СПОСОБ ОТБОРА ПРОБЫ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК G01N1/22 

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в системах контроля и автоматизации процессов в теплотехнической, энергетической, металлургической и химической отраслях.

Известен способ отбора газовой пробы (1) путем перемещения газа из контролируемой среды в газопроводящую линию под действием разрежения с последующим выводом его в контролируемую среду. Известный способ предполагает получение зоны разрежения путем использования автономной системы подачи сжатого газа, что приводит к завышенным энергозатратам и усложнению его осуществления.

Известный способ реализован в устройстве для отбора пробы газа, содержащем газоотборный элемент, газопроводящую линию и эжектор, включающий диффузор, конфузор и размещенный между ними цилиндрический канал. Для получения зоны разрежения в известном устройстве используют аппарат для подачи сжатого газа с источником питания и автономной системой подвода газа. Такие аппараты достаточно энергоемки, обладают невысокой надежностью и недолговечны, а система подвода сжатого газа с соединительными и регулирующими клапанами делает конструкцию устройства сложной и громоздкой. Кроме того, в известном устройстве на стенках охлаждаемого газоотборного элемента образуется конденсат влаги, попадание которой на используемые в современных газоанализаторах сухие электрохимические датчики приводит к искажению результатов газового анализа, а также выводу датчиков из строя.

Таким образом, технический результат, получаемый при реализации описываемого изобретения, заключается в снижении энергоемкости процесса отбора пробы газа, повышении надежности и увеличении срока службы осуществляющих его устройств за счет исключения традиционного побудителя расхода с электроприводом и системы подачи сжатого воздуха, а также в повышении достоверности газового анализа.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе отбора пробы газа, включающем перемещение газа из контролируемой среды в газопроводящую линию под действием разрежения с последующим выводом газа в контролируемую среду, разрежение создают направленной через эжектор струей воздуха, образованной под действием разности давлений в окружающей среде и в потоке контролируемой среды, а вывод газа осуществляют путем его введения в направленную струю воздуха.

Перед проведением анализа газовая проба может быть подвергнута фильтрованию и осушке.

В устройстве для отбора пробы газа, содержащем газоотборный элемент, газопроводящую линию и эжектор, включающий диффузор, конфузор и размещенный между ними цилиндрический канал, цилиндрический канал эжектора соединен с выходом газопроводящей линии, вход которой связан с газоотборным элементом.

Газопроводящая линия может содержать средства подготовки и анализа газовой пробы, такие как фильтр, осушитель, газоанализатор.

Фильтр целесообразно установить на входе газоотборного элемента.

Указанный технический результат достигается также тем, что устройство для отбора проб газа, содержащее корпус, газопроводящую линию, газоотборный элемент и эжектор, включающий диффузор, конфузор и размещенный между ними цилиндрический канал, снабжено осушителем, выполненным в виде кольца из пористого материала и установленным в корпусе соосно эжектору, при этом внешний диаметр эжектора меньше внутреннего диаметра корпуса, торцы диффузора и конфузора совмещены с торцами устройства и содержат средства герметизации полости, образованной между корпусом и эжектором, цилиндрический канал которого соединен с выходом газопроводящей линии, подключенной входом к полости между корпусом и эжектором, связанной с газоотборным элементом.

Газоотборный элемент может быть выполнен в виде трубки, на входе которой расположен фильтр, а выход соединен с полостью между корпусом и эжектором.

Предпочтительным материалом для выполнения осушителя является керамика.

При этом осушитель может быть размещен между диффузором и цилиндрическим каналом эжектора.

Возможно выполнение внутреннего канала осушителя в форме конуса, который является частью диффузора эжектора.

В осушителе могут быть выполнены продольные отверстия или радиальные щелевые пазы.

Частью газопроводящей линии является датчик, например, газоанализатора.

Описываемый способ осуществляется следующим образом.

