CN104569203A - 一种基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统及方法，包括第一监测点进气管、采样气泵、六通平面阀、色谱柱、热导检测器、监控报警平台和纯化器切换装置；所述监控报警平台与纯化器切换装置、第一电磁阀、采样气泵以及六通平面阀电路连接。本发明可实现如氨气罐区或纯化器出口等多个监测点的氨气检测和报警，一旦发生氨气泄漏能在第一时间进行报警以提醒及时处置，提高了作业的安全性，同时有效避免了环境污染问题；同时可进行采样点的灵活选择和切换。进一步的，还可通过监控报警平台输出切换信号给纯化器切换装置，进行纯化器的自动切换，极大程度上提高了纯化的效果和效率，具有较高的应用和推广意义。

Description

一种基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统及方法

技术领域

本发明涉及一种气体检测报警领域，具体涉及一种氨气监测报警与切换系统及其对应的监测报警与切换方法。

背景技术

众所周知，硅化镁法硅烷生产工艺中离不开氨，通常是在液氨环境下，硅化镁合金与氯化铵反应生成硅烷和氨气，然后低温分离氨和硅烷，残留的氨通过分子筛纯化系统进行脱除。

在整个生产过程中，有液氨储罐、硅烷反应废渣罐、氨气罐区等，包括输氨管道和阀门等在内，在每个生产环节都有氨的存在。氨气一旦控制不好或者出现泄漏，不仅降硅烷产品质量，还极容易产生环境污染，给现场生产工作人员带来极大的安全隐患。

因此，急需一种可以有效检测氨气的技术和装置，一方面可提高硅烷产品质量，另一方面可以控制液氨泄露的发生，以确保生产现场人员的工作安全，避免环境污染。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，同时提供一种用于该基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统的方法，通过本系统及其对应的方法可实现监测点如氨气罐区或纯化器出口的氨气监测、报警，并可进行采样点的切换甚至纯化器的切换，提高了作业安全性，有效避免了环境污染。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，包括第一监测点进气管、采样气泵、六通平面阀、色谱柱、热导检测器、监控报警平台和纯化器切换装置；所述六通平面阀的六个通口均顺时针按顺序编号：通口一~通口六；所述六通平面阀的通口一和通口四之间接有定量管；

所述第一监测点进气管通过第一电磁阀与采样气泵连通；所述采样气泵的输出与六通平面阀的通口六连通；所述六通平面阀的通口二与载气管连通；所述六通平面阀的通口三与监控报警平台之间依次串接色谱柱和热导检测器；

所述监控报警平台与纯化器切换装置、第一电磁阀、采样气泵以及六通平面阀电路连接。

优选的，还进一步包括第二监测点进气管，所述第二监测点进气管通过第二电磁阀与采样气泵连通；所述第二电磁阀与所述监控报警平台电路连接。

进一步优选的，除第一监测点进气管外还包括两个以上的监测点进气管，各监测点进气管通过其各自对应的电磁阀与采样气泵连通；所述各电磁阀与所述监控报警平台电路连接。

优选的，所述第一监测点进气管为设于纯化器出口的第一监测点进气管。。

优选的，所述第一监测点进气管为设于纯化器出口的第一监测点进气管，所述第二监测点进气管为设于氨气罐区的第二监测点进气管。

优选的，所述色谱柱的填料为GDX403。

优选的，所述监控报警平台包括第一控制器以及与第一控制器连接的存储模块、模数转换器、报警模块、电源模块；所述热导检测器7通过模数转换器与第一控制器连接。

优选的，所述纯化器切换装置包括混合气体入口、第二控制器和两组以上的纯化器；每组纯化器的入口通过各自对应的电磁阀与混合气体入口连通，与各纯化器入口对应的电磁阀均与第二控制器连接；所述纯化器切换系统通过第二控制器与监控报警平台连接。

