Ем" кость цилиндра с конусом разделена перфорированной перегородкой на две камеры - продувочную и камеру фильтра.

Внутренняя полость фильтрующего элемента газопроводом соединена через соответствующие клапана с газоанализатором и баллоном сжатого газа. В продувочной камере, ограниченной перфорированной перегородкой, установлена трубка, которая также соединена через свой клапан с баллоном сжатого газа. Это устройство работает в двух режимах: в режиме отбора пробы и в режиме очистки, продувки. Выбор режима работы осуществляется тремя клапанами. В режиме отбора пробы пылегазовый поток поступает в газоотборный пат" рубок, из которого основная часть потока стравливается в атмосферу, а часть потока через отверстие в конусе поступает в камеру Фильтра и далее через Фильтрующий элемент очищенный

0 4 достаточно лишь удалять пыль с его поверхности, например, путем обдува сжатым газом. Следовательно, для обес-печения заданной пропускной способ ности фильтрующего элемента и обеспечения его высокой фильтрующей способности, необходимо лишь согласовать площадь фильтрующей поверхности с необходимым расходом анализируемого газа с учетом изменения его гидравлического сопротивления в результате заполнения пор пылью. В устройстве имеет место конденсация паров газовой фазы, например паров воды, серы и пр., из-за охлаждения анализируемого газа, так как тепла вносимого анализируемым

3 98186 от пыли газ по газопроводу через открытый клапан анализатора поступает на анализ. В режиме продувки клапан анализатора закрывается, а два других клапана, соединенных трубопроводами с газоотборным устройством и с баллоном сжатого газа, открываются. Через один из клапанов сжатый газ по трубке . поступает в продувочную камеру, а из нее через перйорированнчю пеоего- 10 родку поступает в камеру фильтра, выдувая из нее пыль в газоотборный пат рубок; через другой клапан сжатый газ поступает в полость фильтрующего эле" мента очищая его. Струя сжатого газа, 1 выходя из коннческого наконечника, продувает газоотборный патрубок (2) .

Однако в этом газоотборном устройстве на перфорированной перегородке имеют место потери энергии сжатого газа, вследствие чего при очистке газоотборного патрубка имеются завышенные энергетические затраты. Кроме того, в устройстве плоскость среза входного отверстия камеры фильтра рас- положена перпендикулярно направлению движения газа в газоотборном патрубке, вследствие чего значительное количество частиц пыли по инерции устремляется в камеру фильтра. При этом содержание пыли в потоке газа, поступа" ющего в камеру Фильтра, будет больше чем в исходном пылегазовом потоке, в результате происходит быстрое заполнение камеры фильтра пылью, т.е. газо отборное устройство требует более

35 частой продувки, что приводит к завы" шенным расходам сжатого газа, т.е. к высоким энергозатратам. Фильтрующий элемент установлен в замкнутой, непроточной камере, вследствие чего устройство обладает ограниченным быстродействием, так как интенсивность обновления газов в камере фильтра определяется только расходом газа, просасываемого через фильтрующий элемент в газоанализатор, а увеличение расхода газа, просасываемого через фильтрующий элемент с целью увеличения быстродействия газоотборного устройства, приводит к интенсивному заполнению камеры фильтра пылью, что требует увеличения частоты и длительности продувки, т.е. приводит к увеличению расхода сжатого газа, увеличению энер- гозатрат и снижает надежность работы устройства из-за более быстрого износа клапанов. Сжатый газ через неплотности, имеющиеся в клапане, попадает в.анализируемый газ, как непосредственно через линию, соединяющую клапан анализатора и клапан сжатого газа, так и через линию, подающую сжатый газ в продувочную камеру, так как из продувочной камеры сжатый газа через перфорированную перегородку проникает в камеру фильтра, а из нее через фильтр в анализатор. Это снижает точность анализа, приводит к появлению дополнительных погрешностей вследствие искажения количественных и качественных характеристик газовой фазы.