Газоотборный элемент, соединенный с газопроводящей линией, вводят в поток высокотемпературной газовой среды в газоходе, в отверстии в боковой стенке которого укреплен торец диффузора эжектора, сообщающегося через торец конфузора с окружающей средой. Поскольку давление в потоке контролируемой среды в области торца диффузора меньше давления воздуха в окружающей среде, воздух под действием разности давлений движется через эжектор в газоход, образуя воздушную струю. При прохождении воздушной струи через зауженную область в эжекторе происходит ее ускорение и образование зоны разрежения. Выход газопроводящей линии размещают в зоне разрежения. В результате воздействия разрежения газ из контролируемой среды перемещают по газопроводящей линии, где производят анализ газа посредством газоанализатора или другого контролирующего прибора, после чего газ из газопроводящей линии удаляют в струю воздуха, направленную в газоход, и вместе с ней выводят в контролируемую среду.

Перед проведением анализа производят подготовку отобранной пробы газа, очищая ее от пыли путем фильтрования, частично охлаждают пробу и удаляют конденсат - осушивают.

На чертеже представлено устройство для осуществления описываемого способа отбора пробы газа, где на:
- фиг. 1 и фиг. 2 приведены схемы двух вариантов устройства,
- фиг. 3 показана иллюстрация принципа действия осушителя во втором варианте устройства для осуществления способа отбора пробы газа,
- фиг. 4 (а, б,) изображен второй вариант устройства в разрезе по А-А, в случаях выполнения осушителя с продольными отверстиями (а) и радиальными пазами (б).

1 вариант (фиг. 1).

Устройство включает эжектор 1, состоящий из диффузора 2, конфузора 3 и размещенного между ними цилиндрического канала 4, в который введен выход газопроводящей линии 5, подключенной к газоотборному элементу 6 с установленным на его входе фильтром 7.

В случае отбора пробы газа для газового анализа газопроводящая линия 5 содержит осушитель 8 и газоанализатор 9.

Размеры частей эжектора 1, а также газопроводящей линии 5 и их соотношение выбираются из расчета создания разрежения в цилиндрическом канале 4, настолько глубокого, чтобы обеспечить необходимый расход газа в газоанализаторе с учетом преодоления сопротивления элементов, и достаточного для перемещения газа через газопроводящую линию 5. Оптимальный угол раскрытия диффузора 2, обеспечивающий безотрывное течение газового потока, составляет порядка 8.

Конфузор 3 ввиду незначительности аэродинамических потерь давления в нем целесообразно выполнять коническим с плавным входом.

Устройство для отбора пробы газа работает следующим образом.

Предварительно газоотборный элемент 6 с фильтром 7 вводят в полость газохода 10 в центральную область потока контролируемой среды, а диффузор 2 торцем закрепляют в боковом отверстии 11 газохода 10, при этом торец конфузора 3 сообщается с окружающей средой. Воздух из окружающей среды, где давление выше давления в потоке контролируемой среды, поступает через конфузор 3 и ускоряется в цилиндрическом канале 2, где образованная струя воздуха создает разрежение, под действием которого газ из контролируемой среды засасывается через фильтр 7 и газоотборный элемент 6 в газопроводящую линию 5. В газопроводящей линии 5 газ охлаждают, удаляют конденсат в осушителе 8 и пропускают через газоанализатор 9, после чего газ через выходное отверстие газопроводящей линии 5 перемещается и выводится в направленную струю воздуха в цилиндрическом канале 4 эжектора 1, возвращаясь вместе с ней в поток контролируемой среды.

Вариант 2 (фиг. 2).

В корпусе 12 соосно установлены осушитель 8 и эжектор 1, состоящий из диффузора 2, конфузора 3 и размещенного между ними цилиндрического канала 4. Внешний диаметр эжектора 1 выбирают меньше внутреннего диаметра корпуса 12, в результате чего между эжектором 1 и корпусом 12 образована полость 13, которая соединена с выходом газоотбоорного элемента 6 с расположенным на его входе фильтром 7. Торцы диффузора 2 и конфузора 3 соединены с торцами корпуса 12 средствами 14 герметизации полости 13. Датчик 9 газоанализатора включен в газопроводящую линию 5, вход которой подключен к полости 13, а выход введен в цилиндрический канал 4.