同时，为解决上述技术问题，本发明提供的用于上述系统的基于色谱分析的氨气监测报警与切换方法，包括如下步骤：

设置监测点的步骤：将各监测点对应的各监测点进气管设于待监测位置，其中一个监测点进气管设于纯化器出口；

设置参数的步骤：设置六通平面阀的开关时间、各监测点的切换时间、预设报警阈值；

切换被监控监测点进气通路的步骤；

采集样品气的步骤；

色谱分析和检测的步骤；

报警与切换的步骤：将色谱分析和检测的步骤输出的电信号经模数转换后，与被监控监测点对应的预设报警阈值进行比较，如等于或大于该预设报警阈值则进行该监测点对应的报警，此时如当前监控的监测点为设于纯化器出口的第一监测点，同时输出纯化器切换信号；

纯化器切换的步骤：根据报警与切换的步骤输出的纯化器切换信号，进行纯化器的自动切换。

优选的，所述基于色谱分析的氨气监测报警与切换方法中：

所述基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统中：包括两个监测点进气管，分别为第一监测点进气管和第二监测点进气管；所述纯化器切换装置包括两组纯化器，分别为第一纯化器和第二纯化器；色谱柱的填料为GDX403；

所述设置监测点的步骤中：将第一监测点进气管设于纯化器出口，第二监测点进气管设于氨气罐区；

所述设置参数的步骤中：所述预设报警阈值包括与第一监测点对应的第一预设阈值、与第二监测点对应的第二预设阈值，所述第一预设阈值为50×10^-6mol/mol，所述第二预设阈值为1×10^-3mol/mol。

有益效果：本发明提供的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统及方法，利用针对氨气的色谱柱和热导检测器，结合监控报警平台，可实现如氨气罐区或纯化器出口等多个监测点的氨气检测和报警，一旦发生氨气泄漏能在第一时间进行报警提醒工作人员进行处置，提高了作业的安全性，同时有效避免了氨气泄漏带来的环境污染问题；同时可进行采样点的灵活选择和切换。

进一步，当进行纯化器出口对应监测点的氨气检测和报警时，一旦检测到当前使用的纯化器失效并报警时，可通过监控报警平台输出切换信号给纯化器切换装置，进行纯化器的自动切换，既实现已活化的纯化器投入使用，失活的纯化器进行活化再生的自动切换工作模式，节约了人工检查的周期和成本的同时，极大程度上提高了纯化的效果和效率，并使得纯化器中的纯化材料可以反复使用，节约资源，具有较高的应用和推广意义。

附图说明

图1是本发明基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统的结构示意图（六通平面阀处于OFF状态）；

图2是本发明基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统的结构示意图（六通平面阀处于ON状态）；

图3是本发明基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统中监控报警平台的结构示意图；

图4是本发明基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统中纯化器切换装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统的结构示意图如图1（六通平面阀处于OFF状态）和图2（六通平面阀处于ON状态）所示，系统中监控报警平台的结构示意图如图3所示，系统中纯化器切换装置的结构示意图如图4所示，下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。

系统实施例1：如图1和图2所示，本系统实施例1提供的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，包括第一监测点进气管、第二监测点进气管、采样气泵3、六通平面阀、色谱柱6、热导检测器7、监控报警平台和纯化器切换装置；所述六通平面阀的六个通口均顺时针按顺序编号：通口一~通口六；所述六通平面阀的通口一和通口四之间接有定量管5。

所述第一监测点进气管设于纯化器出口，所述第二监测点进气管设于氨气罐区。所述第一监测点进气管通过第一电磁阀1与采样气泵连通；所述第二监测点进气管通过第二电磁阀2与采样气泵连通。具体的在本系统实施例1中，所述第一监测点进气管、第二监测点进气管通过一个三通阀（图中未示出）与采样气泵连通；第一监测点进气管与气动三通阀之间设有第一电磁阀1，第二监测点进气管与气动三通阀之间设有第二电磁阀2。增加一个三通阀的控制，能进一步有效避免多路采样气体的相互干扰和混合。

所述采样气泵的输出与六通平面阀的通口六连通；所述六通平面阀的通口二与载气管连通，通口五与排空管连通；所述六通平面阀的通口三与监控报警平台之间依次串接色谱柱6和热导检测器；

