CN104888635A - 一种配制多瓶混合气的装置与方法 - Google Patents

一种配制多瓶混合气的装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种配制多瓶混合气的装置与方法，属于混合气体的配气领域。所述装置包括稀释气原料气瓶、组分气原料气瓶、称量装置、减压阀、第一球阀、第二球阀、高真空挡板阀、真空压力表、真空泵、放空控制阀、排空管路、原料气主管路、精密压力表、产品气汇流排、针阀、产品气瓶；产品气汇流排包含多支气体管路，针阀和产品气瓶的数量均与气体管路的数量相等。所述方法步骤如下：步骤一，管路连接；步骤二，管路抽真空；步骤三，管路气体置换；步骤四，混合气体制备；步骤五，管路放空。采用本发明所述的装置及方法配制低浓度气体，减小了称量误差，提高了配气精度，配气速度快，适合批量生产，节约了配气成本。且装置简单，方法容易操作。

Description

一种配制多瓶混合气的装置与方法
技术领域
本发明涉及一种配制多瓶混合气的装置与方法，尤其涉及用于多瓶混合气的同时配制及充装，属于混合气体的配气领域。
背景技术
混合气体已广泛应用于科学研究、环境保护、工业生产和产品的检验等领域，市场需求量越来越大。混合气体的配制方法有静态配气法和动态配气法两大类。静态配气法包括：称重法、体积法和压力比法。静态配气法设备简单，易操作。但传统的静态配气法只能一次充一瓶气，不能连续配气，难以进行批量生产；而且对于分子量小的低浓度混合气，组分气称量量太小，将直接影响其定值的准确性，降低配气精度。
CN 203635083U公开了一种多瓶标准混合气体充装装置，包含配气球阀；与配气球阀连接的进气管；进气管的另一端连接标准充气瓶；与进气管中间部位连接的充气管；充气管设有多根充气管支路；设置在标准充气瓶下方的称量天平。该装置结构简单，操作简便，可实现多瓶同时配制，有效提高了生产效率。但是该装置不适于配制多瓶分子量小且用大容积钢瓶盛装的低浓度混合气。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配制多瓶混合气的装置与方法，采用本发明所述的装置及方法配制低浓度气体，减小了称量误差，提高了配气精度，配气速度快，适合批量生产，节约了配气成本。且装置简单，方法容易操作。
本发明的目的由以下技术方案实现：
一种配制多瓶混合气的装置，包括稀释气原料气瓶、组分气原料气瓶、称量装置、减压阀、第一球阀、第二球阀、高真空挡板阀、真空压力表、真空泵、放空控制阀、排空管路、原料气主管路、精密压力表、产品气汇流排、针阀、产品气瓶；产品气汇流排包含多支气体管路，针阀和产品气瓶的数量均与气体管路的数量相等；
其连接关系如下：
稀释气原料气瓶和产品气汇流排分别接入原料气主管路的两端；组分气原料气瓶通过管路接入原料气主管路，在组分气原料气瓶和原料气主管路之间的管路上依次设有减压阀和第一球阀，组分气原料气瓶置于称量装置上；组分气原料气瓶与原料气主管路的接入点和稀释气原料气瓶之间的管路上设有第二球阀；组分气原料气瓶与原料气主管路的接入点与产品气汇流排之间的原料气主管路上依次接入真空泵和排空管路，真空泵与原料气主管路之间的连接管路上依次设有真空压力表和高真空挡板阀，排空管路上设有放空控制阀；产品气汇流排上每支气体管路通过针阀与产品气瓶连接，产品气汇流排上安装有精密压力表；与组分气原料气瓶、稀释气原料气瓶和产品气瓶之间的管路连接均为柔性连接。
优选地，稀释气原料气瓶采用气瓶集装格。
优选地，所述称量装置为高精度电子天平，感量为10mg。
优选地，所述精密压力表测量范围为0-16MPa，精度等级为0.25％。
优选地，所述高真空挡板阀的阀体和阀座漏率≤1.3×10-7Pa·L·s-1。
优选地，所述真空泵为无油分子泵机组。
优选地，所述装置中气体管路材质为1/8英寸EP级316L不锈钢管路。
优选地，所述产品气汇流排中气体管路的数量为五个以上。
一种配制多瓶混合气的方法，步骤如下：
步骤一，管路连接：
1)将产品气瓶分别接入产品气汇流排上；
2)将组分气原料气瓶置于电子天平上，组分气原料气瓶出气口通过减压阀连接到原料气主管路；
3)将稀释气原料气瓶通过第二球阀接入原料气主管路；
步骤二，管路抽真空：
使针阀、减压阀和放空控制阀处于关闭状态，第一球阀、第二球阀和高真空挡板阀处于打开状态，打开真空泵，对管路系统进行抽真空，当真空压力表示值达到5Pa以下时，关闭真空泵和高真空挡板阀；
