CN202256094U - 高压容量法瓦斯吸附系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高压容量法瓦斯吸附系统，包括用于盛装检测样品的吸附罐，还包括充气子系统、脱气子系统、吸附测量子系统和数据采集处理子系统；数据采集处理子系统包括数据采集密封盖、数据采样器和微机处理装置，数据采集密封盖用于对吸附罐进行密封，数据采集密封盖上设置有高压阀门和压力传感器，高压阀门用于与减压罐的气体输出端相连接，压力传感器的信号输出端与数据采样器的信号输入端相连接，数据采样器的信号输出端与微机处理装置相连接，本实用新型通过将充气子系统、脱气子系统、吸附测量子系统和数据采集处理子系统各个系统有机地结合在一起，能够顺利地实现充气、脱气、吸附测量、数据采集处理几大功能，其结构紧凑，自动化程度和测量精度高，省时省力，具有良好的应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种采用了高压容量法对瓦斯吸附进行测量的瓦斯吸附系统。
背景技术
煤的瓦斯含量直接影响煤层含瓦斯的多少和矿井瓦斯涌出量的大小，对于正确设计矿井通风，进行瓦斯抽放，以及生产矿井的正常通风瓦斯管理都有很大意义。因此，煤中瓦斯含量是瓦斯矿井生产和科研的重要基础资料。
煤中的瓦斯以三种状态存在：即游离瓦斯、吸附瓦斯和吸收瓦斯。吸收瓦斯量很少，在煤体内活动性不大，测定上也存在困难，所以一般不予测定。煤的瓦斯含量(单位煤体所含的瓦斯量m3/t)通常只包括游离瓦斯和吸附瓦斯两部分。
游离瓦斯可以根据煤的孔隙率与瓦斯压力进行计算，吸附瓦斯根据煤的吸附常数进行计算。本试验的目的就是测定煤的瓦斯吸附常数。煤样的瓦斯含量除与瓦斯压力直接有关外，也受其水份、温度和吸附瓦斯成份等因素影响，在使用基础资料时，应根据具体情况考虑适当的校正。
目前还没有一种自动化程度较高，专用于瓦斯吸附测量的装置。
发明内容
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种自动化程度高、使用方便、测量精度高、测量速度快的高压容量法瓦斯吸附系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
该高压容量法瓦斯吸附系统包括用于盛装检测样品的吸附罐，还包括充气子系统、脱气子系统、吸附测量子系统和数据采集处理子系统；
所述充气子系统包括高压瓦斯瓶和减压罐，所述高压瓦斯瓶中的气体通过减压罐向外输出；
所述脱气子系统包括抽真空装置和超级恒温器，所述抽真空装置与减压罐的气体输出口相联接，用于对吸附罐进行脱气，；所述超级恒温器用于使脱气中的吸附罐保持恒温；
所述吸附测量子系统包括恒温水槽、高压吸附量管以及低压吸附量管;高压吸附量管容量大于1000ml，可进行高压解吸气体量测量；所述低压吸附量管可进行低压微量气体吸附解吸量测定，高压吸附量管和低压吸附量管均配有平衡瓶，避免大气压力的影响；
所述数据采集处理子系统包括数据采集密封盖、数据采样器和微机处理装置，所述数据采集密封盖用于对吸附罐进行密封，所述数据采集密封盖上设置有高压阀门和压力传感器，所述高压阀门用于与减压罐的气体输出端相连接，所述压力传感器的信号输出端与数据采样器的信号输入端相连接，所述数据采样器的信号输出端与微机处理装置相连接。
进一步，所述抽真空装置包括真空罐路装置、真空机组、真空规管和真空计，所述真空机组通过依次连接的真空隔膜阀、真空规管连接至真空计，且通过真空罐路装置与减压罐的气体输出端相连接；
进一步，所述系统还包括用于对试样称重的称量装置；
进一步，所述系统还包括烘干装置；
进一步，所述烘干装置为真空干燥箱；
进一步，所述超级恒温器的保持温度为60℃，所述恒温水槽的保持温度为30℃；