所述监控报警平台与纯化器切换装置、第一电磁阀1、第二电磁阀2、三通阀、采样气泵3以及六通平面阀电路连接。

本系统实施例1中所述色谱柱6的填料为GDX403。

如图3所示，所述监控报警平台包括第一控制器以及与第一控制器连接的存储模块、模数转换器、报警模块、电源模块；所述热导检测器7通过模数转换器与第一控制器连接。

如图4所示，所述纯化器切换装置包括混合气体入口、第二控制器、第一纯化器和第二纯化器；第一纯化器的入口通过第三电磁阀8与混合气体入口连通，第二纯化器的入口通过第四电磁阀9与混合气体入口连通，第三电磁阀8和第四电磁阀9均与第二控制器连接；所述纯化器切换系统通过第二控制器与监控报警平台连接。

系统实施例2：本实施例提供的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，包括第一监测点进气管、采样气泵、六通平面阀、色谱柱、热导检测器、监控报警平台和纯化器切换装置；所述六通平面阀的六个通口均顺时针按顺序编号：通口一~通口六；所述六通平面阀的通口一和通口四之间接有定量管；

所述第一监测点进气管通过第一电磁阀与采样气泵连通；所述采样气泵的输出与六通平面阀的通口六连通；所述六通平面阀的通口二与载气管连通，通口五与排空管连通；所述六通平面阀的通口三与监控报警平台之间依次串接色谱柱和热导检测器；

所述监控报警平台与纯化器切换装置、第一电磁阀、采样气泵以及六通平面阀电路连接。

所述色谱柱的填料为GDX403。

如图3所示，所述监控报警平台包括第一控制器以及与第一控制器连接的存储模块、模数转换器、报警模块、电源模块；所述热导检测器7通过模数转换器与第一控制器连接。

如图4所示，所述纯化器切换装置包括混合气体入口、第二控制器和两组以上的纯化器；每组纯化器的入口通过各自对应的电磁阀与混合气体入口连通，各电磁阀与第二控制器连接；所述纯化器切换系统通过第二控制器与监控报警平台连接。

所述第一监测点进气管设于纯化器出口或氨气罐区。

系统实施例3：与系统实施例1、系统实施例2中的任一个结构基本相同，相同之处不再累述，所不同的是：包括两个及两个以上的监测点进气管，各监测点进气管通过其各自对应的电磁阀与采样气泵连通；各电磁阀与采样气泵之间根据实际结构可配置气动多通阀用于监测点进气管的选择。所述各与监测点进气管连接的电磁阀均与所述监控报警平台电路连接。

所述纯化器切换装置包括混合气体入口、第二控制器和两组以上的纯化器；每组纯化器的入口通过各自对应的电磁阀与混合气体入口连通，与各纯化器入口对应的电磁阀均与第二控制器连接；所述纯化器切换系统通过第二控制器与监控报警平台连接。

方法实施例4：系统实施例1为较优实施例，以系统实施例1为例，阐述本发明的方法实施例4，及本发明对应的工作流程和原理：

设置监测点的步骤：首先将第一监测点对应的所述第一监测点进气管设于纯化器出口，第二监测点对应的所述第二监测点进气管设于氨气罐区。

设置参数的步骤：设置六通平面阀的开关时间、监测点的切换时间、预设报警阈值；所述预设报警阈值包括与第一监测点对应的第一预设阈值、与第二监测点对应的第二预设阈值，所述第一预设阈值为50×10^-6mol/mol，所述第二预设阈值为1×10^-3mol/mol。

监控第一监测点：

切换被监控监测点进气通路的步骤：通过监控报警平台开启第一电磁阀1、关闭第二电磁阀2；开启三通阀与第一电磁阀1对接的通口，关闭三通阀与第二电磁阀2对接的通口；开启采样气泵3。

采集样品气的步骤：

通过监控报警平台控制六通平面阀处于OFF状态（既取样状态），在此状态下，采样气泵3启动后，第一监测点进气管采集到的样品气被输送至六通平面阀的通口六，如图1所示，依次经过与通口六连通的通口一、定量管5、通口四和通口五后对外排空；载气经六通平面阀的通口二、与通口二连通的通口三后，持续输入色谱柱6。

