CN107389777A

CN107389777A - 防爆氢火焰fid检测器

Info

Publication number: CN107389777A
Application number: CN201710643382.3A
Authority: CN
Inventors: 王斌
Original assignee: Chengdu Kai Sheng Jie Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Kai Sheng Jie Technology Co Ltd
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2017-07-31
Publication date: 2017-11-24

Abstract

本发明实现了防爆和非防爆行业的研发、实验、生产、质检的仪器、仪表中的防爆与非防爆行业和抗外界高压、耐腐蚀的石英氢火焰FID检测器。检测器在燃烧室中氧气与氢气达到一定比例，通过脉冲点火燃烧产生化学反应形成电离子，在极化电源的激化下电离子有规律的形成流向成为微电流的基准点，烃类通过载气被带石英入燃烧室，在燃烧过程中释放更多的电离子，电离子在高压极化电源的推动下，电离子随气体的流动进入收集极、形成信号经运算放大器后准确分析出的烃组份的含量，含量的大小与气体的浓度有关。检测器达到国家防爆标准或国际标准。检测器体具有防爆、抗腐蚀、火焰探测、电子脉冲点火、极化高压供电、收集、加热、温度检测、阻火、等功能。

Description

防爆氢火焰FID检测器

技术领域

本发明是分析仪器、仪表中的核心部件运用于国防、航天、消防、石油、化工、农业、环保、质量检测、造成、钻井、矿山开采、气体、焦炉煤气、炼化、核能、航天、医用、沼气、冶炼、制氧、半导体、印染等领域。

技术背景

当前在许多分析行仪表中的检测器采用的是手动点火，火焰熄灭不能自动点火，无法实现火焰连续监测，仪器自身无法识别不能自动关闭可燃氢气，检测器自身不防爆，于是氢气就无孔不钻，工作人员一时疏忽或未即时处理，仪器运行中在一定时间内、就会在某一空间内集聚、达到一定浓度、由于仪器在运行工作会产生火花、静电或其它原因瞬间引起爆炸，给企业带来巨大的损失，天灾人祸给社会带来严重无法挽回的灾难和后果直接造成负面影响。在当今社会有多少工厂、部门的爆炸、有多少人知道是由于仪器的传感器所造成的呢。还有就是其它类似的这种检测器的灵敏度低于本防爆氢火焰FID检测器。本发明的防爆氢火焰FID检测器成功解决了这一串安全隐患，给社会带来了安全、可靠、准确的质量保证。

发明内容

本发明实现了防爆和非防爆行业的研发、实验、生产、质检的仪器、仪表中的防爆、耐高压、高温（450℃）、抗酸碱腐蚀性气体的石英氢火焰FID检测器，是分析仪器仪表领域的又一核心技术部件。该检测器在燃烧室中氧气与氢气达到一定比例，在密闭或不密封的检测器腔体的燃烧室空间中，通过电子脉冲点火燃烧产生化学反应形电离子，在极化高压电源下形成的电场，在电场的作用下形成电流。

在高压极化电源的激化下电离子有规律的形成方向微电流，形成基准电流，烃类通过载气的带动进入燃烧室，在燃烧中释放更多的电离子，电离子在高压极化电源的推动下，电离子随气体的流动进入收集极形成微电流、经运算放大器后准确分析出的烃组份的含量，含量的大小与气体的浓度有关；检测器的灵敏度跟载气、燃烧气、助燃气、气体的纯度和检测器的结构和材料、设计、装配、间距、氢气与助燃气的比例等有关。检测器达到国家防爆标准或国际标准。检测器体具有防爆、隔爆、抗腐蚀性、火焰探测、电子脉冲点火、极化高压供电、收集、加热、温度检测、耐高温、耐压、阻火、离子化、高灵敏等特点。

