CN105043818B - 一种时序控制的多路流体采样系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种时序控制的多路流体采样系统及其方法。它包括前端进样手动针阀、前端进样气动针阀、样本保存组件、压力表、采样管路、吹扫口气动针阀、真空口气动针阀、缓冲罐和管路连接手动针阀、缓冲罐、手动针阀、干泵；缓冲罐上设有多路采样管路、手动针阀，每路采样管路上顺次连接有进样口针阀、进样口气动针阀、多个样本保存组件，压力表、吹扫口气动针阀、气动针阀、针阀，手动针阀与干泵相连，每个样本保存组件包括顺次相连的VCR接头、采样口气动针阀、钢瓶前端针阀、采样钢瓶、采样钢瓶尾端针阀。本发明的优势在于，具有多个采样通道，并且可以实现自动阀采样，解决了对流体在多个位置并且多个时间点高保真采集并保存样品的问题。
Description
技术领域
本发明涉及流体采样系统，尤其涉及一种时序控制的多路流体采样系统及其方法。
背景技术
在用氦气作为增压剂排出贮罐内液氢/液氧等低温推进剂过程中，涉及到复杂的流动、传热和相变传质过程，并可能带来氦气对推进剂纯度的影响。研究和分析这一过程，对低温推进剂的高效、安全运输和贮存具有重要的实际工程意义。
W.B. Streett等人在文献中公布了一种氢氦气液两相平衡状态下对蒸汽和液体的采样系统。采样系统包括蒸汽采样管路、液体采样管路、抽真空系统。蒸汽采样管路包括蒸汽阱、毛细短管、接有多个采样玻璃瓶的管道；蒸汽阱由两段铜管线圈组成，两个线圈一端连接到一个球座的中心，另一端分别接有控制阀；球座和蒸汽采样阀进口用螺丝固定在一起，采样阀进口内置铜套管，采样阀出口接铜质毛细短管，毛细短管接采样瓶管路；采样玻璃瓶和管路之间接有控制阀，管路最后接真空系统，另设有排气口。液体采样管路包括不锈钢毛细管、采样控制阀、节流阀、两个线圈管路、两个旁通阀、采样瓶管路；不锈钢毛细管接液体样品处，毛细管上依次接采样控制阀、节流阀、两个线圈管路，两个线圈管路分别接有旁通阀，线圈管路接采样瓶管路，采样瓶管路的构成和蒸汽采样瓶管路相似，区别在于液体采样瓶管路在排气口接有流量计。
该系统解决了液态样品在采样过程中汽化时组分可能改变的问题。另外，它是用在二元两相平衡时的采样，只需对气相和液相分别设置单一采样点。对于非相平衡状态下的采样，它不适用。因此如何实现对流体在多个位置并且多个时间点的组分采样成为一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种时序控制的多路流体采样系统及其方法。
时序控制的多路流体采样系统，包括前端进样手动针阀、前端进样气动针阀、样本保存组件、压力表、采样管路、吹扫口气动针阀、真空口气动针阀、手动针阀、缓冲罐、手动针阀、干泵；
缓冲罐上设有多路采样管路、手动针阀，每路采样管路上顺次连接有前端进样手动针阀、前端进样气动针阀、多个样本保存组件，压力表、吹扫口气动针阀、真空口气动针阀、手动针阀，缓冲罐上的手动针阀与干泵相连，每个样本保存组件 包括顺次相连的VCR接头、采样口气动针阀、钢瓶前端针阀、采样钢瓶、钢瓶尾端针阀。
所述的前端进样气动针阀、采样口气动针阀、吹扫口气动针阀、真空口气动针阀由电脑时序控制。
使用所述系统的时序控制的多路流体采样方法，包括时序控制同时采样方法或时序控制依次采样方法，其中，时序控制同时采样方法为：关闭前端进样口手动针阀、钢瓶尾端针阀，打开钢瓶前端针阀，电脑控制打开前端进样气动针阀、真空口气动针阀及采样口气动针阀，吹扫口气动针阀处于关闭状态，对采样管路和样本保存组件抽真空；关闭采样口气动针阀，继续保持干泵运行，打开前端进样手动针阀，抽取样本；关闭真空口气动针阀；同时控制打开所有样本保存组件处的采样口气动针阀，组分气体冲入采样钢瓶，3-5秒后，关闭采样口气动针阀，完成一次同时采样；