步骤三，管路气体置换：
使减压阀、第一球阀和第二球阀处于打开状态，高真空挡板阀、放空控制阀和针阀处于关闭状态，根据所需配制的混合气体，打开组分气原料气瓶的瓶阀，充入第一种组分气原料气，观察精密压力表示数到0.5MPa时，关闭组分气原料气瓶的瓶阀、减压阀、打开高真空挡板阀，同时打开真空泵，对管路系统进行抽真空，当真空压力表示值达到5Pa以下时，关闭真空泵和高真空挡板阀；重复充气体抽真空三次；
步骤四，混合气体制备：
1)充入组分气：从管路中卸下组分气原料气瓶，称量组分气原料气瓶质量，并记录电子天平的读数；按照步骤一将组分气原料气瓶重新接入管路；使高真空挡板阀、放空控制阀和第二球阀处于关闭状态，减压阀、第一球阀、针阀和产品气瓶的瓶阀处于打开状态；根据所需配制的混合气体，打开组分气原料气瓶的瓶阀，充入第一种组分气原料气，同时观察电子天平的读数，当气体充装量达到所需质量时，关闭组分气原料气瓶的瓶阀和针阀，系统稳定1min后，将组分气原料气瓶从管路中卸下，称量组分气原料气瓶的质量；根据所需组分气体质量，判断是否需要继续充入组分气体；组分气充装完毕后，关闭第一球阀；
2)充入稀释气：打开稀释气原料气瓶的瓶阀、第二球阀和针阀，充入稀释气原料气，最后观察精密压力表的读数，当达到所需的充装压力时，关闭稀释气原料气瓶的瓶阀、针阀和产品气瓶的瓶阀，完成配气过程。
步骤五，管路放空：
打开放空控制阀，将残余气体排出。
有益效果
(1)本发明采用称量法称量组分气原料气瓶的质量变化情况，来确定产品气瓶中的气体质量，这种方法尤其适用于配制多瓶分子量小且用大容积钢瓶盛装的低浓度混合气。因为，对于分子量小的低浓度的气体，如称量气体质量小于2g时，这样一次称量误差较大，我们采用此方法，如配制10瓶，则称量质量将达到约20g，从而减小了称量过程引入的误差，这样一来，能够提高配气精度。
(2)相比传统的静态配气方法，本发明采用称量法(组分气原料气)与压力比法(稀释气原料气)相结合，能够同时配制多瓶混合气体，配气速度快，可以批量生产。
(3)本发明的配气方法相比传统的静态配气法避免了多次冲洗管道，节省了原料气，尤其对于氪气、氙气等珍贵气体，用气成本节约效果更明显。
(4)本发明采用高真空度的真空泵，经稀释气体反复冲洗和抽真空，可以有效防止环境气体的影响，保证产品气的纯度要求。
(5)本发明的稀释气原料气瓶采用气瓶集装格，因为稀释气用量大，这样避免了多次更换钢瓶。
附图说明
图1为本发明所述配制多瓶混合气的装置。
其中，1-1—组分气原料气瓶，1-2—稀释气原料气瓶，2—电子天平，3—减压阀，4-1—第一球阀，4-2—第二球阀，5—高真空挡板阀，6—真空压力表，7—真空泵，8—放空控制阀，9—排空管路，10—原料气主管路，11—精密压力表，12—产品气汇流排，13—针阀，14—产品气瓶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1
如图1所示，一种配制多瓶混合气的装置，包括稀释气原料气瓶1-2、组分气原料气瓶1-1、称量装置、减压阀3、第一球阀4-1、第二球阀4-2、高真空挡板阀5、真空压力表6、真空泵7、放空控制阀8、排空管路9、原料气主管路10、精密压力表11、产品气汇流排12、针阀13、产品气瓶14；产品气汇流排12包含多支气体管路，针阀13和产品气瓶14的数量均与气体管路的数量相等；
其连接关系如下：
稀释气原料气瓶1-2和产品气汇流排12分别接入原料气主管路10的两端；组分气原料气瓶1-1通过管路接入原料气主管路10，在组分气原料气瓶1-1和原料气主管路10之间的管路上依次设有减压阀3和第一球阀4-1，组分气原料气瓶1-1置于称量装置上；组分气原料气瓶1-1与原料气主管路10的接入点和稀释气原料气瓶1-2之间的管路上设有第二球阀4-2；组分气原料气瓶1-1与原料气主管路10的接入点与产品气汇流排12之间的原料气主管路10上依次接入真空泵7和排空管路9，真空泵7与原料气主管路10之间的连接管路上依次设有真空压力表6和高真空挡板阀5，排空管路9上设有放空控制阀8；产品气汇流排12上每支气体管路通过针阀13与产品气瓶14连接，产品气汇流排12上安装有精密压力表11；与组分气原料气瓶1-1、稀释气原料气瓶1-2和产品气瓶14之间的管路连接均为柔性连接；高真空挡板阀5、真空压力表6和真空泵7依次连接组成抽真空装置；放空控制阀8和排空管路9连接组成放空装置；第二球阀4-2与第一球阀4-1出气管路与产品气汇流排12之间的原料气主管路10上依次接入并联的抽真空装置、放空装置。
