专利名称：管道内气体的监测系统及方法
技术领域：
本发明涉及气体的测量，特别涉及管道内气体中元素或颗粒物的监测系统及方法。
背景技术：
汞是剧毒物质，即使环境中的汞含量很低，也会通过食物链累积到人体中，从而�：θ颂褰】�。因此，迫切需要一些能够快速定量检测环境中痕量汞的方法。
图1示出了现有技术中广泛采用的管道内气体中汞元素的监测系统，如图1所示， 所述监测系统包括取样探头1、管道2、4、富集装置4、X射线荧光光谱分析仪、抽气装置3、 10和稀释装置9。
汞具有挥发性，在很多场合都保持在气态，如烟@、管道内，而且含量都比较低，因此需要富集装置来富集汞以提高汞测量的灵敏度，通常采用滤膜富集气体中的汞。普通滤膜不能富集单质汞，因此需要对汞或滤膜进行特殊处理。目前的处理方法主要有以下两种
1、将氯气加入含汞气态流体中，汞和氯气反应生成氯化汞，使用普通滤膜(如PES 膜)吸附氯化汞。该方法的不足之处主要为a、汞与氯化汞在环境或烟气温度下具有较大的蒸汽压，汞不能完全转化成氯化汞；b、氯气是有毒气体，过量的氯气危及人的生命，还产生污染。
2、将普通滤膜树脂化处理，然后浸泡于碘溶液中，晾干后用于汞的吸附。该方法的不足之处主要为这种滤膜放置的时间越长，碘损失越多，因此，这种处理过的膜难以长时间存放。
测量出的汞是富集时间内通过滤膜的所有体积内气体中汞的总量，为了获知单位体积内气体中的汞含量，还需得知在汞富集时间内通过滤膜的气体的体积。稀释装置采用质量流量计，为了有效地提高质量流量计的工作寿命、测量精度，降低质量流量计的工程维护量，还需在质量流量计的上游设置用于去除气体中油性和酸性成分气体的水洗罐7、用于除水的冷凝器8。但带来了结构复杂、系统维护麻烦、成本高的不足。发明内容
为了解决现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种适应性好、可靠性高、成本低的管道内气体的监测系统，以及一种适应性好、可靠性高、运行成本低的管道内气体的监测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
管道内气体的监测系统，包括取样装置、测量单元，其特征在于所述监测系统还包括
稀释装置，所述稀释装置具有气体通道、进气通道、排气通道、气源和第一流量计； 所述进气通道连通所述取样装置，内部设有小孔，所述气体通道、进气通道和排气通道的连通处是膨胀区；所述进气通道和气体通道间的夹角处于(0，90°」，气体通道与排气通道的夹角处于|90°，180°j,所述进气通道与排气通道间的夹角处于!^，勘”;所述气源与所述气体通道连通，所述第一流量计设置在所述气体通道上；
控制人员设备，所述控制人员设备用于根据所述测量单元传送来的信号而得出稀释比调节信息，并传送到流量调节装置；所述稀释比调节信息包括增大、减小所述小孔的通气截面积，增大、减小所述气体通道内气体的流量；
流量调节装置，所述流量调节装置用于根据所述控制人员设备传送来的稀释比调节信息去调整所述气体通道内气体流量以及所述小孔的通气截面积。
根据上述的监测系统，可选地，所述小孔至少为两个，分别具有不同的通气截面积；所述流量调节装置用于根据所述稀释比调节信息而选择性地将小孔置于所述进气通道内。
根据上述的监测系统，可选地，所述小孔仅为一个，所述流量调节装置用于调整所述小孔的通气截面积。
根据上述的监测系统，可选地，所述小孔至少为两个，通气截面积不同，分别设置在至少两个进气通道内；
所述流量调节装置包括流路切换装置，用于使所述取样装置选择性地与所述至少两个进气通道中的一个连通。
根据上述的监测系统，可选地，所述流量调节装置包括设置在所述气体通道上的阀门。
本发明的目的还通过以下技术方案得以实现的
一种管道内气体的监测方法，包括以下步骤
(Al)取样装置取样管道内的待测气体；
(Α2)气源提供的气体通过气体通道进入稀释装置内，在进气通道、气体通道和排气通道的连通处膨胀而形成低压区，使得取样装置内的待测气体以音速通过进气通道内的小孔，在所述低压区与气源提供的气体混合、稀释，之后进入测量单元；
(A3)测量单元检测混合气体，从而获知管道内气体信息，并传送到控制人员设备；
(Α4)控制人员设备根据接收到的所述信息而得出稀释比调节信息，并传送到流量调节装置；
(Α5)所述流量调节装置根据接收到的所述稀释比调节信息去调整所述小孔的通气截面积和/或所属气体通道内的流量，以调整待测气体的稀释比，直到所述测量单元的测得的稀释后待测气体的值处于阈值范围内
根据上述的监测方法，可选地，所述阈值范围根据测量单元的动态范围而确定。
