許輝　羅健　黃瀟瑩

摘 ? 要：在油頁巖低溫干餾生產(chǎn)中，瓦斯組成檢測(cè)要求越來越高，由于其油、水、塵三相混合，其分離效果直接影響最終結(jié)果，現(xiàn)有的采樣分析方法，從采樣完成到分析需要延遲幾個(gè)小時(shí)，誤差較大?？梢詫⒉蓸右笳显谝慌_(tái)移動(dòng)式采樣、分析一體的設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)采樣，現(xiàn)場(chǎng)分析，減少誤差。將分析所需的設(shè)備整合，小型化，并具有高效的人機(jī)性能，用以滿足現(xiàn)代低溫干餾的生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：油頁巖 ?低溫干餾 ?瓦斯采樣 ?設(shè)備整合

中圖分類號(hào)：TE 662 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（b）-0038-02

1 ?瓦斯采樣要求

1.1 采樣具有代表性

瓦斯采樣所在管道必須是直管段，最好是豎直管段，采樣點(diǎn)前后各有3倍管道直徑的距離。采樣前需要根據(jù)瓦斯的流速判斷流動(dòng)狀態(tài)是層流還是湍流。

管道內(nèi)為湍流狀態(tài)，即瓦斯在管道內(nèi)橫截面上的任意一點(diǎn)是混合均勻的，這樣只要采樣管探入管道內(nèi)部即可。管道內(nèi)為層流狀態(tài)，需要判斷瓦斯含油量分布場(chǎng)，假定將管道斷面劃分成許多面積相等的圓環(huán)區(qū)段，在不同直徑截面上分別取樣，所得結(jié)果進(jìn)行積分?jǐn)M合。

1.2 采樣具有準(zhǔn)確性

采樣管探頭透過管壁，垂直于管道，氣體入口處，需要垂直于管道內(nèi)氣體流通的方向。采樣要求從采樣口出來的氣體流速和管道內(nèi)流速相等，即等速采樣（或稱為等動(dòng)能采樣）。在非等速采樣時(shí)，粉塵和液滴由于自身的質(zhì)量，帶有慣性，不能適應(yīng)氣流流向的改變。當(dāng)采樣速度大于管道內(nèi)瓦斯流速時(shí)，處于采樣嘴邊緣的大粒徑的液滴和粉塵，原本按照流向會(huì)進(jìn)入管內(nèi)的，會(huì)跑到采樣管之外，使結(jié)果偏小。當(dāng)采樣速度小于管道內(nèi)瓦斯流速時(shí)，情況相反，使結(jié)果偏大。

等速采樣法的具體實(shí)施過程：（1）已知管道內(nèi)瓦斯流量、管徑，計(jì)算出管道內(nèi)流體流速U，在取樣開始時(shí)，啟動(dòng)抽氣泵，調(diào)節(jié)閥門，將轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流速調(diào)整到與U相等即可。（2）在采樣前，利用電子測(cè)速儀，向瓦斯管道內(nèi)插入電子測(cè)速管，進(jìn)行流速檢測(cè)，得到流速U之后，換下測(cè)速管，在進(jìn)行采樣器調(diào)節(jié)。（3）將電子測(cè)速管和采樣器檢測(cè)嘴合成為一個(gè)管口，將測(cè)速管的功能合成到采樣器中，能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行測(cè)速，連鎖調(diào)節(jié)閥，但是這樣做會(huì)提高成本，在穩(wěn)定工況下，作用不大。

2 ?采樣分析儀主要功能設(shè)計(jì)

2.1 高溫除塵模塊設(shè)計(jì)