进一步，所述数据采集处理子系统还包括打印装置。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过将充气子系统、脱气子系统、吸附测量子系统和数据采集处理子系统各个系统有机地结合在一起，能够顺利地实现充气、脱气、吸附测量、数据采集处理几大功能，其结构紧凑，自动化程度和测量精度高，省时省力，具有良好的应用价值。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：
附图为本实用新型结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本实用新型，而不是为了限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型的高压容量法瓦斯吸附系统，包括用于盛装检测样品的吸附罐1，还包括充气子系统、脱气子系统、吸附测量子系统和数据采集处理子系统；
充气子系统包括高压瓦斯瓶2和减压罐3，所述高压瓦斯瓶中的气体通过减压罐向外输出；
脱气子系统包括抽真空装置4和超级恒温器5，所述抽真空装置与减压罐的气体输出口相联接，用于对吸附罐进行脱气；级恒温器用于使脱气中的吸附罐保持恒温；
吸附测量子系统10包括恒温水槽6、高压吸附量管以及低压吸附量管，附图中的水准瓶、玻璃活塞、饱和食盐水试管、升降器和瓦斯气囊都是属于吸附量管的一部分。
数据采集处理子系统包括数据采集密封盖、数据采样器7和微机处理装置8，所述数据采集密封盖用于对吸附罐进行密封，所述数据采集密封盖上设置有高压阀门9和压力传感器，所述高压阀门9用于与减压罐的气体输出端相连接，所述压力传感器的信号输出端与数据采样器的信号输入端相连接，所述数据采样器的信号输出端与微机处理装置相连接。
抽真空装置包括真空罐路装置、真空机组、真空规管和真空计，所述真空机组通过依次连接的真空隔膜阀、真空规管连接至真空计，且通过真空罐路装置与减压罐的气体输出端相连接。
作为进一步的改进，本系统还包括用于对试样称重的称量装置以及烘干装置，本实施例中，烘干装置采用真空干燥箱。
采用本实用新型进行瓦斯吸附测量的步骤如下：
1.称样
对盛装试样的煤样杯应预先编号，保存到干燥器中。
2.烘干
将煤样杯中称好的煤样置于真空干燥箱内，设定真空干燥箱温度为80～85℃，启动真空泵开始脱气，当干燥箱内的真空度保持在13Pa以下时，使煤样在恒温下烘干6h左右取出，立即放入干燥器内冷却保存。
3.装罐
烘干并冷却后的煤样应仔细装入有编号的吸附罐内，旋紧数据采集密封盖的螺钉，用游标卡尺测量罐缝高度（即吸附罐罐体与罐盖间的缝隙高度，它反应了每次装入煤样后，由于压紧螺钉的松紧程度不同而使死空间大小发生变化），测量时按90度取四个均匀分布的点，记录四个罐缝高度值H1、 H2、 H3、H4并输入微机处理装置的“煤样基本信息”模块中。
将高压瓦斯气体充入吸附罐中检查气密性。
4.脱气
吸附罐缓缓打开高压阀门，放掉高压瓦斯后与真空机组、脱气子系统相联接。关闭真空机组的大气连通阀，依次开启真空计电源和真空机组，旋转气路系统的玻璃活塞，然后缓慢打开吸附罐高压阀门进行脱气，5分钟后将吸附罐置于60℃超级恒温水浴中。脱气时间视不同煤样、煤样数量及泵的能力而定，但要求真空度小于4Pa后至少再连续脱气4h。脱气完成后关闭吸附罐高压阀门，停止真空机组，并将真空机组与大气连通，关闭真空计。
5.基本数据录入
将微机处理装置的系统软件的管理信息设置好后，即可执行进入吸附试验模块、继续执行基本信息录入。
6．低压吸附试验
1）当脱气系统的真空度小于4Pa并且连续脱气4h后，将吸附罐从60℃的超级恒温器移入30℃的恒温水槽中，继续脱气。
2）先用自高压纯瓦斯瓶的减压阀出口取一定量瓦斯后，与低压吸附量管联接，上下移动水准瓶使瓦斯反复清洗量管及连接胶管三次以上，最后用升降器下移水准瓶使量管内吸入约150cm3的纯瓦斯。在使用了净化器的瓦斯通路时，根据净化器的容积大小，要相应的增加清洗的次数。
