CN216955319U - 一种定压送气的气体取样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气体成分检测领域，公开了一种定压送气的气体取样器。相对现有技术，同时改进了气源样品降温、定量、定压输送，可以包括脱水，装置使用简单易行，具备良好的通用性，能够自动运行，降低操作成本。通过对较大范围变化的不同的温度、压力的管道气体或反应器气体进行温度、压力、取样体积控制，为检测器提供满足直接使用的气体样品，以适应多种应用场合的气体取样装置，特别是满足SOFC开发和产品评测的自动取样工具，用于原料、脱硫、重整、发电、燃烧等环节的评价。对样品的自动处理将大大提高处理速度和减轻人员占用，改进现有技术在小型气源处理、自动化和通用性等方面的不足。

Description

一种定压送气的气体取样器

技术领域

本实用新型属于气体成分检测领域，具体涉及一种对高温气体样品自动取样、处理，并通过样品管道定压定量送达检测器的取样器。

背景技术

高压管道或者高压容器中的气体样品分析，特别是对于许多反应装置内气样，需要快速取得并送检测分析，尤其是很多应用需要长期连续监测样品气体，所以希望其自动完成降温、压力变换和定量输送等环节，部分具有脱湿或其它要求，装置应具备无需人工持续参与的特性。

以使用天然气重整的SOFC为例，从重整器获得待测气体样品，脱水或不脱水，处理成常规温度、指定压力的气样，气体成分的检测器可以使用FID、TCD、FPD等一种或多种检测仪器。气体检测主要包括气体原料、脱硫产物、重整制氢各环节产物、低温发电或高温发电产物、尾气燃烧(包括催化燃烧)等多个基本反应过程，具体包括含硫量、甲烷、乙烷、其它烷烃烯烃、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气、氢气、水等，需要对反应进行的程度和催化剂活性等技术评价，对原料和产物进行成分分析，包括现场在线、离线分析，气量处于一般气样袋规格，用于多种要求，例如多种检测和留存，需要处理的体积超过一般的定量环体积。因此，需要对气体，特别是高温气体进行快速有效、可控制的处理，并送达检测器，包括样品取样保存。这些预处理一般是将温度调节成室温，压力改为某定压，例如调节成0.4MPag，气体体积按标准状态定量，如100mL、200mL、500mL等可定量检测或留样待检。送达色谱后，色谱再次定量选用其中规定一部分，如10μL、100μL、1mL等，根据检测器自身设置。对于痕量物质的分析，经常采用富集处理，如定量后的100mL气体样品吸附解吸到1mL中，得到100倍富集，可以提高对微量成分的检测能力，因此，气样的定量又具有明确的意义。

对于上述特点的自动取样技术目前还比较缺乏，已知应用技术存在不足。

如，专利CN102937627B，在线经过初步分离柱，将制氢的混合气中大部分氢气排放掉，其余气体进入分析仪器，不针对全组分分析方法和保留方法，作用类似于吸附柱的富集方式。

CN107957359B提供一种反应过程气体取样装置，特别适合于高压气体减压取样，但是对于气源压力低于色谱进气要求的，则不适应，并且缺乏对于系统的吹扫清洗。

CN203688323U公开一种气体分析的自动化处理系统，适合于大流量气源，对小流量气源取样将对气源造成流量和压力的较大波动。

专利CN103454362B是一类采用活塞气缸的技术，精度要求高，对于内壁吸附的清理不易进行，并可能容易出现漏气问题。

上述技术对高温带压气源的压力调整和定压、定量输送、内壁污染清理等，尚需要改进。

发明内容

针对上述不足，本实用新型提供一种定压送气的气体取样器。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种定压送气的气体取样器，包括定量与输送单元、取样与处理单元、气体吹扫单元以及系统控制器。

定量与输送单元，包括管路上顺次连接的增压气源、增压过滤器、减压阀、增压压力计、增压阀、限流器B，连接到增压罐，增压罐内设有储气袋；

增压罐还连接有排空阀B一路、计量器一路、五通阀一路，计量器一路从增压罐连接出，依次连接计量阀、计量器和位移检测器；五通阀的公用位与储气袋连接；

取样与处理单元，由管路上顺次连接的原料压力计、原料口测温器、原料阀、过滤器、限流器A、冷却器、分液器组成，分液器还带有排空阀A，其中原料阀及其至原料气源5之间设有原料口伴热器；

