CN109253912A - 高温氧化炉及其进样装置的支撑装置、进样器 - Google Patents

高温氧化炉及其进样装置的支撑装置、进样器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温氧化炉及其进样装置的支撑装置、进样器，该高温氧化炉包括具有炉管的加热装置和具有坩埚支撑装置的自动进样装置，所述坩埚支撑装置包括可拆连接的支撑座与进样器。该高温氧化炉可以采用与炉管非接触的加热炉丝包围炉管，便于损坏更换，氧化炉使用温度可以达到1200℃，其进样装置采用自动进样，其进样器在过度靠近高温热源发生变形后，可拆卸替换，这样在对装置进行维修时，不用将整个支撑装置都进行替换。本发明可以将样品自动平稳送入高温加热装置中，且具有维修成本低、使用寿命长的优点。

Description

高温氧化炉及其进样装置的支撑装置、进样器
技术领域
本发明涉及油田勘探中对岩石尤其是烃源岩中有机物的分析检测装置技术领域，具体涉及一种高温氧化炉。
背景技术
在油气勘探开发中，测定烃源岩如油页岩、暗色泥岩的有机质含量，有机碳含量是评价烃源岩丰度重要指标之一，有机碳含量测定的准确与否对评价烃源岩丰度至关重要。
目前岩石中有机物含量检测主要使用岩石热解仪，它的主要原理是：将岩石样品放置在坩埚中，坩埚放置在支撑装置上，进样杆带动支撑装置将样品送入热解炉中，分别在300℃和600℃下加热一段时间之后，再将坩埚转移到氧化炉内，送入空气，在600℃下将样品中残余的有机质转化为二氧化碳，再经催化加氢，将二氧化碳转化为甲烷由FID检测器检测。在这个过程中，因为加热过程的温度相对人来说很高，在人工将样品送入热解炉或氧化炉中，或实现样品在两炉中的转移过程中，容易发生灼伤使用人员的情况。
例如，申请号为201410187759.5，公告号为CN 103994916 B的中国专利公开了一种用于岩石热解仪上的自动进样装置,包括驱动装置和用于支撑样品坩埚的支撑装置，所述支撑装置为坩埚底座，所述坩埚底座包括安装座体和用于放置坩埚的支撑座体，所述坩埚底座一体成型。该装置使用过程中，将坩埚放置于支撑座体上，再用驱动装置将支撑装置连同样品坩埚一起送入加热炉中，该过程采用自动的方式将坩埚送入加热炉中，能有效防止使用人员在使用过程中发生灼伤事件，但该发明中，用来支撑坩埚的坩埚座体由于靠近高温热源，长期使用后，支撑装置靠近高温热源的部分容易发生变形，影响整个支撑装置的使用寿命，维修时因为坩埚底座为一体结构，需要将整个坩埚底座进行替换，增加了维修的成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种降低维修成本、增长使用寿命、可以将样品内的有机碳充分氧化的高温氧化炉；同时，本发明的目的还在于提供一种适用于该高温氧化炉进样装置的坩埚支撑装置；本发明的目的还在于提供一种适用于该高温氧化炉进样装置的进样器。
本发明的用于高温氧化炉进样装置中的进样器的技术方案为：所述进样器形状为套体，所述进样器上端设有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，所述进样器下部设有用于与进样装置中的相应支撑座可拆连接的第一连接结构，所述进样器内部开设有进气腔室，所述进气腔室出气口设于支撑结构上连通进气腔室和坩埚底面，所述进气腔室进气口设于第一连接结构处连通进气腔室和进样装置中的相应支撑座内的进气管道。作为本发明的进一步改进，所述进气腔室的内径与所述进样器上端盛放的坩埚的内径一致。
作为本发明的进一步改进，所述进气腔室的内径与所述进样器上端放置或安装的坩埚的内径一致。
作为本发明的进一步改进，所述第一连接结构为所述进气腔室下部开口向上延伸的内螺纹。
本发明的用于高温氧化炉进样装置中的坩埚支撑装置的技术方案为：包括支撑座，所述支撑座内设有进气管道，所述坩埚支撑装置还包括与支撑座可拆连接的进样器，所述进样器形状为套体，所述进样器上端设有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，所述进样器下部设有用于与支撑座可拆连接的第一连接结构，所述支撑座上设置有与第一连接结构适配的第二连接结构，所述进样器内部开设有进气腔室，所述进气腔室出气口设于支撑结构上连通进气腔室和坩埚底面，所述进气腔室进气口设于第一连接结构处连通进气腔室和支撑座内的进气管道。