B известном газоотборном устройстве предусматривается продувка фильтрующего элемента, что также является недостатком, так как продувать фильтрующий элемент в процессе эксплуатации нет необходимости, достаточно периодически удалять слой пыли с его поверхности. Объясняется это следующим.

При работе фильтрующего элемента в его порах происходит осаждение пыли, сопровождающееся увеличением его гидравлического сопротивления, т.е. уменьшением пропускной способности.

Через некоторый период времени процесс заполнения Фильтрующего элемента пылью завершается. При этом, в связи с тем, что частицы пыли имеют конечwe размеры, после заполнения пор пылью s фильтрующем элементе остаются каналы, размеры которых определяются размерами частичек пыли, т.е. после заполнения пор фильтрующего элемента пылью его гидравлическое сопротивление стабилизируется, а фильтрующая способность возрастает. Таким образом, если размеры фильтрующего элемента выбраны такими, при которых после заполнения пор пылью будет обеспечиваться заданный расход пробы, необходимость его продувки отпадает, 5 981860 6 газом в непроточную камеру фильтра и На чертеже изображено устройство. в продувочную камеру недостаточно для для отбора проб газа, разрез. их разогрева до температуры, исклю- Устройство включает охлаждаемую чающей конденсацию паров в газовой газоотборную камеру 1 с козырьком фазе. Дополнительный обогрев указан- б установленным в высокотемпературном ных камер конструкцией не предусмот- пылегазовом потоке. К охлаждаемой га" рен. Конденсация паров газовой фазы зоотборной камере 1 присоединены сопровождается изменением ее состава, дросселирующее сопло 3, промежуточная что приводит к появлению дополнитель- камера 4, в которой установлено пронь!х погрешностей в результатах газо- 1В дувочное сопло 5. Продувочное сопло 5 вого анализа. Имеет место загрязнение выполнено подвижным и снабжено фикса" окружающей среды, так как вредные для тором 6, например в виде контргайки. здоровья человека компоненты газовой Продувочное сопло 5 через последовафазы анализируемого газа стравливаются тельно присоединенные к нему продув окружающую среду, что опасно для вочно-смотровую камеру 7, 7 клапан 8 здоровья людей, особенно работающих и циклон 9 сообщено с лин е" с линией 10 сжавблизи того газа. К промежуточной камере 4

Цель изобретения - повышение на- за срезом или на уровне среза дросдежности и быстродействия устройства, селирующего сопла 3 подключена подуменьшение энергозатрат и повышение 2 водящая трубка 11 с сопротивлением 12, качества пробы газа. соединенная с камерой 13 фильтра, Указанная цель достигается .тем, внутри которой уст ото ой становлен фильтруючто устройство для отбора проб газа, щий элемент 14. Вну р нт 14. Вн тренняя полость содержащее газоотборную камеру, ка- фильтрующего элемента трубкой 15 сомеру фильтра с фильтруюшим элемен- >> единена с газоанализатором (;для упротом, клапаны, линии сжатого и анали- щения на чертеже газоанализатор не зируемого газов, снабжено промежуточ- показан). Камера 13 фильтра посредной камерой с расположенными в ней ством отводящей трубки 16 сообщается, дросселирующим соплом, соединенным с камерой 17 разрежения. Подводящая с газоотборной камерой, продувочным 36 и отводящая трубки 11 и 16 подключены соплом и соединенной с ним. смотровой к камере 13 фильтра по касательной, камерой, циклоном, соединенным с ли- а отводящая трубка 16 выполнена в нией сжатого газа и через клапан " "co самой нижней точке емкости камеры 13 смотровой камерой, камерой разрежения фильтра, которая установлена наклонс эжектором и возвратным патрубком, зз но. К промежуточной камере 4 в обласпри:этом камера фильтра с помощью под- ти продувочного сопла 5, ближе к проводящей трубки, соедйнена с промежу- дувочно-смотровои камере 7 подключеточной камерой, с помощью отводящей на байпасная линия 18 с сопротивле" трубки - с камерой разрежения, а ка" - нием 19. Байпасная линия 18 соединена мера разрежения соединена с промежуточ; 4О с камерой 17 разрежения и через приной камерой с помощью байпасной ли- соединенный к ней эжектор 20, возвратнии. ный патрубок 21, вставленный в отверстие 22 стенки 23 корпуса агрегата, по во я ю т бку и сообщена с полостью агРегата. Лиз ния 24 подачи сжатого газа к эжектоотводящую трубку, расположенную в нижней части полости камер филь р осмотра и очистки камер и каналов прибора предусмотрены сьемные крышнавливать наклонно.