气体吹扫单元的管路上依次顺序连接吹扫气源、吹扫过滤器和吹扫压力计，然后分为包括吹扫阀A一路和吹扫阀B一路，吹扫阀A一路，由管路上顺次连接的吹扫阀A、限流器C，连接到储气袋与五通阀之间的管道上；吹扫阀B一路，由管道上连接的吹扫阀B，连接到原料阀与过滤器之间的管道上；

其中，所述原料口伴热器、原料口测温器、原料压力计、冷却器、排空阀A、五通阀、位移检测器、排空阀B，储气压力计、增压阀、增压压力计、吹扫阀A和吹扫阀B分别与系统控制器线路连接。

进一步的，所述增压罐为耐压的快开式容器。

进一步的，所述计量器为气体体积流量计，可以为气缸、湿式浮筒、波纹膨胀器中的任意一种，优选为湿式浮筒。

优选的，所述五通阀按顺时针方向依次设有色谱位、手动位、公用位、取气位、封闭位，手动位设有手动取样阀。

优选的，所述限流器A、限流器B和限流器C，使用针阀或毛细管限制气体流速。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

本实用新型的目的在于提供一种对高温气体取样器，自动完成取样、输送的管道定压、定量送达检测器以及送达气样取样袋。相对现有技术，同时改进了气源样品降温、定量、定压输送，可以包括脱水步骤，装置使用简单易行，具备良好的通用性，能够自动运行，降低操作成本。通过对较大范围变化的不同的温度、压力的管道气体或反应器气体进行温度、压力、取样体积控制，为检测器提供满足直接使用的气体样品，以适应多种应用场合的气体取样装置，特别是满足SOFC开发和产品评测的自动取样工具，用于原料、脱硫、重整、发电、燃烧等环节的评价。对样品的自动处理将大大提高处理速度和减轻人员占用，改进现有技术在小型气源处理、自动化和通用性等方面的不足。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是取样器的主要单元示意图；

图2是取样器的构成部件连接示意图。

图中：1.原料阀，2.原料口伴热器，3.原料口测温器，4.原料压力计，5.原料气源，6.过滤器，7.限流器A，8.冷却器，9.分液器，10.排空阀A，11.封闭位，12.取气位，13.五通阀，14.公用位，15.手动位，16.手动取样阀，17.色谱位，18.计量器，19.位移检测器，20.计量阀，21.排空阀B，22.储气压力计，23.储气袋，24.增压罐，25.限流器B，26.限流器C，27.增压阀，28.增压压力计，29.减压阀，30.增压过滤器，31.增压气源，32.吹扫阀A，33.吹扫阀B，34.吹扫气压力计，35.吹扫过滤器，36.吹扫气源，37.系统控制器，38.定量与输送单元、39.取样与处理单元、40.气体吹扫单元。

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本实用新型，但不限制本实用新型的保护范围。如无特殊说明，本实用新型所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。

本实用新型使用氢能燃料电池的重整制氢检测为例，但是不仅适用于此，也适用于广泛的常规化学化工、生物医药、环境检测等研究和生产控制领域，属于通用的气体取样技术，也适用于其它的化学化工等技术场合。

实施例1

本实用新型采用的技术方案如下：

参见图1、图2。

一种定压送气的气体取样器，由定量与输送单元38、取样与处理单元39、气体吹扫单元40，以及系统控制器37组成。系统控制器37对定量与输送单元38、取样与处理单元39、气体吹扫单元40三个主要单元进行控制。

图2中，外围实线和带箭头的弯曲实线，表示从系统控制器将电力控制输出到各执行元件；外围虚线和带箭头的弯曲虚线，表示各检测器采集的信号传输到系统控制器。单一的线条用于图示的简明，并不表示实际是仅有一根电线、电缆或信号线等。

其中，定量与输送单元38，管路上顺次连接的增压气源31、增压过滤器30、减压阀29、增压压力计28、增压阀27、限流器B25，连接到增压罐24。增压压力是指使用增压气源31、经过减压阀29减压的、用于气体样品输送的、本系统内达到的目标色谱指定的输送压力，增压气源31的压力必须高于目标色谱指定的输送压力。

增压罐24为耐压的快开式容器，增压罐24内有储气袋23，增压罐24还连接有排空阀B21一路、计量器18一路、五通阀13一路；排空阀B21一路直接与增压罐24相连接，排空阀B21打开时，容器和管路内的气体泄压为环境压力；计量器18一路从增压罐24连接出，连接到计量器18，计量器18是气缸、湿式浮筒、波纹膨胀器等气体体积流量计之一，优选为湿式浮筒，计量器18具有位移检测器19，采用光电感应器、行程开关等获得计量器18到达的位移连续点或特定点位移数据，用于系统控制器37计算计量器18进入的气体体积数据，判断气体进入的通断条件；五通阀13一路，五通阀13的公用位14与储气袋23连接，通过五通阀13选择气体通过公用位14连通的具体管口位，包括色谱位17、手动位15、取气位12、封闭位11，手动位15有手动取样阀16，优选的阀位邻接顺序是色谱位17、手动位15、取气位12、封闭位11。