时序控制依次采样方法为：关闭前端进样口手动针阀、钢瓶尾端针阀，打开钢瓶前端针阀，电脑控制打开前端进样气动针阀、真空口气动针阀及采样口气动针阀，吹扫口气动针阀处于关闭状态，对采样管路和样本保存组件抽真空；关闭采样口气动针阀，继续保持干泵运行，打开前端进样手动针阀，抽取样本；关闭真空口气动针阀；从最远端的样本保存组件开始，依次采样；关闭真空口气动针阀，打开最远端的吹扫口气动针阀，对采样管路吹扫3-5秒关闭吹扫口气动针阀，打开最远端样本保存组件处的采样口气动针阀，对最远端样本保存组件处的采样钢瓶充注气体，时间持续3-5秒，关闭最远端样本保存组件处的采样口气动针阀，完成最远端样本保存组件的组分采样；开始远端起第二个样本保存组件的组分采样，打开真空口气动针阀，排空采样管路上的剩余气体，保持3-5秒；关闭真空口气动针阀，打开最远端的吹扫口气动针阀，对采样管路吹扫3-5秒，关闭吹扫口气动针阀，打开远端起第二个样本保存组件处的采样口气动针阀，时间持续3-5秒，关闭远端起第二个样本保存组件处的采样口气动针阀，完成远端起第二个样本保存组件的组分采样；重复上述远端起第二个样本保存组件的组分采样操作，直到完成所有样本保存组件的组分采样。
本发明的时序控制的多路流体采样系统，优势在于，具有多个采样通道，并且可以实现自动阀采样。这使在非相平衡的状态下，对不同位置及对同一位置不同时间下的采样得以实现，即上述时序控制依次采样方法。对于相平衡状态下的采样，可采用上述时序控制同时采样方法。
附图说明
图1为时序控制的多路流体采样系统的结构示意图；
图2给出了一个应用实例示意图；
图中，前端进样手动针阀1、前端进样气动针阀2、样本保存组件3、采样口气动针阀4、钢瓶前端针阀5、采样钢瓶6、钢瓶尾端针阀7、压力表8、采样管路9、吹扫口气动针阀10、真空口气动针阀11、手动针阀12、缓冲罐13、手动针阀14、干泵15、VCR接头16。
具体实施方式
本发明主要用以多时间点采集并高保真保存多路低温流体样本，并基于气相色谱仪进行组分高精度分析。集成多路样品采集通道，每个通道设置多个样本储存容量。每个储存容量前有气动截止阀，自动控制截止阀时序开闭，以采集不同时间段内样本。样本时序由计算机控制，并由计算机储存测量的数据。为保证样本不受污染，平台含真空系统，采样前，采样管路自动抽真空流洗。本发明解决了非相平衡状态下的采样问题。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
时序控制的多路流体采样系统，包括前端进样手动针阀1、前端进样气动针阀2、样本保存组件3、压力表8、采样管路9、吹扫口气动针阀10、真空口气动针阀11、手动针阀12、缓冲罐13、手动针阀14、干泵15；
缓冲罐13上设有多路采样管路9、手动针阀14，每路采样管路9上顺次连接有前端进样手动针阀1、前端进样气动针阀2、多个样本保存组件3，压力表8、吹扫口气动针阀10、真空口气动针阀11、手动针阀12，手动针阀14与干泵15相连，每个样本保存组件3 包括顺次相连的VCR接头16、采样口气动针阀4、钢瓶前端针阀5、采样钢瓶6、钢瓶尾端针阀7。
所述的前端进样气动针阀2、采样口气动针阀4、吹扫口气动针阀10、真空口气动针阀11由电脑时序控制。
