Способ отбора пробы Советский патент 1980 года по МПК G01N1/00 G01N31/08 

(54) СПОСОБ ОТБОРА ПРОБЫ

ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ГАЗОВОГО АНАЛИЗА

Изобретемте относится к области контроля и регулирования лабораторных и производственных процессов в химической, нефтехимической,и др. областях промышленности, ,а .также дозиро- , вание проб в анализаторы или подобные им устройства. , . -,

Известен способ отбора пробы для ,ана;пиза путем подачи анализируемого газа из его линии через соединитель;ную коммуникацию с запорным клапаном IB линию газоносителя 03- В линии :анализируемого газа создают давление, .превышающее давление в линии газа носителя. Для отбора пробы запорный клапан открывают, в результате чего ; анализируемый газ под действием перепада давлений поступает в линию газа1 носителя.

i Точность отбора пробы в этом спо|собе низка, так как величина пробы заIвисит от целого ряда параметров; времени, в течение которого кпайан от- I

|крыт, перепада давлений в линиях, тем-пературы, вязкости, состава и абсолют-i

ного давле ния анализируемого „газа. I Вариации этих параметров приводят к вариациям величины пробы.

При этом, как показьгоает опыт, наличие клапана в соединительной коммуникации приводит в ряде случаев, например при анализе микропримесей, к искажению состава отбираемого на анализ газа.

Наиболее близким по достигаемому результату к изобретению является : .Способ дозирования жидких и газообразных веществ в хроматограф 2. По этому способу анализируемый газ из линии со сбросом подают через соёдинительйую коммуникацию, выполненную в виде калиброванного капилляра в линию газа-носителя с установленным в .ней детектором. Подачу осуществляют автоматически повышением давления анализируемого газа по сравнению с давлением газа-носителя, перекрывая сброс на определенное время по сигналу детектора, фиксирующего анализируемое вещество.

к недостаткам этого способа относится низкая т« чность отбора пробы изза оставшегося влияния на нее изменений других параметров; перепада давле НИИ в линиях, абсолютного давления, температуры, вязкости и состава газа.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности отбора пробы 1

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе отбора пробы ;подачу анализируемого газа из линии со сбросом осуществляют через соеди;Нитепьную коммуникацию, сопротивление .потоку которой устанавливают в ЮОг JOOO раз меньше сопротивления линии :газа-носителя, при этом изменяют рас.ход газа-носителяj давление в линии анализируемого газа поддерживают постоянным.

Расход газа изменяют на участке ли:шш газа-носителя до места ввода соединительной коммуникации, уменьшая его по сравнению с расходом на участке после места ввода.

При этом расход на участке линии raза-носителя до места ввода соедини- . тельной коммуникации уменьшают,, либо увеличивая сопротивление этого участка, либо деля поток на нем.

Расход газа изменяют на участке лиНИИ газа-носителя после места ввода соединительной коммуникации, увеличи;вая его по сравнению с расходом на участке до места ввода соединительной коммуникации.

Расход газа на участке линии газаносителя после места ввода соедини;тельной коммуникации увеличивают, поддерживая расход на у частк-е до места ввода соединительной ко1Ф1уникации равным нулю. . ;

Такое решение задачи позволяет свести число основных парам€)тров, вариации которых влияют на точность отбираемой пробы толькок двум,которые могут быть легко и с высокой точностью измерены непосредственно в период отбора пробы. Этими параметрами являют-. ся время, в течение которого происходит отбор пробы, и расход газа через соединительную коммуникацию в этот период времени. Тем самым устраняется присущий прототипу ряд зависимостей, не позволяющий достичь высокой точности .

На фиг. 1-3 схематически представлены устройства, реализующие предлагаемьй способ.

Устройства содержат линию анализнруемого газа 1 со сбросом 2, в котором установлен автоматический регулятор давления до себя 3. Линия анализируемого газа 1 через соединительную коммуникацию 4 соединена с линией газа-носителя 5, в которой установлены анализатор 6 с расходомером 7 /см. фиг.

1-3/. -...- .

Регулятор 8, управляемый командным электрическим прибором 9, может быть установлен непосредственно в линии, газа-носителя 5 на участке до места ;ввода соединительной коммуникации 4

/см. фиг. 1/, либо на ответвлении 10, ; расположенном до /см. фиг. 2/ или по:сле /см. фиг. 3/ места ввода соединительной коммуникации 4. В обоих слу1чаях /см. фип, 2-3/ на ответвлении 10 , после регулятора 8 установлен газовый счетчик 11.

