一种蒸汽中不凝气体的检测装置及检测方法

摘要

本发明公开了一种蒸汽中不凝气体的检测装置，包括罐体装置、a流量计、b流量计、气体检测装置和洗气瓶装置，罐体装置通过第一直角管与a流量计连接，a流量计通过软管和/或长导管与洗气瓶装置连接，洗气瓶装置通过短导管与b流量计连接，b流量计与气体检测装置连接。本发明还公开了一种蒸汽中不凝气体的检测方法。本发明装置简单，实用性强，方法准确可靠，有效的解决了蒸汽中不凝气体无法直接测量的难题。使用本发明装置和方法，能及时准确地检测出泄漏的蒸汽源头，并能准确监控泄漏量，避免了一发现泄漏就盲目全面停车后查漏点和修理，实现了科学安排检修，保证了产量，同时将危险控制在可控范围内。

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸汽中不凝气体的检测装置及检测方法，属于煤化工领域。

背景技术

煤化工生产过程中的变换装置中水煤气及变换气的高位热量利用废热锅炉(换热器)加以回收，并副产0.46MPa(G)、1.10MPa(G)、4.10MPa(G)三个等级的饱和蒸汽，分别经过热后送至过热蒸汽管网。

当变换装置的废热锅炉(换热器)发生泄漏时，水煤气或变换气(管程)串入过热水蒸汽(壳程)，经过热蒸汽管网进入全厂各用户。水蒸汽经各用户热量利用后冷凝成凝结水，剩余的不凝气体就是高浓度的一氧化碳、氢气、硫化氢。当源头泄漏量很小时，在用户处蒸汽冷却成水，不凝气浓缩后就会达到非常高的浓度，遇动火作业时会引发爆炸，同时存在人员中毒的重大安全隐患。

因废热锅炉较多，水煤气和变换气高温高压并含H₂S，废热锅炉管壳结合处微漏是大概率事件。首先要确定泄漏源，然后要严密检测泄漏量的变化，风险不能容忍时必须立即停车检修。这就需要对各废热锅炉的水蒸汽进行大量的检测。

一般用便携式气体检测仪在废热锅炉蒸汽排放口处直接测量，一般以CO为特征指标来评价泄漏量的大小。由于风吹、蒸汽气流引射的干扰，当检测仪离水蒸汽远了检测不到CO。如果检测仪正对着水蒸汽测，水蒸汽温度高穿透力强，会很快吸进去水，传感器和电路板就烧坏了。为了检测结果可靠，测量时间还比较长，需测量的点又多。另外，由于水蒸气冷却成水以后，不凝气要么富积，要么被空气稀释，无法定量测量。所以直接测量首先是仪器损伤严重，其次也测不准，实际上气体检测仪无法直接测量水蒸汽。如果用气袋取水蒸汽回实验室用色谱测量，那基本都变成水了，满足不了进样要求，也无法测量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种蒸汽中不凝气体的检测装置及检测方法。其用于所有以气体为热源的换热设备泄漏情况的监控，如废气锅炉、换热器等设备。可在不停车的情况下确定具体泄漏设备，和对蒸汽管网系统泄漏进行有效查找。既能准确判断检测点是否有泄露，又能准确测量出泄露量的大小。既能手动检测，也能长期在线检测。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种蒸汽中不凝气体的检测装置，包括罐体装置、a流量计、b流量计、气体检测装置和洗气瓶装置，罐体装置通过第一直角管与a流量计连接，a流量计通过软管和/或长导管与洗气瓶装置连接，洗气瓶装置通过短导管与b流量计连接，b流量计与气体检测装置连接。

前述的这种蒸汽中不凝气体的检测装置中，所述洗气瓶装置包括玻璃瓶体、胶塞，胶塞盖于玻璃瓶体的瓶口上。

前述的这种蒸汽中不凝气体的检测装置中，所述洗气瓶装置包括不锈钢瓶体、胶塞和U型管，所述胶塞盖于不锈钢瓶体的瓶口上，所述U型管与不锈钢瓶体连通。

前述的这种蒸汽中不凝气体的检测装置中，所述罐体装置包括罐本体，罐体固定架、管体固定架与底座，罐本体通过罐体固定架设置在底座上，管体固定架与罐体固定架连接，所述罐本体的底部设置有排水孔。