采取制作高溫度場(chǎng)通道方式實(shí)現(xiàn)。干餾瓦斯中含油、含水蒸汽、含粉塵，三者混合在一起，而粉塵的密度和直徑都很小，一般旋風(fēng)分離器難以除去，在采樣器中實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)捕集粉塵，難度很大，比較好的方法是過濾。由于頁巖油在低溫下凝結(jié)析出，很容易會(huì)堵塞管道和過濾材料，所以過濾過程必須在較高溫度下進(jìn)行，這就要求采用技術(shù)難度較高的高溫瓦斯過濾工藝，目前能夠找到的材料是耐高溫纖維、燒結(jié)金屬、或耐高溫蜂窩陶瓷材料作為過濾介質(zhì)，為防止油頁巖凝結(jié)堵塞過濾材料，所以高溫過濾的溫度一般控制在400℃～600℃較為合適。采樣器的加熱適合采用電加熱的方式。取樣口處設(shè)計(jì)高溫伴功能，連接到第一個(gè)模塊就是高溫除塵模塊。為了獲得粉塵的重量，需要在實(shí)驗(yàn)前對(duì)過濾介質(zhì)進(jìn)行稱量，實(shí)驗(yàn)后降溫到室溫，再次進(jìn)行稱量，得到重量差為粉塵質(zhì)量。

2.2 高效收油、油水分離模塊設(shè)計(jì)

采用制作一體化收集瓶方式實(shí)現(xiàn)。采取一種冷凝器與收集瓶一體化設(shè)計(jì)。將結(jié)構(gòu)拆分為內(nèi)管和外夾套，內(nèi)管與收集瓶上端接口連接為一整體，外夾套可以脫離裝卸，外夾套中通入循環(huán)冷卻水。這樣全部的油品和水都留在一體化收集瓶中，通過稱量整個(gè)瓶的重量差，得出瓦斯中水和油的總質(zhì)量。

瓶中油水分層明顯，采用分液漏斗方式，可以達(dá)到分離要求。收集瓶底部形態(tài)和功能仿造分液漏斗，水在底層，通過手動(dòng)控制底部排放閥，將油與水分開，對(duì)水進(jìn)行稱量，得出冷凝水的質(zhì)量，再通過油水總質(zhì)量減去水的質(zhì)量，得到油品質(zhì)量。

2.3 不堵塞計(jì)量模塊

采用雙管并聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)。采用并聯(lián)方式，抽氣泵入口設(shè)一個(gè)總管，總管分出兩個(gè)支線，一條瓦斯管線，一條空氣管線這條空氣管線直徑和瓦斯氣管線直徑相等。在進(jìn)行采樣過程中，通過調(diào)節(jié)閥控制空氣管線壓力和瓦斯管線壓力相同。通過并聯(lián)管路管線可知，此時(shí)測(cè)量的空氣流量與瓦斯流量相等。瓦斯管線上的轉(zhuǎn)子流量計(jì)的功能是用來調(diào)節(jié)等速采樣。

2.4 不殘留自清潔模塊

采用熱風(fēng)沖洗方式實(shí)現(xiàn)。設(shè)備選型時(shí)，抽氣泵為正負(fù)壓兩用型，設(shè)有正壓管線從泵出口引出，連接到采樣器入口處。啟動(dòng)采樣器高溫模塊，停止冷凝模塊循環(huán)水，打開放散閥門，使高溫空氣行走整個(gè)流程，將管路徹底加熱，用熱風(fēng)把殘留物質(zhì)排出帶走。

2.5 稱量和供電模塊

采用亞克力隔離式外殼的電子臺(tái)稱，精度0.01g，量程2000g。采樣器底座上設(shè)有稱量位，可以對(duì)除塵模塊和收集的油水進(jìn)行精確稱重，實(shí)驗(yàn)開始前、結(jié)束后，都需要對(duì)粉塵模塊、油水模塊進(jìn)行稱重，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。設(shè)有電源和控制總成，設(shè)有220V外接電源和24V電壓電鋰電池電源，滿電后可以續(xù)航5h。到此功能設(shè)計(jì)基本，完成總圖如圖1。

3 ?結(jié)語

油頁巖氣體熱載體低溫干餾工藝的方式，決定了其干餾瓦斯的復(fù)雜性，爐出口瓦斯采樣分析的結(jié)果用來判斷后續(xù)回收系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其精確度要求很高，但目前的檢測(cè)方法得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高，急需進(jìn)行改良升級(jí)，移動(dòng)式干餾瓦斯采樣儀的研制和開發(fā)滿足了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。

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