[發明專利]一種收集氣體中微量粉塵的裝置及檢測顆粒粒徑和含量的方法

在審

• 申請號: 201711323037.8
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107907388A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 樊栓獅;郭凱;王燕鴻;郎雪梅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N1/24
• 分類號: G01N1/24;G01N5/02;G01N15/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明屬于天然氣水合物開發檢測技術領域，具體涉及一種收集氣體中微量粉塵的裝置及檢測顆粒粒徑和含量的方法。

背景技術

自然界中，天然氣水合物大多儲存于砂質沉積層中，而沉積物層中的砂多為細粒砂和粉砂。由于細粒砂和粉砂的粒徑很小，在天然氣水合物開采過程中非常容易隨天然氣涌出，并可隨天然氣的輸送而長期流動。在運輸及使用這些攜帶粉塵顆粒物的天然氣的過程中，輕則會降低管道及相關機器的使用壽命，重則會引發安全事故。故管道中燃氣的含塵情況，即顆粒粒徑和含塵量的檢測非常重要。進而才能指導防塵、脫塵等實踐活動。

目前對于燃氣管道的粉塵收集及檢測，大都需要一套非常復雜的系統，同時需要的氣量也比較大(按含塵量為5mg/L，通常需要氣量大于100L，才能通過稱重0.5g的粉塵得出含塵量)。在天然氣水合物試采階段，由于氣量、流速不穩定等原因，不能將這些應用于燃氣管道在線監測的方法照搬過來，這就需要提出一種新的解決方案。本發明開發了一種收集氣體中微量粉塵的裝置及檢測顆粒粒徑和含量的方法，使得取樣簡單方便，能夠適用于小氣樣量(小于100mL)及微含塵量(少于5mg/L)的情況，同時也能適用于大氣樣量(大于等于 100mL)及含塵量較大(大于等于5mg/L)的情況，解決了氣體中微量粉塵檢測受樣品量和含塵量限制的難題。

發明內容

為了克服現有測量技術手段存在的上述問題，本發明提供一種收集氣體中微量粉塵的裝置及檢測顆粒粒徑和含量的方法。該裝置體積小、造價低、操作簡單方便，能夠適用于樣品氣體量少于100mL及含塵量少于5mg/L的情況，同時也能適用于氣體量大于等于100mL 及含塵量大于等于5mg/L的情況，解決了氣體中微量粉塵檢測受樣品量和含塵量限制的難題。

本發明的另一目的是提供一種收集并檢測氣體中微量粉塵顆粒粒徑和含量的方法。

本發明的目的至少通過如下技術方案之一實現。

一種收集氣體中微量粉塵的裝置，包括粉塵過濾器、三通閥、氣體體積流量計和注射器；

所述粉塵過濾器通過三通閥分別與氣體體積流量計和注射器相連；

所述氣體體積流量計可用于樣品氣體流量檢測和總體積累計，并顯示于液晶顯示屏，還可使用皂泡流量計進行校正；

所述粉塵過濾器可分別安裝兩種濾膜，過氯乙烯濾膜和醋酸纖維濾膜，分別適用于粉塵總量小于0.5mg和大于等于0.5mg的情況；

所述注射器用于反沖洗粉塵過濾器內濾膜捕獲的粉塵顆粒，以便進行下一步操作。

一種收集并檢測氣體中微量粉塵顆粒粒徑和含量的方法，包括以下步驟：

步驟1、粉塵過濾器濾膜的選用與安裝：當樣品氣中粉塵總量小于0.5mg時，粉塵過濾器濾膜選用過氯乙烯濾膜；當樣品氣中粉塵總量大于等于0.5mg時，粉塵過濾器濾膜選用醋酸纖維濾膜，并稱重 m1；根據樣品選好濾膜裝入粉塵過濾器并將其一端與三通閥相連。

步驟2、粉塵捕獲：將盛有氣樣的氣袋與粉塵過濾器的另一端相連，旋轉三通閥，連通粉塵過濾器與氣體體積流量計，擠壓氣袋，使氣體盡量慢速、勻速通過氣體體積流量計，記下總氣量Vg，拆下氣袋。

步驟3、粉塵轉移及處理：當粉塵過濾器濾膜選用過氯乙烯濾膜時，將捕獲粉塵的過氯乙烯濾膜置于1～2mL的乙酸丁酯中溶解，最后將混懸液均勻涂于玻璃片上，涂抹面積為S；粉塵過濾器濾膜選用醋酸纖維濾膜時，捕獲粉塵完畢稱重m2，旋轉三通閥，連通含有去離子水的注射器與粉塵過濾器，反沖洗粉塵過濾器，將捕獲的粉塵沖入燒杯并加入0.5mol/L的[NaPO₃]₆，靜置10h。

步驟4、粉塵粒徑及總量檢測：涂于玻璃片上的粉塵用放大400 倍的顯微鏡進行觀測粉塵顆粒大小，并統計總量，觀測面積為Si，觀測次數為n次(n>0.001×S/Si)；燒杯中浸泡的粉塵轉移到激光粒度儀中，進行粒徑測量。

步驟5、結果計算：當樣品氣中粉塵總量小于0.5mg時，匯總n 次觀察統計的粉塵顆粒大小，做出粉塵顆粒粒徑分布曲線，計算n次觀察的粉塵量，最后除以(n×Si/S)，即為樣品氣中粉塵總量；當樣品氣中粉塵總量大于等于0.5mg時，樣品氣中粉塵總量為m2-m1，粉塵顆粒粒徑即為激光粒度儀所測得的結果。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

1、采樣方法簡單、靈活；

2、能同時適用于氣樣量小(小于100mL)、含塵量少(小于5mg/L) 及氣樣量大(大于等于100mL)、含塵量較大(大于等于5mg/L)的情況；

附圖說明