前述的这种蒸汽中不凝气体的检测装置中，所述a流量计和b流量计均为气体流量计。

前述的这种蒸汽中不凝气体的检测装置中，所述气体检测装置为便携式气体检测仪或红外气体检测仪。

前述的这种蒸汽中不凝气体的检测装置中，所述软管为乳胶管或硅胶管。

上述技术方案包括手动检测装置，具体包括罐体装置、第一直角管、a流量计、软管、长导管、洗气瓶装置、b流量计、短导管和便携式气体检测仪(泵吸式)。该检测装置中使用直径为1/4英寸的不锈钢长导管，和软管(如乳胶管或硅胶管)；a流量计和b流量计均为气体流量计；第一直角管、长导管、短导管均采用直径为1/4英寸不锈钢直角管；各连接处为了灵活弯曲和组装简便，均采用软管连接。该手动检测装置既适合定性也适合定量检测。

前述手动检测装置中采用玻璃瓶体，简便易得，也便于观察吸入洗气瓶装置中的气泡，其容积为1000ml，玻璃瓶体内装有容积为4/5的纯净水，可使液体保持一个较高的液位，有助于减少玻璃瓶体内空气死体积，提高气体检测装置的感应速度和准确度。玻璃瓶体的瓶口盖有胶塞，插入有直径为1/4英寸的不锈钢长导管和短导管，长导管没入洗气瓶装置的玻璃瓶体内液体表面以下的管段长度为0.8cm～1.2cm。若插入过深会使检测器内置泵吸气阻力加大，影响吸气流量，导致测量不准确。短导管插入胶塞下1cm处，不与液体接触，吸取洗气瓶装置的玻璃瓶体的上部气相空间内的不凝气。水蒸汽冷却成水，蒸汽中的不凝气从玻璃瓶体内上部空间吸出，经a流量计和b流量计，吸入便携式气体检测仪，即可读出测量值。手动测量装置除采用不锈钢长导管连接外，软连接均采用乳胶管或硅胶管，简单方便。

手动检测的气体检测装置使用的是便携式四合一气体检测仪(泵吸式)，也是平时动火和受限空间安全分析常用的气体检测仪，内置自吸泵，吸气流量500～1000ml/min，根据不凝气气体组成选择传感器种类，煤化工厂一般采用如下传感器：CO检测范围0～1000ppm，分辨率1ppm；H₂S检测范围0～100ppm，分辨率0.1ppm；可燃气体检测范围0～100％LEL，分辨率1％；H₂检测范围0～1000ppm，分辨率1ppm；均为气体的体积比。仪器准确可靠，轻巧方便。

考虑到以上电化学或催化燃烧式传感器长时间接触一定浓度，特别是高浓度的CO、H₂S、H₂会对传感器造成不可逆的损坏。所以在线监测选用红外一氧化碳分析仪，内置自吸泵，吸气流量500～1000ml/min，CO检测范围0-1000ppm，分辨率1ppm，红外一氧化碳分析仪适合做长期的在线检测。

上述技术方案还包括在线检测装置，具体包括罐体装置、第一直角管、a流量计、长导管、洗气瓶装置、短导管、b流量计和红外气体检测仪(泵吸式)。长导管采用直径为1/4英寸的不锈钢管，并和卡套螺纹一起做固定式连接。洗气瓶装置的不锈钢瓶体侧壁连通下弯U型管，U型管用于累积测量过程中多余水的溢流，以防止不锈钢瓶体内的液体体积因水蒸气的通入而变大，以维持不锈钢瓶内页面的稳定。不锈钢玻璃瓶上设有有机玻璃视窗，便于观察液位和长导管管口插入深度，便于观察吸入气泡情况。

在线检测装置与手动检测装置原理和流程一样，都既可以做定性检测，又可以做定量检测。考虑到在线检测长时间连续检测，温度较高，材料需经久耐用，所以第一直角管、长导管和短导管全采用不锈钢管，该装置各管线连接处用卡套和螺纹固定连接，各设备固定到一个面板上，形成一个成套设备。考虑到在线检测需冷却的蒸汽量大，形成的凝结水也多，洗气瓶装置中采用不锈钢瓶体，其容积为5000ml，内装有4/5容积的纯净水，胶塞和进出不锈管和手动检测装置相同。

手动检测装置和在线检测装置都是以检测仪的内置泵作为检测吸气的动力源。为了提高吸气的长期可靠性，可在检测仪前加装外置泵，泵流量与内置泵流量一致。

罐体装置可以避免风吹和空气流扰动待测水蒸气，并使水蒸汽在罐体内稳定流动；罐体固定架可用于调节罐本体的高度和角度，从而调节蒸汽排放管口插入罐本体内的深度和位置；管体固定架可以调节第一直角管插入罐本体里的位置和深度；罐本体一般垂直固定放置，特殊狭窄的空间也可倾斜固定，罐本体底部有多处排水孔，为了排掉凝结水，也排出部分水蒸气。

