高压天然气管道内粉尘在线检测系统性能分析

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1、石油机械CHINAPETROLEUMMACHINERY2010年第38卷第9期检测诊断高压天然气管道内粉尘在线检测系统性能分析张星姬忠礼陈鸿海熊至宜(1．中国石油大学(北京)机电工程学院2．中国石油大学(北京)化工学院)摘要在管道内含粉尘较低情况下，高压天然气管道内粉尘离线检测装置取样时间长，给管输站场造成安全隐患；离线装置检测的样品需后期分析才可得出数据，不能及时反映管道中含粉尘情况的变化。为此，研制了高压天然气管道内粉尘在线检测系统。该系统可在很短的时间内完成数据检测，缩短了在易燃易爆工作环境中的操作时间，提高了粉尘检测的安全性。系统能更及时更准确地反映管道内

2、粉尘浓度和粒度分布的变化，同时对过滤分离设备高压工况下的性能做出客观评价。关键词高压天然气管道粉尘等动取样在线检测减压装置国外关于含尘管道的检测技术研究中，Os—采用补偿式静压零位取样嘴。取样嘴独特的3层管trowski等⋯利用电容层析成像技术对浓相粉体输设计，将取样管分成内、外2层空间，分别在各层送管道进行监测，实现了对粉尘颗粒形状和速度的开采压孑L测量取样嘴压力以及管道压力，这种设计可视化；Lu等利用激光多普勒风速测量法在试直接从取样管测量压力，避免使用引压管，增强了验室环境内对稀相粉体输送管道内粉尘体积分数、取样的安全性。减压装置利用节流效应设计，适用速度检

3、测进行了研究。Ostrowski、Lu等的研究主于高压含尘气体减压，是该系统的关键技术。粒子要集中在粉尘浓度及颗粒速度l1-2]而未涉及粉尘的分析仪采用基于米氏散射原理的Welas气溶胶粒径粒度分布检测。研究表明，基于激光衍射原理的光谱仪，量程为0．17～40．00m，工作压力为1MPa，学粒子分析仪可以较好地检测粉尘浓度和粒度分配备防爆传感器。计量控制系统实现整个检测过布l3J。在国内，付松广等_4j基于静压零位等速采程中压力、流量等参数的计量以及流量的调节。按样原理研制了高压天然气管道内粉尘离线检测装照文献[6]，天然气管输站场属危险区1区，可燃置，测定了天然

4、气净化用过滤器进出口管道内的粉性气体释放等级为1级，因此仪器仪表的选择应严尘浓度和粒度分布。在管道内含粉尘较低的情况格遵照相关标准执行。下，高压天然气管道内粉尘离线检测装置取样时间1．2工作流程长，会给管输站场造成安全隐患；离线装置检测的高压天然气管道内粉尘在线检测系统流程如图样品需后期分析才可得出数据，不能及时反映管道1所示。含尘气体样品经等动取样系统从高压管道中含粉尘情况的变化。为此，笔者研制了高压天然内采出，计量压力、温度和流量后进入减压装置减气管道内粉尘在线检测系统。压，减压后的部分气体进入粒子分析仪检测，同时再次计量气体样品的压力和温度。检测后的气体以1

5、技术分析气流J1．1系统组成高压天然气管道内粉尘在线检测系统由等动取样系统、减压装置、粒子分析仪和计量控制系统等高压天然气管道组成。等动取样系统的关键部件是取样嘴，该系统图1在线检测系统流程基金项目：中国石油天然气股份有限公司科学研究与技术开发项目“管道输送工艺与运行技术”(060SAm04)。2010年第38卷第9期张星等：高压天然气管道内粉尘在线检测系统性能分析一43一及减压膨胀过程多余部分气体减压至放空要求后在模拟工况为：气体初始压力10MPa，取样速监控下放空。度30m／s，取样温度300K，介质为空气，减压后1．3主要技术参数的压力1MPa，一、二级减压

6、小孔直径d均为2．52检测精度0．2～40．0m，最小取样间隔120ITIITI，两级总减压比为0．1，计算结果如图3所示。S，最高工作压力12MPa，计量仪器工作温度范围压力分布分为3部分：减压前压力、一级膨胀室内一50～100cc，防爆等级Ex(ia)ⅡCT6。压力和二级膨胀室内压力。在一、二级临界小孔前后，气体的压力骤降，但很快趋于稳定，压力从2关键技术10MPa降至1MPa，减压后压力降至预期值，小孔设计尺寸符合要求。粒子分析仪工作压力要求常压或低压，欲实现高压天然气管道内粉尘在线检测，高压含尘气体减压是关键。Wayne等的研究表明，常规的减压阀等压力调节

7、设备在减压过程中粉尘损失严重，给检测带来很大的误差；Kasper等。。研究表明，高压气体经过一临界sl,~L绝热膨胀是较好的含尘气体减压方法。高压天然气管道内压力可高达12MPa，图3减压装置轴向压力分布管道内粉尘质量浓度范围为0．01一100mg／nl，粉尘粒径大部分都大于1p,m，一般中位粒径为3．23现场试验p,m以上。现有的含尘气体减压装置如METONE公司的产品或Kasper等的专利装置主要是针对高压天然气管道内粉尘在线检测系统现场试验含尘浓度非常低、颗粒粒径较小(一般小于2分别于2008年l0月和2009年11月在国内某在役天p,m)的情况，当粉尘粒径

8、大于1m时