一种石油化工火炬废气排放监测系统

摘要

本发明公开了一种石油化工火炬废气排放监测系统，属于废气监测技术领域。该系统包括取样装置、预处理装置、检测设备和气体回收装置，取样装置包括探针，探针通过伴热管线与预处理装置相连，预处理装置远离伴热管线的一端与检测设备相连，检测设备外壁连接有排气管，排气管远离检测设备的一端与气体回收装置相连，探针与伴热管线之间连接有叶轮壳体，叶轮壳体外壁连接有驱动电机，叶轮壳体内设置有叶轮，驱动电机的输出端连接有转动轴。本发明可以实现对火炬内部废气的按需采集和检测，通过改变废气样本的参数影响条件，提高废气监测结果的准确性，且本发明还有助于提高废气回收的效率。

说明书

技术领域

本发明涉及废气监测技术，具体涉及一种石油化工火炬废气排放监测系统。

背景技术

火炬是指化工企业用于安全燃烧工厂废气的处理装置。当火炬排放时，废气可能含有大量的具有可燃性、有毒性、高反应性的挥发性有机物(HRVOCs)。该废气具有一定危害性，尤其是有害气体和污染环境的颗粒物，生产过程中在无法避免的时候，需要按照国家标准或行业标准执行严格的管控。因此，对于石油化工的生产设备或重型机械的排放装置中的废气处理需要实时进行检测，通过检测实现降低排放及污染的源头上杜绝产生。

现有技术中专利号为CN202010939952.5的专利申请公开了一种石油化工火炬排放废气组分及热值的在线监测系统，该系统主要是由取样装置，防泄漏的预处理装置、气体回收装置和色谱仪组成，其中的取样装置及气体回收装置在实际的运用过程中也存在诸多的不足，取样装置长期置于火炬内，颗粒物及污染物的附着导致监测的效果不佳，包括气体回收装置也采用传统的收集。

发明内容

发明目的：针对上述及现有技术中石油化工火炬废气的监测设备及检测技术的不足，本发明的目的是提供一种石油化工火炬废气排放监测系统。

技术方案：本发明所述的石油化工火炬废气排放监测系统，包括取样装置、预处理装置、检测设备和气体回收装置，该监测系统中，所述取样装置设有探针用于石油化工火炬废气的取样，探针通过伴热管线与预处理装置相连，预处理装置对废气进行温度、压力和流量调节后输送至检测设备中，经检测设备检测后的废气由气体回收装置进行回收；

所述取样装置包括探针和叶轮机构，所述探针包括前壳体和后壳体，前壳体内设有清洁机构，所述清洁机构包括设置可摆动的侧板调整进气的气流方向，后壳体内设有过滤网；探针与叶轮壳体连接，叶轮壳体中设有叶轮，叶轮由位于叶轮壳体外壁设置的电机驱动；

所述的气体回收装置包括两组储气钢瓶及实现两组储气钢瓶之间切换的控制机构，控制机构由气缸驱动，通过动力杆及轨道槽实现输气管接入到不同的储气钢瓶。

进一步的，所述探针与叶轮壳体外壁均连接有定位板，两个所述定位板内滑动连接有移动杆，转动轴外壁连接有凸轮，所述凸轮与移动杆活动相抵。

所述清洁机构包括侧板，所述侧板通过转轴转动连接在探针内，所述侧板外壁活动连接有推杆，所述推杆远离侧板的一端穿过探针并连接有受力板，所述受力板与移动杆活动相抵，所述推杆外壁套接有第一弹性元件，所述第一弹性元件的两端分别与受力板和探针相连。

所述前壳体与后壳体之间设置有环形进料槽，所述前壳体外壁固定连接有前端盖，所述后壳体外壁活动连接有后端盖，所述前端盖与后端盖外壁连接有相配合的第一耳板，两个所述第一耳板之间活动连接有第一螺栓，所述后端盖包括两个半圆壳体，两个所述半圆壳体外壁连接有相配合的第二耳板，两个所述第二耳板之间活动连接有第二螺栓。

所述预处理装置包括双隔离洩放阀门，所述双隔离洩放阀门是由两个三通阀连接组成的一组三通阀。

所述气体回收装置包括底座，底座的顶部外壁连接有U形架，U形架外壁连接有风机，所述风机的进气端与排气管相连，所述风机远离排气管的一端连接有输气管，所述底座两侧均连接有储气钢瓶，两个储气钢瓶对称设置在U形架的两侧，所述U形架外壁连接有气缸，所述气缸的输出端穿过U形架并连接有动力杆，所述动力杆外壁连接有套管，所述U形架外壁通过连杆连接有轨道板，所述轨道板外壁开凿有轨道槽，所述轨道槽内活动连接有活动杆，所述活动杆外壁固定连接有连接板，所述连接板外壁连接有连接杆，所述连接杆转动连接在套管内，且所述连接杆远离连接板的一端连接有充气壳体，所述充气壳体与输气管相连。

