[发明专利]气体探针

说明书

一种温度计插孔或气体采样探针，包括一个细长管，该管具有一个或多个纵向沿着以及围绕所述管的至少一部分外表面缠绕的螺旋翼片，其中该翼片的宽度在0.005D至0.2D的范围内；该翼片的深度在0.05D至0.5D的范围内，其中D是该管的外径或宽度。该气体采样探针包括一个具有入口端和出口端的细长主管状件以及一个容纳在所述主管状件内部的采样管；所述采样管从该入口端延伸到该出口端。

本申请是申请日为2006年12月8日、名称为“气体探针”的第200680052243.3号发明专利申请的分案申请。

本发明涉及一种用在化学处理容器、管道以及类似地方的改良的温度计插孔或流体采样探针。

在使用中必须从管道或大型容器动态地采集气体样本的气体采样探针(例如插入型的)是众所周知的，但由于待采样流体的流动性质以及所需的探针长度的原因而存在许多问题。

有许多与用于天然气管道的温度计插孔探针和气体采样探针相关的问题。例如，在设计这些探针时，为了满足安装机械的要求，可能会造成探针具有大的体积并且产生严重的湍流；而这又不符合采样要求。因此，这种探针通常存在下面的缺陷：它们具有大的内部容积，这不符合“实时”分析和环保理念；它们易于采样不准确(由于湍流)；以及由于涡旋脱落(vortex shedding)引起的共振故障而可能导致的探针机械故障。下面更详细地描述这三个缺陷。

首先，遵循公认的采样天然气的指南(诸如ISO 10715：2001，该标准规定应从管道的中1/3处采集样本)，产生了“长”采样探针。探针不仅必须至少是管道直径的1/3(管道的直径尺寸通常是2英尺至4英尺/600毫米至1200毫米)，而且长度必须足够来通过分支三通和凸缘，或者如果允许的话通过“螺纹支管台(threadolet)”,来连接探针。(一般地，分支凸缘是优选的连接类型)。在很多情况下，由于对可伸缩及可隔离的探针的要求，大大地或者甚至巨大地增加了气体采样探针的长度。在这种情况下，通过三通、阀以及凸缘的组合来连接探针。

其次，需要考虑涡旋脱落的现象以及涡旋脱落的频率与探针的固有频率可能会相同的可能性。如果这两个频率相同，那么探针由于共振效应而发生故障(突然折断)是非常可能的。

上述两点的结合促进了略胖性质的探针设计。(通常，探针具有约25毫米(1英寸)的外径)。由于制造管和管子的方法，制造约1英寸(25毫米)外径、小于1/2英寸(12.5毫米)内径的管，这是不经济的或不正常的。

在气体采样探针的情况下，探针的“长”长度与“相对”大的内径的结合在采样探针自身中产生很大的气体滞留容积。该储存的气体通常被称为“死腔”气体，并且在来自管道的真实气体可以进入分析仪器之前必须被排出或以别的方式处理。在探针中储存的气体或“死腔”气体的体积由于压力的作用进一步被增加。对于管道在大气压力以上工作的每巴压力，那么在探针中气体的实际(或者正常或标准)体积以该比值增加。例如，如果探针的内部容积比如是0.25升并且管道工作的压力是40巴，那么在探针内储存的或“死气体”的实际(正常或标准)体积将是大约0.25×40＝10升。对于气体管道来说，经常工作在80巴或更高的压力下。

因此，存在设计一种具有足够快的响应时间以匹配相关的分析系统的气体采样探针的问题。在这种情况下，在管道中的真实气体的代表性样本可存在/引入与采样探针连接的分析仪器/样本筒之前，大量的气体必须被移出通道以外(被排出)。这种排气方法可能对环境非常有害。

对于使用管子或管，替代方案可以是使用一个具有沿中心钻有小孔的实心杆。但是，沿着通常比如是0.3至2.0米的不锈钢杆的长度，钻出2、3、4、5毫米直径的孔或更大的孔，是不容易或成本不低的工作。另外，这种钻孔的表面抛光的质量难于控制，这将本身的问题带给了天然气的代表性采样，特别是对于具有更高碳氢化合物和易反应组分的天然气。