一种空气中甲烷含量的快速分析装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种空气中甲烷含量的快速分析装置及方法，装置包括标准气罐、第一容器和第二容器，第一容器的输入端连接有第一进气支路和第二进气支路，第一进气支路上连接有第一阀门，第二进气支路通过第二阀门与标准气罐连接，第一进气支路和第二进气支路并联汇接形成进气口；第一容器的输入端还连接有一热交换器，热交换器与进气口连通；第一容器的输出端通过输出支路连接第二容器的输入端，输出支路包括第一输出支路和或第二输出支路；进气口、第一容器以及第二容器均与一真空泵连接。本发明专利技术可实现空气中甲烷含量的快速精确分析，检测范围宽；整体可实现自动化，方法简便；成本低，无需耗材，结构紧凑且免维护。

【技术实现步骤摘要】
一种空气中甲烷含量的快速分析装置及方法
本专利技术涉及工业安全监测
，具体涉及一种用于核电站安全壳内氢气浓度的快速分析装置及方法。
技术介绍
甲烷气体是严重威胁石油、化工、煤炭等行业安全生产的主要因素之一，近几年由此引发的安全事故仍呈多发趋势，安全生产形势依然十分严峻，对空气中甲烷含量进行快速、准确、连续的监测是现代工业安全生产的重要保证。目前工业过程中应用的甲烷检测主要有基于各种催化燃烧原理的甲烷测定报警器、断电仪、传感器以及光谱法、色谱法。虽然这些方法随着仪器科学的发展在日趋进步完善，但仍然存在诸多瓶颈亟待解决。首先，虽然色谱法、光谱法能够测量很宽范围内的甲烷含量，但其分析效率低，方法复杂，测量前需要专业人员进行繁琐的分析校准工作，设备维护困难，难以满足工艺现场对甲烷含量的快速、连续检测需求。其次，虽然基于催化燃烧原理的甲烷检测器、传感器等能够对空气中的甲烷做出快速相应，但是其测量范围很窄，只能检测ppm级至百分之几量级的甲烷，并且测量精度低，准确性和环境适应性差，难以承担复杂恶劣工况下的分析检测任务，也无法对异常事件中的甲烷数据及来源做出准确响应。再次，无论是甲烷报警器、传感器、检测器还是各种色谱、光谱甲烷检测法，均需采用国家标准物质对仪器漂移、示数误差、背景干扰等进行校准，而分布于工艺现场的检测器、报警器、取样器等数量较大，仪器使用频繁，这就需要使用更多的标准物质并投入更多的人力物力，成本很高，经济适用性性差。因此，提供一种空气中甲烷含量的快速分析装置及方法，以解决上述现有技术所存在的问题，成为现在亟待解决技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种空气中甲烷含量的快速分析装置及方法，方法简单、分析快速准确、检测范围宽、成本低、适应性强，以解决已有用于空气中甲烷含量分析方法存在的分析准确性不高、检测范围窄、维护不便等问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种空气中甲烷含量的快速分析装置，包括标准气罐、第一容器和第二容器，所述第一容器的输入端连接有第一进气支路和第二进气支路，所述第一进气支路上连接有第一阀门，用于注入待分析气体，所述第二进气支路通过第二阀门与所述标准气罐连接，用于注入标准气体，所述第一进气支路和所述第二进气支路并联汇接形成进气口；所述第一容器的输入端还连接有一热交换器，所述热交换器与所述进气口连通；所述第一容器的输出端通过输出支路连接所述第二容器的输入端，所述输出支路包括第一输出支路和或第二输出支路；所述第一输出支路依次串联第五自动阀和第一质量流量计，所述第二输出支路依次串联第三阀门、体积控制装置和第二质量流量计，所述第一输出支路与所述第二输出支路并联设置；所述进气口、所述第一容器以及所述第二容器均通过真空阀与一真空泵连接。优选的，所述进气口与所述热交换器的输入端通过三路气路进行连接，三路所述气路并联设置，所述进气口的输出端连接有第一压力传感器。优选的，三路所述气路包括第一气路、第二气路和第三气路，所述第一气路依次串联第一自动阀、增压泵和第二自动阀，所述第二气路上设置有第三自动阀，所述第三气路依次串联减压器和第四自动阀。