一种基于冷凝收料原理的气体在线快速取样装置、取样方法

技术领域

本发明属于化工装备技术领域，具体涉及一种基于冷凝收料原理的气体在线快速取样装置、取样方法。

背景技术

化工行业中，往往有对工艺系统中的气体进行提取、检测的需要。当该气体能够使用如液氮等介质冷却从而转变为液体或固体时，往往采用基于冷凝收料原理的气体取样方式。

目前已知的一种采用上述方式进行气体取样的设备需要将端部带有截止阀的取样瓶通过螺纹或法兰连接固定于工艺管道上，再利用冷冻介质浸泡取样瓶的方式进行收料，通过监测工艺管道内的压力变化，即可计算出取出气体的量。该方法的弊端主要有：

1)截止阀与工艺管道相连的操作步骤较多，花费时间较长，无法适应特殊环境下减少操作时间、保证操作人员安全的要求。

2)当操作空间受限时，无法有效保证取样瓶与工艺管道间密封连接的安装质量，易导致气体泄露从而引发安全事故。

3)取样瓶浸入液氮的深度依靠目视调节，操作便利性和准确性也需要进一步提升。

因此，有必要设计一种操作简单、使用安全的快速取样装置、取样方法。

发明内容

本发明为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种可以使取样器的安装和拆卸、冷冻介质浸没深度调整操作更加简单便捷，同时又保证整个操作过程中待取样气体不泄露，达到缩短操作时间、提升操作准确性和安全性的目的的基于冷凝收料原理的气体在线快速取样装置、取样方法。

本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

一种基于冷凝收料原理的气体在线快速取样装置，包括：

取样平台，其包括固定装配在取样平台上的取样管道和滑动装配在取样平台上并朝取样管道方向做进给/后退运动的取样器，所述取样器上设有用于与取样管道对接的对接端和用于连接取样瓶的连接端，当所述取样器进给到位时，所述对接端与取样管道密封对接；