Устроиство снабжено гидравлическими сопротивлениями, установленными в под. в режиме от ора про ы б б и в режиме проводящей трубке камеры фильтра и в бай,дувки, очистки. пасной линии.

С целью перераспределения потоков продувочного газа при и настройке уст- 55 крыт, при этом под действием разряо эжекто ом 20 в ройства, продувочное сопло выполнено жения, создаваемого эжектором, в н ю каме поступает высо= с возможностью осевого перемещения газоотборну ру котемпературный пылегазовый поток. и снабжено фиксатором.

7 98186

Для ликвидации возможности попадания в канал газоотборной трубки крупных частиц шлака и металла предусмотрен защитный козырек 2. Газовый поток с оставшимися в нем, не осевшими в канале газоотборного патрубка.частицами пыли, поступает через дросселирующее сопло 3 в промежуточную камеру 4.

В промежуточной камере происходит разделение пылегазового потока. Большая часть пылегазового потока, пройдя дросселирующее сопло 3, не изменив траекторию движения эа его срезом, поступает в байпасную линию 18. Мень- 1$ шая we часть газового потока, резко изменив направление движения, поступает в подводящую трубку 11 камеры 13 фильтра. При этом в результате резкого изменения траектории движения при .вы- 2О сокой скорости истечения пылегазового потока из дросселирующего сопла содержание пыли в потоке газа, поступающем в камеру фильтра, существенно снижается. Это объясняется тем, что частицы пыли, находящиеся в пылегазовом потоке и имеющие массу, многократно большую чем молекулы газа, под действием сил инерции "проскакивают" мимо входного отверстия подводящей труб.зВ ки 11. По подводящей трубке 11 частично очищенный от пыли газ поступает в проточную камеру 13 Фильтра. Так как подводящая и отводящая трубки 11 и 16 подключены к камере 13 фильтра по ка- >$ сательной, то лоступающий в нее газовый поток движется по круговой траектории. При этом под действием центробежной силы, оставшиеся в. потоке газа.

Частицы пыли сосредотачиваются в пери » ферийном слое газового потока и, в основном не соприкасаясь с поверхностью Фильтра под действием сил газового потока и сил гравитации, опускаются на дно камеры Фильтра и вместе с газовым потоком выбрасываются по касательной в отводящую трубку. При этом накопление пыли в полости проточной камеры фильтра не происходит, так как ее отводящая трубка 16 выполнена в самой нижней точке полости камеры фильтра 15, которая установлена наклонно. Расход газа, поступающего в камеру 13 фильтра, несоизмеримо больше расхода газа, просасываемого через $$ фильтрующий элемент 14 и необходимого для нормальной работы газоанализатора, поэтому основная часть газа, поступа0 8 ющего в камеру фильтра, удаляется по отводящей трубке.

Высокая скорость движения потока газа в полости проточной камеры фильт" ра обеспечивает необходимую интенсивность обмена газовой фазы в проточной камере фильтра и непосредственно у поверхности фильтрующего элемента, что обеспечивает необходимое быстродействие газоотборного устройства и улучшает динамическую характеристику системы контроля состава газовой фазы.

Иэ отводящей трубки 16 и байпасной линии 18 потоки газа поступают в камеру 17 разрежения и выбрасываются в полость агрегата эжектором 20, через возвратный патрубок 21 и отверстие 22 в стенке 23 корпуса агрегата.