使用所述系统的时序控制的多路流体采样方法，包括时序控制同时采样方法或时序控制依次采样方法，其中，时序控制同时采样方法为：关闭前端进样口手动针阀1、钢瓶尾端针阀7，打开钢瓶前端针阀5，电脑控制打开前端进样气动针阀2、真空口气动针阀11及采样口气动针阀4，吹扫口气动针阀10处于关闭状态，对采样管路9和样本保存组件3抽真空；关闭采样口气动针阀4，继续保持干泵15运行，打开前端进样手动针阀1，抽取样本；关闭真空口气动针阀11；同时控制打开所有样本保存组件3处的采样口气动针阀4，组分气体冲入采样钢瓶6，3-5秒后，关闭采样口气动针阀4，完成一次同时采样；
时序控制依次采样方法为：关闭前端进样口手动针阀1、钢瓶尾端针阀7，打开钢瓶前端针阀5，电脑控制打开前端进样气动针阀2、真空口气动针阀11及采样口气动针阀4，吹扫口气动针阀10处于关闭状态，对采样管路9和样本保存组件3抽真空；关闭采样口气动针阀4，继续保持干泵15运行，打开前端进样手动针阀1，抽取样本；关闭真空口气动针阀11；从最远端的样本保存组件3开始，依次采样；关闭真空口气动针阀11，打开最远端的吹扫口气动针阀10，对采样管路9吹扫3-5秒关闭吹扫口气动针阀10，打开最远端样本保存组件3处的采样口气动针阀4，对最远端样本保存组件3处的采样钢瓶6充注气体，时间持续3-5秒，关闭最远端样本保存组件3处的采样口气动针阀4，完成最远端样本保存组件3的组分采样；开始远端起第二个样本保存组件3的组分采样，打开真空口气动针阀11，排空采样管路9上的剩余气体，保持3-5秒；关闭真空口气动针阀11，打开最远端的吹扫口气动针阀10，对采样管路9吹扫3-5秒，关闭吹扫口气动针阀10，打开远端起第二个样本保存组件3处的采样口气动针阀4，时间持续3-5秒，关闭远端起第二个样本保存组件3处的采样口气动针阀4，完成远端起第二个样本保存组件3的组分采样；重复上述远端起第二个样本保存组件3的组分采样操作，直到完成所有样本保存组件3的组分采样。
所得样品基于气相色谱仪进行组分高精度分析。
实施例1：
本实施例的多路流体采样系统如图2所示，该系统设置了5路采样管路，每路配备5个样本保存组件。
样品进口端和置于流体中的取样管道通过手动针阀MV01和手动针阀MV04连接。所有的气动针阀均由计算机控制，控制阀为常闭状态。
本实施例的采样过程如下：
1.对系统抽真空：
关闭前端进样口手动针阀MV01、MV04，关闭所有钢瓶尾端针阀ZV02、ZV10、ZV32、ZV40，打开所有钢瓶前端针阀ZV01、ZV09、ZV31、ZV39，电脑控制打开前端进样口气动针阀CV01、CV17，真空口气动针阀CV08、CV24及所有采样口气动针阀；吹扫口气动针阀处于关闭状态，对所有采样管路和各个采样单元抽真空；
2.抽取样本：
关闭各采样口气动针阀，继续保持真空机组运行状态，打开管路前端的手动针阀MV01、MV04，抽取样本；
3. 关闭真空自动阀CV24、CV08；
4. 若为相平衡状态下采样，则采用时序控制同时采样方法，同时控制打开所有采样口气动针阀，组份气体冲入采样钢瓶，3-5秒后，关闭采样口气动针阀，完成一次同时采样；
5. 若为非相平衡状态下采样，则时序控制依次采样方法，从最远端的采样钢瓶开始，依次采样；关闭真空口气动针阀CV08、CV24，首先打开最远端的吹扫口气动针阀，吹扫采样管路3-5秒关闭吹扫口气动针阀。打开最远端采样钢瓶的采样口气动针阀，对采样钢瓶充注气体，时间持续3-5秒，关闭最远端采样钢瓶的采样口气动针阀，完成最远端采样钢瓶的组分采样；
6. 打开真空口气动针阀CV24、CV08，排空采样管路的剩余气体，保持3-5秒；
7. 关闭真空口气动针阀CV24、CV08，首先打开最远端的吹扫口气动针阀，吹扫采样管路3-5秒关闭吹扫口气动针阀。打开下一个采样钢瓶的采样口气动针阀，时间持续3-5秒，关闭该采样钢瓶的采样口气动针阀，完成该采样钢瓶的组分采样；