Полость 13 представляет собой кольцевой зазор, образованный корпусом 12 и эжектором 1, выполненными из материала, удовлетворяющего требованиям инертности к составляющим анализируемого газа, например, из нержавеющей стали.

На фиг. 2 представлен вариант, когда осушитель 8 выполнен в виде кольца с цилиндрическим внутренним каналом, диаметр которого равен диаметру цилиндрического канала 4 эжектора 1. Внутренний канал осушителя 8 может иметь форму конуса и в этом исполнении он является частью диффузора эжектора 1. Внешний диаметр осушителя 8 может быть меньше внутреннего диаметра корпуса 12, либо равен ему в том случае, когда в теле осушителя выполнены продольные отверстия 15 (фиг. 4,а), или радиальные щелевые пазы 16 (фиг. 4,б).

Осушитель 8 выполнен из пористого материала, величина пор которого обеспечивает впитывание и прохождение через себя влаги, обеспечивая сопротивление перетеканию анализируемых газов в воздушную струю. Пористый материал выбирают инертным по отношению к компонентам контролируемого газа. Керамика удовлетворяет этим условиям и сохраняет свои свойства достаточно длительный период времени, а потому является наиболее предпочтительным материалом для осушителя 8.

Газоотборный элемент 6 выполнен в виде трубки, на одном конце которой размещен фильтр 7, а другой конец введен в полость 13.

В газопроводную линию 5 включен датчик 9 газоанализатора.

Описываемое устройство работает следующим образом.

Предварительно корпус 12 торцем, соединенным с торцем диффузора 2, закрепляют в боковом отверстии 11 газохода 10, газоотборный элемент 6 с фильтром 7 вводят в полость газохода 10 в центральную область потока контролируемой среды, при этом торец конфузора 3 сообщается с окружающей средой. Воздух из окружающей среды, где давление выше давления в потоке контролируемой среды, поступает через конфузор 3 и ускоряется в цилиндрическом канале 4, где образованная струя воздуха создает разрежение, под действием которого газ из контролируемой среды засасывается через фильтр 7 и газоотборный элемент 6 в полость 13, проходит через осушитель 8 и поступает в газопроводящую линию 5.

Принцип действия осушителя 8 показан на фиг. 3.

Очищенный от пыли газ перемещается в полости 13 между корпусом 12 и эжектором 1, охлаждается, содержащаяся в нем влага конденсируется, попадая на поверхность керамического осушителя, впитывается в "тело" керамики и проходит до внутренней поверхности кольца, омываемой струей воздуха, направленной из окружающей среды в газоход 10, под действием которой влага испаряется и сносится воздушной струей в газоход 10. Поскольку расход воздушной струи превышает расход газовой пробы порядка в 100 раз, влага, проходящая через осушитель, успевает испаряться, и поверхность осушителя 8, контактирующая с воздушной струей, остается, практически, "сухой", обеспечивая непрерывность отвода влаги.

Освобожденную от влаги газовую пробу по газапроводящей линии 5 подают на датчик 9 газоанализатора, затем выводят в направленную струю воздуха в цилиндрическом канале 4 эжектора 1 и возвращают вместе с ней в поток контролируемой среды.

Описанный способ отбора газовой пробы представляет собой замкнутый процесс, не допускающий попадание посторонних примесей в анализируемый газ и исключающий возможность искажения его состава. Отсутствие в побудителе расхода газа энергоемких, сложных в исполнении и обслуживании аппаратов для получения и передачи сжатого воздуха значительно упрощает конструкцию устройства для отбора пробы газа, повышает надежность, долговечность и безопасность его работы.

Использование описываемого изобретения позволяет с наименьшими энерго- и трудозатратами получать достоверную по составу пробу газа в течение длительного периода времени, что обуславливает его предпочтительное использование в условиях стационарного контроля состава газа.