作为本发明的进一步改进，所述支撑座包括支撑底座和用于连接支撑底座和所述进样器的连接部分，所述第一连接结构为所述进气腔室下部开口向上延伸的内螺纹，所述第二连接结构为所述连接部分上端延伸出的进样器连接部，所述进样器连接部形状为圆柱形凸台，凸台直径与所述进气腔室直径一致，凸台上设有外螺纹，所述第一连接结构与第二连接结构通过螺纹配合可拆连接。
作为本发明的进一步改进，所述进气腔室的内径与所述进样器上端放置或安装的坩埚的内径一致。
本发明的高温氧化炉的技术方案为：包括具有炉管的加热装置和具有坩埚支撑装置的自动进样装置，所述坩埚支撑装置具有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，所述坩埚支撑装置包括内部设有进气管道的支撑座，和与所述支撑座可拆连接的进样器，所述进样器形状为套体，所述进样器上端设有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，所述进样器下部设有用于与支撑座可拆连接的第一连接结构，所述支撑座上设置有与第一连接结构适配的第二连接结构，所述进样器内部开设有进气腔室，所述进气腔室出气口设于支撑结构上连通进气腔室和坩埚底面，所述进气腔室进气口设于第一连接结构处连通进气腔室和支撑座内的进气管道。
作为本发明的进一步改进：所述炉管是耐高温非金属材料，所述炉管上缠绕有耐高温加热丝，所述炉管加热段使用温度达到1200℃，所述加热丝与所述炉管之间设有间隙，所述炉管上紧固设置有高温热电偶，所述高温热电偶输出信号线与温度控制器相连接。
作为本发明的进一步改进，所述支撑座包括支撑底座和用于连接支撑底座和所述进样器的连接部分，所述第一连接结构为所述进气腔室下部开口向上延伸的内螺纹，所述第二连接结构为所述连接部分上端延伸出的进样器连接部，所述进样器连接部形状为圆柱形凸台，凸台直径与所述进气腔室直径一致，凸台上设有外螺纹，所述第一连接结构与第二连接结构通过螺纹配合可拆连接。
作为本发明的进一步改进，所述支撑座包括上部设有环形凸台的柱状支撑底座和下端设有耐高温密封圈的连接部分，所述环形凸台与所述连接部分在两者的连接处形成与所述炉管下端插装配合的并通过耐高温密封圈密封的环形凹槽。
本发明的有益效果是：在支撑装置靠近高温热源部分设置了一个可拆的部件进样器，进样器过度靠近高温热源发生变形后，可拆卸替换，这样在对装置进行维修时，不用将整个支撑装置都进行替换，不仅降低了维修成本，还提高了整个送样装置的使用寿命。
高温氧化炉的加热装置采用耐高温非金属材料的炉管和耐高温加热丝，使炉管加热段使用温度达到1200℃，可以使样品内的有机碳被充分氧化。炉管与加热丝之间设置间隙，使炉管与加热丝不接触，这样炉管损坏后不用更换整个加热装置，降低维修成本。
所述进气腔室直径与坩埚内直径一致，这样可以使坩埚底面的样品都可以通过坩埚底面与氧化气接触，使坩埚底面的样品受气均匀。
进样器与连接部分通过螺纹连接，不仅使两者之间连接牢固，也方便拆卸替换。
支撑底座上部设置环形凹槽，待样品进入高温炉管加热区域，高温炉管下端插入支撑底座上部凹槽中，实现炉管与支撑装置之间水平和上下两个方向上的固定，同时在耐高温密封圈的作用下对高温炉管下端进行密封后。
支撑座内设置有进气管道，可在密封炉管后向管内输入氧化气。
附图说明
图1是具体实施例1中高温氧化炉左视图；
图2是具体实施例1中高温氧化炉正视图。
图中：1、固定装置；11、固定架；12、横板；
2、加热装置；21、炉管；22、加热丝；23、耐高温阻燃绝缘保温层；24、M12螺纹金属管；25、密封圈；26、连接头；27、出气管道；
3、支撑装置；31、气缸；32、连接杆；33、连接块；34、支撑底座；35、支撑杆；36、进样器；37、环形凸台；38、氧化气进入口；39、支撑杆连接部；310、进气腔室；311、进气管道；312、坩埚；313、螺栓。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的高温氧化炉的具体实施例1，如图1至图2所示，包括由竖直的固定架11和水平的横板12组成的固定装置1，下端固定在横板12中心位置处的加热装置2，和固定在固定架11上的自动进样装置3。