本检测器可完全实现在密闭的的条件下，在高温300℃到500℃环境下，在10Mpa的高气压保压下，100日无变形；本检测器严格按照“标准参考：《化工用在线气相色谱仪》HG/T4095-2009、GB 3836.1-2000 /GB 3836.1-2010爆炸气体环境用电气设备第一部分：通用要求、GB 3836.5-2004 爆炸气体环境用电气设备第五部分：正压外壳型“P”、GB 9669.1-1998 工业产品说明书总则，GB/T 11606 分析仪器试验方法”而设计、加工、生产、使用。

技术原理

本检测器的原理是载气带有含烃类的气体进入检测器燃烧室中由电子脉冲点燃火的情况下并且在燃烧室中存在着大量的富氢火焰中燃烧，当助燃气氧含量与氢气的比例从1：1小到1：30之间的最佳混合，实现氢气远大于氧气的燃烧比例富氢化时,就能最大化燃烧产生化学反应形成电离子。在极化高压电源的作用下形成的电场，在电场的作用下形成电流。当烃类通过载气的带动进入燃烧室，在燃烧中释放更多的电离子，电离子在电场的驱动下形成电流。电离子随被测烃类气体的含量或浓度大小释放电子流进入收集极形成微电流、经运算放大器后准确分析出的烃组份的含量，含量的大小与气体的浓度有关；检测器的灵敏度跟载气、燃烧气、助燃气、气体的纯度和检测器的结构和材料、设计、装配、间距、氢气与助燃气的比例等有关。当带烃类的分子在富氢燃烧中激发生成电子，燃烧得越充分烃类的分子就产生的微电流就越强，微电流由收集极收集后经运算放大器再次放大形成有效电波信号记录下烃类的含量。

当喷气口（37）中的富氢在火焰燃烧的过程中，极化喷嘴（35）的管径越小，极化电压不变的前提下，烃类的分子产生的化学反应就越充分形成的电子流就运动速度就越快，收集失去的电子就越少，自然灵敏度就越高。本检测器的喷嘴采用的是石英管喷涂铂金，管径小至0.1毫米。绝缘石英管（17）是本检测器的燃烧室的构成部分，管径小至0.2毫米，其目的就是减少死体积、燃烧过程中耗氧燃烧的范围减小，燃烧过程中的反应气体快速吹出腔体空隙中或把可能存在的未反应烃类的分子带出检测器燃烧室，再次增强检测器的灵敏度。空气喷气管（37）内口管径小至0.2mm,（1）辅助氢与（2）载气的喷气口直径小于0.1mm内部的气管采用石英管，构成燃烧室、空间体积可小至0.1ml，目的就是减小死体积含烃分子不会与管壁发生化学反应，增强检测器的灵敏度提高检测器的检测下限。

本检测器的（4）FID底座、（9）FID防爆壳体、（12）防爆FID连接头和（23）FID燃烧室防爆型式设计采用二类T1防爆标准设计，入气口采用独特设计、特殊材料、特殊工艺、体积小的（3）止回阀，出口采用（15）阻火器，其作用就是防止检测器燃烧室的火焰外延点燃下游和上游的可燃气体的防爆措施。止回阀实现了只进不出，自然密封的功能。

本检测器的燃烧室中燃烧方式有四种方式：一、内燃烧式，原理是载气、氢气从（35）极化喷头处燃烧，周边为空气或氧气；二、外燃烧式，原理是载气、氢气从（37）直接喷出与极化喷头（35）外口管径0.5mm之间处燃烧，（35）极化喷头处为空气或氧气；三、复合燃烧式，原理是氢气、载气、空气或氧气喷气管混合后直接燃烧；四、随意燃烧式空气或氧气、氢气、载气，自由两种气组合在一起从同一口经喷出燃烧，另一种是从另一管径喷出，同步燃烧；

