CN109001419B - 一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置 - Google Patents
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Abstract
一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，包括供风系统、升温氧化炉和气体分离测量装置，所述供风系统与所述升温氧化炉相连，所述升温氧化炉与所述气体分离测量装置相连，本发明利用气体分离测量装置并采用蓄流的方法测量CO含量，解决因CO生成量少难以检测的问题，大大的提高了实验结果的精度；本发明装置中的气体分离膜属于物理选择性渗透膜，不会对气体的成分造性影响，并且本发明可以根据不同供气条件、不同温度条件和不同气体选择相应的气体分离膜，适用范围广泛；本发明装置结构简单、操作方便、安全，适用于不同条件下不易燃煤氧化速度的实验研究。
Description
技术领域
本发明属于煤矿灾害防治研究技术领域，具体涉及一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置。
背景技术
根据资料显示，我国67％以上的煤炭资源属于低变质煤炭资源，发生煤自燃的概率比较高，同时，我国煤层构造极度复杂，采煤方法各异，煤的回采率不高，矿井内部和外部漏风比较严重，使得我国煤矿自燃现象异常严重。煤自燃氧化特性研究是煤自燃防治的重要依据。煤自燃氧化的研究方法有很多种，其中包括通气法检测不同温度、不同粒度、不同煤质条件下CO的生成量，研究不同条件下煤氧化特性的变化规律，但是不易自燃煤在常温环境下耗氧量较小，流态CO生成速率往往难以精确测量，检测值误差较大，如果有一种改进装置可以实现不同条件下不易燃煤氧化后CO生成量的精确测量，将为浅埋藏煤层煤自然发火的研究提供有力的实验参数。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，包括供风系统、升温氧化炉和气体分离测量装置，所述供风系统与所述升温氧化炉相连，所述升温氧化炉与所述气体分离测量装置相连。
所述供风系统包括氧气瓶和氮气瓶，所述氧气瓶输出端通过管线依次连接减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器，所述第一流量传感器通过管线与第一三通阀相连，所述氮气瓶输出端通过管线依次连接减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器，所述第一流量传感器通过管线与第一三通阀相连，所述第一三通阀通过管线与总流量计相连，所述总流量计通过管线与第二流量传感器相连。
所述减压阀出口压力设置为0.5Mpa。
所述升温氧化炉包括控温箱，所述控温箱内腔底部设置有基座，所述基座顶部设置有煤样罐，所述煤样罐顶部设置有密封盖，所述煤样罐中下部左端通过管线与气体温度传感器相连，所述气体温度传感器通过气体预热管路与第二流量传感器相连，所述气体预热管路外壁设置有热线圈，所述控温箱右上端设置有温度控制系统，所述气体温度传感器与温度控制系统输入端相连，所述热线圈与温度控制系统输出端相连，所述温度控制系统输出端与数据采集系统输入端相连。
所述控温箱包括内壁和外壁，所述内壁与外壁之间设置有保温层，所述控温箱内的温度为室温-350℃，控温精度±0.5℃。
所述气体预热管路设置为纯铜管路。
所述气体分离测量装置包括气体收容器，所述气体收容器顶部设置有气体浓度电子检测仪，用于计算煤的氧化速度，所述气体收容器中上部左端通过管线与加压泵固定安装，加压泵用于对气体进行加压处理，所述加压泵输入端通过管线与第二三通阀相连，所述第二三通阀输入端通过管线与升温氧化炉内的煤样罐的出口端相连，所述气体收容器内腔中下部凹槽处设置有气体分离膜组件，所述气体分离膜组件包括边框，所述边框的内壁中部设置有气体分离膜，所述气体分离膜用于将混合气体中的CO分离出来，所述边框侧壁顶部设置有密封圈，且密封圈与气体收容器内壁紧密贴合，所述边框左右端侧壁中部设置有盲孔，所述盲孔孔底与弹簧一端固定安装，所述弹簧另一端与卡体固定安装，所述气体分离膜组件与气体收容器通过卡体与气体收容器内壁凹槽配合固定安装，所述边框底部左右两端设置有拉手，所述气体收容器中下部左端通过管线与止气阀相连。
所述气体收容器包括上壳体和盖体，所述上壳体底端设置有盖体，所述止气阀通过管线与盖体中下部相连。
所述气体收容器的有效容积设置为2升。
