УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ОСОБО ЧИСТЫХ, СУХИХ ПОВЕРОЧНЫХ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ МЕТАНА, ПРОПАНА, ОКИСИ УГЛЕРОДА В СОСУДАХ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ОТ ДВУХ ДО СОРОКА ЛИТРОВ Российский патент 2016 года по МПК B01F3/20 

Изобретение относится к устройствам получения поверочных газовых смесей далее ПГС в сосудах высокого давления, применяемых при техническом обслуживании приборов газового контроля загрязненности воздуха рабочей зоны на промышленных предприятиях. Ввиду высокой стоимости образцовых газовых смесей, изготавливаемых на специализированных предприятиях, актуальна задача приготовления больших количеств поверочных газовых смесей, близких к государственным стандартным образцам (ГСО) по метрологическим характеристикам, но обладающих меньшей стоимостью.

Известен способ приготовления поверочных газовых смесей по патенту RU 2208783 C1, включающий смешивание в сосуде-смесителе поверочного газа, поступающего из сосуда высокого давления, снабженного редуктором, с воздухом до заданной концентрации, контролируемой датчиком-газоанализатором. Для осуществления данного способа перечисленные узлы подключены к общему каналу. В данном способе смешивание производится при атмосферном давлении первоначально до избыточной концентрации поверочного газа, после чего в расходном канале воздух добавляют в поток газовой смеси до требуемой концентрации.

Известно устройство приготовления поверочных газовых смесей по заявке RU 2002103456 A, предусматривающее откачку воздуха из сосуда до заданного давления с последующим добавлением поверочного газа до атмосферного давления. Данное устройство не позволяет приготавливать поверочные газовые смеси с малым разбросом от заданной пороговой концентрации.

Известно устройство приготовления поверочных газовых смесей по заявке RU 2383007 C1, основанное на смешивании в заданной пропорции газа и воздуха, поступающих по общему каналу. Поверочный газ подают из сосуда высокого давления через редуктор, позволяющий установить необходимое парциальное давление в сосуд-смеситель. Давление контролируется датчиком давления. После этого компрессором нагнетают в сосуд-смеситель воздух до тех пор, пока не будет установлено заданное суммарное давление смеси, определяемое датчиком давления как сумма парциальных давлений поверочного газа и воздуха. Полученную газовую смесь подают на датчик-газоанализатор, в качестве которого используют термокаталитический датчик. В датчике дозированный поток газовой смеси, поступающей по отводному каналу на нагретую поверхность, покрытую катализатором, вызывает изменение температурного баланса, пропорциональное концентрации поверочного газа и регистрируемое термочувствительным элементом. В процессе измерения на датчик поочередно подают приготавливаемую ПГС из сосуда-смесителя и эталонную ПГС из одного из калибровочных сосудов с разной концентрацией поверяемого газового компонента. Соответствующие показания датчика X и Хо используют для определения концентрации приготавливаемой ПГС по формуле С=Х*Со/Хо, где Со - концентрация эталонной ПГС. Достижение концентрации ПГС в приготавливаемом баллоне, близкой к концентрации в эталонном баллоне, требует неоднократных операций добавления поверочного газа и смешиваемого с ним воздуха в сосуд-смеситель.

Из приведенных устройств наиболее близким к заявляемому (прототипом) следует считать устройство по патенту RU 2383007 C1. Недостатком данного устройства является большая трудоемкость и невысокая точность приготавливаемых поверочных газовых смесей.

Задача изобретения состоит в разработке такого устройства для приготовления поверочных газовых смесей, которое обеспечивает приемлемую точность и возможность получения газовых смесей с минимальной возможной концентрацией влаги не более 5% и мелких частиц не более 0.01 мкм.

Предложено устройство, изображенное на Фиг. 1.