所述轨道槽包括横槽和竖槽，所述横槽和竖槽相互连通，所述横槽内壁连接有固定块，所述固定块两侧外壁均设置有第一斜面，两个所述第一斜面均与活动杆活动相抵。

所述储气钢瓶外壁连接有充气口和排气口，所述充气口内壁开凿有环形槽，环形槽内壁连接有第一密封垫，环形槽内壁还活动连接有闭合块，闭合块外壁连接有第二密封垫，第二密封垫与第一密封垫活动相抵，闭合块外壁连接有弹簧伸缩杆，所述弹簧伸缩杆远离闭合块的一端与储气钢瓶内壁相连。

所述充气壳体外壁连接有充气管，所述充气管活动连接在充气口内，充气壳体外壁还连接有防漏管道，所述防漏管道套接在充气口的外侧。

所述色谱仪为西门子MAXUMII工业色谱仪。

更进一步的，该监测系统还设有为废气流经的气体管路保持温度的加热装置。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的一种石油化工火炬废气排放监测系统具有以下显著的进步：第一、取样装置在探针取样的基础上，分为前后两端壳体，并且设置了侧板调整进气方向，采用的不同角度的吹气可以起到清洁的作用，并且通过叶轮对气体进入的流量和速度进行控制，使探针采集火炬内的气体以获得样品气，并在此过程中对气体进行过滤除杂，过滤后的气体经伴热管线控温传输至预处理装置，叶轮的设置另一个效果还在于增加叶轮壳体内的气体压强，可以形成稳定的气流，通过驱动电机的控制，不仅仅可以控制采样的流量，还可以通过反吹实现取样装置及探针的清洁；第二、本发明所述的石油化工厂火炬废气排放监测系统，通过转动轴转动时带动凸轮与移动杆间歇性相抵，使移动杆在定位板内左右移动，进而使移动杆挤压受力板，使受力板带动推杆移动，第一弹性元件收缩，推杆移动时带动多个侧板以转轴为圆心进行摆动，进而调整气体进入的方向，使气体对拦截在滤网上的杂质进行吹动清理，并使其顺着滤网的弧度穿过环形进料槽进入后端盖内，对杂质进行收集处理；第三、本发明经过对废气的温度、压力、流量控制后再传输至检测设备进行分析，分析完成后的样品气由气体回收装置进行回收，本发明可以实现对火炬内部废气的按需采集，提高废气监测结果的准确性，且降低工人劳动强度，提高废气回收的效率，进而提高废气监测的效率。第四、该石油化工厂火炬废气排放监测系统，通过设置双防设计，即双隔离洩放阀门以实现控温和压力平衡，避免体预处理过程容易生产的泄露等问题。第五、该石油化工厂火炬废气排放监测系统，使风机通过排气管将检测设备检测过后的气体抽出，并通过输气管进入充气壳体内部，使气体灌入出气钢瓶内部，当储气钢瓶灌满之后，控制气缸运行，使气缸的输出端通过动力杆带动套管移动，使连接杆通过连接板带动活动杆在轨道槽内移动，进而使充气壳体在运动过程中翻转一百八十度，随后充气壳体带动充气管平移至充气口内部，并使充气管挤压闭合块，使弹簧伸缩杆收缩，第一密封垫与第二密封垫分开，气体从空隙中进入储气钢瓶内部进行储存，有利于降低工人劳动强度，提高废气回收的效率。

附图说明

图1为本发明监测系统的框图；

图2为本发明的取样装置的结构示意图；

图3为本发明的探针的剖面结构示意图；

图4为本发明的气体回收装置的结构示意图；

图5为本发明的U形架的结构示意图；

图6为本发明的轨道板的结构示意图；

图7为本发明的储气钢瓶的剖面结构示意图；

图8为图7中A部分的结构示意图。

图中：1、探针；101、前壳体；102、后壳体；1021、过滤网；2、排气管；3、叶轮壳体；301、驱动电机；302、转动轴；3021、凸轮；4、定位板；401、移动杆；5、侧板；501、推杆；502、受力板；503、第一弹性元件；6、环形进料槽；7、前端盖；8、后端盖；801、半圆壳体；9、第一耳板；10、第二耳板；11、底座；12、U形架；121、气缸；122、动力杆；123、套管；13、风机；131、输气管；14、储气钢瓶；141、充气口；142、排气口；15、轨道板；151、轨道槽；1511、横槽；1512、竖槽；1513、固定块；16、活动杆；161、连接板；162、连接杆；17、充气壳体；171、充气管；172、防漏管道；18、环形槽；181、第一密封垫；19、闭合块；191、第二密封垫；20、弹簧伸缩杆。