本检测器采用图三中的燃烧室（38）电子脉冲点火装置，目的就是快速点火引燃氢，在工作过程中即便熄火也会立即被点燃，尽可能的做到分析过程中不受影响。

本检测器采用图三中的燃烧室（23）火焰探测器，目的就是可以使空气保证载气、氢与氧气的燃烧是否在正常燃烧，如火焰熄灭，在第一时间点燃可燃氢气或烃分子。

本检测器采用图二中（21）加热器、（22）测温元件，其主要目的是加热、恒温控制与控制器形成闭环电路，精准控温保证检测器正常工作，使烃类有机气体中控温流动完全处于挥发状态，确保被测气体在检测器腔体中的每个空隙处（例如管道、喷嘴、燃烧室等的内表壁）不粘连、不吸附、不液化等现象。

本检测器实现了防爆、隔爆、耐腐蚀、高压、高温、火焰探测、电子脉冲点火装置、极化高压供电、燃烧产生离子、电流收集、加热、温度检测、阻火等功能。全达到或满足0或1和2区防爆场合的要求，符合GB 3836.1，GB 3836.2，GB 3836.5的规定。

实施方案。

附图说明

图1为摘要图

图2为FID结构原理图

图3为喷气结构原理图

图4为五孔石英管与毛细石英管结构原理图

图5为止回阀结构原理图

本检测器设计完全采用设计标准参考：《化工用在线气相色谱仪》HG/T4095-2009、GB3836.1-2000 /GB 3836.1-2010爆炸气体环境用电气设备第一部分：通用要求、GB3836.5-2004 爆炸气体环境用电气设备第五部分：正压外壳型“P”、GB 9669.1-1998 工业产品说明书总则。GB/T 11606 分析仪器试验方法为标准。

FID结构由：止回阀（3）→五孔石英管（5）→石英毛细管（6）→极化喷嘴（35）→电子脉冲点火装置（38）→电子脉冲点火线圈（7）→火焰探测器（8）→防爆FID座（36）→防爆FID连接头（12）→防爆FID壳体（9）→加热器（21）→固定环（20）→收集极（18）→绝缘石英管（17）→测温元件（22）→防爆FID座（36）→排气管（14）→阻火器（15）→放空管（16）构成；

喷嘴由：五孔石英管（5）→石英毛细管（6）→极化喷嘴（35）→电子脉冲点火装置（38）→电子脉冲点火线圈（7）→火焰探测器（8）→防爆FID座（36）构成；

止回阀由：阀体（30）→活塞密封套（31）→活塞（32）→阀门端盖（33）构成；

固定环采用特制高温无机胶在需要的位置粘接而成，晾干后胶形成，绝缘度大于500兆欧，耐温超过1000℃，耐酸碱腐蚀。

发明的关键点

1、本检测器工作原理简单，腔体燃烧室体积小、富氢燃烧、被测气体释放电子多、灵敏度高；

2、本检测器耐高气压压力，在1.5Mpa的气压正常工作；

3、本检测器在450℃同等条件环境下保压10小时无泄漏；

4、本检测器的（36）防爆FID座和（9）FPD防爆壳体、燃烧室防爆型式设计采用二类T1防爆标准设计；

5、本检测器的入气口采处的（3）采用止回阀，出口采用（15）阻火器防止检测器燃烧室的火焰外延点燃下游和上游的可燃气体的防爆措施；

6、本检测器中的（3）止回阀采用了独特设计、特殊的活塞密封材料、特殊活塞的加工工艺、腔体体积小、死角小，做到了只进不回流的特点；

7、本检测器的（23）FPD燃烧室采用（38）电子脉冲点火、（8）火焰探测相结合的互动监控环节，保证火焰不熄灭或熄灭后瞬间被点燃，避免在分析中信号受影响，更重要的是保证现场的安全性，让未燃烧氢气无处可转。

8、本检测器采用图二中的（21）加热器、（22）测温元件就是加热、恒温控制与控制器形成闭环电路，精准控温保证检测器正常工作检测器温度可加热至500℃，避免了烃类有机化合物的粘连。

