一种低压检测气体的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种低压检测气体的装置和方法。

背景技术

目前钢铁厂炼钢过程中高炉煤气或转炉煤气产生的煤气经除尘后仍有一些CO、H

目前钢铁厂高炉煤气或转炉煤气管道中除尘后的压力约10-50kPa。对煤气气体成分进行人工采样分析时，需在管道口处用采样装置在低压下取样。经过反复多次实验，由于被检测气体中目标气体含量少，加上检测过程中必然会受气相色谱仪器吹扫和进样、各压力表和人员操作的误差等带来的影响，即使采集到的气体压力为50kPa的情况下，500mL容量的采样钢瓶中的气体也只能进行一次检测，采样体积有限致使检测次数少，无法判断所测气体成分的结果是否准确的问题。对此，目前行业内普遍使用增大采样体积的办法，比如使用大体积采样袋或容量大的采样钢瓶以增加检测次数，当采集的样品数较多时，一方面会受到空间的限制，另一方面，运输和储存成本也会增加。

发明内容

本发明为了克服现有技术中低压气体检测方法采样效率低、成本高的缺陷，而提供了一种低压检测气体的装置和方法。本发明的低压检测气体方法在有限体积下能够准确地实现气体成分及含量的测量，操作简便、成本低。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种低压检测气体装置，其包括：气体增压装置、采样装置、真空装置和检测装置；

所述气体增压装置、所述采样装置、所述真空装置和所述检测装置分别通过气体管路与四通装置连接；

所述气体增压装置用于增加所述采样装置内部的气压；所述检测装置用于测量所述采样装置内部的气体；

所述气体增压装置与所述四通装置之间连接有减压阀；

所述检测装置与所述四通装置之间连接有流量调节装置和第一阀门；

所述真空装置与所述四通装置之间连接有第二阀门。

本发明中，通过调节所述减压阀，控制所述气体增压装置施加于所述采样装置的压力大小。

其中，所述气体增压装置较佳地为增压钢瓶。

其中，较佳地，所述气体增压装置与所述四通装置连接的气体管路为1/8英寸管路。

本发明中，所述采样装置可为本领域常规所说的采样装置，较佳地为采样钢瓶，更佳地为带压力表的采样钢瓶。

其中，所述采样钢瓶较佳地为双端钢瓶，所述双端钢瓶的两端较佳地均连接有阀门。所述采样钢瓶的容量越小越好，较佳地为500mL～1L。较佳地，所述采样钢瓶购自世伟洛克(Swagelok)公司。

本发明一优选实施方式中，所述采样钢瓶为双端钢瓶，购自世伟洛克(Swagelok)公司，容量为500mL。

其中，较佳地，所述采样装置与所述四通装置连接的气体管路为1/8英寸管路。

本发明中，通过调节所述流量调节装置，控制所述采样装置通入所述检测装置的气体流速；通过所述第一阀门直接控制所述流量调节装置和所述检测装置，与所述气体增压装置、所述采样装置和所述真空装置相关的管道的连接状态。