加热装置2的炉管21中部靠上位置缠绕有一段加热丝22，所述炉管21采用耐高温非金属材料，在本实施例中采用耐高温陶瓷材料，所述加热丝22采用耐高温加热金属丝，使加热装置加热区域温度达到1200℃，可以使加热区域的样品内的有机碳充分氧化。所述炉管21与所述加热丝22之间设置有间隙，炉管21与加热丝之间非接触，这样炉管损坏后不用更换整个加热装置，降低维修成本。所述炉管21上紧固设置有高温热电偶，所述高温热电偶输出信号线与温度控制器相连接，将整个加热控制系统设置为闭环控制系统，及时将加热炉内的温度反馈给温度控制器，温度控制器再根据反馈的温度对温控信号进行调节，维持加热炉内的温度在1200℃。加热丝22外部设置有耐高温阻燃绝缘保温层23。炉管21上端面封口，上端面中心处镶嵌有M12螺纹金属管24，金属管内设有出气管道27，出气管道27与炉管加热内腔相连通，螺纹金属管24与连接气路管线的连接头26螺纹连接，两者之间设有密封圈25，可以使炉管21与氧化气和二氧化碳导出管密封连接，也方便两者之间的拆卸。炉管21的加热部分在炉管中部靠上位置，这样确保了在炉管21下端样品进入口处温度低于200℃，防止样品在未进入氧化炉内时因入口处温度过高而提前氧化，生成的二氧化碳跑入空气中无法被测得，造成最后的测量结果偏低。炉管21的下端设有供样品送入的开口，可以方便进样装置把样品送入炉管21内。
自动进样装置3包括提升装置和与提升装置固定连接的支撑装置。提升装置由固定在固定架11上的气缸31、与气缸31可伸缩连接的连接杆32和与连接杆32下端固定连接的水平放置的连接块33组成。支撑装置位于连接块33的上方，通过螺栓313与连接块33固定连接。支撑装置包括与连接块33连接的支撑座和位于支撑座上方，与支撑座可拆连接的内部设有进气腔室310的进样器36。所述支撑座包括与连接块33连接的柱状支撑底座34和位于支撑底座34上部连接支撑底座和进样器的连接部分，在本实施例中所述连接部分为支撑杆35。
所述柱状支撑底座34上部设有环形凸台37，环形凸台37与支撑杆35在两者的连接处形成环形凹槽，所述支撑杆35下端设有耐高温密封圈314，在将样品送入加热管后，炉管21下端插入环形凹槽内，在耐高温密封圈314作用下对炉管下端进行密封。所述支撑底座34的侧面开设有氧化气进入口18，所述支撑底座34和支撑杆35内开设有进气管道311，供密封炉管21后向管内输入氧化气。
所述进样器36为柱状套体，上端面设有供盛放样品的坩埚312放置的支撑面，内部开设有连接进样器上下端面的进气腔室310，进气腔室310下部开口向上延伸有内螺纹。所述进气腔室310直径与坩埚312内直径一致，这样可以使坩埚底面的样品都可以通过坩埚底面与氧化气接触，使坩埚底面的样品受气均匀。
所述支撑杆35上端延伸出支撑杆连接部39，支撑杆连接部39形状为圆柱形凸台，凸台直径与进样器进气腔室310直径一致，凸台上设有外螺纹，支撑杆上部与进样器下部螺纹连接，可以方便进样器36的拆卸和替换。
所述气缸31采用双缸结构，分别装在固定架11两侧，从两边同时提升样品进入高温炉管中，这样样品两侧受到的提升力平衡，使样品平稳的送入高温炉管中。
在整个自动进样装置中，在支撑装置靠近高温热源部分设置了一个可拆的部件进样器36，进样器过度靠近高温热源发生变形后，可拆卸替换，不用将整个支撑装置都进行替换，不仅降低了维修成本，还提高了整个送样装置的使用寿命。
在高温氧化炉自动进样装置使用过程中，将装有样品的坩埚312放置在进样器36上，开启气动提升装置，气缸31带动连接杆32上升，连接杆32带动连接块33和其上的支撑装置、坩埚312向上移，将样品送入高温炉管21中，待样品进入高温炉管加热区域，高温炉管下端插入支撑底座34上部凹槽中，在耐高温密封圈314的作用下对高温炉管21下端进行密封后，从氧化气进入口38处向氧化炉内送入氧化气，氧化气经过支撑座内设置的进气管道后进入进样器进气腔室310内，然后通过透气性良好的坩埚底面进入坩埚内与样品接触反应，反应结束后的氧化气和二氧化碳混合气体通过高温炉管上端的出气管道27被送入之后的分析装置中。
作为本发明的另一种实施方式，支撑底座34和连接块33之间也可是使用焊接或螺钉连接，同样可以起到把支撑底座固定到连接块上的作用。
作为本发明的另一种实施方式，所述支撑杆连接部39也可以设置成棱柱形，所述进样器进气腔室310下部不设内螺纹，进气腔室310设成与棱柱形配合的形状，通过将棱柱形插入进气腔室310内完成进样器36与支撑杆35的可拆连接。
作为本发明的另一种实施方式，所述驱动装置气缸31也可以设为电机驱动。
作为本发明的另一种实施方式，所述进样器36上的支撑结构可以在所述支撑面上设置销或键等连接部件来连接或固定坩埚312，也可以将支撑结构设为圆形凹槽，将所述坩埚312插入凹槽内固定，也可以在进样器36上部设置夹持安装坩埚的坩埚夹。
作为本发明的另一种实施方式，所述支撑杆35也可以设置为柱状支撑架，支撑架中部设置一个进气管道连通支撑底座内的进气管道和进样器内的进气腔室310。