然后，通过监控报警平台控制六通平面阀处于ON状态（既进样状态）。在此状态下，第一监测点进气管采集到的样品气被输送至六通平面阀的通口六后，如图2所示，经由与通口六连通的通口五对外排空；载气经六通平面阀的通口二输入，经过与通口二连通的通口一输入定量管5，定量管5中的样品气由载气推动依次经过通口四和通口三后输入色谱柱6，完成样品气的进样。

色谱分析和检测的步骤：样品气在载气的推动下进入色谱柱6后，在色谱柱的作用下将氨气和载气进行分离，流出的经过分离的待测组分进一步输入热导检测器TCD后输出电信号。

报警与切换的步骤：将色谱分析和检测的步骤输出的电信号经模数转换后，与对应的预设报警阈值进行比较，如等于或大于预设报警阈值则进行报警，同时输出纯化器切换信号；既，

将热导检测器TCD输出的电信号输入监控报警平台，经模数转换器转换后得到该第一监测点对应的数据（定性定量数据）。监控报警平台的第一控制器将该数据与存储模块中存储的第一预设阈值进行比较，如等于或大于第一预设阈值，则启动报警模块进行第一监测点对应的报警，并输出纯化器切换信号给纯化器切换装置。

纯化器切换的步骤：纯化器切换装置的第二控制器收到纯化器切换信号后进行纯化器的自动切换，既关闭处于工作状态中的已经失活的第一纯化器对应的电磁阀8，开启完成活化待用的第二纯化器对应的电磁阀9，并启动已经失活的第一纯化器进行活化再生。实现了已活化的纯化器投入使用，失活的纯化器撤下进行活化再生的自动切换工作模式。

监控第二监测点：

切换被监控监测点进气通路的步骤：通过监控报警平台关闭第一电磁阀1、开启第二电磁阀2；对应关闭三通阀与第一电磁阀1对接的通口，开启三通阀与第二电磁阀2对接的通口；开启采样气泵3。

采集样品气的步骤：

通过监控报警平台控制六通平面阀处于OFF状态（既取样状态），在此状态下，采样气泵3启动后，第二监测点进气管采集到的样品气被输送至六通平面阀的通口六，如图1所示，依次经过与通口六连通的通口一、定量管5、通口四和通口五后对外排空；载气经六通平面阀的通口二、与通口二连通的通口三后，持续输入色谱柱6。

然后，通过监控报警平台控制六通平面阀处于ON状态（既进样状态）。在此状态下，第二监测点进气管采集到的样品气被输送至六通平面阀的通口六后，如图2所示，经由与通口六连通的通口五对外排空；载气经六通平面阀的通口二输入，经过与通口二连通的通口一输入定量管5，定量管5中的样品气由载气推动依次经过通口四和通口三后输入色谱柱6，完成样品气的进样。

色谱分析和检测的步骤：样品气在载气的推动下进入色谱柱6后，在色谱柱的作用下将氨气和载气进行分离，流出的经过分离的待测组分进一步输入热导检测器TCD后输出电信号。

报警与切换的步骤：将色谱分析和检测的步骤输出的电信号经模数转换后，与对应的预设报警阈值进行比较，如等于或大于预设报警阈值则进行报警；既，

将热导检测器TCD输出的电信号输入监控报警平台，经模数转换器转换后得到该第二监测点对应的数据（定性定量数据），监控报警平台的第一控制器将该数据与存储模块中存储的第二预设阈值进行比较，如等于或大于第二预设阈值，则启动报警模块进行第二监测点对应的报警。

上述载气可以是高纯氦或高纯氢。上述通过监控报警平台切换被监控监测点进气通路的步骤可根据需要设置为人工触发和/或根据预设的切换时间和间隔自动触发。上述各监测点进气管当然也可以根据需要设置在其他需要监控的位置，如液氨储罐区、硅烷反应废渣罐区、输氨管道和阀门附近等。所述六通平面阀的开关时间、被监控监测点进气通路之间的切换时间和间隔、预设报警阈值等均可根据实际需求灵活设置。

