專利名稱:煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及一種應用氣相色譜分析技術分析礦井混合氣體的分析裝置,可實時判別礦井瓦斯爆炸危險性的雙柱箱一次進樣切換系統。
背景技術:
煤礦井下氣體的檢測是礦井安全監測工作的重要部分。應用氣相色譜分析技術對于礦井大氣與火災氣體的檢測和對于井下因各種原因形成的可爆混合氣體危險性的判別是安全監察工作至關重要的內容。為此,在日常監測和礦山救援工作中,必須實時檢測和判別混合氣體的爆炸危險性。應用氣相色譜分析技術分析混合氣體中永久性氣體及低分子量烴類等氣態混合物,一般是應用氣—固色譜分析方法。至今,比較普遍應用的礦井氣體測報系統的各種檢測儀表在使用中仍然具有一定的局限性。七十年代始,我國應用氣相色譜分析技術對礦井中混合氣體的分析方法與煤礦專用氣相色譜儀進行開發與應用,在“七五”和“八五”期間進一步地開展了氣相色譜法分析礦井自然發火標志氣體指標等的專項研究,并研制、生產了僅有的煤礦專用氣相色譜儀。為實現實時監控礦井火災、判別瓦斯爆炸危險程度等提供了可信賴的分析方法和裝備,為煤礦安全管理體系提供了科學實用的技術裝備保障。
目前生產的煤礦專用氣相色譜儀,其開發研制主要實現了“八五”要求的早期預測預報礦井自然發火攻關目標。以實現對礦井火災氣體組分,特別是微量氣體組分的分析為主,而對于高濃度常量氣體組分的分析只設置一根色譜柱,難以實現對高濃度多組分瓦斯爆炸氣體的全分析。
由于礦井空氣,特別是具有災難性混合氣體存在時,其混合氣體組分不僅具有高濃度的常規爆炸性氣體等,而且在短時間內由于煤層自然發火、煤塵燃燒產生的爆炸性氣體(如氫氣)和烴類(如烯烴、炔烴)等濃度的增大,使得在一根色譜柱中按常規的分析方法,特別是在原設計的氣路條件下,難以進行礦井空氣中多種混合氣體組分的分析,更無法在短時間內分析瓦斯爆炸相關氣體組分,判別礦井瓦斯爆炸危險程度,難以實現實時監控、完善安全管理監測體系。
因此,在一臺儀器上、在盡短時間內進行礦井多組分氣體的全分析,保證礦井安全生產、防止瓦斯爆炸等災害的發生,是礦井安全管理體系中亟待解決的問題。
發明內容
本實用新型的目的在于改進現有技術中的不足,提供一種可以在一臺氣相色譜儀中實時完成煤層自然發火、瓦斯爆炸相關氣體全組分分析的一煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統。
本實用新型提供的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統包括熱導檢測系統,其中包括熱導檢測器,在其前面設置了包括前、后多通道切換閥組成的氣路切換系統和充色譜柱串聯系統;構成氣路切換系統的所述前多通道切換閥上包括一個樣品氣入口、樣品氣放空出口、一個載氣入口和一個氣體出口,前多通道切換閥的氣路中連接一個樣品定量管,閥的氣路連接取樣和進樣位置即所述的樣品氣入口、樣品氣放空出口、載氣入口和氣體出口相互切換,使得樣品定量管連接樣品氣入口和樣品氣放空出口放空或直接連接載氣入口和氣體出口,使得樣品氣隨載氣進入后續的分析單元;所述前多通閥切換閥的幾個所述進出口與所述樣品定量管的相對位置關系為切換前后形成取樣和進樣兩個氣路所述取樣氣路為樣品氣進口連接樣品定量管,再連接放空口,所述進樣氣路為載氣進口連接樣品定量管,再連接氣體出口,所述氣體出口連接所述填充色譜柱的進氣口;所述前多通道切換閥進行切換,使得樣品直接隨載氣進入系統的分析單元或放空;后續的所述分析單元包括構成氣路切換系統的所述后多通道切換閥,其上有一個進氣口和一個出氣口,所述進氣口連接所述前多通道切換閥上的所述氣體出口,其中設有兩個可相互切換的通道,其中一個通道中連接分子篩柱,經切換后形成的兩個狀態為,一個狀態下所述分子篩柱與所述填充色譜柱連接,另一個狀態下,后多通道切換閥的進氣口和出氣口通過通道直接聯通;所述出氣口通過氣路與所述熱導檢測器連通;經切換,所述分子篩柱或者與所述填充色譜柱串聯連接或者不與所述填充色譜柱連接。
在上述的氣路切換系統中連接有相應的氣阻,便于調節、控制分析氣路系統的壓力平衡。
所述前、后多通道切換閥分別選定為一個十二通拉桿閥和一個平面六通閥,所述前多通道切換閥還可以選定為一個十通閥。