8. 重复步骤5~7，完成所有采样钢瓶的组分采样。
采样得到的采样钢瓶内的样本组分，由气相色谱仪定量检测。
Claims (3)
1.一种时序控制的多路流体采样系统，其特征在于包括前端进样手动针阀（1）、前端进样气动针阀（2）、样本保存组件（3）、压力表（8）、采样管路（9）、吹扫口气动针阀（10）、真空口气动针阀（11）、手动针阀（12）、缓冲罐（13）、手动针阀（14）、干泵（15）；
缓冲罐（13）上设有多路采样管路（9）、手动针阀（14），每路采样管路（9）上顺次连接有前端进样手动针阀（1）、前端进样气动针阀（2）、多个样本保存组件（3），压力表（8）、吹扫口气动针阀（10）、真空口气动针阀（11）、手动针阀（12），手动针阀（14）与干泵（15）相连，每个样本保存组件（3） 包括顺次相连的VCR接头（16）、采样口气动针阀（4）、钢瓶前端针阀（5）、采样钢瓶（6）、钢瓶尾端针阀（7）。
2.根据权利要求1所述的一种时序控制的多路流体采样系统，其特征在于所述的前端进样气动针阀（2）、采样口气动针阀（4）、吹扫口气动针阀（10）、真空口气动针阀（11）由电脑时序控制。
3.一种使用如权利要求1所述系统的时序控制的多路流体采样方法，其特征在于：包括时序控制同时采样方法或时序控制依次采样方法，其中，时序控制同时采样方法为：关闭前端进样口手动针阀（1）、钢瓶尾端针阀（7），打开钢瓶前端针阀（5），电脑控制打开前端进样气动针阀（2）、真空口气动针阀（11）及采样口气动针阀（4），吹扫口气动针阀（10）处于关闭状态，对采样管路（9）和样本保存组件（3）抽真空；关闭采样口气动针阀（4），继续保持干泵（15）运行，打开前端进样手动针阀（1），抽取样本；关闭真空口气动针阀（11）；同时控制打开所有样本保存组件（3）处的采样口气动针阀（4），组分气体冲入采样钢瓶（6），3-5秒后，关闭采样口气动针阀（4），完成一次同时采样；
时序控制依次采样方法为：关闭前端进样口手动针阀（1）、钢瓶尾端针阀（7），打开钢瓶前端针阀（5），电脑控制打开前端进样气动针阀（2）、真空口气动针阀（11）及采样口气动针阀（4），吹扫口气动针阀（10）处于关闭状态，对采样管路（9）和样本保存组件（3）抽真空；关闭采样口气动针阀（4），继续保持干泵（15）运行，打开前端进样手动针阀（1），抽取样本；关闭真空口气动针阀（11）；从最远端的样本保存组件（3）开始，依次采样；关闭真空口气动针阀（11），打开最远端的吹扫口气动针阀（10），对采样管路（9）吹扫3-5秒关闭吹扫口气动针阀（10），打开最远端样本保存组件（3）处的采样口气动针阀（4），对最远端样本保存组件（3）处的采样钢瓶（6）充注气体，时间持续3-5秒，关闭最远端样本保存组件（3）处的采样口气动针阀（4），完成最远端样本保存组件（3）的组分采样；开始远端起第二个样本保存组件（3）的组分采样，打开真空口气动针阀（11），排空采样管路（9）上的剩余气体，保持3-5秒；关闭真空口气动针阀（11），打开最远端的吹扫口气动针阀（10），对采样管路（9）吹扫3-5秒，关闭吹扫口气动针阀（10），打开远端起第二个样本保存组件（3）处的采样口气动针阀（4），时间持续3-5秒，关闭远端起第二个样本保存组件（3）处的采样口气动针阀（4），完成远端起第二个样本保存组件（3）的组分采样；重复上述远端起第二个样本保存组件（3）的组分采样操作，直到完成所有样本保存组件（3）的组分采样。
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