На участке линии газа-носителя 5 между местом ввода соединительной коммуникации 4 и ответвлением- 10 помещена ловушка микропримесей 12 /см. фиг.

3/.

Рассмотрим работу различных устройств , реализующих предлагаемый спо: соб, на конкретных примерах анали за, ,1соторые были опробированы. в лабораторных условиях или на производстве. I Пример 1. Анализировали влажньй воздух на содержание сероводорода и двуокиси серы с помощью устройства, представленного схемой, изображенной на фиг. 1. В качестве газа--носителя использовали очищенный от серосодержащих веществ воздух. В качестве анализатора 6 использовали проточный кулонометрический детектор. В качестве автоматического регулятора давления до себя 3 использовали маностат с гидростатической трубкой. Регулятор 8 в виде запорного клапана бьт сблокирован с командным электрическим прибором 9. Соединительная коммуникация 4 была выполнена в виде трубки внутренним диаметром 1 мм длиной 100 мм и имела сопротивление потоку воздуха при его расходе 0,8 мл/сек, равное Ьшм вод, ст., что было меньше сопротивления последующего участка линии газаносителя, включакщего анализатор 6 и расходомер 7, при оптимальном расходе 0,2 мл/сек. Через анализатор 6 в 100

раз. .. ..

; Поток газа-носителя в его линии j при открытом регуляторе 8 устанав.аи1за ,1БГрав иь1м1л7 1 мл/сек. После регуляjTopa 8 он распределялся на две части. j Одна частьУ н мл/сек поступала в анализатор 6, на выходе из которого эту часть измеряли пенным расходомером 7. Другая частьW 10,2 0,8 мл/сек по соединительной коммуникации 4 поступала в линию 1 анализируемого газа с расходом анализируемого воздуха в ней 5 мп/сек и вместе с ним по линии сброса 2 через регулятор 3 сбрасывалась в атмосферу. Для отбора пробы регулятором 8, управляемым командный электрическим прибором 9, перекрывали поток в линии газаiносителя. При этом а.нализируемый газ ;по коммуникации 4 перетекал в линию газа-носителя. По окончании отбора регулятором 8 расход газа-носителя вос-г станавливали прежним, равнь1мWj, При этом вся система возвращалась с исходное положение, а -отобранная проба газом-носителем переносилась в анализатор 6. Величину отобранной на анализ

пробы определяли по времени t , в те,чение которого был перекрыт поток газа-носителя , и расходу Waя измеренному расходомером 7, с учетом объема 0 газа в соединительной коммуникации 4:

Y Wan-t-Vo

Изменяя время t. от 1 до 50 сек, изменяли величину отобранной пробы от 0,2 МП до 10 МП при измерении б.ол1ьших .концентраций сероводорода и двуокиси :серы /от 10 до об/. Величину :пробн выбирали, исходя из диапазона линейности анализатора. При концентрациях ниже . об. время отбора : 50 сек,He...контролировали. Так как измереьпгя проводили.;;3,..этом случае непрерывно из потока аналиэнр.уемого газа, при этом периодически регулятором 8 подавали газ-носитель в линию анализируемого газа на время 100 сек, чтобы установить фоновый сигнал анализатора /нулевую линию/. О точности отбора прО бы судили по воспроизводимости резуль- татов анализа газов при постоянной концентрации сероводорода и двуокиси серы в отборе одинаковых и различных по объему проб, которая находилась на уровне + 2% относит. Воспроизводимость измерений известными ;способами, в том числе по прототипу, находилась соглас-; но проведенным нами опытам в пределах :+ /10 + 100%/ относит.

Однако при измерении концентрации .сероводорода и двуокиси серы вьше

7

JO % требовалось отбирать пробы менее

0,2 МП. При этом воспроизводимость измерений несколько ухудшилась, так как время отбора проб стало соизмеримым с временем срабатывания регулятора 8. Точность измерений + 2% относит. при отборе менее 0,2 мп быпа достигнута тем, что регулятором 8 поток газа носителя перекрывали не полностью, а лишь прикрывали его до расхода через него меньшего, чем расход газа через анализатор 6. Величину отобранной на анализ пробы в этом случае определяли по времени t , в течение которого расход был снижен, и разности значений расходов газа через анализатор ; Д/он. газа-носителя в период отбора -пробы . J/ /

V -YvVoH. -v }-г-Уо

при времени сек, расходах ,Vl/owr 0,2 мл/сек и VVy W 0,15мл/сек, ;0тбирали пробу величиной 0,05 мл с ;воспроизводимостью измерений в пределах jb 2% относит.