一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置的实验方法，采用一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，包括以下步骤，
步骤1，打开煤样罐顶部的密封盖，将煤样放入煤样罐内，盖紧密封盖；
步骤2，关闭第二三通阀和止气阀，打开与氮气瓶相连的减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器、总流量计和第二流量传感器，平稳的向整个管路系统充入氮气，直至将装置中所有空气排尽；
步骤3，待装置内空气排尽后，仍继续充入氮气，并依次打开数据采集系统和温度控制系统，并通过温度控制系统设置起始温度、终止温度、升温速率和样品编号，等待气体预热完毕；
步骤4，观察气体预热温度值，等到温度值达到研究所需温度时，打开与氧气瓶相连的减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器、第一三通阀、总流量计和第二流量传感器，并通过调节与氧气瓶相连的支流量计改变氧气与氮气的比重，向煤样罐内充入稳定的混合气体，关闭第二三通阀与大气相连的阀口，打开第二三通阀和止气阀，打开加压泵，使气体压力满足0.9-9M；
步骤5，到达实验设置定氧化时间后，关闭氧气瓶及与氧气瓶相连的减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器、第一三通阀总流量计和第二流量传感器，继续稳定的充入氮气，将煤样罐内的CO混合气体全部排到气体收容器内，持续一段时间后，通过气体浓度电子检测仪测量CO浓度并计算出煤的氧化速度，关闭实验设备，实验结束。
本发明有益效果：
1、本发明利用气体分离测量装置并采用蓄流的方法测量CO含量，解决因CO生成量少难以检测的问题，大大的提高了实验结果的精度。
2、本发明装置中的气体分离膜属于物理选择性渗透膜，不会对气体的成分造性影响，并且本发明可以根据不同供气条件、不同温度条件和不同气体选择相应的气体分离膜，适用范围广泛。
3、本发明装置结构简单、操作方便、安全，适用于不同条件下不易燃煤氧化速度的实验研究。
4、本发明装置中的气体分离膜组件通过卡体与气体收容器凹槽配合，方便更换不同的气体分离膜组件，进而根据实验要求获取不同的分离气体。
附图说明
图1为本发明装置整体结构示意图；
图2为本发明装置气体分离测量装置结构示意图；
图3为本发明装置A处放大示意图；
1-供风系统，101-氧气瓶，102-氮气瓶，103-减压阀，104-稳压阀，105-稳流阀，106-压力表，107-支流量计，108-第一流量传感器，109-第一三通阀，110-总流量计，111-第二流量传感器，2-升温氧化炉，201-控温箱，202-基座，203-煤样罐，204-密封盖，205-气体温度传感器，206-气体预热管路，207-热线圈，208-温度控制系统，3-气体分离测量装置，301-气体收容器，302-气体浓度电子检测仪，303-加压泵，304-第二三通阀，305-气体分离膜组件，306-边框，307-气体分离膜，308-密封圈，309-盲孔，310-弹簧，311-卡体，312-拉手，313-止气阀，314-上壳体，315-盖体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-图3所示，一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，包括供风系统1、升温氧化炉2和气体分离测量装置3，所述供风系统1与所述升温氧化炉2相连，所述升温氧化炉2与所述气体分离测量装置3相连。
所述供风系统1包括氧气瓶101和氮气瓶102，所述氧气瓶101输出端通过管线依次连接减压阀103、稳压阀104、稳流阀105、压力表106、支流量计107、第一流量传感器108，所述第一流量传感器108通过管线与第一三通阀109相连，所述氮气瓶102输出端通过管线依次连接减压阀103、稳压阀104、稳流阀105、压力表106、支流量计107、第一流量传感器108，所述第一流量传感器108通过管线与第一三通阀109相连，所述第一三通阀109通过管线与总流量计110相连，所述总流量计110通过管线与第二流量传感器111相连。
所述减压阀103出口压力设置为0.5Mpa。
所述升温氧化炉2包括控温箱201，所述控温箱201内腔底部设置有基座202，所述基座202顶部设置有煤样罐203，所述煤样罐203顶部设置有密封盖204，所述煤样罐203中下部左端通过管线与气体温度传感器205相连，所述气体温度传感器205通过气体预热管路206与第二流量传感器111相连，所述气体预热管路206外壁设置有热线圈207，所述控温箱201右上端设置有温度控制系统208，所述气体温度传感器205与温度控制系统208输入端相连，所述热线圈207与温度控制系统208输出端相连，所述温度控制系统输出端与数据采集系统输入端相连。