所述填充色譜柱為混合填充色譜柱(Porpok柱)。
在所述前多通道切換閥上還可以設置一個填充色譜柱,成為預柱,對應地,在所述前多通道切換閥上另設有一個預柱載氣入口和氣體放空口,該載氣入口和氣體出口的與所述預柱和所述樣品定量管的關系是當閥的氣路切換為取樣狀態時,所述預柱的正端口連接該氣體放空口,其負端口連接該預柱載氣入口,處于預柱反吹狀態;當閥的氣路切換為進樣狀態時,所述預柱的正端口連接與所述樣品定量管連通,其負端口連接所述氣體出口,處于預柱分離樣品氣體狀態。預柱的作用是起到對樣品中的多余組分的反吹功能。
本實用新型提供一種煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其中包括前、后多通道切換閥和填充色譜柱及混合填充色譜柱的串聯氣路系統。前多通道切換閥上設有樣品氣入口、載氣入口和氣體出口,其氣路中連接樣品定量管,閥的氣路連接取樣和進樣位置相互切換。樣品直接隨載氣進入系統的分析單元或放空。后多通道切換閥上有進氣口和出氣口,其中設有兩個可相互切換的通道,其中一個通道直接連接分子篩柱,經切換后與混合填充色譜柱連接;在上述的氣路切換系統中連接有相應的氣阻。本系統實現了在一臺氣相色譜儀中,完成礦井火災標志氣體、瓦斯爆炸相關氣體全組分的分析、為預測礦井火災和快速判別礦井混合氣體瓦斯爆炸危險程度提供保障。
本實用新型提供的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統以一次進樣、單柱,即分子篩柱和混合填充色譜柱加切換閥串連的結構,借助與之配合的自動控制切換閥系統及判別瓦斯爆炸危險程度專用軟件,通過改變原氣路中主柱和預柱的作用,解決了在原系統中難以分析瓦斯爆炸相關氣體全組分的檢測,同時使整個系統分析時間控制在8~10分鐘內。
圖1a-圖1c為本實用新型提供的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統氣路系統一個循環中的三個狀態的連接結構示意圖;圖2為通過本系統進行煤礦氣體分析的色譜圖;圖3a-圖3c為將圖1所示的系統中的十二通閥用十通閥替代后的本雙柱箱一次進樣切換系統氣路系統地聯結結構示意圖。
具體實施方式
如圖1a-圖1c所示為本煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統的氣路連接結構示意圖。其中包括前多通道切換閥105、后多通道切換閥106及混合填充色譜柱107(Porpok柱)。在前多通道切換閥105上還連接有一個填充色譜柱(下稱預柱)109,
前多通道切換閥105上設有一個樣品氣進口A、預柱載氣進口B1、主柱載氣進口B2、一個樣品放空出口C、一個載氣出口D和反吹氣排出口D1;該前多通道切換閥105為一個十二通閥,其氣路中連接一個樣品定量管102,前多通閥切換閥105的幾個進出口與樣品定量管的相對位置關系為切換前后形成取樣和進樣兩個氣路狀態一個氣路是所述取樣氣路狀態,其為樣品氣進口A連接樣品定量管102,再連接放空口C;同時,主柱載氣進口B1連接載氣出口D而連接混合填充色譜柱107,另有一個預柱載氣進口連接在十二通閥上的預柱109,再連接一個反吹氣出口D1。在此取樣狀態下,定量管102中充滿樣品氣,主柱載氣通過十二通閥的另一個通路進入混合填充色譜柱107,預柱載氣對十二通閥中連接的一個預柱109進行反吹,反吹氣從反吹氣出口D1排出。另一個氣路是進樣氣路,其為預柱載氣進口B連接樣品定量管,然后連接預柱109,再連接載氣出口D,載氣出口D連接混合填充色譜柱107的進氣口;前多通道切換閥進行切換,氣路連接取樣和進樣位置相互切換。使得樣品直接隨載氣進入系統的分析單元或放空;后多通道切換閥106,其是一個平面六通閥,其上有一個進氣口和一個出氣口,其中設有兩個可相互切換的通道,其中一個通道中直接連接分子篩柱104,經切換,分子篩柱104或者后與混合填充色譜柱107串聯連接或者與氣阻串聯。后多通道切換閥106的出氣口連接導熱檢測器108(TCD)。
在上述的氣路切換系統中連接有相應的氣阻103,在此實施例中氣阻103連接在后多通道切換閥106的一個沒有聯接分子篩柱的通道中,六通閥便于調節、控制分析氣路系統的壓力平衡。