Действие устройства осуществляется следующим образом:

а) поверяемый газ 100% концентрации из баллона 24, находящийся под высоким давлением от 100 до 150 атм, контролируемым манометром 27, при подаче его через редуктор 26 в 40-литровый баллон 11, в дальнейшем расходуемый на оперативное приготовление рабочих баллонов с ПГС объемом от 1 л до 12 л, или в рабочий баллон 16 для настройки газосигнализаторов при необходимости приготовления ПГС с концентрацией поверяемого газа, отличной от концентрации в баллоне 11, при открытом вентиле 25 предварительно проходит через осушитель газа от влаги 29, фильтр 30 от мелких частиц до 0.01 мкм и после этого поступает фиксированное время Тпг (время напуска поверяемого газа) через открытый вентиль 31 либо в баллон 11 при открытом вентиле 10 и закрытых вентилях 15, 18, 19, либо в баллон 16 при открытом вентиле 15 и закрытых вентилях 10, 18, 19 при выходном давлении от 1 до 10 атм, зависящем от необходимой концентрации поверяемого газа в приготавливаемой воздушно-газовой смеси и измеряемом манометром 28 на редукторе 26, а также манометром 9, общим для баллонов 11 и 16 с предварительной трехкратной очисткой сжатым воздухом от компрессора баллона 16, если в нем находился газ другой концентрации, чем в баллоне 11, или баллон 16 из-под другого газа с последующим сбросом газа по открытой магистрали через дренажный вентиль 5;

б) в компрессор воздух подается из блока очистки воздуха, где предварительно проходит через три секции осушителя воздуха 32, 33, 34 и затем фильтрами 35 и 36 очищается от грубых и мелких частиц размером до 0.01 мкм;

в) воздух в компрессоре 1 проходит комбинированную очистку и осушку как на входе в компрессор, так и на выходе из него после трехкратного сжатия и промежуточного охлаждения, а максимальная степень сжатия 170 атм определяется порогом срабатывания предохранительного клапана 3 на выходе из компрессора, и через вентиль 4 при закрытых вентилях 5, 31, 15, 18, 19 через тройники 6, 7, 8, при открытом вентиле 10 сжатый воздух до достижения давления от 100 до 150 атм, измеряемого манометром 2 и 9, проходит на заправку рабочего баллона 11 для приготовления ПГС или при закрытом вентиле 10 и открытом вентиле 15 поступает в рабочий баллон 16 для приготовления ПГС, давление которых контролируется манометром 9;

г) по достижении в баллонах 11 и 16 концентрации поверяемого газа в приготавливаемой газовой смеси, близкой к эталонной в баллоне 17, она измеряется газоанализатором Комета-М (поз. 22 на Фиг. 1) при подаче через него приготавливаемой ПГС при расходе 0.5 л/мин через тройники 13, 12, открытые вентили 19 и 20, ротаметр 21, сравнивается с концентрацией поверяемого газа в эталонном баллоне 17 и при достижении разницы менее 0.05 объемных процентов поверяемого газа приготовление ПГС в баллонах 11 и 16 заканчивается и баллон 16 передается на участок настройки газосигнализаторов, а баллон 11 подготовлен для оперативной заправки рабочих баллонов.

В результате в баллоне 11 и 16 получается сухая (относительная влажность меньше или равна 5%) поверочная газовая смесь с наличием микрочастиц с размером не более 0.01 мкм под давлением в диапазоне от 70 до 100 атм с относительной погрешностью по поверяемому газу метану, пропану и окиси углерода, равной погрешности эталонного баллона 17 с ПГС, что проверяется прибором газоанализатором 22, измерителем влажности 23, манометром 9.

Такое устройство обеспечивает решение поставленной задачи и обладает новизной и изобретательским уровнем поверяемого газа, отличной от концентрации в баллоне 11, при открытом вентиле 25 предварительно проходит через фильтр 29 от мелких частиц до 001 мкм и через цеолитовый осушитель газа от влаги 30, после чего поступает фиксированное время Тпг (время напуска поверяемого газа) через открытый вентиль 31 либо в баллон 11 при открытом вентиле 10 и закрытых вентилях 15, 18, 19, либо в баллон 16 при открытом вентиле 15 и закрытых вентилях 10, 18, 19 при выходном давлении от 1 до 10 атм, зависящем от необходимой концентрации поверяемого газа в приготавливаемой воздушно-газовой смеси и измеряемом манометром 28 на редукторе 26, а также манометром 9, общим для баллонов 11 и 16 с предварительной трехкратной очисткой сжатым воздухом от компрессора баллона 16, если в нем находился газ другой концентрации, чем в баллоне 11, или баллон 16 из-под другого газа с последующим сбросом газа по открытой магистрали через дренажный вентиль 5,