调节通入至罐体装置内的待测水蒸气的排放速度，使水蒸汽在罐本体内进行折流后均匀排出，水蒸气和不凝气在罐体内不蓄积，折流后水蒸气为微正压。大部分通入罐本体内的水蒸汽将折流后从罐本体的罐口向上排出。折流的水蒸汽由第一直角管的管口吸入，经气体流量计，进入洗气瓶装置内。

第一直角管较长，带有部分冷凝作用，第一直管水平段左侧向下倾斜，左低右高，以便于使管内冷凝后的水流回至罐体装置的罐本体内。

一种蒸汽中不凝气体的检测方法，包括定性检测方法和定量检测方法，所述定性检测方法和定量检测方法均包括调整蒸汽排放量，及调整第一直角管与罐本体的罐口之间的距离，以使水蒸气以不同的压力吸入洗气瓶装置中；通过洗气瓶装置中吸入的气泡情况来判断气体吸入气体检测装置的状态，通过比较洗气瓶装置前后的两个流量计的值来比较水蒸汽吸入量和空气补入量。

前述的一种蒸汽中不凝气体的检测方法，所述定性检测方法包括增大待测水蒸汽排放量和吸入量，增大蒸汽管线排放量，减少洗气瓶装置的空气吸入量，使洗气瓶装置上部空间及整个测量管路中的不凝气蓄积，当测量时间在3分钟以上，且气体检测装置的测量值一直为零时，则可以判断该水蒸汽中没有泄露入CO。

前述的一种蒸汽中不凝气体的检测方法，所述定量检测方法包括保持通入罐体装置的水蒸汽微正压排放，使罐体装置内的气体无蓄积，使第一直角管常压吸入水蒸气，依靠气体检测装置的内置泵做动力，使水蒸汽冷凝的同时，空气平衡吸入，以及时弥补因蒸汽冷凝而空缺的流量，两种流体进行转换，但前后气体CO浓度不变；当气体检测装置的测量值数值稳定不变时，读出测量值，即为蒸汽中CO的浓度。

采用前述的定性检测方法时，适当增大待测蒸汽的排放量，第一直角管适当靠近蒸汽排放口，增加蒸汽的吸入量，减少外界空气的补入量。当水蒸汽在不锈钢瓶体或玻璃瓶体中冷却成水时，水蒸汽中不凝气在不锈钢瓶体或玻璃瓶体内的上部气相空间累积。如果蒸汽中串入CO的话，CO在不锈钢瓶体或玻璃瓶体内上部气相空间累积，然后吸入气体检测装置，刚开始洗气瓶装置的不锈钢瓶体或玻璃瓶体内的原始气体为空气，CO值为0，约几秒后，CO值会逐渐增长，会超出仪器量程。若第一直角管的吸入口一端插入蒸汽排口深处，可能累积为纯的变换气或水煤气，20％-40％的CO。如果蒸汽中没有串入CO，不论不凝气怎么累积，气体检测装置均不会显示有数值。所以，当长时间检测，大量蒸汽进样，检测CO的气体检测装置的读数一直为零，那么就可以肯定地判定该处蒸汽中没有泄露串入CO。该定性方法具有累积放大效应，可以捕捉到微量泄露入的CO，可以准确判定有无泄漏。但要准确知道蒸汽中所含CO的比例，也就是变换气或水煤气串入蒸汽的泄漏严重程度，通过监控该数据来判断危险程度，选择合适时机停车检修，那么就要引入定量检测方法。

采用前述的定量检测方法时，调节蒸汽阀门，控制水蒸汽均匀排放，调节罐体支架，使罐体装置折返上来的气流为微正压。调节罐体装置的管体固定架，使第一直角管管口吸入常压的水蒸汽。水蒸汽冷却的同时，水蒸汽空出来的体积由空气平衡补入。空气的补入也发生在第一直角管的吸入口处，和水蒸汽一同进入，唯一的动力源就是末端的气体检测装置的内置泵。通过调节罐体装置的管体固定架，来选择第一直角管合适的吸入位置，控制吸入水蒸汽为常压，靠气体检测装置的内置泵持续稳定的吸入，即可形成测量的稳定态，也就是CO浓度前后一致的稳定态，测量结果会稳定到一个固定值，也就是水蒸汽中CO的体积比含量。这个测量过程主要是通过检测仪值的变化来调节第一直角管口吸入位置和折返气流，使测量值稳定到一个定值，通过定值来调节，达到定值说明稳态已建立。实际测量过程发现，只要蒸汽排放不要过大冲击吸入管，第一直角管口不要贴近水蒸气排放管口，测量值很容易稳定到一个定值，对第一直角管口位置和蒸汽气流的调节要求不严，因为罐体折返气流稳定，管路中气流是靠气体检测装置内置泵主动吸入，水封浅不影响空气的及时补入，不影响气流的连续性。当使用在线检测装置时，首次调节合适后，固定蒸汽排放阀位置，固定罐体装置和第一直角管位置，不用再做调节。