其中，所述流量调节装置较佳地为质量流量计。

其中，所述检测装置较佳地为气相色谱仪。

其中，所述第一阀门较佳地为球阀。

其中，较佳地，所述检测装置与所述四通装置连接的气体管路为1/8英寸管路。

本发明中，通过所述第二阀门直接控制所述真空装置与所述气体增压装置、所述采样装置和所述检测装置相关的管道的连接状态。

其中，所述真空装置较佳地为真空泵。

其中，所述第二阀门较佳地为球阀。

其中，较佳地，所述真空装置与所述第二阀门连接的气体管路为聚四氟乙烯管。

其中，较佳地，所述真空装置与所述四通装置连接的气体管路为1/8英寸管路。

本发明还提供了一种低压检测气体方法，其步骤包括：

向待测气体中通入增压气体，直至待测气体的体系压力为100kPa以上后，通入检测装置进行检测；

其中，所述增压气体为所述待测气体中不含有且不会影响检测结果的惰性气体。

本发明中，较佳地，向所述待测气体中通入所述增压气体，直至所述待测气体的体系压力为150kPa或200kPa以上后，再通入所述检测装置。

本发明中，所述待测气体的体系压力增加后，放置1h以上，再进行检测；所述放置时间例如为1h、1天、3天或5天。

本发明中，所述惰性气体是指不会与所述待测气体发生反应的气体，较佳地为氦气或氩气。

本发明中，较佳地，所述低压检测气体方法采用如前所述的低压检测气体装置进行；所述气体增压装置中含有所述增压气体；所述采样装置中含有所述待测气体；在所述第一阀门和所述第二阀门关闭的情况下，调节所述减压阀，通过所述气体增压装置通入所述增压气体直至所述采样装置内的压力为100kPa以上后，关闭所述采样装置的进气阀门和减压阀，开启所述第一阀门并调节所述流量调节装置，将所述采样装置的气体通入所述检测装置进行检测。

本领域技术人员应知晓，在通过所述气体增压装置向所述采样装置增加压力前，应保证所述低压检测气体装置内各管路的残留气体不会干扰最终的检测装置的检测结果。一般来讲，进行残留气体的清除操作，在具体实施方式中，在全部阀门关闭下，先开启所述第二阀门，通过所述真空装置排出所述气体增压装置、所述采样装置和所述检测装置相关的管道中的气体后，关闭所述第二阀门。在残留气体的清除操作之后，再进行向所述采样装置通入所述增压气体。

本领域技术人员应知晓，在通过所述检测装置进行检测前，应保证所述低压检测气体装置内各管路的残留气体不会干扰最终的检测装置的检测结果。一般来讲，进行残留气体的清除操作，操作如前所述。之后，再通过引入所述气体增压装置的气体对所述采样装置和所述检测装置相关的管道进行吹扫；所述吹扫的时间较佳地为5min以上。

本发明一优选实施方式中，通过调节所述质量流量计，控制所述采样装置进入所述检测装置的气体流速。

本发明中，所述待测气体较佳地为高炉煤气和/或转炉煤气，更佳地，所述待测气体含有CO、N

本发明中，所述待测气体体系在增压前的压力较佳地为10～50kPa。

本发明一优选实施方式中，所述待测气体为高炉煤气和/或转炉煤气，或者所述待测气体含有CO、N

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明中，低压检测气体装置简单，操作简便，成本低；低压检测气体方法能够在有限体积下准确地实现气体成分及含量的测量，效率高。本发明解决了很多增压进行气体检测的问题，能够适用于钢铁厂高炉煤气或转炉煤气管道的现场采样，实用性强。

附图说明

图1为实施例1的低压检测气体装置示意图。

图2为效果实施例1的模拟混合煤气配制装置示意图。

附图标记说明

气体增压装置1

采样装置2

真空装置3

检测装置4

四通装置5

减压阀6

流量调节装置7

第一阀门8

第二阀门9

标准气体钢瓶10

减压阀11

三通12

球阀13

真空泵14

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

如图1所示，实施例1为一种低压检测气体装置，其包括：气体增压装置1、采样装置2、真空装置3和检测装置4。气体增压装置1、采样装置2、真空装置3和检测装置4分别通过气体管路与四通装置5连接。气体增压装置1用于增加采样装置2内部的气压；检测装置4用于测量采样装置2内部的气体。气体增压装置1与四通装置5之间连接有减压阀6。检测装置4与四通装置5之间连接有流量调节装置7和第一阀门8。真空装置3与四通装置5之间连接有第二阀门9。