本发明的用于高温氧化炉进样装置中的进样器的具体实施例，其具体结构与上述高温氧化炉中的进样器的结构相同，此处不再赘述。
本发明的用于高温氧化炉进样装置中的坩埚支撑装置的具体实施例，其具体结构与上述高温氧化炉中支撑装置的结构相同，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种用于高温氧化炉进样装置中的进样器，其特征在于：所述进样器形状为套体，所述进样器上端设有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，所述进样器下部设有用于与进样装置中的相应支撑座可拆连接的第一连接结构，所述进样器内部开设有进气腔室，所述进气腔室出气口设于支撑结构上连通进气腔室和坩埚底面，所述进气腔室进气口设于第一连接结构处连通进气腔室和进样装置中的相应支撑座内的进气管道。
2.根据权利要求1所述的用于高温氧化炉进样装置中的进样器，其特征在于：所述进气腔室的内径与所述进样器上端放置或安装的坩埚的内径一致。
3.根据权利要求1或2所述的用于高温氧化炉进样装置中的进样器，其特征在于：所述第一连接结构为所述进气腔室下部开口向上延伸的内螺纹。
4.一种用于高温氧化炉进样装置中的坩埚支撑装置，具有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，其特征在于：包括支撑座，所述支撑座内设有进气管道，所述坩埚支撑装置还包括与支撑座可拆连接的进样器，所述进样器形状为套体，所述进样器上端设有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，所述进样器下部设有用于与支撑座可拆连接的第一连接结构，所述支撑座上设置有与第一连接结构适配的第二连接结构，所述进样器内部开设有进气腔室，所述进气腔室出气口设于支撑结构上连通进气腔室和坩埚底面，所述进气腔室进气口设于第一连接结构处连通进气腔室和支撑座内的进气管道。
5.根据权利要求4所述的用于高温氧化炉进样装置中的坩埚支撑装置，其特征在于：所述支撑座包括支撑底座和用于连接支撑底座和所述进样器的连接部分，所述第一连接结构为所述进气腔室下部开口向上延伸的内螺纹，所述第二连接结构为所述连接部分上端延伸出的进样器连接部，所述进样器连接部形状为圆柱形凸台，凸台直径与所述进气腔室直径一致，凸台上设有外螺纹，所述第一连接结构与第二连接结构通过螺纹配合可拆连接。
6.根据权利要求4或5所述的用于高温氧化炉进样装置中的坩埚支撑装置，其特征在于：所述进气腔室的内径与所述进样器上端放置或安装的坩埚的内径一致。
7.一种高温氧化炉，包括具有炉管的加热装置和具有坩埚支撑装置的自动进样装置，所述坩埚支撑装置具有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，其特征在于：所述坩埚支撑装置包括内部设有进气管道的支撑座，和与所述支撑座可拆连接的进样器，所述进样器形状为套体，所述进样器上端设有用于放置或安装样品坩埚的支撑结构，所述进样器下部设有用于与支撑座可拆连接的第一连接结构，所述支撑座上设置有与第一连接结构适配的第二连接结构，所述进样器内部开设有进气腔室，所述进气腔室出气口设于支撑结构上连通进气腔室和坩埚底面，所述进气腔室进气口设于第一连接结构处连通进气腔室和支撑座内的进气管道。
8.根据权利要求7所述的高温氧化炉，其特征在于：所述炉管是耐高温非金属材料，所述炉管上缠绕有耐高温加热丝，所述炉管加热段使用温度达到1200℃，所述加热丝与所述炉管之间设有间隙，所述炉管上紧固设置有高温热电偶，所述高温热电偶输出信号线与温度控制器相连接。
9.根据权利要求7所述的高温氧化炉，其特征在于：所述支撑座包括支撑底座和用于连接支撑底座和所述进样器的连接部分，所述第一连接结构为所述进气腔室下部开口向上延伸的内螺纹，所述第二连接结构为所述连接部分上端延伸出的进样器连接部，所述进样器连接部形状为圆柱形凸台，凸台直径与所述进气腔室直径一致，凸台上设有外螺纹，所述第一连接结构与第二连接结构通过螺纹配合可拆连接。
10.根据权利要求7所述的高温氧化炉，其特征在于：所述支撑座包括上部设有环形凸台的柱状支撑底座和下端设有耐高温密封圈的连接部分，所述环形凸台与所述连接部分在两者的连接处形成与所述炉管下端插装配合的并通过耐高温密封圈密封的环形凹槽。
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