有的方法通过称量冷凝水的质量来计算蒸汽体积，不凝气单独测量。这样不仅测量过程非常复杂，而且处理过程引入的误差极大。

本发明装置简单，方法巧妙，实用性强，准确可靠，不存在误判和干扰。有效的解决了蒸汽中不凝气体无法直接测量的难题。使用本发明装置和方法，能及时准确地检测出泄漏的蒸汽源头，并能准确监控泄漏量，避免了一发现泄漏就盲目全面停车后查漏点和修理，实现了科学安排检修，保证了产量，同时将危险控制在可控范围内。

附图说明

图1是本发明的手动检测装置的结构示意图；

图2是本发明的在线检测装置的结构示意图。

附图标记：1-罐体装置，2-a流量计，3-气体检测装置，4-洗气瓶装置，5-b流量计，6-第一直角管，7-软管，8-长导管，9-玻璃瓶体，10-胶塞，11-不锈钢瓶体，12-U型管，13-罐本体，14-罐体固定架，15-管体固定架，16-底座，17-短导管。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明实施例1：一种蒸汽中不凝气体的检测装置，包括罐体装置1、a流量计2、b流量计5、气体检测装置3和洗气瓶装置4，所述罐体装置1通过第一直角管6与a流量计2连接，所述a流量计2通过软管7和长导管8与洗气瓶装置4连接，洗气瓶装置4通过短导管17与b流量计5连接，b流量计5与气体检测装置3连接。洗气瓶装置4包括玻璃瓶体9、胶塞10，所述胶塞10盖于玻璃瓶体9的瓶口上。罐体装置1包括罐本体13，罐体固定架14、管体固定架15与底座16，罐本体13通过罐体固定架14设置在底座16上，管体固定架15与罐体固定架14连接，罐本体13的底部设置有排水孔。a流量计2和b流量计5均为气体流量计。气体检测装置3为便携式气体检测仪。长导管8没入洗气瓶装置4内液体表面以下的管段长度为1cm。短导管17不与洗气瓶装置4内液体接触。

本发明实施例2：一种蒸汽中不凝气体的检测装置，包括罐体装置1、a流量计2、b流量计5、气体检测装置3和洗气瓶装置4，所述罐体装置1通过第一直角管6与a流量计2连接，所述a流量计2通过长导管8与洗气瓶装置4连接，洗气瓶装置4通过短导管17与b流量计5连接，b流量计5与气体检测装置3连接。长导管8没入洗气瓶装置4内液体表面以下的管段长度为0.9cm。短导管17不与洗气瓶装置4内液体接触。

洗气瓶装置4包括不锈钢瓶体11、胶塞10和U型管12，胶塞10盖于玻璃瓶体9的瓶口上，所述U型管12与不锈钢瓶体11连通。

罐体装置1包括罐本体13，罐体固定架14、管体固定架15与底座16，罐本体13通过罐体固定架14设置在底座16上，管体固定架15与罐体固定架14连接，罐本体13的底部设置有排水孔。a流量计2和b流量计5均为气体流量计。气体检测装置3为红外气体检测仪。

本发明实施例3：一种蒸汽中不凝气体的检测方法，包括定性检测方法，适当增大待测水蒸汽的排放量，通过调整第一直角管6与蒸汽排放口之间的距离，增加水蒸汽吸入洗气瓶装置4中的量；使不凝气在洗气瓶装置4和整个测量管路中蓄积。通过洗气瓶装置4中吸入的气泡情况来判断气体吸入气体检测装置3的状态，通过比较洗气瓶装置4前后的两个流量计的值来比较水蒸汽吸入量和空气补入量。当测量时间在3分钟以上，且气体检测装置3的测量值一直为零时，则可以判断该水蒸汽中没有泄露入CO。

本发明实施例4：一种蒸汽中不凝气体的检测方法，包括定量检测方法，保持通入罐体装置1的水蒸汽微正压排放，使罐本体13内的气体无蓄积；通过调整第一直角管6与蒸汽排放口的距离，依靠气体检测装置3的内置泵做动力，使第一直角管6常压吸入水蒸气，常压吸入洗气瓶装置4中，使水蒸汽冷凝的同时，空气平衡吸入，以及时弥补因蒸汽冷凝产生的空缺流量，两种流体进行转换，但前后测量管路中的CO浓度不变；通过洗气瓶装置4中吸入的气泡情况来判断气体吸入气体检测装置3的状态，通过比较洗气瓶装置4前后的两个流量计的值来比较水蒸汽吸入量和空气补入量。当气体检测装置3的测量值数值稳定不变时，读出测量值，即为蒸汽中CO的浓度。