优选地，稀释气原料气瓶1-2采用气瓶集装格。
优选地，所述称量装置为高精度电子天平2，感量为10mg。
优选地，所述精密压力表11测量范围为0-16MPa，精度等级为0.25％。
优选地，所述高真空挡板阀5的阀体和阀座漏率≤1.3×10-7Pa·L·s-1。
优选地，所述真空泵7为无油分子泵机组。
优选地，所述装置中气体管路材质为1/8英寸EP级316L不锈钢管路。
优选地，所述产品气汇流排12中气体管路的数量为五个以上。
一种配制多瓶混合气的方法，步骤如下：
步骤一，管路连接：
1)将十个产品气瓶14分别接入产品气汇流排12上；
2)将组分气原料气瓶1-1置于电子天平2上，组分气原料气瓶1-1出气口通过减压阀3连接到原料气主管路10；
3)将稀释气原料气瓶1-2通过第二球阀4-2接入原料气主管路10；
步骤二，管路抽真空：
使针阀13、减压阀3和放空控制阀8处于关闭状态，第一球阀4-1、第二球阀4-2和高真空挡板阀5处于打开状态，打开真空泵7，对管路系统进行抽真空，当真空压力表6示值达到5Pa以下时，关闭真空泵7和高真空挡板阀5；
步骤三，管路气体置换：
使减压阀3、第一球阀4-1和第二球阀4-2处于打开状态，高真空挡板阀5、放空控制阀8和针阀13处于关闭状态，根据所需配制的混合气体，打开组分气原料气瓶1-1的瓶阀，充入第一种组分气原料气，观察精密压力表11示数到0.5MPa时，关闭组分气原料气瓶1-1的瓶阀、减压阀3、打开高真空挡板阀5，同时打开真空泵7，对管路系统进行抽真空，当真空压力表6示值达到5Pa以下时，关闭真空泵7和高真空挡板阀5；重复充气体抽真空三次；
步骤四，混合气体制备：
1)充入组分气：从管路中卸下组分气原料气瓶1-1，称量组分气原料气瓶1-1质量，并记录电子天平2的读数；按照步骤一将组分气原料气瓶1-1重新接入管路；使高真空挡板阀5、放空控制阀8和第二球阀4-2处于关闭状态，减压阀3、第一球阀4-1、针阀13和产品气瓶14的瓶阀处于打开状态；根据所需配制的混合气体，打开组分气原料气瓶1-1的瓶阀，充入第一种组分气原料气，同时观察电子天平2的读数，当气体充装量达到所需质量时，关闭组分气原料气瓶1-1的瓶阀和针阀13，系统稳定1min后，将组分气原料气瓶1-1从管路中卸下，称量组分气原料气瓶1-1的质量；根据所需组分气体质量，判断是否需要继续充入组分气体；组分气充装完毕后，关闭第一球阀4-1；
在充入组分气过程中，电子天平的读数会受到与气瓶连接的管路的影响，可能会因此产生误差，因此，在充气前和充气后，将原料气瓶从管路上拆下并进行称量，能够减小误差。
2)充入稀释气：打开稀释气原料气瓶1-2的瓶阀、第二球阀4-2和针阀13，充入稀释气原料气，最后观察精密压力表11的读数，当达到所需的充装压力时，关闭稀释气原料气瓶1-2的瓶阀、针阀13和产品气瓶14的瓶阀，完成配气过程。
步骤五，管路放空：
打开放空控制阀8，将残余气体排出。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述装置包括稀释气原料气瓶(1-2)、组分气原料气瓶(1-1)、称量装置、减压阀(3)、第一球阀(4-1)、第二球阀(4-2)、高真空挡板阀(5)、真空压力表(6)、真空泵(7)、放空控制阀(8)、排空管路(9)、原料气主管路(10)、精密压力表(11)、产品气汇流排(12)、针阀(13)、产品气瓶(14)；产品气汇流排(12)包含多支气体管路，针阀(13)和产品气瓶(14)的数量均与气体管路的数量相等；
其连接关系如下：
稀释气原料气瓶(1-2)和产品气汇流排(12)分别接入原料气主管路(10)的两端；组分气原料气瓶(1-1)通过管路接入原料气主管路(10)，在组分气原料气瓶(1-1)和原料气主管路(10)之间的管路上依次设有减压阀(3)和第一球阀(4-1)，组分气原料气瓶(1-1)置于称量装置上；组分气原料气瓶(1-1)与原料气主管路(10)的接入点和稀释气原料气瓶(1-2)之间的管路上设有第二球阀(4-2)；组分气原料气瓶(1-1)与原料气主管路(10)的接入点与产品气汇流排(12)之间的原料气主管路(10)上依次接入真空泵(7)和排空管路(9)，真空泵(7)与原料气主管路(10)之间的连接管路上依次设有真空压力表(6)和高真空挡板阀(5)，排空管路(9)上设有放空控制阀(8)；产品气汇流排(12)上每支气体管路通过针阀(13)与产品气瓶(14)连接，产品气汇流排(12)上安装有精密压力表(11)；气体管路与组分气原料气瓶(1-1)、稀释气原料气瓶(1-2)和产品气瓶(14)之间的管路连接均为柔性连接。