冷却结构，其包括位于取样器下方的冷冻介质容器和用于调节取样瓶浸入在冷冻介质容器内的浸入深度的升降机构。

优选的，所述对接端的中轴线与取样管道的中轴线相重合，所述对接端成型有与取样管道的端部法兰插接适配的对接口部。

进一步优选的，所述对接口部安装有衬垫，所述对接端可拆卸地安装有封头。

进一步优选的，所述连接端成型于取样器的下端，所述取样瓶通过锁紧螺母安装在取样器下端的连接端上，所述连接端与取样瓶之间设有密封衬垫。

进一步优选的，所述取样器内设有用于控制连接端启闭的阀组件，所述取样器中的上端安装有提手。

进一步优选的，所述取样平台上安装有曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构包括：

滑台，其固定安装在取样平台上，其包括一体连接的支撑座和底座，所述支撑座上固定有取样管道，所述底座上沿其长度方向成型有导向槽；

滑块，其通过导向槽与底座滑动适配连接，所述取样器贯穿并固定安装在滑块上，所述底座上开设有用于避空取样瓶的避空槽；

滑块曲柄，其通过转轴转动安装在底座远离支撑座的一侧，所述滑块曲柄与滑块之间连有滑块连杆，所述滑块连杆的一端与滑块曲柄相铰接，另一端与滑块相铰接。

进一步优选的，所述取样平台的下端安装有动平台，所述动平台包括底板和四根安装在取样平台与底板之间立柱，所述立柱上滑动适配安装有导向结构。

进一步优选的，所述升降机构安装在动平台上，所述升降机构包括：

带举升连杆的托板，其构成了四边形连杆机构，其包括托板和举升连杆组件，所述托板通过导向结构与立柱连接，所述冷冻介质容器固定安装在托板上；

手轮，其通过一根传动轴与举升连杆组件相连，所述手轮与底板间设有用于单向制动的棘轮机构。

进一步优选的，所述底板上安装有限位机构，所述限位机构包括定位销和用于控制定位销伸缩的控制杆。

本发明的第二个发明目的在于：还提供了一种基于冷凝收料原理的气体在线快速取样装置的取样方法，包括以下步骤：

S101：预安装

在工艺系统待取样点处安装取样平台和动平台，并在其上固定滑台和冷冻介质容器，保证取样管道与工艺系统密封连接；

S102：取样器准备

拆下取样器的封头，并使取样器处于开启状态；

S103：取样器安装

通过扳动滑块曲柄，将滑台调整至取样器装卸状态，将取样器安装在滑台的滑块上；

S104：取样器与取样管道对接

扳动滑块曲柄，在滑块连杆的作用下，滑块带动取样器进给移动，最终取样器的取样端上的衬垫被取样管道的端部法兰压紧，实现取样器与取样管道间的密封连接；

S105：取样操作

在取样器与取样管道完成对接后，向冷冻介质容器内加注冷冻介质，逐渐转动手轮，即可实现托板的举升，进而控制取样瓶浸入冷冻介质的深度，完成现工艺管道内气体介质的收集；

S106：拆卸取样器

取样完成后，转动手轮，托板下降，取样瓶脱离冷冻介质。关闭取样器的阀组件，随后搬动滑块曲柄，将滑台调整至取样器装卸状态，即可拆下取样器。

本发明具有的优点和积极效果是：

1.本发明可以使取样器的安装和拆卸、冷冻介质浸没深度调整操作更加简单便捷，同时又保证整个操作过程中待取样气体不泄露，达到缩短操作时间、提升操作准确性和安全性的目的。

2.本发明配合化工系统中的管路截止阀控制，可以保证整个操作过程中待取样气体不泄露，保证了操作的安全性，实现安全、快速的取样操作。

3.本发明中，取样器的安装和拆卸仅需通过搬动滑台曲柄即可完成，可以操作简单便捷，同时利用衬垫弹力和滑台尺寸链设计，使取样器安装到位后天然的具有防误触功能，进一步保证了操作的安全、快捷。

4.本发明中，通过升降机构可控制冷冻介质容器相对取样器升降，能够调整取样瓶浸入冷冻介质的深度，从而控制取样的速度。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是本发明中取样器处于装卸状态下的结构示意图；

图2是图1的主视剖面图；

图3是图1的侧视图；

图4是图3中限位机构处于锁定状态下的结构示意图；

图5是取样平台上取样器处于装卸状态下的结构示意图；

图6是本发明中取样器处于对接状态下的结构示意图；

图7是图6的主视剖面图；

图8是图6中取样平台的主视图；

图9是图8中曲柄滑块机构处于“死点”位置的主视图；

图10是图6中取样平台的剖面图；

图11是图6中取样平台的俯视图；

图12是取样器的结构示意图；

图13是取样器的剖面图；

图14是取样器的部分爆炸图；

图15是动平台的主视图；

图16是动平台的侧视图；

图17是底板的俯视图；

图18是托板的主视图；

图19是托板的侧视图；

图20是限位机构的侧视图；

图21是限位机构变化状态下的侧视图；

图22是限位机构的主视图。

图中：1-取样器，101-截止阀外壳，102-衬垫，103-取样瓶，104-密封衬垫，105-锁紧螺母，106-提手，107-封头，108-阀组件，109-对接端，110-连接端，2-滑台，3-动平台，301-顶板，302-底板，303-立柱，304-导向结构，305-托板，306-举升连杆组件，307-手轮，308-棘轮机构，309-限位机构，3091-定位销，3092-控制杆，4-冷冻介质容器，5-取样管道，6-曲柄滑块机构，601-滑块曲柄，602-滑块连杆，603-滑块，604-底座，605-导向槽。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。下面就结合附图来具体说明本发明。

实施例1：

一种基于冷凝收料原理的气体在线快速取样装置，取样平台，其包括固定装配在取样平台上的取样管道5和滑动装配在取样平台上并朝取样管道5方向做进给/后退运动的取样器1，所述取样器1上设有用于与取样管道5对接的对接端109和用于连接取样瓶103的连接端110，当所述取样器1进给到位时，所述对接端109与取样管道5密封对接；冷却结构，其包括位于取样器1下方的冷冻介质容器4和用于调节取样瓶103浸入在冷冻介质容器4内的浸入深度的升降机构。

本实施例中，取样器1的横向成型有对接端109，竖向成型有连接端110，取样器1内具有截止阀功能，作为优选的，取样器1的主体结构设计为长方体的截止阀外壳101，取样器1内设有用于控制连接端110开启或封闭的阀组件108，截止阀外壳101和阀组件108共同够成截止阀结构，利用截止阀规则的外表面可完成取样器1在滑台2上的安装固定，配合化工系统中的管路截止阀控制，可以保证整个操作过程中待取样气体不泄露，保证了操作的安全性。

操作时，首先在工艺系统待取样点处按图1所示提前安装取样平台、冷冻介质容器4，并保证取样管道5与工艺系统密封连接，然后通过取样器1前进与取样管道5对接，之后向冷冻介质容器4内加注冷冻介质，并通过升降机构调节取样瓶103浸入冷冻介质的深度，完成现工艺管道内气体介质的收集，实现安全、快速的取样操作。