根据上述的监测方法，优选地，所述进气通道和气体通道间的夹角处于(0，90°」，气体通道与排气通道的夹角处于19(^,180^,所述进气通道与排气通道间的夹角处于 [90°，180叫。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为
1、适应性好。
对于不同测量环境下的待测气体，可以获得不同的稀释比，从而使测得的稀释后的待测气体的值处于阈值范围内，也即测量单元的最佳响应范围内，提高了测量准确度，同时适用范围广。当稀释比调节较大时，先调节小孔的出气截面积，再去调整气体通道内的流量。当稀释比调节较小时，仅调节气体通道内的流量即可。
2、系统可靠性高，无需清洗罐、冷凝器等装置。便于维护，也降低了成本。
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。 图中
图1是根据本发明的现有技术中监测系统的基本结构图2是根据本发明实施例1的监测系统的基本结构图3是根据本发明实施例1的监测系统中稀释装置的基本结构图4是根据本发明实施例1的监测系统的运行方法的流程图。
具体实施方式
图2-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1
图2示意性地给出了本发明实施例的烟囱内气体中元素的监测系统的基本结构图。如图2所示，所述监测系统包括
取样装置，所述取样装置设置在烟囱上，用于取样烟囱内的气体。
测量单元，所述测量单元可采用荧光光谱分析装置，还可以采用吸收光谱装置，这些都是本领域的现有技术，在此不再赘述。
稀释装置，图3示意性地给出了本实施例的稀释装置的基本结构图，如图3所示， 所述稀释装置具有气体通道52、进气通道51、排气通道53、气源和第一流量计；所述进气通道连通所述取样装置，内部设有小孔，所述气体通道、进气通道和排气通道的连通处是膨胀区讨；所述进气通道51和气体通道52间的夹角处于(0，90°」，如90度，气体通道52与排气通道53的夹角处于IPOcj,180^,如180度，所述进气通道51与排气通道53间的夹角处于[9(^,180^,如90度；所述气源与所述气体通道52连通，所述第一流量计设置在所述气体通道52上；
可选地，所述稀释装置可选用如下方式
所述小孔至少为两个，分别具有不同的通气截面积；所述流量调节装置用于根据所述稀释比调节信息而选择性地将小孔置于所述进气通道内，从而使得不同的小孔置于进气通道内时，可获得不同的流量。
所述小孔仅为一个，所述流量调节装置用于调整所述小孔的通气截面积。
所述小孔至少为两个，通气截面积不同，分别设置在至少两个进气通道内；所述流量调节装置包括流路切换装置，用于使所述取样装置选择性地与所述至少两个进气通道中的一个连通。
控制人员设备，所述控制人员设备用于根据所述测量单元传送来的信号而得出稀释比调节信息，并传送到流量调节装置；所述稀释比调节信息包括增大、减小所述小孔的通气截面积，增大、减小所述气体通道内气体的流量；所述控制人员设备可以是操作人员， 还可以是控制电路、控制软件。具体做法是当测量单元传送来的信号超出阈值范围的上限值时，需要提高稀释比降低小孔的通气截面积或增大气体通道内气流的流量；当测量单元传送来的信号低于阈值范围的下限值时，需要降低稀释比增大小孔的通气截面积或减低气体通道内气流的流量；也即需要让稀释后的待测气体的信号处于阈值范围内。所述阈值范围(即测量单元的最佳响应范围)中的上限值和下限值的设置主要考虑测量单元的动态范围，可根据测量环境的不同而有差异。
流量调节装置，所述流量调节装置用于根据接收到的所述稀释比调节信息去调整所述气体通道内气体流量和/或所述小孔的通气截面积由于要使通过小孔的待测气体的流速达到音速，因此气源的压力比较大，在保证上述音速的情况下调高气体通道内气体流量的余地一般较�。视谙傅飨∈捅龋欢ü】椎拇馄宓牧魉傥羲伲髁看螅韵∈捅鹊牡髡段Т螅视诖值飨∈捅�。可见，在小范围稀释比调节中，调节气体通道内气体流量即可，在大范围稀释比调节中，需要调节小孔的通气截面积，还可以附加上通气通道的气体流量的调节。
可选地，所述流量调节装置包括设置在所述气体通道上的阀门，通过阀门打开的程度去调节气体通道内气体的流量，具体流量由第一流量计监控。
图4示出了本发明实施例的监测系统的运行方法，如图4所示，所述运行方法包括以下步骤
(Al)取样装置工作，管道内的待测气体进入取样装置内；