2.根据权利要求1所述的一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述稀释气原料气瓶(1-2)采用气瓶集装格。
3.根据权利要求1所述的一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述称量装置为高精度电子天平(2)，感量为10mg。
4.根据权利要求1所述的一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述精密压力表(11)测量范围为0-16MPa，精度等级为0.25％。
5.根据权利要求1所述的一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述高真空挡板阀(5)的阀体和阀座漏率≤1.3×10-7Pa·L·s-1。
6.根据权利要求1所述的一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述真空泵(7)为无油分子泵机组。
7.根据权利要求1所述的一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述装置中气体管路材质为1/8英寸EP级316L不锈钢管路。
8.根据权利要求1所述的一种配制多瓶混合气的装置，其特征在于，所述产品气汇流排(12)中气体管路的数量为五个以上。
9.一种采用权利要求1所述配制多瓶混合气的装置的配制方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
步骤一，管路连接：
1)将产品气瓶(14)分别接入产品气汇流排(12)上；
2)将组分气原料气瓶(1-1)置于电子天平(2)上，组分气原料气瓶(1-1)出气口通过减压阀(3)连接到原料气主管路(10)；
3)将稀释气原料气瓶(1-2)通过第二球阀(4-2)接入原料气主管路(10)；
步骤二，管路抽真空：
使针阀(13)、减压阀(3)和放空控制阀(8)处于关闭状态，第一球阀(4-1)、第二球阀(4-2)和高真空挡板阀(5)处于打开状态，打开真空泵(7)，对管路系统进行抽真空，当真空压力表(6)示值达到5Pa以下时，关闭真空泵(7)和高真空挡板阀(5)；
步骤三，管路气体置换：
使减压阀(3)、第一球阀(4-1)和第二球阀(4-2)处于打开状态，高真空挡板阀(5)、放空控制阀(8)和针阀(13)处于关闭状态，根据所需配制的混合气体，打开组分气原料气瓶(1-1)的瓶阀，充入第一种组分气原料气，观察精密压力表(11)示数到0.5MPa时，关闭组分气原料气瓶(1-1)的瓶阀、减压阀(3)、打开高真空挡板阀(5)，同时打开真空泵(7)，对管路系统进行抽真空，当真空压力表(6)示值达到5Pa以下时，关闭真空泵(7)和高真空挡板阀(5)；重复充气体抽真空三次；
步骤四，混合气体制备：
1)充入组分气：从管路中卸下组分气原料气瓶(1-1)，称量组分气原料气瓶(1-1)质量，并记录电子天平(2)的读数；按照步骤一将组分气原料气瓶(1-1)重新接入管路；使高真空挡板阀(5)、放空控制阀(8)和第二球阀(4-2)处于关闭状态，减压阀(3)、第一球阀(4-1)、针阀(13)和产品气瓶(14)的瓶阀处于打开状态；根据所需配制的混合气体，打开组分气原料气瓶(1-1)的瓶阀，充入第一种组分气原料气，同时观察电子天平(2)的读数，当气体充装量达到所需质量时，关闭组分气原料气瓶(1-1)的瓶阀和针阀(13)，系统稳定1min后，将组分气原料气瓶(1-1)从管路中卸下，称量组分气原料气瓶(1-1)的质量；根据所需组分气体质量，判断是否需要继续充入组分气体；组分气充装完毕后，关闭第一球阀(4-1)；
2)充入稀释气：打开稀释气原料气瓶(1-2)的瓶阀、第二球阀(4-2)和针阀(13)，充入稀释气原料气，最后观察精密压力表(11)的读数，当达到所需的充装压力时，关闭稀释气原料气瓶(1-2)的瓶阀、针阀(13)和产品气瓶(14)的瓶阀，完成配气过程；
步骤五，管路放空：
打开放空控制阀(8)，将残余气体排出。
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