Устройство для отбора проб газа

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ 1 ц 981860 Свез СоввтскиаСфциалистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) Приоритет РЮдврстваеай юепат ь.ьь. Р юеик взвврвтеик 9 и епрытиЯОпубликовано 15.12,82. Бюллетень М Дата опубликования описания 17. 12. 82 ЗУДК 543.053.И. Гранковский, Б.Л. Юп ,И, Зинченко, А,Л. Туруб нзобретени Запорожский индустриальный инсти(71) Заявитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ ГА Устроиство 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 приборо" строению.Известно газоотборное устройство для отбора на анализ сильнозапыленных газов, имеющее узел механическойоцистки вращательного действия 11,Однако наличие механических приводов турбина, поршень), рабочих органов для очистки сркебок, ерш, шток ) трущихся деталей и сальниковых . уплотйений приводит к снижению надежности и усложнению конструкции газо- отборного устройства.Известно газоотборное устройство, содержащее газоотборную камеру, сообщающуюся гидравлически с полостью агрегата, из которого отбирают анализируемый газ. В торец газоотботной камеры вмонтирован цилиндр с коническимнаконечником, имеющим отверстие. Ем"кость цилиндра с конусом разделенаперфорированной перегородкой на две 3камеры - продувочную и камеру Фильтра.Внутренняя полость Фильтрующего элемента газопроводом соединена черезсоответствующие клапана с газоанализатором и баллоном сжатого газа. В 0 продувочной камере, ограниченной пер"форированной перегородкой, установле"на трубка, которая также соединеначерез свой клапан с баллоном сжатогогаза. Это устройство работает в двух и режимах: в режиме отбора пробы и врежиме очистки, продувки. Выбор режима работы осуществляется тремя клапанами. В режиме отбора пробы пылегазовый поток поступает в газоотборный патрубок,из которого основная часть потока стравливается в атмосферу, ачасть потока через отверстие в конусепоступает в камеру Фильтра и далеечерез Фильтрующий элемент очищенный0 а 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 родку поступает в камеру фильтра, выдувая из нее пыль в газоотборный патрубок; через другой клапан сжатый газ поступает в полость фильтрующего эле" мента очищая его, Струя сжатого газа,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 более35 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 Фильт" рующий 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 ф устройства из"за более быстрого износа клапанов. Сжатый газ через неплотности, имеющиеся в клапане, попадает в.анализируемый газ, как непосредственно через линию, соединяющую клапананализатора и клапан сжатого газа,так и через линию, подающую сжатыйгаз в продувочную камеру, так как изпродувочной камеры сжатый газа черезперфорированную перегородку проникает в камеру Фильтра, а из нее черезфильтр в анализатор, Это снижает точность анализа, приводит к появлению дополнительных погрешностей вследствие искажения количественных и качественных характеристик газовой Фазы. В известном газоотборном устройствепредусматривается 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 вего 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 конечные размеры, после заполнения порпылью в Фильтрующем элементе остаются каналы, размеры которых определяются размерами частичек пыли, т.е.после заполнения пор фильтрующегоэлемента пылью его гидравлическое сопротивление стабилизируется, а Фильтрующая способность возрастает. Такимобразом, если размеры Фильтрующегоэлемента выбраны такими, при которыхпосле заполнения пор пылью будет обеспечиваться заданный расход пробы,необходимость его продувки отпадает,достаточно лишь удалять пыль с егоповерхности, например, путем обдувасжатым газом, Следовательно, для обеспечения заданной пропускной способности Фильтрующего элемента и обеспечения его высокой фильтрующей способности, необходимо лишь согласоватьплощадь фильтрующей поверхности с необходимым расходом анализируемого газа с учетом изменения его гидравлического сопротивления в результате заполнения пор пылью. В устройстве имеет место конденсация паров газовойфазы, например паров воды, серы и пр.,из-за охлаждения анализируемого газа,так как тепла вносимого анализируемым5 981860 6 газом в непроточную камеру Фильтра и На чертеже изображено устройство в продувочную камеру недостаточно длядля 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 1, в которой установлено проньх погрешностей в результатах газо- В 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 ф 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 4Цель изобретения - повышение на- за срезом или на уровне среза дросдежности и быстродействия устройства, селирующего сопла 3 подключена подуменьшение энергозатрат и повышение 26 водящая трубка 11 с сопротивлением 12,качества пробы газа. соединенная с камерой 13 Фильтра,Указанная цель достигается .