В режиме продувки газоотборное устройство работает следующим образом.

Открывают клапан 8, при этом сжатый газ из циклона 9 через продувочно"смотровую камеру подается в продувочное сопло 5. Выходя из продувочного сопла 5 вйсокоскоростная струя газа рассекается дросселирующим соплом 3 на два потока. Центральная часть струи сжатого. газа очищает канал.газоотборной камеры 1 от осевших и спекшихся частиц шлака металла и пыли.

Меньшая, периферийная часть струи сжатого газа поступает в подводящую трубку 11 и в байпасную линию 18, очищая их. Поток сжатого газа, поступающий через подводящую трубку ll в камеру 13 фильтра по касательной, создает мощный высокоскоростной вихрь, очищающий фильтрующий элемент l4 и полость камеры 13 Фильтра.

Перемещением продувочного сопла 5 добиваются. такой работы устройства в режйме продувки, чтобы поток сжатого газа поступал в необходимых количествах в канал газоотборной камеры 1, в подводящую трубку 11 и в байпасную линию 18. Потоки сжатого газа из отводящей трубки 16 и байпасной линии 18 поступают в камеру 17 разрежения и далее через присоединенный к ней эжектор 20, возвратный патрубок 21, отверстие 22 в стенке сбрасываются в полость агрегата.

Циклон 9 предназначен для очистки сжатого газа от частичек ржавчины и пр. включений, что обеспечивает надежную работу клапана 8, регулятора 25 давления и сопла эжектора 20.

98186

Одновременно циклон 9 является емкостью, накапливающей сжатый гаэ, что обеспечивает возможность созда" ния мощного кратковременного продувочного импульса, даже в случае подвода к циклону сжатого газа трубопроводом малого диаметра, что снижает мет аллоем кост ь конструкции при реализации газоотборного комплекса.

8 междупродувочные периоды в слу- !О чае просачивания сжатого газа через неплотности клапана 8, а также в случае подсоса окружающего воздуха через неплотности крышки 26 продувочносмотровой камеры 7, они не попадают 15 в поток анализируемого газа, так как, выходя иэ продувочного сопла 5, захватываются потоком газа и поступают в байпасную линию 18, не достигнув подводящей трубки 11. В результате иска- 20 жение состава газа, поступающего на анализ, исключается.

Регулируя работу эжектора регулятором 25 давления и подбирая сопротивление 12 на подводящей трубке И и со 25 противление 19 на байпасной линии 18, добиваются, чтобы при заданном расходе газа, проходящего через камеру 13 фильтра, температура в камере фильтра . поддерживалась выше температуры кон- э0 денсации паров газовой фазы.

Для уменьшения потерь тепла, с целью снижения ввроятности конденсации паров газовой фазы, промежуточную камеру 4, подводящую трубку 11, камеру 13 фильтра тщательно термоизолируют и экранируют, например, листовым и шкуровым асбестом, стальной лентой.

Конструкцией устройства обеспечена защита окружающей среды, так как йросасываемый через газоотборное устройство пылегазовый поток не выбрасывается . в атмосферу, а эжектором 20 через возвратный патрубок 21, возвращается в полость агрегата.