9、本检测器采用图四中的（37）五孔石英管的中心喷气口小至0.6毫米，（35）毛细石英管喷气口小至0.1毫米（23）燃烧室石英管内孔小至2毫米，实现燃烧室实现小体积，排空快等特点。

10、本检测器实现了防爆、隔爆、耐腐蚀、高压、高温、火焰探测、电子脉冲点火装置、极化高压供电、燃烧产生离子、电流收集、加热、温度检测、阻火等功能。

Claims

1.本防爆氢火焰FID检测器的发明实现了防爆和非防爆行业的研发、实验、生产、质检的仪器、仪表中的防爆氢火焰FID检测器的高灵敏度核心技术部件；通过电子脉冲点火引燃氢气产生化学反应形成电离子，中高压电源的电场中形成电流，气体的流动、微电流经收集极的捕捉，微电流信号经运算放大器后准确分析气体、汽化液体被测烃类的含量，含量的大小与被测气体的浓度、富氢燃烧、喷嘴及腔体大小有关，为了提高了分析仪表的灵敏度、精度及可靠性，请求保护如下：

请求保护防爆氢火焰FID检测器如图中所示由：FID结构原理图、喷气结构原理图、五孔石英管与毛细石英管结构原理图、止回阀原理结构图中的防爆、隔爆、抗酸碱、耐腐蚀、火焰探测、电子脉冲点火、极化高压供电、燃烧反应、收集、加热、温度检测、阻火、防止回流等功能，设计、逻辑、装配、方法、原理、功能等方式方法。

2.请求保护防爆氢火焰FID检测器的喷气结构原理图中第（6）毛细石英管或其它金属管、非金属管的内孔孔径及（35）极化喷嘴：从0.2毫米到5毫米之间的任意尺寸，长度：从0.1毫米到200毫米之间的任意尺寸；五孔石英管或其它金属管、非金属管的孔的个数1-5个，内孔孔径：从0.3毫米到5毫米之间的任意尺寸，长度：从0.1毫米到200毫米之间的任意尺寸；结构原理结构图中第（23）FID燃烧室及（17）透明隔离石英管或其它金属管、非金属管的内孔孔径：从0.3毫米到100毫米之间的任意尺寸，长度（深度、高度）：从0.5毫米到200毫米之间的任意尺寸。

3.请求保护防爆氢火焰FID检测器的FID结构原理图中第（18）收集极与（35）极化喷嘴之间的间距正负0.1到5毫米范围之间。

4.请求保护防爆氢火焰FID检测器的FID结构原理图中第（23）FID燃烧室、（17）透明隔离石英管内（24）火焰在（35）极化喷嘴的燃烧方式：一、内燃烧式，原理是载气、氢气从（35）极化喷头处燃烧，周边为空气或氧气；二、外燃烧式，原理是载气、氢气从（37）直接喷出与极化喷头（35）外口管径0.5mm之间处燃烧，（35）极化喷头处为空气或氧气；三、复合燃烧式，原理是氢气、载气、空气或氧气喷气管混合后直接燃烧；四、随意燃烧式空气或氧气与氢气与载气，自由两种气组合在一起从同一口经喷出燃烧，另一种是从另一管径喷出，同步燃烧。

5.请求保护防爆氢火焰FID检测器的FID结构图与喷气原理结构图第（34）电子脉冲点火方式，固定在腔体中的任意位置；FID结构图与喷气原理结构图第（33）火焰探测器，采用测温元件、火焰探头对火焰实时监测向外传输信号的方法，固定在腔体中的任意位置。

6.请求保护防爆氢火焰FID检测器入气口如图中止回阀，原理结构图中的活塞密封套采用氟橡胶或其它耐高温、耐腐蚀、抗氧化的弹性材料合成在阀体的内表面上，腔体体积在10到100μL；FID检测器出入采用5微米的过滤不锈钢网叠加边缘与壳体内表面紧密相接，在止回阀内腔体的空间直径大于20毫米，叠装5微米的过滤不锈钢网叠片不低于50层。