Применение рассмотренной модификации способа эффективно в случае, когда в линии газа-носителя можно установить регулятор его расхода 8. Однако целый ряд аналитических задач такой возможности не предоставляют. Ниже рассматриваются другие варианты осу.ществления способа, позволяющие осуществить столь же точно и просто отбор проб без регулятора расхода на линии

аз а-но си т ел я.

Пример 2. Анализировалй

содержание микропримесей высококипящих органических соединений до и после реактора при температурах процесса от 150° до 200 С. Для этого случая применили вариант способа, схема которого представлена на фиг. 2. Соедини;тельная кр1ммуникация 4 бьша выполнена IB виде -трубки -внутренним диаметрок : 1 мм, длиной 25 мм и имела сопротивление потоку азота в 1000 раз меньше, чем сопротивление последующего участка линии газа-носителя, включающего анализатор 6, в качестве которого использовали катарометр. Газ до реактора подали в линию 1 анализируемого таза с расходом 10 мл/сек. Газ после реактора, с тем же расходом подали в линию газа-носителя. Расход через анализатор 6 составлял 2 мл/сек. Регулятор 8 был отрегулирован на расход газа через ответвление 10 равным 15 мл/сек. При закрытом регуляторе 8 поток в линии газа-носителя распределялся на две части. Одна часть 2мл/сек поступала в анализатор 6 на анализ.

Другая часть 8 мл/сек проходила через соединительнущ,, коммуникацию 4, посту- . пала в линию 1 анализируемого газа и вместе с ним сбрасывалась через сброс 2 и регулятор 3 в атмосферу. Таким образом, при закрытом регуляторе 8 ана- : лизировали газ после реактора, при ; открытом регуляторе 8 поток в линии ; анализируемого газа распределялся на ; две части.. Одна часть 3 мл/сек сбрасывалась через сброс 2 и регулятор 3 в . атмосферу. Другая час-ть 7 мл/сек про ходила через соединительную коммуни- ; кацию 4, из которой 2 мл/сек поступало на анализ, оставшиеся 5 мл/сек вместе с отделенной частью потока газа в: линии газа-носителя через ответвление 10 с установленньм.в нем регулятором i 8 и газовым счетчиком 11 сбрасывались в атмосферу. В этом случае, т. е. при; открытом регуляторе 8, когда происхо- ; дило деление потока газа-носителя до i места ввода в его линию соединитель- : ной коммуник;ации 4, анализировали газ до реактора. Отрегулировав автоматическое открывание и закрывание регулятора 8 с периодом времени 120 сек с ; помощью командного электрического при-; бора 9, проводили переключение пото- ; ков на агализ, что обеспечивало пёрио:дический анализ газа до, и после : реактора. По отношению сигналов аналиЧ ;затора в том и другом случаях легко : ;было вычислить степень очистки. Вое- ; производимость измерений находилась ; на уровне + 1% относит. . В ряде опытов, когда степень очнст-ки в реакторе была близка к 100%, а газ до реактора, имел концентрации, выходящие за пределы лииейности анализатора, необходимо было для анализа ;газа до реактора отбирать малые по i величине пробы. В этом случае газ поеле реактора использовали в качестве.; газа-носителя. При этом регулятор 8 в открытом положении был отрегулирован на расход газа через сброс 10 так, что разность расходов газа-носителя в ; его линии 5 до сброса 10 WT.H через сброс VVcBp бь меньше расхода через ; анализатор За счет этого деления потока за время fc /время открытия регулятора 8/ происходила подача анализируемого газа из его линии I в линию газа-носителя 5 с анализатором 6. Величину пробы определяли по уравнению:

. - (Wn н. - Чбр, )J i-vi,

так как давление в линиях было близко.