优选的，所述第一容器还连接有第二压力传感器和温度传感器，所述第二容器还通过第一真空阀连接有真空计。优选的，所述第一容器的输出端与所述第二容器的输入端之间设置有所述第一输出支路时，所述第一容器和所述第二容器设置于恒温装置内，所述输出支路、第二压力传感器、温度传感器、第一真空阀以及真空计均设置于所述恒温装置内。优选的，所述进气口的输出端连接有第二真空阀，所述第一容器的输出端连接有第三真空阀，所述真空泵通过第四真空阀连接所述第二真空阀、第三真空阀，所述第二容器的输出端通过第五真空阀连接所述真空泵；所述第二真空阀、所述第三真空阀以及所述第五真空阀三者并联设置。优选的，所述的标准气罐为耐压不小于10MPa的不锈钢气体储存罐，所述标准气罐内的标准气体为预先配置好的甲烷含量已知的甲烷-空气混合气体；所述第一容器为体积是5mL～10L且经过体积标定的、耐压不小于10MPa的不锈钢罐；第二容器是体积不小于第一容器的5倍体积、耐压不小于2MPa的不锈钢罐。优选的，所述体积控制装置为热式气体体积流量控制器，其体积误差不超过0.5％，压力范围从0.1psi到1000psi。优选的，所述真空泵为极限真空优于5Pa的干泵，抽速不小于5L/s。本专利技术还公开了一种基于上述空气中甲烷含量的快速分析装置的空气中甲烷含量分析方法，包括以下步骤：步骤1)作标准曲线：首先用真空泵将分析装置管路抽空至真空度优于5Pa；其次，分别将置于标准气罐中的甲烷含量已知的甲烷-空气混合气体依次与第二阀门的输入端相连，使其注入分析装置，根据第一压力传感器所反馈的压力值自动控制标准气体由第一气路、第二气路或第三气路进入第一容器；每向第一容器输入一次甲烷含量已知的甲烷-空气混合气体均需重复管路抽真空步骤；若第一容器输出端的气体通过第一输出支路进入第二容器，则通过第一压力传感器与第五自动阀的配合来控制气体输出，调节每次进入第一容器的已知气体的压力与温度一致，且压力不小于0.5MPa，而后控制第一容器内气体进入第二容器，通过第一质量流量计计量气体质量，并保证每次第一容器内气体压力降一致；若第一容器输出端的气体通过第二输出支路进入第二容器，通过体积控制装置来控制第一容器的输出气体，则采用第二质量流量计计量气体质量，由体积控制装置控制进入第二容器的气体体积标准状态下一致；以气体质量做x轴，甲烷含量做y轴，作出标准曲线；步骤2)样品气分析：用真空泵将管路抽空至真空度优于5Pa后，将待分析气体从第一阀门输入，系统根据第一压力传感器所示压力大小自动控制气体从第一气路、第二气路或第三气路进入第一容器；若第一容器输出端的气体通过第一输出支路进入第二容器，则通过第一压力传感器与第五自动阀的配合来控制气体输出，调节第一容器的温度与压力条件确保其与步骤1)制作标准曲线时一致，而后控制气体进入第二容器，采用第一质量流量计计量气体质量，并确保第一容器压力降与已知气体相同；若第一容器输出端的气体通过第二输出支路进入第二容器，通过体积控制装置来控制第一容器的输出气体，控制进入第二容器的气体体积标准状态下与步骤1)制作标准曲线时一致，采用第二质量流量计计量气体质量；将气体质量代入标准曲线，可得到待分析气体的甲烷含量。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：(1)可极大提高空气中甲烷含量的分析检测准确性，检测范围宽；(2)系统可实现自动化，操作简单，通用性强，成本低，无需耗材且免维护；(3)可实现空气中甲烷含量的在线或取样检测，分析结果快速可靠。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术空气中甲烷含量的快速分析装置的结构示意图；图2为本专利技术空气中甲烷含量的标准曲线图；其中，1.第一压力传感器，2.第一阀门，3.第二阀门，4.标准气罐，5.第一自动阀，6.增压泵，7.第二自动阀，8.第三自动阀，9.减压器，10.