(A2)气源提供的高压气体快速通过第一流量计、气体通道，之后在膨胀区膨胀，从而成为低压区，使得取样装置内的待测气体以音速通过进气通道内的小孔，之后在低压区和气源提供的气体混合、稀释，后通过排气通道排向测量单元；由于气体通过小孔的流速确定，小孔的截面积也确定，因此可以得知任意时间内通过所述小孔的气体的体积；而所述气源提供的气体的流量由所述第一流量计监控，从而获得待测气体的稀释比；
(A3)测量单元检测混合气体，从而获知管道内气体信息，并传送到控制人员设备；
(A4)控制人员设备根据接收到的所述信息而得出稀释比调节信息，并传送到流量调节装置；具体做法是当测量单元传送来的信号超出阈值范围的上限值时，需要增大稀释比减小小孔的通气截面积或增大气体通道内气流的流量；当测量单元传送来的信号低于阈值范围的下限值时，需要减小稀释比增大小孔的通气截面积或减低气体通道内气流的流量；也即需要让稀释后的待测气体的信号处于阈值范围内。所述阈值范围(即监测系统的最佳响应范围)中的上限值和下限值的设置主要考虑监测系统的动态范围，可根据测量环境的不同而有差异。
(A5)所述流量调节装置根据接收到的所述稀释比调节信息去调整所述小孔的通气截面积和/或所属气体通道内的流量如调整进气通道内小孔的通气截面积(调整方式根据流量调节装置的具体结构而定，如选择对应于不同小孔的进气通道或调整仅有的一个小孔的通气截面积或将不同的小孔置于进气通道内)、调整气体通道内气体的流量，从而获得不同的稀释比，直到所述测量单元测得的稀释后的待测气体的值处于所述阈值范围内。
实施例2
根据本发明实施例1的监测系统及方法在管道内气体中元素的监测中的应用例， 用于测量管道内气体中的汞含量，汞含量处于2-10mg/m3。
图3示意性地给出了本发明实施例的稀释装置的基本结构图。如图3所示，所述稀释装置包括
进气通道51、气体通道52和排气通道53，所述进气通道51和排气通道53的连通处为膨胀区，作为低压区M，所述气体通道52的一端与所述膨胀区连通，所述进气通道51 和气体通道52间的夹角为90度，气体通道52与排气通道53的夹角为180度，所述进气通道51与排气通道53间的夹角为90度；所述气体通道52与高压气源相连通；所述进气通道 51具有三路，内部分别设置小孔55，通气截面积各不相同。
流量调节装置包括设置在气体通道上的电磁阀、流路切换装置，上述容纳不同小孔的进气通道的一端与所述流路切换装置连通，从而使得所述取样装置选择性地与所述至少两个进气通道中的一个连通，进而获得不同流量的待测气体；同时，还可以调节所述阀门以控制所述气体通道内的气体流量，通过上述方式以获得较大范围的稀释比。
测量单元采用原子荧光光谱分析装置，测量稀释后的待测气体中的汞。
上述监测系统的运行方法，也即监测方法，包括以下步骤
(Al)取样装置工作，取样管道内的待测气体；
(A2)气源提供的高压气体快速通过气体通道，之后在膨胀区膨胀，从而产生低压区，使得取样装置内的待测气体以音速通过其中一路进气通道内的小孔，之后和气源提供的气体混合、稀释，并通过排气通道排出；由于气体通过小孔的流速确定，小孔的截面积也确定，因此可以得知任意时间内通过所述小孔的气体的体积；第一流量计测量出气体通道内气体的流量，从而获得待测气体的稀释比；
(A3)原子荧光光谱分析装置测得稀释后待测气体中汞的总量；再根据稀释比获知稀释后待测气体中汞的含量，并传送到控制装置；
(A4)控制装置根据接收到的汞含量信息而得出稀释比控制信息，并传送到流量调节装置，具体方式为根据管道内汞含量、动态范围而设置阈值范围(即测量单元的最佳响应范围)0. 09-0. 55mg/m3，若汞含量信息超出阈值范围的上限值时，需要增大稀释比降低小孔的通气截面积或增大气体通道内气流的流量；若汞含量信息低于阈值范围的下限值时，需要降低稀释比增大小孔的通气截面积或减低气体通道内气流的流量；也即需要让稀释后的待测气体的汞含量信号处于阈值范围内。上述稀释比的调节超过气体通道内气体流量的调节范围之外时，需要调节小孔的通气截面积到合适值，否则仅调节气体通道内气体流量即可；
(A5)流量调节装置根据接收到的控制信息去调整所述小孔的通气截面积、气体通道内气体流量，直到所述测量单元测得的稀释后的待测气体的汞含量值处于所述阈值范围内。
根据本发明实施例2的监测系统及运行方法的益处在于由于在运行中，气体通过小孔(截面积一定)的流速一定，因此可确定任意时间内通过小孔的待测气体流量。通过小孔通气截面积和阀门的灵活调节，增大了稀释比的调节范围，可广泛应用在不同场合中， 从而使稀释后的待测气体的测得值处于最佳响应范围(阈值范围)内。
实施例3
烟囱内气体中元素的监测系统，与实施例2不同的是