所述控温箱201包括内壁和外壁，所述内壁与外壁之间设置有保温层，所述控温箱201内的温度为室温-350℃，控温精度±0.5℃。
所述气体预热管路206设置为纯铜管路。
所述气体分离测量装置3包括气体收容器301，所述气体收容器301顶部设置有气体浓度电子检测仪302，用于计算煤的氧化速度，所述气体收容器301中上部左端通过管线与加压泵303固定安装，加压泵303用于对气体进行加压处理，所述加压泵303输入端通过管线与第二三通阀304相连，所述第二三通阀304输入端通过管线与升温氧化炉2内的煤样罐203的出口端相连，所述气体收容器301内腔中下部凹槽处设置有气体分离膜组件305，所述气体分离膜组件305包括边框306，所述边框306的内壁中部设置有气体分离膜307，所述气体分离膜307用于将混合气体中的CO分离出来，所述边框306侧壁顶部设置有密封圈308，且密封圈308与气体收容器301内壁紧密贴合，密封圈308防止未经过分离的混合气体从气体分离膜组件305与气体收容器301形成的上部空间中进入气体分离膜组件305与气体收容器301形成的下部空间内，所述边框306左右端侧壁中部设置有盲孔309，所述盲孔309孔底与弹簧310一端固定安装，所述弹簧310另一端与卡体311固定安装，所述气体分离膜组件305与气体收容器301通过卡体311与气体收容器301内壁凹槽配合固定安装，所述边框306底部左右两端设置有拉手312，所述气体收容器301中下部左端通过管线与止气阀313相连，通过拉手312向下拉拽气体分离膜组件305时，气体收容器301凹槽内的卡体311在拉力的作用下脱离凹槽进入到盲孔309内，进而取出气体分离膜307，方便气体分离膜307的更换进而过滤不同的气体。
所述气体收容器301包括上壳体314和盖体315，所述上壳体314底端设置有盖体315，所述止气阀313通过管线与盖体315中下部相连。
所述气体收容器301的有效容积设置为2升。
一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置的实验方法，采用一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，包括以下步骤，
步骤1，打开煤样罐203顶部的密封盖204，将煤样放入煤样罐203内，盖紧密封盖204；
步骤2，关闭第二三通阀304和止气阀313，打开与氮气瓶102相连的减压阀103、稳压阀104、稳流阀105、压力表106、支流量计107、第一流量传感器108、第一三通阀109、总流量计110和第二流量传感器111，平稳的向整个管路系统充入氮气，直至将装置中所有空气排尽；
步骤3，待装置内空气排尽后，仍继续充入氮气，并依次打开数据采集系统和温度控制系统，并通过温度控制系统设置起始温度、终止温度、升温速率和样品编号，等待气体预热完毕；
步骤4，观察气体预热温度值，等到温度值达到研究所需温度时，打开与氧气瓶101相连的减压阀103、稳压阀104、稳流阀105、压力表106、支流量计107、第一流量传感器108、第一三通阀109、总流量计110和第二流量传感器111，并通过调节与氧气瓶101相连的支流量计107改变氧气与氮气的比重，向煤样罐203内充入稳定的混合气体，关闭第二三通阀304与大气相连的阀口，打开第二三通阀304和止气阀313，打开加压泵303，使气体压力满足0.9-9M；
步骤5，到达实验设置定氧化时间后，关闭氧气瓶101及与氧气瓶101相连的减压阀103、稳压阀104、稳流阀105、压力表106、支流量计107、第一流量传感器108、总流量计110和第二流量传感器111，继续稳定的充入氮气，将煤样罐203内的CO混合气体全部排到气体收容器301内，持续一段时间后，通过气体浓度电子检测仪302测出CO浓度并计算出煤的氧化速度，关闭实验设备，实验结束。
Claims (7)
1.一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，其特征在于，包括供风系统、升温氧化炉和气体分离测量装置，所述供风系统与所述升温氧化炉相连，所述升温氧化炉与所述气体分离测量装置相连；