具体实施方式

为了详细的公开本发明所述的技术方案，下面结合说明书附图及具体实施例做进一步的阐述。

本发明所述的是一种石油化工厂火炬废气排放监测系统，该系统主要包括四个部分，即取样装置、预处理装置、检测设备和气体回收装置，如图1所示。取样装置用于石油化工火炬废气内的取样，引出一部分废气，然后将废气经过伴热管线输送到预处理装置，预处理装置的主要目的是起到安全操作和有害气体隔离，防止燃烧或爆炸等危险的发生，经过预处理装置的废气被送入到检测设备，检测设备一般包括色谱仪等化学组分及有害气体的含量分析仪器，经过检测设备，得到该废气样本中的有害气体组成及是否达到排放标准。最后，废气通过气体回收装置做回收处理，防止污染。

在进一步的阐述本发明具体的结构之前，需要说明的是，对于火炬气体的检测，还应注意到加热装置的使用，在采集气体的管路或相应设备上增加加热装置有助于保持气体分子的活跃，也一定程度的防止污染物及未充分燃烧颗粒物在装置及管道内附着问题。其次是石油化工废气含有一氧化碳、硫化物等有害气体成分，因此整个系统需要在考虑维护更换、清洁的同时，各个部件之间还需要实现密封连接。最后，在对于检测后的废气，还应注意到直接排放或不正当处理导致的污染问题。

对于本发明，进一步的说，本发明中取样装置的结如图2所示。取样装置包括探针1，探针1通过伴热管线与预处理装置相连，预处理装置远离伴热管线的一端与检测设备相连，检测设备外壁连接有排气管2，排气管2的另一端与气体回收装置相连。探针1与伴热管线之间连接有叶轮壳体3，叶轮壳体3外壁连接有驱动电机301，叶轮壳体3内设置有叶轮，驱动电机301的输出端连接有转动轴302，转动轴302远离驱动电机301的一端穿过叶轮壳体3并与叶轮相连，探针1包括前壳体101和后壳体102，前壳体101和后壳体102可拆卸连接，前壳体101设置有采集口，后壳体102与叶轮壳体3相连，后壳体102内壁设置有过滤网1021，前壳体101内设置有清洁机构，清洁机构包括设置可摆动的侧板5以及接口等处设置过滤网。

探针1与叶轮壳体3外壁均连接有定位板4，两个定位板4内滑动连接有移动杆401，转动轴302外壁连接有凸轮3021，凸轮3021与移动杆401活动相抵。凸轮3021为非圆形，可以包括椭圆形或其他几何形状。值得说明的是，凸轮3021在驱动电机301及转动轴302的作用下转动，在移动杆401上设有定位板4的同时还设有卡点用于固定弹簧以实现移动杆401的复位，凸轮3021与移动杆401相抵，弹簧为拉伸状态，具有收缩的运动趋势，随之变化的为移动杆401向右运动。

结合图3，对于清洁机构的侧板5，侧板5通过转轴转动连接在探针1内，侧板5外壁活动连接有推杆501，推杆501远离侧板5的一端穿过探针1并连接有受力板502，受力板502与移动杆401活动相抵，推杆501外壁套接有第一弹性元件503，第一弹性元件503的两端分别与受力板502和探针1相连。

前壳体101与后壳体102之间设置有环形进料槽6，前壳体101外壁固定连接有前端盖7，后壳体102外壁活动连接有后端盖8，前端盖7与后端盖8外壁连接有相配合的第一耳板9，两个第一耳板9之间活动连接有第一螺栓，后端盖8包括两个半圆壳体801，两个半圆壳体801外壁连接有相配合的第二耳板10，两个第二耳板10之间活动连接有第二螺栓。

预处理装置包括双隔离洩放阀门，双隔离洩放阀门是由两个三通阀连接组成的一组三通阀。

进一步的结合图4-图8，气体回收装置包括底座11，底座11的顶部一外壁设有U形架12，U形架12外壁设置风机13，风机13的进气端与排气管2相连，风机13另一端连接有输气管131。风机13的作用还在于控制气体的流通方向和内部压强，在一定程度有助于防止气体回流。底座11两侧均有储气钢瓶14，两个储气钢瓶14对称设置在U形架12的两侧，U形架12外壁还设有气缸121，气缸121的输出端穿过U形架12并连接有动力杆122，动力杆122外壁连接有套管123，U形架12外壁通过连杆连接有轨道板15，轨道板15外壁开凿有轨道槽151，轨道槽151内活动连接有活动杆16，活动杆16外壁固定连接有连接板161，连接板161外壁连接有连接杆162，连接杆162转动连接在套管123内，且连接杆162远离连接板161的一端连接有充气壳体17，充气壳体17与输气管131相连。