流量调节装置为不再设置流路切换装置，仅设置一路进气通道，两端分别连通取样装置、膨胀区，还具有三个不同通气截面积的小孔及移动人员设备，所述移动人员设备根据控制装置传送来的控制信息而选择性地将小孔置于进气通道内，并做好密封措施。
实施例4
烟道内气体中元素的监测系统，与实施例2不同的是
流量调节装置为不再设置流路切换装置，仅设置一路进气通道，两端分别连通取样装置、膨胀区，该进气通道内仅设置一个通气小孔，该小孔的通气截面积可调，该可调小孔的结构和相机光圈调节结构相同。
权利要求
1.管道内气体的监测系统，包括取样装置、测量单元，其特征在于所述监测系统还包括稀释装置，所述稀释装置具有气体通道、进气通道、排气通道、气源和第一流量计；所述进气通道连通所述取样装置，内部设有小孔，所述气体通道、进气通道和排气通道的连通处是膨胀区；所述进气通道和气体通道间的夹角处于(0，90°」，气体通道与排气通道的夹角处于|90G，180°j,所述进气通道与排气通道间的夹角处于IpotMsoI;所述气源与所述气体通道连通，所述第一流量计设置在所述气体通道上；控制人员设备，所述控制人员设备用于根据所述测量单元传送来的信号而得出稀释比调节信息，并传送到流量调节装置；所述稀释比调节信息包括增大、减小所述小孔的通气截面积，增大、减小所述气体通道内气体的流量；流量调节装置，所述流量调节装置用于根据所述控制人员设备传送来的稀释比调节信息去调整所述气体通道内气体流量以及所述小孔的通气截面积。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述小孔至少为两个，分别具有不同的通气截面积；所述流量调节装置用于根据所述稀释比调节信息而选择性地将小孔置于所述进气通道内。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述小孔仅为一个，所述流量调节装置用于调整所述小孔的通气截面积。
4.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述小孔至少为两个，通气截面积不同，分别设置在至少两个进气通道内；所述流量调节装置包括流路切换装置，用于使所述取样装置选择性地与所述至少两个进气通道中的一个连通。
5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于所述流量调节装置包括设置在所述气体通道上的阀门。
6.一种管道内气体的监测方法，包括以下步骤 (Al)取样装置取样管道内的待测气体；(A2)气源提供的气体通过气体通道进入稀释装置内，在进气通道、气体通道和排气通道的连通处膨胀而形成低压区，使得取样装置内的待测气体以音速通过进气通道内的小孔，在所述低压区与气源提供的气体混合、稀释，之后进入测量单元；(A3)测量单元检测混合气体，从而获知稀释后待测气体信息，并传送到控制人员设备；(A4)控制人员设备根据接收到的所述信息而得出稀释比调节信息，并传送到流量调节装置；(A5)所述流量调节装置根据接收到的所述稀释比调节信息去调整所述小孔的通气截面积和/或所属气体通道内的流量，以调整待测气体的稀释比，直到所述测量单元的测得的稀释后待测气体的值处于阈值范围内。
7.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于所述阈值范围根据测量单元的动态范围而确定。
8.根据权利要求6所述的监测方法，其特征在于所述进气通道和气体通道间的夹角处于(0，90°」，气体通道与排气通道的夹角处于19(^,18()1,所述进气通道与排气通道间的夹角处于|90G,180Gj。
全文摘要
本发明提供了一种管道内气体中元素的监测系统，包括取样装置、元素富集装置、测量单元，还包括稀释装置，所述稀释装置设置在所述元素富集装置的下游，具有进气通道、排气通道和低压区形成模块；所述进气通道连通所述元素富集装置，内部设有小孔，所述进气通道和排气通道的连通处是低压区；分析单元，所述分析单元用于依据测量单元和稀释装置的输出结果而得出管道内气体中元素的含量。本发明还提供了一种管道内气体中元素的监测方法。本发明具有可靠性高、成本低、结构简单等优点。
文档编号G01N21/64GK102539403SQ20111046162
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者冯长宏, 杨铁军, 柯亮 申请人:杭州聚光环保科技有限公司, 聚光科技(杭州)股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
