CN103143280B - 一种特种气体发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特种气体发生装置，两路输入气体分别经进气管路流经质量流量计后，再经第一三通阀汇合成混合气体，该混合气体经第二三通阀后被分为浓度相同的两支路气体，两支路气体中的一路气体经流量计后，由出气管路输出一定浓度和流量的待配置气体；两支路气体中的另一路气体经用以调节出气管路输出气体流量的调节阀后，由排空管路排出。实施本发明的特种气体发生装置，能根据试验需求、利用已知浓度的少量几种标准气体配置各种浓度的氟化氢气体，氟化氢和六氟化硫的混合气体，甚至氟化氢、六氟化硫及其分解物；重量轻，易于携带，进一步降低人工及运输成本。

Description

一种特种气体发生装置

技术领域

本发明涉及气体发生装置领域，尤其涉及一种能够根据试验需求、利用已知浓度的少量几种标准气体配置各种浓度的氟化氢气体，氟化氢和六氟化硫的混合气体，甚至氟化氢、六氟化硫及其分解物的特种气体发生装置。

背景技术

电力工业中，SF6气体以其优异的绝缘性能及灭弧性能已经被广泛地应用于各种中压、高压、超高压电气设备中作为绝缘和灭弧介质，从应用来看，SF6气体绝缘断路器和绝缘变电站GIS是最主要的领域。据不完全统计，全国SF6高压开关和全封闭组合电器GIS达数十万台，已成为电力系统的主要设备，其应用对提高电力生产的安全经济运行起到了很好的作用。

SF6气体绝缘性能虽然优越，但是，根据相关规程要求必须对对其进行严格的质量监督和安全管理。这是因为，SF6气体在其生产过程中或者在高能因子的作用下，会分解产生若干有毒甚至剧毒、强腐蚀性有害杂质，当体系中存在水分、空气(氧)、电极材料、设备材料等，则会导致分解过程的复杂化，致使分解产物的数量和种类明显增加，其危害性也显著加大。

六氟化硫气体杂质的危害主要表现在它的分解产物的毒性和腐蚀性，六氟化硫气体中的杂质及分解产物中酸性物质特别是HF的存在可引起高压开关设备材质的腐蚀；水分的存在，在一定条件下可能导致电气性能劣化，甚至造成严重的设备事故。

因此，为了监测六氟化硫高压开关设备中的气体，国家的多项法律法规(如：工业六氟化硫(GB12022-89)、《六氟化硫电气设备中气体管理和检验导则》(GB/T8905-1996)、《电力设备预防性试验规程》(DL/T596-1996))中都规定了高压开关中六氟化硫气体的各项监测指标，其中就有氟化氢气体。按照现行的国家标准，为了控制六氟化硫气体的质量，对六氟化硫气体要求做酸度(以HF计)测定、杂质组分(含可水解氟化物(以HF计))以及六氟化硫气体纯度等指标的测定。

但是，六氟化硫气体中的氟化氢气体非常不容易检测到，这主要是因为：1，氟化氢气体在特定事件下的生成量非常少，一般情况下不超过10ppm；2，氟化氢气体在六氟化硫气体中的存在时间比较短，氟化氢遇水极易形成氢氟酸。目前，氟化氢(HF)精确检测仍然是GIS设备气体检测中的难点之一。

要精确检测氟化氢气体，就要对氟化氢气体的各种物理化学特性，各种浓度的氟化氢气体对高压开关设备造成的各种破坏性影响进行实验分析，甚至对各种浓度的氟化氢和六氟化硫气体混合中生产的复杂的化学反应进行分析实验，那么，就需要大量的各种浓度的氟化氢气体或者氟化氢和六氟化硫气体混合气体的各种标准气体。

近年来，电力部门对通过检测SF6气体分解物的成分(其中就包含氟化氢的检测)来诊断GIS内部故障的仪器有越来越迫切的需求，但该领域的基础研究和仪器研制还远未满足需要。据调查，现阶段，各种电力部门对高压开关气体中氟化氢(HF)的各项研究和试验都是通过大量的购置各种氟化氢标准物质来进行的，这样，仅仅在购置各种氟化氢标准物质这一块，就需要投入大量的研发资金，另一方面，大量的充装标准物质的气瓶堆积在实验室，不仅占用实验室的面积，降低了实验室的利用率，也给实验室的管理带来了一定的安全隐患。