Источники информации
1. Авторское свидетельство N 981860, кл. МКИ G 01 N 1/22, оп. 1982 г.

Изобретение касается газового анализа и может найти применение в системах контроля в теплотехнической, энергетической, металлургической и химической отраслях. В способе отбора пробы газа осуществляют перемещение газа из контролируемой среды в газопроводящую линию под действием разрежения с последующим выводом газа в контролируемую среду. Разрежение создают направленной через эжектор струей воздуха, образованной под действием разности давлений в окружающей среде и в потоке контролируемой среды. Вывод газа осуществляют путем его введения в направленную струю воздуха. Устройство для отбора проб газа содержит газоотборный элемент, газопроводящую линию и эжектор, включающий связанный с газовым объемом диффузор, конфузор и размещенный между ними цилиндрический канал. Выход газопроводящей линии введен в цилиндрический канал. Конфузор соединен с окружающей средой. Соотношение размеров конфузора и диффузора выбраны из условия создания в цилиндрическом канале разрежения, достаточного для обеспечения перемещения газа через газоотводяшую линию. В другом варианте исполнения устройства оно снабжено осушителем в виде кольца из пористого материала, установленного в корпусе соосно с эжектором. Внешний диаметр эжектора меньше внутреннего диаметра корпуса. Торцы диффузора и конфузора совмещены с торцами устройства и снабжены средствами герметизации полости, образованной между корпусом и эжектором. Его цилиндрический канал соединен с выходом газопроводящей линии. Последняя подключена входом к полости между корпусом и эжектором, связанной с газообразным элементом. Изобретение позволяет получить достоверную пробу с наименьшими энерго- и трудозатратами. 3 с. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ отбора пробы газа, включающий перемещение газа из контролируемой среды в газопроводящую линию под действием разрежения с последующим выводом газа в контролируемую среду, отличающийся тем, что разрежение создают направленной через эжектор струей воздуха, образованной под действием разности давлений в окружающей среде и в потоке контролируемой среды, а вывод газа осуществляют путем его введения в направленную струю воздуха. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газ подвергают фильтрованию и осушке. 3. Устройство для отбора проб газа, содержащее газоотборный элемент, газопроводящую линию и эжектор, включающий связанный с газовым объемом диффузор, конфузор и размещенный между ними цилиндрический канал, отличающееся тем, что выход газопроводящей линии введен в цилиндрический канал, а конфузор соединен с окружающей средой, при этом соотношение размеров диффузора и конфузора выбирают из условия создания в цилиндрическом канале разрежения, достаточного для обеспечения перемещения газа через газопроводящую линию. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что газопроводящая линия содержит фильтр, осушитель и газоанализатор. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что фильтр установлен на входе газоотборного элемента. 6. Устройство для отбора проб газа, содержащее корпус, газопроводящую линию, газоотборный элемент и эжектор, выполненный с конфузором, диффузором и расположенным между ними цилиндрическим каналом, отличающееся тем, что оно снабжено осушителем, выполненным в виде кольца из пористого материала и установленным в корпусе соосно с эжектором, при этом внешний диаметр эжектора меньше внутреннего диаметра корпуса, торцы диффузора и конфузора совмещены с торцами устройства и снабжены средствами герметизации полости, образованной между корпусом и эжектором, цилиндрический канал которого соединен с выходом газопроводящей линии, подключенной входом к полости между корпусом и эжектором, связанной с газоотборным элементом. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что газоотборный элемент выполнен в виде трубки, на входе которой расположен фильтр, а выход соединен с полостью между корпусом и эжектором. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что осушитель выполнен из керамики. 9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что осушитель размещен между диффузором и цилиндрическим каналом эжектора. 10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что внутренний канал осушителя выполнен в форме конуса и является частью диффузора эжектора. 11. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что в осушителе выполнены продольные отверстия. 12. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в осушителе выполнены радиальные пазы. 13. Устройство по п.6, отличающееся тем, что газопроводящая линия содержит датчик, например, газоанализатора.