3）关闭吸附罐高压阀门，将充入瓦斯的量管和经过清洗的连接胶管与经过脱气的吸附罐相连。开启量管上部活塞使之处于与吸附罐相连通状态，移动水准瓶使水准瓶内的液面与量管内的液面保持一致，记录量管内的液面刻度，此刻度为量管初始体积。然后缓缓打开吸附罐的高压阀门，此时量管内的瓦斯将被吸入吸附罐内，注意不断移动水准瓶使其液面与量管内的液面保持一致。低压吸附之煤样的吸附速度小于0.5cm3/h时，即可认为达到了吸附平衡。低压吸附的平衡时间视煤样的吸附性能而定，一般需要8小时左右。达到平衡后移动水准瓶使水准瓶液面与量管内水面一致后，读取量管内液面的刻度，此刻度为量管结束体积。初始体积与结束体积之差即为吸附罐自量管内吸入的瓦斯气体体积。同时记录平衡时的室温及大气压力。
4）进入软件的低压吸附界面，点选进行低压吸附的煤样编号，点击执行低压吸附。
在当前低压吸附界面录入量管初始体积，并修改结束体积。输入低压吸附平衡时的大气压力pd(单位hPa)和当时的室温。
7.高压吸附试验
高压吸附试验的前提是只有完成低压吸附试验的煤样才能进行高压吸附试验。高压吸附操作步骤如下：
（1）设置传感器关联吸附罐及煤样编号
将充入高压瓦斯后的吸附罐连接好传感器后置于30℃的恒温水槽内，用通讯线缆把吸附罐上面的压力传感器和数据采集仪的信号输入端连接起来，最好一一对应起来，如1号吸附罐—1号压力传感器—1号输入端口。
（2）监测过程操作
开启分析主机与数据采集仪，通讯显示正常后，执行启动监测按钮，启动监测按钮变为已启动，颜色也由灰色变为红色。而此时对应的x号传感器按钮的颜色为灰色，表示等待试验开始进行。在微机处理装置中点击已经关联吸附罐的x号传感器按钮，x号传感器按钮的颜色立即由灰色变为绿色，表示该吸附罐已经被监测，此时x号传感器按钮变为x号传感器--y按钮，“y” 表示平衡压力点的个数。当吸附平衡时，x号传感器--y按钮由绿色变为红色，监测系统发出报鸣声来提示已经达到平衡了。同时下面录入信息对话框采集到平衡压力，只要输入量管读数和室温、大气压力进行添加即可结束第一个平衡压力点的试验，接着继续进行第二个平衡压力点的试验。
3）吸附平衡时的操作方法
将低压吸附平衡后的吸附罐自恒温水槽内取出并与高压吸附量管联接。量管内的饱和食盐水液面应处于“零”刻度位置，量管活塞处于接通吸附罐的位置，缓慢开启吸附罐的高压阀，并注意传感器数值下降情况，压力值下降约0.5～0.8Mpa时，立即关闭高压阀，将吸附罐重新置于恒温槽内平衡（平衡要求同前）。移动水准瓶读取量管内的瓦斯解吸体积，此瓦斯量即为先后两次平衡压力区间内从吸附罐中放出的瓦斯总量，同时记录此时的室温和大气压力。
4）记录添加和下一个点的监测
当吸附达到平衡后，软件自动开启添加记录功能。这时就可以在录入信息对话框中输入已经记录好的瓦斯总量、室温和大气压力。点击“添加”按钮即可结束第一个平衡压力点的试验，x号传感器--y按钮的颜色由红色变为灰色。接着点击x号传感器--y按钮开始监测第二个平衡点的试验， 此时x号传感器--y按钮的颜色又由灰色变为绿色。
5）重复上述步骤进行下一个平衡点试验
按照上述步骤逐次放出吸附罐中的高压瓦斯，同时记录各点吸附罐中每次相应放出的瓦斯量以及当时的室温和大气压力，然后把数据输入监测软件中。为保证试验必要的精度，高压吸附的平衡压力点定为6个点。吸附平衡的判断标准是：传感器监测到的瓦斯压力值在半小时内变化不超过0.01Mpa即认为吸附达到平衡。
6）高压吸附试验最后一个平衡点的操作方法
高压吸附的最后一点压力（传感器监测值一般约为0.5～0.8Mpa）达到平衡后，开启高压阀不再关闭，使吸附罐中瓦斯充分排入量管，最后在大气压力下达到平衡，要经常移动水准瓶使之与量管内液面一致。当吸附罐内放出瓦斯的速度小于2cm3/h时，可以认为瓦斯吸附达到平衡，平衡时间一般是8小时左右，这时再读出量管液面刻度即为最后一点解吸出的瓦斯量，同时记录下此时的室温和大气压力。然后把记录的瓦斯量、室温和大气压力输入监测软件中。软件将提示高压吸附试验结束，确认录入数据无误后点击“结束高压吸附” 按钮即完成该煤样的高压吸附试验。