若有一种氟化氢的气体发生装置，能根据试验需求、利用已知浓度的少量几种标准气体(例如3～5种)配置各种浓度的氟化氢气体，氟化氢和六氟化硫的混合气体，甚至氟化氢、六氟化硫及其分解物的各种气体，则将很大程度上改变这一状况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种特种气体发生装置，能够根据试验需求、利用已知浓度的少量几种标准气体配置各种浓度的氟化氢气体，氟化氢和六氟化硫的混合气体，甚至氟化氢、六氟化硫及其分解物；重量轻，易于携带，进一步降低人工及运输成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种特种气体发生装置，包括：用以供给稀释气体或组分气体的第一进气管路和第二进气管路，稀释气体包括高纯氮气或纯净空气，组分气体包括已知浓度的混合标准气体；分别与第一进气管路和第二进气管路相连接的第一质量流量计和第二质量流量计；第一三通阀，其具有三个阀口，其中两个阀口通过管路分别连接在第一质量流量计和第二质量流量计上，另一阀口通过管路连接第二三通阀的一个阀口上，第二三通阀还具有另两个阀口；分别通过管路连接在第二三通阀的另两个阀口上的调节阀和流量计；以及连接在调节阀上的排空管路和连接在流量计上的出气管路；其中：两路输入气体分别经第一进气管路和第二进气管路流经第一质量流量计和第二质量流量计后，再经第一三通阀汇合成混合气体，混合气体经第二三通阀后被分为浓度相同的两支路气体；两支路气体中的一路气体经流量计后，由出气管路输出一定浓度和流量的待配置气体；

两支路气体中的另一路气体经用以调节出气管路输出气体流量的调节阀后，由排空管路排出。

优选的，特种气体发生装置还包括：分别与第一质量流量计和第二质量流量计相连接用以控制供给稀释气体或组分气体流量的质量流量控制器。

优选的，质量流量控制器通过一串口通信模块与一动态配气主控器相连接。

优选的，动态配气主控器分别连接一时钟模块和一显示屏，动态配气主控器对时钟模块进行数据采集，并把采集的数据信息在显示屏上显示。

优选的，调节阀与动态配气主控器连接。

优选的，流量计与动态配气主控器连接。

优选的，组分气体包括已知浓度的混合标准气体。

实施本发明特种气体发生装置，具有如下有益效果：两路输入气体分别经进气管路流经质量流量计后，再经第一三通阀汇合成混合气体，该混合气体经第二三通阀后被分为浓度相同的两支路气体，其能根据试验需求、利用已知浓度的少量几种标准气体配置各种浓度的氟化氢气体，氟化氢和六氟化硫的混合气体，甚至氟化氢、六氟化硫及其分解物气体发生装置；可以避免气体分析仪表校准、试验或检定过程中需要购置或配置多种不同浓度标准气体的弊端，可以减免现场检定过程中多种气瓶的运输所造成的运输和人工成本；重量轻，易于携带，应用广泛，能够提高标准气体资源的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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为本发明实施例特种气体发生装置的结构示意图。

图2为本发明实施例特种气体发生装置的控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参见图1、图2，为本发明特种气体发生装置的实施例一。本实施例中的气体发生装置，可利用已知浓度的少量几种标准气体配制各种浓度的氟化氢气体，可广泛应用于氟化氢气体各种物理化学特性的分析、氟化氢气体对高压开关设备造成的各种破坏性影响的实验分析，可应用于六氟化硫高压开关气体中氢氟酸(氟化氢溶于水)对高压开关造成的各种隐形故障的实验和分析。

如图1所示，为本实施例中特种气体发生装置的结构示意图，包括：用以供给稀释气体或组分气体的第一进气管路11和第二进气管路12；

分别与第一进气管路11和第二进气管路12相连接的第一质量流量计21和第二质量流量计22；

第一三通阀3，其具有三个阀口3a、3b及3c，其中两个阀口3a、3b通过管路D1、D2分别连接在第一质量流量计21和第二质量流量计22上，另一阀口3c通过管路A连接第二三通阀4的一个阀口4a上，第二三通阀4还具有另两个阀口4b和4c；

分别通过管路B、C连接在第二三通阀4的另两个阀口4b和4c上的调节阀5和流量计6；以及

连接在调节阀5上的排空管路7和连接在流量计6上的出气管路8。

本实施例中的配气装置是对不同的气源进行稀释或按一定浓度混合的仪器设备，是实验室必不可少的设备，能够为各种检测仪的校准、检测提供良好的基础平台。

具体地，特种气体发生装置可以根据稀释气体和组分气体连续不断配置浓度一定的标准气体，其中：稀释气体可以是高纯氮气或纯净空气，组分气体包括已知浓度的混合标准气体。此外，还可以快速地改变由出气管路8输出的标准气体的浓度。例如：通过控制调节阀5，可以使出气管路8的气体流量满足使用需求。