当增压罐24常压且排空阀B21关闭时，来自于取样与处理单元的样品气将储气袋23充气膨胀，在增压罐24中的气体被挤压到计量器18中，位移检测器19将计量器18膨胀位移传递给系统控制器37，系统控制器37根据位移获得储气袋23进入的气体量。

储气袋23充气完成后，关闭计量阀20，打开增压阀27，增压罐24气压升高，储气袋23中的气体样品被压缩，经过五通阀13的公用位14，选择气体去向。

取样与处理单元39，由管路上顺次连接的原料阀1、原料口测温器3、原料压力计4、过滤器6、限流器A7、冷却器8、分液器9组成，分液器9还带有排空阀A10。其中原料阀1及其至原料气源5之间有原料口伴热器2，用于避免气源中的可凝物质在阀口凝结，其温度由原料口测温器3测得温度，传送到系统控制器37控制。原料阀1开启后，原料气源5的气体经过过滤、冷却、分液，再经过定量和输送单元的五通阀13的取气位12，限定增压罐24处于常压并且排空阀B21关闭和计量阀20开启，与储气袋23连通，对储气袋23充气。

气体吹扫单元40，来自于吹扫气源36的气体，经过吹扫过滤器6，分吹扫阀A32和吹扫阀B33两路。吹扫压力介于增压压力与常压之间，增压气源31的压力大于吹扫气源36的压力。吹扫阀A32一路，由管路上顺次连接的吹扫阀A32、限流器C26，连接到储气袋23与五通阀13之间的管道上。当排空阀A10关闭、五通阀13处于封闭位11，增压罐24常压、排空阀B21关闭、计量器18排空归零、储气袋23空，打开吹扫阀A32，吹扫气对储气袋23充气并将增压罐24气体压入计量器18，系统控制器37根据位移检测器19获得充入的气体量，达到一定量时，关闭吹扫阀A32，打开排空阀A10，五通阀13位置于取气位12，打开增压阀27，增压罐24升压，将储气袋23内气体经过排空阀A10排出，完成对储气袋23的置换清洗。

需要对手动取样阀16、色谱线路清洗时，开启增压阀27、排空阀A32，将储气袋23内气体经过五通阀13的取气位12、排空阀A10排出，再开启吹扫阀A32，将储气袋23至五通阀13、排空阀A10管线清洗；然后五通阀13转向手动位15，手动取样阀16可以手动开启完成手动位线路清洗；五通阀13再转向色谱位17，吹扫色谱位17的管线，完成色谱位17线路清洗。

吹扫阀B33一路，由管道上连接的吹扫阀B33，连接到原料阀1与过滤器6之间的管道上，吹扫阀B33开启时，当排空阀A10开启而五通阀13位不在取气位12时，对过滤器6、限流器A7、冷却器8、分液器9至排空阀A10吹扫。