第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：包括标准气罐、第一容器和第二容器，所述第一容器的输入端连接有第一进气支路和第二进气支路，所述第一进气支路上连接有第一阀门，用于注入待分析气体，所述第二进气支路通过第二阀门与所述标准气罐连接，用于注入标准气体，所述第一进气支路和所述第二进气支路并联汇接形成进气口；所述第一容器的输入端还连接有一热交换器，所述热交换器与所述进气口连通；所述第一容器的输出端通过输出支路连接所述第二容器的输入端，所述输出支路包括第一输出支路和或第二输出支路；所述第一输出支路依次串联第五自动阀和第一质量流量计，所述第二输出支路依次串联第三阀门、体积控制装置和第二质量流量计，所述第一输出支路与所述第二输出支路并联设置；所述进气口、所述第一容器以及所述第二容器均通过真空阀与一真空泵连接。

【技术特征摘要】
1.一种空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：包括标准气罐、第一容器和第二容器，所述第一容器的输入端连接有第一进气支路和第二进气支路，所述第一进气支路上连接有第一阀门，用于注入待分析气体，所述第二进气支路通过第二阀门与所述标准气罐连接，用于注入标准气体，所述第一进气支路和所述第二进气支路并联汇接形成进气口；所述第一容器的输入端还连接有一热交换器，所述热交换器与所述进气口连通；所述第一容器的输出端通过输出支路连接所述第二容器的输入端，所述输出支路包括第一输出支路和或第二输出支路；所述第一输出支路依次串联第五自动阀和第一质量流量计，所述第二输出支路依次串联第三阀门、体积控制装置和第二质量流量计，所述第一输出支路与所述第二输出支路并联设置；所述进气口、所述第一容器以及所述第二容器均通过真空阀与一真空泵连接。2.根据权利要求1所述的空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：所述进气口与所述热交换器的输入端通过三路气路进行连接，三路所述气路并联设置，所述进气口的输出端连接有第一压力传感器。3.根据权利要求2所述的空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：三路所述气路包括第一气路、第二气路和第三气路，所述第一气路依次串联第一自动阀、增压泵和第二自动阀，所述第二气路上设置有第三自动阀，所述第三气路依次串联减压器和第四自动阀。4.根据权利要求3所述的空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：所述第一容器还连接有第二压力传感器和温度传感器，所述第二容器还通过第一真空阀连接有真空计。5.根据权利要求4所述的空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：所述第一容器的输出端与所述第二容器的输入端之间设置有所述第一输出支路时，所述第一容器和所述第二容器设置于恒温装置内，所述输出支路、第二压力传感器、温度传感器、第一真空阀以及真空计均设置于所述恒温装置内。6.根据权利要求4或5所述的空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：所述进气口的输出端连接有第二真空阀，所述第一容器的输出端连接有第三真空阀，所述真空泵通过第四真空阀连接所述第二真空阀、第三真空阀，所述第二容器的输出端通过第五真空阀连接所述真空泵；所述第二真空阀、所述第三真空阀以及所述第五真空阀三者并联设置。7.根据权利要求6所述的空气中甲烷含量的快速分析装置，其特征在于：所述的标准气罐为耐压不小于10MPa的不锈钢气体储存罐，所述标准气罐内的标准气体为预先配置好的甲烷含量已知的甲烷-空气混合气体；所述第一容器为体积是5mL～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜杰，王丽萍，谭欣欣，唐金强，朱宏志，宋智蓉，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51