进一步的，图1所示的箭头方向为由第一进气管路11和第二进气管路12进行供给稀释气体或组分气体后的气流流动方向。本实施例的配气装置包括两路输入气体，分别由第一进气管路11和第二进气管路12进入配气装置。

由于第一质量流量计21和第二质量流量计22分别连接在第一进气管路11和第二进气管路12的末端，两路气体首先通过两质量流量计21，22。

如图2所示，为本实施例特种气体发生装置的控制系统结构示意图。其中：

第一质量流量计21和第二质量流量计22分别由质量流量控制器23进行控制，而质量流量控制器23通过一串口通讯模块24与一动态配气主控器25相连接。用户输入的待输出溶度和流量气体的数据信息通过动态配气主控器25进行控制。例如：动态配气主控器25将待输出溶度、流量气体的数据信息通过串口通信模块24传输给质量流量控制器23，而质量流量控制器23对流经第一质量流量计21和第二质量流量计22的两路气体进行控制。

进一步的，两路输入气体分别通过第一质量流量计21和第二质量流量计22后进入第一三通阀3。其中：第一三通阀3具有三个阀口3a、3b及3c，两路气体分别通过管路D1、D2接入第一三通阀3的两个阀口3a、3b后，由另一阀口3c输出。在此过程中，两路气体汇合成一路气体并最终由第一三通阀3的阀口3c输送至管路A中。

第二三通阀4同样具有三个阀口4a、4b及4c，管路A连接至第二三通阀4的阀口4a上，上述混合气体再经第二三通阀4后被分为浓度相同的两支路气体，其中一支路气体由一阀口4b输送至管路B中，另一支路气体由阀口4c输送至管路C中。

进一步的，管路B的末端连接调节阀5，调节阀5的作用是使最终由出气管路8输出的气体的流量达到预设的标准，该支路气体通过调节阀5的调节，多余的气体流量将通过与调节阀5相连的排空管路7排至大气中。

优选的，调节阀5在具体实施时与动态配气主控器25连接，并受其控制。

进一步的，管路C的末端连接流量计6，上述一支路的气体经由流量计6后再流经出口管路8排出，该支路气体便是待输出浓度和流量的气体。优选的，流量计6在具体实施时与动态配气主控器25连接，并受其控制。

综上，两路输入气体分别经第一进气管路11和第二进气管路12流经第一质量流量计21和第二质量流量计22后，再经所述第一三通阀3汇合成混合气体。混合气体经第二三通阀4后被分为浓度相同的两支路气体，该两支路气体中的一路气体经流量计6后，由出气管路8输出；另一路气体经用以调节出气管路7输出气体流量的调节阀5后，由排空管路7排出。

在此过程中，第一质量流量计21、第二质量流量计22、调节阀5以及流量计6分别受控于动态配气主控器25。

优选的，动态配气主控器25分别连接一时钟模块26和一显示屏27，动态配气主控器25对时钟模块26进行数据采集，并把采集的数据信息在显示屏27上显示，其中，显示屏27采用触摸屏控制的方式。

本实施例中，还包括分别与动态配气主控器25和质量流量控制器23相连接的电源模块28。其中：电源模块28输出电压为+24V，可直接为两质量流量计21、22供电，同时将该+24V电源经过稳压稳流后输出+5V和3.3V电源，为动态配气主控器25和其他电路元件供电。

此外，动态配气主控器25还连接一数据存储模块29，通过动态配气主控器25的数据口对采集的气体信号进行存储和读取。

下面以稀释气体(如氮气)和氟化氢标准气体(已知浓度)合成不同浓度的氟化氢气体为例进行说明。

配制气体时，稀释气体和组分气体(已知浓度的氟化氢气体)分别经第一进气管路11和第二进气管路12分别流经第一质量流量计21和第二质量流量计22，并经第一三通阀3后汇成一路混合气体，此即为待配制的气体。此过程中，第一质量流量计21和第二质量流量计22分别控制稀释气体及组分气体的流量。稀释气体可采用高纯氮、纯净空气等，组分气可为纯气或已知浓度的氟化氢标气，此时经三通阀合成的气体可为10^-8～10^-2含量的各种与组分气体相关的标准气体。