б) в компрессор воздух подается из блока очистки воздуха, где предварительно фильтрами 32 и 33 очищается от грубых и мелких частиц и аэрозолей размером до 0 01 мкм, а органические загрязнители воздуха в фотокаталитическом блоке очистки 34 разлагаются на углекислый газ и воду, которые удаляются в свою очередь селективным фильтром углекислого газа 35 и цеолитовым осушителем влаги 36,

в) воздух в компрессоре 1 проходит комбинированную очистку и осушку как на входе в компрессор, так и на выходе из него после трехкратного сжатия и промежуточного охлаждения, а максимальная степень сжатия 170 атм определяется порогом срабатывания предохранительного клапана 3 на выходе из компрессора, и через вентиль 4 при закрытых вентилях 5, 31, 15, 18, 19 через тройники 6, 7, 8, при открытом вентиле 10 сжатый воздух до достижения давления от 100 до 150 атм, измеряемого манометром 2 и 9, проходит на заправку баллона 11 для приготовления ПГС или при закрытом вентиле 10 и открытом вентиле 15 поступает в баллон 16 для приготовления ПГС, давление которых контролируется манометром 9,

г) по достижении в баллонах 11 и 16 концентрации поверяемого газа в приготавливаемой газовой смеси, близкой к эталонной в баллоне 17, она измеряется газоанализатором Комета-М (поз. 22 на Фиг. 1) при подаче через него приготавливаемой ПГС при расходе 0 5 л/мин через тройники 13,12, открытые вентили 19 и 20, ротаметр 21, сравнивается с концентрацией поверяемого газа в эталонном баллоне 17 и при достижении разницы менее 0 05 объемных процентов поверяемого газа приготовление ПГС в баллонах 11 и 16 заканчивается и баллон 16 передается на участок настройки газосигнализаторов, а баллон 11 подготовлен для оперативной заправки рабочих баллонов,

д) устройство приготовления поверочных газовых смесей ежемесячно проходит контроль герметичности методом опрессовки магистралей пневмосистемы.

В результате всех операций в баллонах 11 и 16 получается сухая поверочная газовая смесь под давлением в диапазоне от 70 до 100 атм с относительной погрешностью, равной погрешности эталонного баллона 17 с ПГС, что проверяется прибором газоанализатором 22, измерителем влажности 23, манометром 9.

Такое устройство обеспечивает решение поставленной задачи и обладает новизной и изобретательским уровнем.

Устройство для приготовления особо чистых сухих поверочных газовых смесей метана, пропана, окиси углерода в сосудах высокого давления от 1 до 40 л, содержащее компрессор, сосуд со 100% поверяемым газом, рабочие и эталонный баллоны для ПГС, приборы для измерения концентрации приготавливаемого компонента поверочной газовой смеси в приготавливаемом рабочем сосуде высокого давления и влажности, набор запорно-клапанной и магистральной арматуры. Между сосудом высокого давления со 100% поверяемым газом и рабочим баллоном, а также на входе поступающего воздуха в компрессор подсоединены конструктивно проточные осушители воздуха и фильтры от мелких частиц. Технический результат - приготовление поверочных газовых смесей с минимальной возможной концентрацией влаги не более 5% и мелких частиц не более 0,01 мкм. 1 ил.

Устройство для приготовления особо чистых сухих поверочных газовых смесей метана, пропана, окиси углерода в сосудах высокого давления от двух до сорока литров, содержащее компрессор, сосуд со 100% поверяемым газом, рабочие и эталонные баллоны с поверочными газовыми смесями, прибор для измерения концентрации приготавливаемого компонента поверочной газовой смеси в приготавливаемом рабочем сосуде высокого давления, набор запорно-клапанной и магистральной арматуры, отличающееся тем, что между сосудом высокого давления со 100% поверяемым газом и рабочим баллоном, а также на входе поступающего воздуха в компрессор подсоединены осушители и фильтры от мелких частиц.