以上实施列对本发明不构成限定，相关工作人员在不偏离本发明技术思想的范围内，所进行的多样变化和修改，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于，包括第一监测点进气管、采样气泵、六通平面阀、色谱柱、热导检测器、监控报警平台和纯化器切换装置；所述六通平面阀的六个通口均顺时针按顺序编号：通口一~通口六；所述六通平面阀的通口一和通口四之间接有定量管；

所述第一监测点进气管通过第一电磁阀与采样气泵连通；所述采样气泵的输出与六通平面阀的通口六连通；所述六通平面阀的通口二与载气管连通；所述六通平面阀的通口三与监控报警平台之间依次串接色谱柱和热导检测器；

所述监控报警平台与纯化器切换装置、第一电磁阀、采样气泵以及六通平面阀电路连接。

2.根据权利要求1所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于：还包括第二监测点进气管，所述第二监测点进气管通过第二电磁阀与采样气泵连通；所述第二电磁阀2与所述监控报警平台电路连接。

3.根据权利要求1所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于：除第一监测点进气管外还包括两个以上的监测点进气管，各监测点进气管通过其各自对应的电磁阀与采样气泵连通；所述各电磁阀与所述监控报警平台电路连接。

4.根据权利要求1所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于：所述第一监测点进气管为设于纯化器出口的第一监测点进气管。

5.根据权利要求2所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于：所述第一监测点进气管为设于纯化器出口的第一监测点进气管，所述第二监测点进气管为设于氨气罐区的第二监测点进气管。

6.根据权利要求1所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于：所述色谱柱的填料为GDX403。

7.根据权利要求1所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于：所述监控报警平台包括第一控制器以及与第一控制器连接的存储模块、模数转换器、报警模块、电源模块；所述热导检测器通过模数转换器与第一控制器连接。

8.根据权利要求1所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统，其特征在于：所述纯化器切换装置包括混合气体入口、第二控制器和两组以上的纯化器；每组纯化器的入口通过各自对应的电磁阀与混合气体入口连通，与各纯化器入口对应的电磁阀均与第二控制器连接；所述纯化器切换系统通过第二控制器与监控报警平台连接。

9.用于权利要求1至8任一权利要求所述系统的基于色谱分析的氨气监测报警与切换方法，其特征在于包括如下步骤：

设置监测点的步骤：将各监测点对应的各监测点进气管设于待监测位置，其中一个监测点进气管设于纯化器出口；

设置参数的步骤：设置六通平面阀的开关时间、各监测点的切换时间、预设报警阈值；

切换被监控监测点进气通路的步骤；

采集样品气的步骤；

色谱分析和检测的步骤；

报警与切换的步骤：将色谱分析和检测的步骤输出的电信号经模数转换后，与被监控监测点对应的预设报警阈值进行比较，如等于或大于该预设报警阈值则进行该监测点对应的报警，此时如当前监控的监测点为设于纯化器出口的第一监测点，同时输出纯化器切换信号；

纯化器切换的步骤：根据报警与切换的步骤输出的纯化器切换信号，进行纯化器的自动切换。

10.根据权利要求9所述的基于色谱分析的氨气监测报警与切换方法，其特征在于：所述基于色谱分析的氨气监测报警与切换系统中：包括两个监测点进气管，分别为第一监测点进气管和第二监测点进气管；所述纯化器切换装置包括两组纯化器，分别为第一纯化器和第二纯化器；色谱柱的填料为GDX403；

所述设置监测点的步骤中：将第一监测点进气管设于纯化器出口，第二监测点进气管设于氨气罐区；

所述设置参数的步骤中：所述预设报警阈值包括与第一监测点对应的第一预设阈值、与第二监测点对应的第二预设阈值，所述第一预设阈值为50×10^-6mol/mol，所述第二预设阈值为1×10^-3mol/mol。