如圖1a-圖1c示出了本切換系統在一個工作循環中的三個狀態下的通路情況具體的,在十二通閥中可以引入兩路載氣和預柱,是為了起到反吹作用。
如圖1a中,十二通閥105為取樣狀態I。樣品氣通過十二通閥105上的3位,到9位,再經過定量管102和10位,從7位排出放空,而第一路載氣,即經過預柱I109的載氣先進入十二通閥上的4位,到11位,經過預柱I109→再到2位,從8位放空,第二路載氣,即經過主柱I107的載氣,先進入十二通閥上的12位、5位到主柱I107,再通過六通閥上的①位、②位、分子篩柱104,經過③位、④位排出六通閥106到TCD檢測器108,此狀態下為主柱I107與分子篩柱104串聯狀態,此時定量管取樣,載氣通過兩個串聯的柱子。如圖1b中,十二通閥105為進樣狀態II,樣品氣通過十二通閥105上的3位、7位直接放空,此狀態下為主柱I107與分子篩柱104串聯狀態,樣品氣依次進入預柱I、主柱I107和分子篩柱104,樣品氣由載氣經過十二通閥4位、10位,通過定量管102,再經過9位、2位、預柱I109、11位、5位,出十二通閥,經過主柱I107,再經過平面六通閥上的①位、②位、分子篩柱104、③位、④位到TCD檢測器108,并開始分離,一定時間后,切換六通閥到下一狀態3,見下。
如圖1c中,狀態3十二通閥105不變,六通閥為主柱I107與氣阻103串聯,此時第一路載氣經十二通閥105上的④位、⑩位、定量管102、⑨位、②位、預柱I109、11位、5位出十二通閥,經過主柱I107,再經過平面六通閥上的①→⑥→氣阻103→⑤→④位到TCD檢測器108,第二路載氣放空。再次切換十二通閥和六通閥,回到狀態1,完成一個循環。
所述前多通道切換閥還可以選定為一個十通閥。
如圖3a所示為狀態1十通閥205為取樣狀態,樣品氣通過十通閥的ii位到i位,再通過定量管102、iv位、iii位放空,第一路載氣即經過預柱I109的載氣先進入x位,再通過ix位、預柱109、x位、vi位放空,第二路載氣,即經過主柱I107的載氣,先進入十通閥205的vii位、viii位,再通過主柱107,進入六通閥106的⑤位、④位、分子篩柱104、③位、②位,出六通閥,進入TCD檢測器108,六通閥106中的分子篩柱104與主柱即混合填充色譜柱107串聯狀態,此時定量管102取樣,第二路載氣通過兩個串聯的柱子。
如圖3b所示為狀態2十通閥為進樣狀態,樣品氣通過十通閥205的ii位到iii位直接放空,六通閥106中的分子篩柱104與主柱即混合填充色譜柱107為串聯狀態,樣品氣由載氣I推載樣品氣通過十通閥205中的x位、i位、定量管102、iv位、x位、預柱109、ix位、viii位排出十通閥,再通過主柱107,進入六通閥⑤位、④位、分子篩柱104③位、②位,出六通閥,進入TCD檢測器108,并開始分離,一定時間后,切換六通閥到下一狀態3,見下。
如圖3b所示為狀態3十通閥不變,六通閥106中的氣阻103與主柱即混合填充色譜柱107串聯,此時第一路載氣I推載樣品氣通過十通閥205中的x位、i位、定量管102、iv位、x位、預柱109、ix位、viii位排出十通閥,再通過主柱107,進入六通閥⑤位、⑥位、氣阻103、①位、②位出六通閥,出六通閥,進入TCD檢測器108,第二路載氣II放空。再次切換十通閥和六通閥,回到狀態1,完成一個循環。
所采用的技術方案是在“GC-4085型礦井火災多參數色譜檢測系統”的主機系統中,將熱導檢測器(TCD)的氣路系統加以改變形成的。以一次進樣、單柱和混合填充色譜柱加切換閥串連的方式、自動控制切換閥改變原氣路中主柱和預柱的作用,實現了在8~10分鐘內完成分析瓦斯爆炸相關氣體全組分和判別瓦斯爆炸危險程度的目的。
圖2是在建立的氣路、控制閥件切換系統中,對于瓦斯爆炸相關九種氣體組分的分析譜圖。在此系統中由一次進樣,八分鐘內不僅解決了混合氣體中氧、氮和高濃度一氧化碳、二氧化碳的分離問題,同時使得氫氣和其它爆炸性氣體,特別是烯烴和炔烴的分離效果均很好。為實時判別瓦斯爆炸危險程度提供了切實可行的保證。所示譜圖即是利用本實用新型提供的切換系統對于一個具體的煤礦氣體樣品進行分析的結果,其中各個譜峰所代表的氣體組分名稱和含量(%)如下①H2 0.98;②CO2 1.49;③C2H4 1.97;④C2H6 2.33;⑤C2H2 2.88;⑥O2 3.73;⑦N2 4.33;⑧CH4 5.67;⑨CO 7.83。
