[發(fā)明專利]一種空氣中甲烷含量的快速分析裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810639195.2
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108444855B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜杰;王麗萍;譚欣欣;唐金強(qiáng);朱宏志;宋智蓉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: G01N5/00
• 分類號: G01N5/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 程華

1.一種空氣中甲烷含量的快速分析裝置，其特征在于：包括標(biāo)準(zhǔn)氣罐、第一容器和第二容器，所述第一容器的輸入端連接有第一進(jìn)氣支路和第二進(jìn)氣支路，所述第一進(jìn)氣支路上連接有第一閥門，用于注入待分析氣體，所述第二進(jìn)氣支路通過第二閥門與所述標(biāo)準(zhǔn)氣罐連接，用于注入標(biāo)準(zhǔn)氣體，所述第一進(jìn)氣支路和所述第二進(jìn)氣支路并聯(lián)匯接形成進(jìn)氣口；

所述第一容器的輸入端還連接有一熱交換器，所述熱交換器與所述進(jìn)氣口連通；所述第一容器的輸出端通過輸出支路連接所述第二容器的輸入端，所述輸出支路包括第一輸出支路和或第二輸出支路；所述第一輸出支路依次串聯(lián)第五自動閥和第一質(zhì)量流量計(jì)，所述第二輸出支路依次串聯(lián)第三閥門、體積控制裝置和第二質(zhì)量流量計(jì)，所述第一輸出支路與所述第二輸出支路并聯(lián)設(shè)置；

所述進(jìn)氣口、所述第一容器以及所述第二容器均通過真空閥與一真空泵連接；

所述進(jìn)氣口與所述熱交換器的輸入端通過三路氣路進(jìn)行連接，三路所述氣路并聯(lián)設(shè)置，所述進(jìn)氣口的輸出端連接有第一壓力傳感器；三路所述氣路包括第一氣路、第二氣路和第三氣路，所述第一氣路依次串聯(lián)第一自動閥、增壓泵和第二自動閥，所述第二氣路上設(shè)置有第三自動閥，所述第三氣路依次串聯(lián)減壓器和第四自動閥。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣中甲烷含量的快速分析裝置，其特征在于：所述第一容器還連接有第二壓力傳感器和溫度傳感器，所述第二容器還通過第一真空閥連接有真空計(jì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣中甲烷含量的快速分析裝置，其特征在于：所述第一容器的輸出端與所述第二容器的輸入端之間設(shè)置有所述第一輸出支路時，所述第一容器和所述第二容器設(shè)置于恒溫裝置內(nèi)，所述輸出支路、第二壓力傳感器、溫度傳感器、第一真空閥以及真空計(jì)均設(shè)置于所述恒溫裝置內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣中甲烷含量的快速分析裝置，其特征在于：所述進(jìn)氣口的輸出端連接有第二真空閥，所述第一容器的輸出端連接有第三真空閥，所述真空泵通過第四真空閥連接所述第二真空閥、第三真空閥，所述第二容器的輸出端通過第五真空閥連接所述真空泵；所述第二真空閥、所述第三真空閥以及所述第五真空閥三者并聯(lián)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空氣中甲烷含量的快速分析裝置，其特征在于：所述的標(biāo)準(zhǔn)氣罐為耐壓不小于10MPa的不銹鋼氣體儲存罐，所述標(biāo)準(zhǔn)氣罐內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)氣體為預(yù)先配置好的甲烷含量已知的甲烷-空氣混合氣體；所述第一容器為體積是5mL～10L且經(jīng)過體積標(biāo)定的、耐壓不小于10MPa的不銹鋼罐；第二容器是體積不小于第一容器的5倍體積、耐壓不小于2MPa的不銹鋼罐。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣中甲烷含量的快速分析裝置，其特征在于：所述體積控制裝置為熱式氣體體積流量控制器，其體積誤差不超過0.5％，壓力范圍從0.1psi到1000psi。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空氣中甲烷含量的快速分析裝置，其特征在于：所述真空泵為極限真空優(yōu)于5Pa的干泵，抽速不小于5L/s。

8.一種引用權(quán)利要求7所述空氣中甲烷含量的快速分析裝置的空氣中甲烷含量分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)作標(biāo)準(zhǔn)曲線：首先用真空泵將分析裝置管路抽空至真空度優(yōu)于5Pa；其次，分別將置于標(biāo)準(zhǔn)氣罐中的甲烷含量已知的甲烷-空氣混合氣體依次與第二閥門的輸入端相連，使其注入第一容器，根據(jù)第一壓力傳感器所反饋的壓力值自動控制標(biāo)準(zhǔn)氣體由第一氣路、第二氣路或第三氣路進(jìn)入第一容器；每向第一容器輸入一次甲烷含量已知的甲烷-空氣混合氣體均需重復(fù)管路抽真空步驟；

若第一容器輸出端的氣體通過第一輸出支路進(jìn)入第二容器，則通過第一壓力傳感器與第五自動閥的配合來控制氣體輸出，調(diào)節(jié)每次進(jìn)入第一容器的已知?dú)怏w的壓力與溫度一致，且壓力不小于0.5MPa，而后控制第一容器內(nèi)氣體進(jìn)入第二容器，通過第一質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量氣體質(zhì)量，并保證每次第一容器內(nèi)氣體壓力降一致；若第一容器輸出端的氣體通過第二輸出支路進(jìn)入第二容器，通過體積控制裝置來控制第一容器的輸出氣體，則采用第二質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量氣體質(zhì)量，由體積控制裝置控制進(jìn)入第二容器的氣體體積標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一致；以氣體質(zhì)量做x軸，甲烷含量做y軸，作出標(biāo)準(zhǔn)曲線；

步驟2)樣品氣分析：用真空泵將管路抽空至真空度優(yōu)于5Pa后，將待分析氣體從第一閥門輸入，系統(tǒng)根據(jù)第一壓力傳感器所示壓力大小自動控制氣體從第一氣路、第二氣路或第三氣路進(jìn)入第一容器；

若第一容器輸出端的氣體通過第一輸出支路進(jìn)入第二容器，則通過第一壓力傳感器與第五自動閥的配合來控制氣體輸出，調(diào)節(jié)第一容器的溫度與壓力條件確保其與步驟1)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時一致，而后控制氣體進(jìn)入第二容器，采用第一質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量氣體質(zhì)量，并確保第一容器壓力降與已知?dú)怏w相同；若第一容器輸出端的氣體通過第二輸出支路進(jìn)入第二容器，通過體積控制裝置來控制第一容器的輸出氣體，控制進(jìn)入第二容器的氣體體積標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下與步驟1)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時一致，采用第二質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量氣體質(zhì)量；

將氣體質(zhì)量代入標(biāo)準(zhǔn)曲線，可得到待分析氣體的甲烷含量。