上述各限流器根据气源压力和气量选定，使用针阀或毛细管限制气体流速，以增加实际可以使用的对气体流量控制的时间长度。

实施例2

根据上述取样器，样品自动控制方法如下：

步骤S1：启动归零

(1)默认状态是手动取样阀16置于关闭，五通阀13置于手动位15，其它自动阀是常闭阀位；

(2)开排空阀A10、五通阀13置取气位12，开增压阀27，将储气袋23气体挤压，通过五通阀13、分液器9、排空阀A10放空；

(3)关排空阀A10、关增压阀27、开排空阀B21，将增压罐24排空；

(4)开计量阀20，将计量器18归零；

(5)关计量阀20、关排空阀B21，归零调整完毕；

步骤S2：吹扫

(1)开排空阀A10、五通阀13置取气位12，开增压阀27，将增压罐24充压完成、储气袋23排气完成；

(2)开吹扫阀A32、关增压阀27，将吹扫阀A32至五通阀13、分液器9、排空阀A10沿路吹扫；

(3)五通阀13置手动位15、开手动取样阀16，关手动取样阀16，将手动取样阀16路吹扫；

(4)调节外部-本装置外的色谱仪器，其进气阀位置于放空；

(5)五通阀13置色谱位2，将去向色谱的气路吹扫；

(6)五通阀13置手动位15；

(7)调节外部-本装置外的色谱仪器，其进气阀位置于进气准备；

(8)关吹扫阀A32、五通阀13置取气位12，将吹扫阀A32至五通阀13、分液器9、排空阀A10沿路放空；

(9)五通阀13置手动位15；

(10)开吹扫阀B33，将吹扫阀B33至冷却器8、分液器9、排空阀A10沿路吹扫；

(11)关吹扫阀B33、关排空阀A10；

(12)开排空阀B21，将增压罐24放空；

(13)开计量阀20，将计量器18放空归零；

此时可以打开增压罐24更换储气袋18，必须确认完成更换后增压罐24罐体的闭合恢复；

(14)关排空阀B21，此时储气袋23完成接受气体样品的准备；

步骤S3：取气

(1)确认原料口测温器3达到系统设定的温度要求，冷却器8达到系统设定的温度要求，其它阀位、气压已经在规定条件；

(2)五通阀13置取气位12、开计量阀20、开原料阀1；

原料气经过原料阀1、冷却器8、分液器9、五通阀13，进入储气袋23；

(3)计量器18的位移检测器19，检测到定位的触发条件，通知系统；

10s后停止进料，设计预定10s的时间为宜，需要根据实际情况调试；

(4)关原料阀1，五通阀13置手动位15；

步骤S4：送气

(1)关计量阀20，开增压阀27，储气压力计22达到设定压力，如偏差±1kPa；

增压罐24预定充气时间5～10s；

(2)五通阀13阀位置于色谱位17，储气袋23向色谱送气，定压、定量；手动取样时，五通阀13置于手动位15；

(3)外部-色谱接受完毕，对本系统给出信号，确认完成；

(4)开排空阀A10，五通阀13置于取气位12，将储气袋23排空、连带吹扫分液器9；

步骤S5：恢复

转步骤S2执行吹扫，为下一次取样做准备。

以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种定压送气的气体取样器，其特征是，包括定量与输送单元(38)、取样与处理单元(39)、气体吹扫单元(40)以及系统控制器(37)；

定量与输送单元(38)，包括管路上顺次连接的增压气源(31)、增压过滤器(30)、减压阀(29)、增压压力计(28)、增压阀(27)、限流器B(25)，连接到增压罐(24)，增压罐(24)内设有储气袋(23)；

增压罐(24)还连接有排空阀B(21)一路、计量器(18)一路、五通阀(13)一路，计量器(18)一路从增压罐(24)连接出，依次连接计量阀(20)、计量器(18)和位移检测器(19)；五通阀(13)的公用位(14)与储气袋(23)连接；

取样与处理单元(39)，由管路上顺次连接的原料压力计(4)、原料口测温器(3)、原料阀(1)、过滤器(6)、限流器A(7)、冷却器(8)、分液器(9)组成，分液器(9)还带有排空阀A(10)，其中原料阀(1)及其至原料气源(5)之间设有原料口伴热器(2)；

气体吹扫单元(40)的管路上依次顺序连接吹扫气源(36)、吹扫过滤器(35)和吹扫压力计(34)，然后分为吹扫阀A(32)一路和吹扫阀B(33)一路，吹扫阀A(32)一路，由管路上顺次连接的吹扫阀A(32)、限流器C(26)，连接到储气袋(23)与五通阀(13)之间的管道上；吹扫阀B(33)一路，由管道上连接的吹扫阀B(33)，连接到原料阀(1)与过滤器(6)之间的管道上；

其中，所述原料口伴热器(2)、原料口测温器(3)、原料压力计(4)、冷却器(8)、排空阀A(10)、五通阀(13)、位移检测器(19)、排空阀B(21)，储气压力计(22)、增压阀(27)、增压压力计(28)、吹扫阀A(32)和吹扫阀B(33)分别与系统控制器(37)线路连接。

2.如权利要求1所述的一种定压送气的气体取样器，其特征是，所述增压罐(24)为耐压的快开式容器。

3.如权利要求1所述的一种定压送气的气体取样器，其特征是，所述计量器(18)为气体体积流量计。

4.如权利要求3所述的一种定压送气的气体取样器，其特征是，所述计量器(18)为气缸、湿式浮筒、波纹膨胀器中的任意一种。

5.如权利要求1所述的一种定压送气的气体取样器，其特征是，所述五通阀(13)按顺时针方向依次设有色谱位(17)、手动位(15)、公用位(14)、取气位(12)、封闭位(11)，手动位(15)设有手动取样阀(16)。

6.如权利要求1所述的一种定压送气的气体取样器，其特征是，所述限流器A(7)、限流器B(25)和限流器C(26)，使用针阀或毛细管限制气体流速。

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