本气体在线快速取样装置可以使取样器1的安装和拆卸、冷冻介质浸没深度调整操作更加简单便捷，同时又保证整个操作过程中待取样气体不泄露，达到缩短操作时间、提升操作准确性和安全性的目的。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述对接端109的中轴线与取样管道5的中轴线相重合，所述对接端109成型有与取样管道5的端部法兰插接适配的对接口部。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述对接口部安装有衬垫102，通过截止阀与取样管道5间尺寸链的匹配设计，可使衬垫在取样器1安装到位后获得合理的压缩量，如图12-14所示，衬垫套在对接口部上，当取样器1对接到位后，衬垫102夹持在对接端109与取样管道5的端部法兰之间，从而保证取样器1与取样管道5间的密封。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述对接端109可拆卸地安装有封头107，用于在取样器1拆下后保护取样器1的对接口部，同时为防止取样器1内气体泄露增加第二道密封。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述连接端110成型于取样器1的下端，所述取样瓶103通过锁紧螺母105安装在取样器1下端的连接端110上，所述连接端110与取样瓶103之间设有密封衬垫。如图12-14所示，取样器1中的截止阀下端安装有取样瓶103，通过密封衬垫与锁紧螺母105密封连接。取样瓶103采用具有高度化学稳定性、不吸湿、不透气的高分子材料，一方面满足取样瓶103的耐低温性能与密封性能要求；另一方面，在取样瓶103浸入冷冻介质(如液氮)后，材料较低的导热系数能够保证衬垫不会因温度过低而发生密封失效。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述取样器1内设有用于控制连接端110启闭的阀组件108，如图12-14所示，取样器1的主体结构设计为长方体结构，其内成型有功能腔，所述功能腔与对接端109内的通道、连接端110内的通道均连通，所述阀组件108包括安装在功能腔内的阀瓣和带动阀瓣向下挤压的阀杆，所述阀瓣朝向连接端110内的通道凸起，当所述阀杆带动阀瓣向下挤压时，连接端110封闭；当施加在阀瓣上的力消失时阀瓣向上复位，连接端110开启。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述取样器1中的上端安装有提手106，以增加操作人员手部与取样瓶103的距离，保证操作安全。同时其长度设计还保证了取样器1安装过程中提手不与滑台2、工艺管道法兰干涉。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述取样平台上安装有曲柄滑块机构6，如图8-10所示，所述曲柄滑块机构6包括：

滑台2，其固定安装在取样平台上，其包括一体连接的支撑座和底座604，所述支撑座上固定有取样管道5，所述底座604上沿其长度方向成型有导向槽605；

滑块603，其通过导向槽与底座滑动适配连接，所述取样器1贯穿并固定安装在滑块上，所述底座上开设有用于避空取样瓶103的避空槽；

滑块曲柄601，其通过转轴转动安装在底座远离支撑座的一侧，所述滑块曲柄601与滑块603之间连有滑块连杆602，所述滑块连杆的一端与滑块曲柄相铰接，另一端与滑块相铰接。

本实施例中，滑台2是由滑块曲柄、滑块连杆、滑块、底座、取样管道5共同构成曲柄滑块机构6，转轴处采用销轴联接。所述滑台2中的滑块尺寸与取样器1进行匹配设计，以保证取样器1的稳定安装。滑块曲柄、滑块连杆与滑块依次连接，通过搬动滑块曲柄可使滑台2沿底座上的导向槽移动。所述滑台2中的工艺管道(取样管道5)安装于的底座上，通过调整垫片可实现其与滑台2间尺寸链的准确控制，从而保证取样器1与工艺管道对接时，接口处的衬垫获得合理的压缩量，保证密封性能可靠。取样器1的安装和拆卸仅需通过搬动滑台2曲柄即可完成，可以操作简单便捷，同时利用衬垫弹力和滑台2尺寸链设计，使取样器1安装到位后天然的具有防误触功能，进一步保证了操作的安全、快捷。

需要说明的是：所述滑台2中的曲柄滑块机构6具有特定的尺寸参数，使搬动滑块曲柄完成取样器1与工艺管道对接的过程中，需首先经过“死点”位置。这一设计的优势在于，当取样器1安装到位后，即使误触滑块曲柄，仍能依靠取样器1接口处衬垫的回弹作用使机构迅速恢复到取样器1安装到位的状态，且能保证整个过程中衬垫压缩量不减小，有效实现防误触功能。