тем, внутри которой устото ой становлен фильтруючто устройство для отбора проб газа, щий элемент 11. Вну рнт 1 ч. Вн тренняя полостьсодержащее газоотборную камеру, ка- фильтрующего элемента трубкой 15 сомеру Фильтра с фильтруюшим элемен- ф 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. Подводящаяс газоотборной камерой, продувочным ЗО и отводящая трубки 11 и 16 подключены соплом и соединенной с ним. смотровой к камере 13 фильтра по касательнойкамерой, циклоном, соединенным с ли- а отводящая трубка 16 выполнена в нией сжатого газа и через клапан " со самой нижней точке емкости камеры 13смотровой камерой, камерой разрежения фильтра, которая установлена наклонс эжектором и возвратным патрубком, эз но. К промежуточной камере 1 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 соединенамера разрежения соединена с промежуточ; ю 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, Диз ния 21 одаи сжатого газа20нижней части полости камер Филь росмотра и о истки камерприбора предусмотренынавливать наклонно.Устроиство снабжено гидравлическимисопротивлениями, установленными в под.в режиме от ора про ыб б и в режиме проводящей трубке камеры фильтра и в бай,дувки, очистки. пасной линии.С целью перераспределения потоковпродувочного газа прии настройке уст- Я крыт, при этом под действием разря"о эжекто ом 20 в ройства, продувочное сопло выполнено жения, создаваемого эжектором , вн ю каме поступает высо= с возможностью осевого перемещения газоотборну рукотемпературный 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 1 ф разделение пылегазового потока. Большая часть пылегазового потока, пройдя дросселирующее сопло 3, не изменив траекторию движения эа его срезом, поступает в байпасную линию 18. Мень шая же 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" 20 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 ф 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- ф 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 Е 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 фф 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 50 в самой нижней точке Полости камеры фильтра 15, которая установлена наклонно. Расход газа, поступающего в камеру 13 Фильтра, несоизмеримо больше расхода газа, просасываемого через И Фильтрующий элемент 1 Ь и необходимого для нормальной работы газоанализатора, поэтому основная часть газа, поступа 0 8ющего 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 11 в камеру 13 фильтра по касательной, создает мощный высокоскоростной вихрь, очищающий Фильтрующий элемент 1 ч и полость камеры 13 Фильтра. Перемещением продувочного сопла 5 добиваются. такой работы устройства в режйме продувки, цтобы 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 9Одновременно циклон 9 являетсяемкостью, накапливающей сжатый гаэ,что обеспечивает возможность созда"ния мощного кратковременного продувочного импульса, даже в случае под"вода к циклону сжатого газа трубопроводом малого диаметра, что снижаетметаллоемкость конструкции при реализации газоотборного комплекса,В междупродувочные периоды в слу- Очае просачивания сжатого газа черезнеплотности клапана 8, а также в случае подсоса окружающего воздуха черезнеплотности крышки 26 продувочносмотровой камеры 7, они не попадают Юв поток анализируемого газа, так как,выходя иэ продувочного сопла 5, захватываются потоком газа и поступают вбайпасную линию 18, не достигнув подводящей трубки 11. В результате искажение состава газа, поступающего наанализ, исключается,Регулируя работу эжектора регулятором 25 давления и подбирая сопротивление 12 на подводящей трубке И и со 25противление 19 на байпасной линии 18,добиваются, цтобы при заданном расходе газа, проходящего через камеру 13фильтра, температура в камере Фильтра. поддерживалась выше температуры кон- З 0денсации паров газовой фазы.