8.试验结果输出
当高压吸附试验结束后，即可进行结果输出，点击“获取试验结果”功能按钮，在显示出的信息框中，选择煤样编号对话框，煤样编号下拉列表框列出了正在处于试验过程中的所有煤样编号。当列出的煤样完成高压吸附实验并且输入的基本信息完整后，点击煤样编号下面的“获取试验结果”按钮，软件将自动对录入的信息进行计算并显示出试验结果和吸附等温曲线。
在以上操作中有几点要求及注意事项：
（1）在开始做实验之前，一定先要检查系统的气密性，特别是吸附罐装入煤样后在没有进行脱气之前，一定要充入4Mpa以上的高压瓦斯气体检查系统是否漏气。
（2）吸附试验中吸附罐始终置于30℃的恒温水浴中（吸附温度也可以视要求另选）
（3）开关高压阀时吸附罐可自恒温槽内取出，但随后应立即放回恒温槽内。
（4）在低压吸附和高压吸附最后一点解吸气体时，应注意经常移动水准瓶，使之与量管内的液面保持一致（即使之与大气压力平衡），当读数时液面相差较大（水面＞100mm，水银＞10mm）时，至少应再使液面一致0.5h后才允许读数。
（5）在每步操作最后一次读取量管内气体数值的同时，读取室温t和大气压力pd，以供校正气体体积至标准状态用，室温应在量管附近测定，使之尽量接近量管温度。
（6）在进行脱气以及低压吸附试验时，应用一张标签贴在压力传感器上，这样可以防止恒温箱的水蒸气对压力传感器的影响，否则可能降低传感器采样精度并损坏传感器。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.高压容量法瓦斯吸附系统，其特征在于：所述系统包括用于盛装检测样品的吸附罐，还包括充气子系统、脱气子系统、吸附测量子系统和数据采集处理子系统；
所述充气子系统包括高压瓦斯瓶和减压罐，所述高压瓦斯瓶中的气体通过减压罐向外输出；
所述脱气子系统包括抽真空装置和超级恒温器，所述抽真空装置与减压罐的气体输出口相联接，用于对吸附罐进行脱气；所述超级恒温器用于使脱气中的吸附罐保持恒温；
所述吸附测量子系统包括恒温水槽、高压吸附量管以及低压吸附量管;高压吸附量管容量大于1000ml，可进行高压解吸气体量测量；所述低压吸附量管可进行低压微量气体吸附解吸量测定，高压吸附量管和低压吸附量管均配有平衡瓶，避免大气压力的影响；
所述数据采集处理子系统包括数据采集密封盖、数据采样器和微机处理装置，所述数据采集密封盖用于对吸附罐进行密封，所述数据采集密封盖上设置有高压阀门和压力传感器，所述高压阀门用于与减压罐的气体输出端相连接，所述压力传感器的信号输出端与数据采样器的信号输入端相连接，所述数据采样器的信号输出端与微机处理装置相连接。
2.根据权利要求1所述的高压容量法瓦斯吸附系统，其特征在于：所述抽真空装置包括真空罐路装置、真空机组、真空规管和真空计，所述真空机组通过依次连接的真空隔膜阀、真空规管连接至真空计，且通过真空罐路装置与减压罐的气体输出端相连接。
3.根据权利要求1或2所述的高压容量法瓦斯吸附系统，其特征在于：所述系统还包括用于对试样称重的称量装置。
4.根据权利要求3述的高压容量法瓦斯吸附系统，其特征在于：所述系统还包括烘干装置。
5.根据权利要求4所述的高压容量法瓦斯吸附系统，其特征在于：所述烘干装置为真空干燥箱。
6.根据权利要求4所述的高压容量法瓦斯吸附系统，其特征在于：所述超级恒温器的保持温度为60℃，所述恒温水槽的保持温度为30℃。
7.根据权利要求1所述的高压容量法瓦斯吸附系统，其特征在于：所述数据采集处理子系统还包括打印装置。
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