所述供风系统包括氧气瓶和氮气瓶，所述氧气瓶输出端通过管线依次连接减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器，所述第一流量传感器通过管线与第一三通阀相连，所述氮气瓶输出端通过管线依次连接减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器，所述第一流量传感器通过管线与第一三通阀相连，所述第一三通阀通过管线与总流量计相连，所述总流量计通过管线与第二流量传感器相连；
所述升温氧化炉包括控温箱，所述控温箱内腔底部设置有基座，所述基座顶部设置有煤样罐，所述煤样罐顶部设置有密封盖，所述煤样罐中下部左端通过管线与气体温度传感器相连，所述气体温度传感器通过气体预热管路与第二流量传感器相连，所述气体预热管路外壁设置有热线圈，所述控温箱右上端设置有温度控制系统，所述气体温度传感器与温度控制系统输入端相连，所述热线圈与温度控制系统输出端相连，所述温度控制系统输出端与数据采集系统输入端相连；
所述气体分离测量装置包括气体收容器，所述气体收容器顶部设置有气体浓度电子检测仪，用于计算煤的氧化速度，所述气体收容器中上部左端通过管线与加压泵固定安装，加压泵用于对气体进行加压处理，所述加压泵输入端通过管线与第二三通阀相连，所述第二三通阀输入端通过管线与升温氧化炉内的煤样罐的出口端相连，所述气体收容器内腔中下部凹槽处设置有气体分离膜组件，所述气体分离膜组件包括边框，所述边框的内壁中部设置有气体分离膜，所述气体分离膜用于将混合气体中的CO分离出来，所述边框侧壁顶部设置有密封圈，且密封圈与气体收容器内壁紧密贴合，所述边框左右端侧壁中部设置有盲孔，所述盲孔孔底与弹簧一端固定安装，所述弹簧另一端与卡体固定安装，所述气体分离膜组件与气体收容器通过卡体与气体收容器内壁凹槽配合固定安装，所述边框底部左右两端设置有拉手，所述气体收容器中下部左端通过管线与止气阀相连。
2.根据权利要求1所述的一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，其特征在于：所述减压阀出口压力设置为0.5Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，其特征在于：所述控温箱包括内壁和外壁，所述内壁与外壁之间设置有保温层，所述控温箱内的温度为室温-350℃，控温精度±0.5℃。
4.根据权利要求1所述的一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，其特征在于：所述气体预热管路设置为纯铜管路。
5.根据权利要求1所述的一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，其特征在于：所述气体收容器包括上壳体和盖体，所述上壳体底端设置有盖体，所述止气阀通过管线与盖体中下部相连。
6.根据权利要求1所述的一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，其特征在于：所述气体收容器的有效容积设置为2升。
7.一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置的实验方法，其特征在于：采用权利要求1所述的一种通气法测煤氧化速度装置的改进装置，包括以下步骤，
步骤1，打开煤样罐顶部的密封盖，将煤样放入煤样罐内，盖紧密封盖；
步骤2，关闭第二三通阀和止气阀，打开与氮气瓶相连的减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器、总流量计和第二流量传感器，平稳的向整个管路系统充入氮气，直至将装置中所有空气排尽；
步骤3，待装置内空气排尽后，仍继续充入氮气，并依次打开数据采集系统和温度控制系统，并通过温度控制系统设置起始温度、终止温度、升温速率和样品编号，等待气体预热完毕；
步骤4，观察气体预热温度值，等到温度值达到研究所需温度时，打开与氧气瓶相连的减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器、第一三通阀、总流量计和第二流量传感器，并通过调节与氧气瓶相连的支流量计改变氧气与氮气的比重，向煤样罐内充入稳定的混合气体，关闭第二三通阀与大气相连的阀口，打开第二三通阀和止气阀，打开加压泵，使气体压力满足0.9-9M；
步骤5，到达实验设置定氧化时间后，关闭氧气瓶及与氧气瓶相连的减压阀、稳压阀、稳流阀、压力表、支流量计、第一流量传感器、第一三通阀总流量计和第二流量传感器，继续稳定的充入氮气，将煤样罐内的CO混合气体全部排到气体收容器内，持续一段时间后，通过气体浓度电子检测仪测量CO浓度并计算出煤的氧化速度，关闭实验设备，实验结束。
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