更进一步的在本实施例中可以考虑，如图15-16所示，所述取样平台的下端安装有动平台3，所述动平台3包括底板302和四根安装在取样平台与底板302之间立柱303，所述立柱303上滑动适配安装有导向结构304，作为优选的，导向结构304为导向滑套。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述升降机构安装在动平台3上，所述升降机构包括：

带举升连杆的托板，其构成了四边形连杆机构，其包括托板305和举升连杆组件306，所述托板305通过导向结构304与立柱303连接，所述冷冻介质容器4固定安装在托板305上；

手轮307，其通过一根传动轴与举升连杆组件306相连，所述手轮307与底板302间设有用于单向制动的棘轮机构308。

所述底板302上安装有限位机构309，所述限位机构309包括定位销3091和用于控制定位销3091伸缩的控制杆3092。

本实施例中，如图1-11、15-22所示，本气体在线快速取样装置主要包括取样器1、取样平台、滑台2、动平台3和冷冻介质容器4，动平台3安装在取样平台(取样平台也可称为顶板301)下端，由底板302、带导向结构304的立柱303、带举升连杆的托板、手轮307、棘轮机构308以及限位机构309组成。顶板301用于固定滑台2，四根安装于底板302上的立柱303在支撑顶板301和滑台2的同时，通过导向结构304与托板305连接，起到滑动导轨的作用。所述举升连杆组件306包括多个铰接的连杆，以使带举升连杆的托板305构成了四边形连杆机构，依靠一根传动轴与手轮307相连。在手轮307与底板302间设有棘轮机构308用于单向制动，棘轮机构308包括棘轮、棘爪、棘爪销以及棘爪扭簧等，通过单方向转动手轮307可以控制托板305的升降，动平台3的限位机构309是一个小型的曲柄滑块机构6，拨动限位机构309的控制杆3092可以控制定位销3091的伸缩，从而与举升连杆组件、棘轮机构配合，实现托板305在最大高度位置的锁定。当需要降低托板305高度时，仅需反方向拨动控制杆3092，即可解除锁定状态。

更进一步的在本实施例中可以考虑，所述冷冻介质容器4为长方体结构，固定在动平台3的托板305上。用于盛装冷冻介质。容器的高度与取样器1协调设计，保证取样瓶103的一部分可以浸入冷冻介质中，又可通过调整托板305高度来控制浸入深度，通过升降机构可控制冷冻介质容器4相对取样器1升降，能够调整取样瓶103浸入冷冻介质的深度，从而控制取样的速度。

实施例2：

一种基于冷凝收料原理的气体在线快速取样装置的取样方法，包括以下步骤：

S101：预安装

在工艺系统待取样点处按图1所示提前安装取样平台和动平台3，并在其上固定滑台2和冷冻介质容器4，保证取样管道5与工艺系统密封连接；

S102：取样器准备

拆下取样器1的封头，并使截止阀处于开启状态；

S103：取样器安装

通过扳动滑块曲柄，将滑台2调整至取样器1装卸状态，将取样器1安装在滑台2的滑块上；

S104：取样器与取样管道对接

扳动滑块曲柄，在滑块连杆的作用下，滑块带动取样器1进给移动，最终取样器1的取样端上的衬垫被取样管道5的端部法兰压紧，实现取样器1与取样管道5间的密封连接；同时，若此时误触滑块曲柄，截止阀端部的衬垫也会提供一定的弹力，使取样器1与取样管道5始终保持密封连接状态；

S105：取样操作

在取样器1与取样管道5完成对接后，向冷冻介质容器4内加注冷冻介质，逐渐转动动平台3的手轮307，即可实现托板305的举升，进而控制取样瓶103浸入冷冻介质的深度，完成现工艺管道内气体介质的收集；当托板305被举升至最高处时，可拨动定位销机构的控制杆实现位置锁定；

S106：拆卸取样器

取样完成后，继续转动动平台3的手轮307，托板305下降，取样瓶103脱离冷冻介质。关闭取样器1的阀组件108，随后搬动滑块曲柄，将滑台2调整至取样器1装卸状态，即可拆下取样器1，如有必要，可将封头安装于取样器1端部，为取样器1内气体介质提供第二道密封。至此，已将工艺管道内的气体介质提取至取样器1中。

本发明可以使取样器的安装和拆卸、冷冻介质浸没深度调整操作更加简单便捷，同时又保证整个操作过程中待取样气体不泄露，达到缩短操作时间、提升操作准确性和安全性的目的。

需要说明的是：本发明的技术方案解决了本项目领域一直渴望解决、但始终未能获得成功的技术难题，该取样装置和取样方法已投入某试验系统中使用，截至目前未发生安全事故与取样装置机械故障，实现了安全、快速的取样操作。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。