Для уменьшения потерь тепла, с целью снижения ввроятности конденсациипаров газовой фазы, промежуточную камеру , подводящую трубку 11, камеру 13 фильтра тщательно термоизолируют и экраиируют например, листовым ишкуровым асбестом, стальной лентой.Конструкцией устройства обеспеченазащита окружающей среды, так как йросасываемый через газоотборное устройство пылегазовый поток не выбрасываетсяв атмосферу, а эжектором 20 через возвратный патрубок 21, возвращается вполость агрегата.45Предлагаемое газоотборное устройство обладает следующими преимуществами по сравнению с известными: выполнение камеры фильтра проточной,путем подключения ее к камере разрежения повышает быстродействие гаэоотбор,50ного устройства, так как интенсифицируется газообмен у поверхности Фильтрующего элемента, а также позволяетосуществить обогрев Фильтрующега элемента только за счет Физического теп 55ла анализируемого пылегазового потока,т.е. не требует дополнительного расхода энергии, что снижает энергоем 0 10кость газоотборного устройства; наличие дросселирующего сопла и расположение входного отверстия, подводящегопатрубка камеры Фильтра в стороне отструи, истекаЮщей из дросселирующегосопла пылегазового потока, позволяетуменьшить"запыленность газов поступа"ющих в камеру Фильтра, а подключениеподводящего и отводящего патрубков кпроточной камере Фильтра по касатель"ной уменьшает запыленность газов непосредственно у поверхности Фильтрующего элемента, а также ликвидируетоседание пыли в полости камеры Фильтра, что позволяет уменьшить количество продувок в единицу времени и дли"тельность самого процесса продувки,т,е. уменьшается, по сравнению с известным устройством расход сжатогогаза при его эксплуатации,цто повышает экономичность предлагаемого газоотборного устройства; так как а предлагаемом устройстве гидравлическоесопротивление подводящего патрубкапроточной камеры Фильтра значительнобольше гидравлического сопротивленияее отводящего патрубка, то в периодпродувки в полости камеры Фильтрадавление не повышается, что исключаетнеобходимость.установки клапана влинии, связывающей газоанализатор сфильтрующим элементом, что упрощаетконструкцию и увеличивает ее надежность; отсутствие клапана в линии,связывающей газоанализатор с фильтрую.щим элементом, а также расположениепродувочного собла за подводящим патрубком по ходу движения пылегаэовогопотока, исключает поступление в анализируемый газ сжатого газа, используемого для продувки гаэоотборногоустройства, т.е, ликвидирует искажение состава анализируемого газа; выброс поступающих в газоотборное устройство газов и пыли в полость агрегата исключает. загрязнение атмосферыв зоне расположения агрегата,Предлагаемое гаэоотборное устройство, по сравнению с известным обес"пецивает надежный отбор пробы газовв различных теплотехнических и пр,агрегатах, в том числе в сталеплавильных, характеризующихся наиболее высокой запыленностью, с содержанием пылив отходящих газах до 50 г/и и высокой температурой до 1800 С) . Наиболее полно преимущества предлагаемого устройства по сравнению с иэ 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.Формула изобретения1, Устройство для отбора проб газа, содержащее гаэоотборную камеру, камеру Фильтра с Фильтрующим элементом, клапаны, линии сжатого и анализируемого газов, о т л и ц а ю щ ее 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 трубки1860 12соединена с промежуточной камерой,с помощью отводящей трубки - с камерой разрежения, а камера разрежениясоединена с промежуточной камерой с5 помощью байпасной линии.2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что подводящаятрубка и отводящая трубка, расположенная в нижней части полости камеры30 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 гид 15 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 пе 2 о рераспределения потоков продувочногогаза при настройке устройства, продувочное сопло выполнено с возможностьюосевого перемещения и снабжено Фиксатором,25Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРй 113 э 61, кл. О 01 И 1/22, 1957.зо 2, Патент Японии Р 52-18036,кл, О 01 й 1/22, 1977Состав Техреду Пономарен Тиражосударс лам изо енного коми етений и от 5 Рашская по 303,иал ПМосква Жь теМи Реаактоо И. Касарф ю т иЗе ее т е еа е и и и ю Заказ 9700/62 ВНИИПП "Патент", г. Ужгород ьКорректор УПодписноеета СССРрытийнаб, д. М 5ул, Проектная,