通过调节减压阀6，控制气体增压装置1施加于采样装置2的压力大小。气体增压装置1为增压钢瓶。气体增压装置1与四通装置5连接的气体管路为1/8英寸管路。

采样装置2为带压力表的采样钢瓶。采样钢瓶为双端钢瓶，双端钢瓶的两端均连接有阀门。采样钢瓶的容量为500mL或1L。采样钢瓶购自世伟洛克(Swagelok)公司。采样装置2与四通装置5连接的气体管路为1/8英寸管路。

通过调节流量调节装置7，控制采样装置2通入检测装置4的气体流速；通过第一阀门8直接控制流量调节装置7和检测装置4，与气体增压装置1、采样装置2和真空装置3相关的管道的连接状态。流量调节装置7为质量流量计。检测装置4为气相色谱仪。第一阀门8为球阀。检测装置4与四通装置5连接的气体管路为1/8英寸管路。

通过第二阀门9直接控制真空装置3与气体增压装置1、采样装置2和检测装置4相关的管道的连接状态。真空装置3为真空泵。第二阀门9为球阀。真空装置3与第二阀门9连接的气体管路为聚四氟乙烯管。真空装置3与四通装置5连接的气体管路为1/8英寸管路。

一种低压检测气体方法，其采用前述的低压检测气体装置进行，步骤包括：

(1)在全部阀门关闭下，先开启所述第二阀门9，通过真空装置3排出气体增压装置1、采样装置2和检测装置4相关的管道中的残留气体后，关闭第二阀门9。

(2)在第一阀门8和第二阀门9关闭的情况下，调节减压阀6，通过气体增压装置1向采样装置2增加压力直至采样装置2内的压力为200kPa，关闭采样装置2两端的阀门。

(3)在全部阀门关闭下，先开启所述第二阀门9，通过真空装置3排出气体增压装置1、采样装置2和检测装置4相关的管道中的残留气体后，关闭第二阀门9；再通过引入气体增压装置1的气体对采样装置2和检测装置4相关的管道进行吹扫；吹扫的时间为5min。

(4)将采样装置2内的待测气体通入检测装置4进行检测。通过调节流量调节装置7，可控制采样装置2进入检测装置4的气体流速。

气体增压装置1内的增压气体为氦气。

效果实施例1

本效果实施例以模拟混合煤气为待测样品，将采用氦气增压后的检测数据与采用氦气增压前的模拟混合煤气的检测结果进行比对，检验实施例1的装置和方法的是否会改变待测气体的成分和含量，以及测试准确性。采用的气相色谱仪的型号为安捷伦GC7890B，选择TCD检测器，柱箱温度40℃，检测器温度300℃。

本效果实施例包括两个步骤：

步骤一：

通过分别用氮气做平衡气的CO、CO

模拟混合煤气的配制采用如图2所示的模拟混合煤气配制装置进行，该装置由标准气体钢瓶10、减压阀11、三通12、球阀13、真空泵14、Swagelok钢瓶2(同实施例1的采样装置2)组成。配制步骤如下：

关闭所有阀门，打开球阀13通过真空泵14将装置内的空气抽成真空，打开标准气体钢瓶10，此时标准气体钢瓶10为CO标准气体钢瓶，减压阀11出口压力设为0.05Mpa，采集CO直到Swagelok钢瓶2中的气体压力表达到0.05Mpa，关闭Swagelok钢瓶2进气阀门。将CO标准气体钢瓶换成CO

将Swagelok钢瓶2接入实施例1的装置，关闭所有阀门连通真空泵14将管路空气抽成真空，将模拟混合煤气通入气相色谱仪检测2次，气相色谱仪的载气是氦气，直到压力表读数降为0.05Mpa，两次检测结果相近，取平均值作为氦气增压前的气体的检测结果。测试结果如表1所示。

步骤二：

按照实施例1的方法将氦气通入Swagelok钢瓶增压至200kPa，然后通入气相色谱仪进行检测，测试时间间隔为混气后1h，1d，3d，5d。测试结果如表1所示，根据组间差异性分析，p>0.05，表明氦气增压前后的检测数据差异不显著。

表1氦气增压前后的检测数据