上述分析結果,應用相應的“爆炸三角形法”判別軟件直接對分析結果自動、實時進行瓦斯爆炸危險程度的判別,即可達到快速判別礦井混合氣體爆炸危險程度的預期目的。
權利要求1.一種煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其特征在于包括熱導檢測系統,其中包括熱導檢測器,在其前面設置了包括前、后多通道切換閥組成的氣路切換系統和填充色譜柱串聯系統;構成氣路切換系統的所述前多通道切換閥上包括一個樣品氣入口、樣品氣放空出口、一個載氣入口和一個氣體出口,前多通道切換閥的氣路中連接一個樣品定量管,閥的氣路連接取樣和進樣位置即所述的樣品氣入口、樣品氣放空出口、載氣入口和氣體出口相互切換,使得樣品定量管連接樣品氣入口和樣品氣放空出口放空或直接連接載氣入口和氣體出口,使得樣品氣隨載氣進入后續的分析單元;所述氣體出口連接所述填充色譜柱的進氣口,所述填充色譜柱的出氣口連接后續的所述分析單元的進氣口;后續的所述分析單元包括構成氣路切換系統的所述后多通道切換閥,其上有一個進氣口和一個出氣口,所述進氣口連接所述填充色譜柱的出氣口,其中設有兩個可相互切換的通道,其中一個通道中連接分子篩柱,經切換后形成的兩個狀態一個狀態下所述分子篩柱與所述填充色譜柱連接,另一個狀態下,后多通道切換閥的進氣口和出氣口通過通道直接聯通;所述出氣口通過氣路與所述熱導檢測器連通;在上述的氣路切換系統中連接有便于調節、控制分析氣路系統的壓力平衡的氣阻。
2.根據權利要求1所述的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其特征在于所述前多通道切換閥是一個十二通拉桿閥或十通閥。
3.根據權利要求1所述的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其特征在于所述后多通閥是一個六通閥,其氣體進口通過一個切換部件切換分別連通所述的兩個通道,該兩個通道均與所述氣體出口相連通。
4.根據權利要求3所述的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其特征在于在所述后多通道切換閥上未設置分子篩柱的氣路上設有使該氣路與所述填充色譜柱之間氣路上的氣體壓力平衡的所述氣阻裝置。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其特征在于所述填充色譜柱為混合填充色譜柱。
6.根據權利要求1所述的煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其特征在于在所述前多通道切換閥上還設置一個填充色譜柱,成為預柱,對應地,在所述前多通道切換閥上另設有一個預柱載氣入口和一個氣體放空口,該載氣入口和氣體放空口的與所述預柱和所述樣品定量管經所述切換后形成兩個狀態所述預柱的正端口連接該氣體放空口,其負端口連接該預柱載氣入口;所述預柱的正端口連接與所述樣品定量管連通,其負端口連接所述氣體出口。
專利摘要本實用新型裝置提供一種煤礦氣體全組分分析雙柱箱一次進樣切換系統,其中包括前、后多通道切換閥和填充色譜柱及混合填充色譜柱的串聯氣路系統。前多通道切換閥上設有樣品氣入口、載氣入口和氣體出口,其氣路中連接樣品定量管,閥的氣路連接取樣和進樣位置相互切換。樣品直接隨載氣進入系統的分析單元或放空。后多通道切換閥上有進氣口和出氣口,其中設有兩個可相互切換的通道,其中一個通道直接連接分子篩柱,經切換后與混合填充色譜柱連接;在上述的氣路切換系統中連接有相應的氣阻。本系統實現了在一臺氣相色譜儀中,完成礦井火災標志氣體、瓦斯爆炸相關氣體全組分的分析、為預測礦井火災和快速判別礦井混合氣體瓦斯爆炸危險程度提供保障。
文檔編號G01N30/16GK2919249SQ200620012498
公開日2007年7月4日 申請日期2006年4月18日 優先權日2006年4月18日
發明者李選培, 錢國胤 申請人:北京東西分析儀器有限公司