Предлагаемое газоотборное устройст во обладает следующими преимуществами по сравнению с известными: выполнение камеры фильтра проточной, путем подключения ее к камере разрежения повышает быстродействие гаэоотбор. .50 ного устройства, так как интенсифицируется газообмен у поверхности фильтрующего элемента, а также позволяет осуществить обогрев Фильтрующега weмента только за счет физического теп55 ла анализируемого пылегазового потока, т.е. не требует дополнительного расхода энергии, что снижает энергоем0 10 кость газоотборного устройства; наличие дросселирующего сопла и расположение входного отверстия, подводящего патрубка камеры фильтра в стороне от струи, истекаЮщей из дросселирующего сопла пылегазового потока, позволяет уменьшить: запыленность газов, поступа" ющих в камеру фильтра, а подключение подводящего и отводящего патрубков к проточной камере фильтра по касатель" ной уменьшает запыленность газов непосредственно у поверхности фильтрующего элемента, а также ликвидирует оседание пыли в полости камеры фильтра, что позволяет уменьшить количество продувок в единицу времени и длительность самого процесса продувки, т.е. уменьшается, по сравнению с известным устройством расход сжатого газа при его эксплуатации,что повышает экономичность предлагаемого газоотборного устройства; так как в предлагаемом устройстве гидравлическое сопротивление подводящего патрубка проточной камеры фильтра значительно больше гидравлического сопротивления ее отводящего патрубка, то в период продувки в полости камеры фильтра давление не повышается, что исключает необходимость установки клапана в линии, связывающей газоанализатор с фильтрующим элементом, что упрощает конструкцию и увеличивает ее надежI ность; отсутствие клапана в линии, связывающей газоанализатор с фильтрующим элементом, а также расположение продувочного собла за подводящим патрубком по ходу движения пылегаэового потока, исключает поступление в анализируемый гаэ сжатоro газа, используемого для продувки гаэоотборного устройства, т.е. ликвидирует искажение состава анализируемого газа; выброс поступающих в газоотборное устройство газов и пыли s полость агрегата исключает. загрязнение атмосферы в зоне расположения агрегата, Предлагаемое гаэоотборное устройство, по сравнению с известным обес" печивает надежный отбор пробы газов в различных теплотехнических и пр. агрегатах, в том числе в сталеплавильных, характеризующихся наиболее высокой запыленностью, с содержанием пыли в отходящих газах до 50 г/м и высокой температурой (до 1800 С) .

Наиболее полно преимущества предлагаемого устройства по сравнению с иэФормула изобретения

11 98 вестным в плане быстродействия проявляется при работе его в комплекте с газоанализаторами, установленными непосредственно у газоотфорного устройства, например, с газоанализаторами на базе злектрохимической ячейки или на базе сопротивления из окиси титана и пр.

1. Устройство для отбора проб газа, содержащее гаэоотборную камеру, камеру Фильтра с фильтруащим элементом, клапаны, линии сжатого и анализируемого газов, о т л и ч а ю щ eе с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия устройства, уменьшения энергозатрат и повышения качества пробы газа, оно снабжено промежуточной камерой с расположенными в ней дросселирующим соплом, со" единенным с газоотборной камерой, продувочным соплом и соединенной с ним смотровой камерой, циклоном, со" единенным с линией сжатого газа и через клапан - со смотровой камерой, камерой разрежения с эжектором и возвратным патрубком, при этом камера фильтра с помощью подводящей трубки

1860 12 соединена с промежуточной камерой, с помощью отводящей трубки - с камерой разрежения, а камера разрежения соединена с промежуточной камерой а

5 помощью байпасной линии.

2 Устройство по и. 1, о т л ич а lo щ е е с я тем, что подводящая трубка и отводящая трубка, расположенная в нижней части полости камеры

30 фильтра, присоединены к камере Фильтра по касательной а камера Фильтра установлена наклонно.

3. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что оно снабжено гид15 равлическими сопротивлениями, уста-" новленными в подводящей трубке камеры Фильтра и в байпасной линии.

4. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью пе2О рераспределения потоков продувочного газа при настройке устройства, продувочное сопло выполнено с возможностью осевого перемещения и снабжено Фиксатором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

113561, кл. G 01 И 1/22, 1957. зо 2. Патент Японии Р 2-48036, кл Г 01 N 1/22 1977.

98.1 860

27 21 Я . Ы 2/

Составитель В. Дринь

Редактор- И. Касаева Texpeg З.Палии Корректор У. Пономаренко

Заказ 970D/62 Тираж .887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303 Москва Ж-35 Ра шская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4