轨道槽151包括横槽1511和竖槽1512，横槽1511和竖槽1512相互连通，横槽1511内壁连接有固定块1513，固定块1513两侧外壁均设置有第一斜面，两个第一斜面均与活动杆16活动相抵。

储气钢瓶14外壁连接有充气口141和排气口142，充气口141内壁开凿有环形槽18，环形槽18内壁连接有第一密封垫181，环形槽18内壁还活动连接有闭合块19，闭合块19外壁连接有第二密封垫191，第二密封垫191与第一密封垫181活动相抵，闭合块19外壁连接有弹簧伸缩杆20，弹簧伸缩杆20远离闭合块19的一端与储气钢瓶14内壁相连。

充气壳体17外壁连接有充气管171，充气管171活动连接在充气口141内，充气壳体17外壁还连接有防漏管道172，防漏管道172套接在充气口141的外侧。

本发明中所述的检测设备可为色谱仪，用于气体的组分分析，必要的时候可以起到热值的监测，具体应用可以选用西门子MAXUMII工业色谱仪。

系统工作时，通过叶轮对气体进入的流量和速度进行控制，使探针1前端的采集口采集火炬内的气体以获得样品气，并在此过程中对气体进行过滤除杂，驱动电机301驱动叶轮工作时，其转动轴302同步带动凸轮3021与移动杆401间歇性相抵，使移动杆401在定位板4内左右移动，进而使移动杆401往复挤压受力板502，使受力板502带动推杆501移动，第一弹性元件503收缩，推杆501移动时带动多个侧板5以转轴为圆心进行摆动，进而调整气体进入的方向，使气体对拦截在过滤网1021上的杂质进行吹动清理，并使其顺着过滤网1021的弧度穿过环形进料槽6进入后端盖8内，对杂质进行收集处理，过滤后的气体经伴热管线控温传输至预处理装置，通过设置双防设计，即双隔离洩放阀门以实现控温和压力平衡，避免预处理过程容易出现泄露等问题，经过对废气的温度、压力、流量控制后再传输至色谱仪进行样品气组分及热值的分析，分析完成后的样品气由气体回收装置进行回收，使风机13通过排气管2将色谱仪内的检测过后的气体抽出，并通过输气管131进入充气壳体17内部，使气体灌入出气钢瓶内部，当储气钢瓶14灌满之后，控制气缸121运行，使气缸121的输出端通过动力杆122带动套管123移动，使连接杆162通过连接板161带动活动杆16在轨道槽151内移动，活动杆16从横槽1511的一端移动至另一端的过程中，首先活动杆16与连接杆162处于同一平面，活动杆16处于连接杆162的前侧，活动杆16受力水平移动之后首先与固定块1513的一侧斜面相抵，活动杆16顺着固定块1513向竖槽1512顶端移动，此时活动杆16在上，动力杆122推动的套管123在下，实现对充气壳体17的九十度翻转，随着气缸121继续作用力给动力杆122，动力杆122继续通过套管123带动连接杆162移动，此时活动杆16仍处于竖槽1512中，相对位于连接杆162的后侧，随后顺着固定块1513的另一侧斜面下滑，当活动杆16离开竖槽1512处于连接杆162的正后方时，如图3所示，已使充气壳体17在运动过程中翻转一百八十度，随后充气壳体17带动充气管171平移至钢瓶充气口141内部，并使充气管171挤压闭合块19，使弹簧伸缩杆20收缩，第一密封垫181与第二密封垫191分开，气体从空隙中进入储气钢瓶14内部进行储存，本发明可以实现对火炬内部废气的按需采集，提高废气监测结果的准确性，且降低工人劳动强度，提高废气回收的效率，进而提高废气监测的效率。

在实施上述的本发明的技术方案，结合驱动电机的控制电路及石油化工废气取样引流的控制要求等现有技术基础，还具有以下三点改进及效果说明：

1）本发明还可以在该系统的各部件及气体通道连接处设置进一步的密封，防止有害废气的污染和泄露；

2）本发明在取样装置中探针及气体管道中可以设置加热装置以实现取样温度的保持，或通过温度增加气体分子的活跃，提供检测设备的检测精度，包括通过控制取样装置的叶轮实现气体流量的变化，从而改变流量数据获得不同条件下的废气检测数据。可改变的变量还包括温度，废气检测数据包括色谱仪分析得到的有害气体成品及热值等，通过不同条件下的数据实现更高的检测要求，按照工业排放需求设定多个阈值区间来衡量废气的排放标准；

3）本发明包括叶轮及驱动电机的设置，该作用还包括实现反吹，在清洁的时候能够反向气体进行探针及管道内壁的清洁，根据试验效果，叶轮的控制在形成稳定气流的同时有效保证了气体经过预处理装置达到色谱仪的有效量。