经第一三通阀3合成的混合气体再经第二三通阀4后被分成浓度相同的2支气路，其中一支气路串联流量计6再流经气体管路连接到出气口，作为待输出一定浓度和流量的气体，另一支气路连接一个调节阀5后再经气体管路连接到排空口。调节排空气路中设置的调节阀5，使出气口的气体流量满足需求，此时，多余的气体流量经排空口排入大气中，那么，出口管路8的气体即为满足质量流量要求的待配制气体。

进一步的，本发明特种气体发生装置在具体实施时，可配制多种标准气体，在变更已知组分气源的情况下，可实现氟化氢气体不同组分不同浓度气体的连续配置，如氮气和氟化氢标气的组合可以配置氟化氢气体的不同浓度的气体；六氟化硫气体和氟化氢标准气体的组合可以配置不同浓度的六氟化硫气体和氟化氢混合气体，气体组分发生变化。此特点可以避免实验、试验或检定过程中需要购置多种不同浓度氟化氢标准气体的弊端。

进一步的，本发明不仅适用于研制氟化氢(HF)精确检测仪表的企业，还适用于开展各项氟化氢、六氟化硫高压开关实验的电力部门实验室。由于本发明发生气体的方式是连续配制，所以它不仅适用于便携式氟化氢气体分析仪表的试验、校准，也同样适用于在线气体分析仪表的校准和检定。

实施本发明的特种气体发生装置，具有如下有益效果：两路输入气体分别经进气管路流经质量流量计后，再经第一三通阀汇合成混合气体，该混合气体经第二三通阀后被分为浓度相同的两支路气体。本发明特种气体发生装置，能根据试验需求、利用已知浓度的少量几种标准气体配置各种浓度的氟化氢气体，氟化氢和六氟化硫的混合气体，甚至氟化氢、六氟化硫及其分解物。

无论是对研制氟化氢(HF)精确检测仪表的企业来说，还是对开展各项氟化氢、六氟化硫高压开关实验的电力部门来讲，都可以大量节省投资在标准物质购置上的资金，从而把资金投入到更关键的研发环节；还可以避免实验、试验或检定过程中需要购置多种不同浓度标准气体的弊端。该装置的推广应用还可以提高实验室的利用率，消除大量有毒标准气体堆积在实验室造成的安全隐患。可以广泛应用于气体分析仪表的校验和试验，也可作为气体实验室必备设备，为各种检测仪的校准、检测提供良好的基础平台。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种特种气体发生装置，其特征在于，所述特种气体发生装置包括：

用以供给稀释气体或组分气体的第一进气管路和第二进气管路，所述稀释气体包括高纯氮气或纯净空气，所述组分气体包括已知浓度的混合标准气体；

分别与所述第一进气管路和所述第二进气管路相连接的第一质量流量计和第二质量流量计；

第一三通阀，其具有三个阀口，其中两个阀口通过管路分别连接在所述第一质量流量计和所述第二质量流量计上，另一阀口通过管路连接第二三通阀的一个阀口上，所述第二三通阀还具有另两个阀口；

分别通过管路连接在所述第二三通阀的所述另两个阀口上的调节阀和流量计；以及连接在所述调节阀上的排空管路和连接在所述流量计上的出气管路；其中：

两路输入气体分别经所述第一进气管路和所述第二进气管路流经所述第一质量流量计和所述第二质量流量计后，再经所述第一三通阀汇合成混合气体，所述混合气体经所述第二三通阀后被分为浓度相同的两支路气体；

所述两支路气体中的一路气体经所述流量计后，由所述出气管路输出一定浓度和流量的待配置气体；

所述两支路气体中的另一路气体经用以调节所述出气管路输出气体流量的所述调节阀后，由所述排空管路排出。

2.如权利要求1所述的特种气体发生装置，其特征在于，所述气体发生装置还包括：分别与所述第一质量流量计和所述第二质量流量计相连接用以控制所述供给稀释气体或组分气体流量的质量流量控制器。

3.如权利要求2所述的特种气体发生装置，其特征在于，所述质量流量控制器通过一串口通信模块与一动态配气主控器相连接。

4.如权利要求3所述的特种气体发生装置，其特征在于，所述动态配气主控器分别连接一时钟模块和一显示屏，所述动态配气主控器对所述时钟模块进行数据采集，并把采集的数据信息在所述显示屏上显示。

5.如权利要求3所述的特种气体发生装置，其特征在于，所述调节阀与所述动态配气主控器连接。

6.如权利要求3所述的特种气体发生装置，其特征在于，所述流量计与所述动态配气主控器连接。