I к атмосфер ному-j количество газа в со-; ;единительной кбммуникации 4 cocTa-sHjigJ

Л/о 0,015 мл. При W(3H. 2 мл/сек, 10 МП/сек, WcSfr 8,5 мл/сек, варьи , руя временем -fc, от 1 до 10 сек, отбирали пробы величиной от 0,485 до 4,985 мл. Воспроизводимость измерений не выходила за пределы + 1,5% относит

Рассмотренная модификация способа иллюстрирует возможность дистанционного управления процессом отбора с iвысокой точностью.

: Вьшеприведенные модификации спосоI ба эффективны при определении в отобI ранной пробе примесей анализаторами I/детекторами/, чувствительность которых достаточна для непосредственного определения содержания микропримесей. Однако в ряде аналитических задач j требования к уровню определяемых конIцентраций значительно выше возможно|Стёй анализатора. Вариант способа, :схема которого изображена на фиг. 3, :позволяет эффективно решить и эту .аналитическую задачу. I Пример 3. /фиг. 3/. Анализировали водород на содержание примесей воздуха спектрохроматографическим анализаIтором 6, в котором газом-носителем Гбыл гелий, подаваемый полинии 5. Чувjствительность анализатора к примесям воздуха составляла об. Требовалось же определять концентрации приме,;сей ниже об. Анализ : проводили следующим образом. В линии 5 устанавливали постоянный расход гелия Л/ги 1 мл/сек. Поток гелия при этом распределялся на 2 части. Одна частьWnii 0,3 мл/сек проходила через ловушку микропримесей. 12, заполненную селикагелем, и,поступала в анализатор 6, на выходе из которого эту часть замеряли пенным расходомером 7. Другая часть W WnK. WOH. 1-0,,7 мл/сек по соединительной коммуникации 4, выполненной с сопротивлением потоку в 1000 раз меньше сопротивления участка .линии газа-носителя после места ввода соединительной коммуникации 4 в виде трубки внутренним диаметром 2,4 мл и длиной 200 мм, поступала в линию анализируемого газа 1, расход которого составлял 20 мл/сек, и вместе с ним по сбросу 2 через регулятор давления до себя 3 сбрасывалась в атмосферу. При этом автоматическим регулятором давления 3 поддерживалось избыточное давление, равное 1,5 атм.Регулятор 8 был отрегулирован, по газовому счетчику 1 V нарасход V( 10 мл/сек,. Перед отбором охлаждали ловушку мнкропримесей 12 жидким азотом. Для отбора пробы регулятор 8 открывали, тем самым увеличивал. расход на участке линии газа-носителя 5 меяэду. местом iввода в линию соединительной коммуни(кации 4 и сбросом 10, по сравнению с .расходом на предьщущем участке линии газа-носителя 5. При эт.ом анализируемый водород по коммуникаций.;4 поступа. :В Линию 5 и вместе с гелием-проходил через ловушку 12, в которой .примеси воздуха из водорода извлекались адсорб|цией на селикагеле, и сбрасывался далее в атмосферу через ответвление 10 ;с установленным в нем регулятором 8. ;и счетчиком 11. Поистечении времеюг заканчивали отбор пробы, для чего регулятором 8 поток через ответвление ;10 прекращали. При этом система возвращалась в исходное состояние, когда .часть потока газа-носителя проходит по I коммуникации 4, препятствуя поступле1ШЮ анализируемогогаза в линию газаi носителя 5. Далее ловзппку 12 отепляли .и десорбировавшиеся при этом примеси ПОТОКОМ гелия переносили в анализатор

6. величина отобранной на анализ про;. бы составдаша

V (Wcisp.jL U/flw. - Wr.H.li -Vo

i При времени .t; . 0.,5 часа отбирали jпробу величиной 17,3 литра, что обес|.печивало анализ с чувствительностью ; . об.

При анализе гелия на содержание мик:ропримесей воздуха, т. е. газа, служа|щего газом-носителем в анализаторе, с

iцелью упрощения предыдущей модификации :способа, расход гелия в его линии 5 ; до места ввода в нее соединительной , коммуникации 4 поддерживали равным нулю, перекрьш поток гелия в ней. Схема ;анализа и весь порядок операций остались прежними. Только в этом случае при определении величины пробы учитываливремя Г Ос/, в течение которого лоI вушка 12 была охлажденной:

Vs Wcsp. -i WoH. t 03. )

I где С - время, в течение которого бьшо

открыто ответвление 10.

Воспроизводимость измерений состав:|ляла + 2% относит.

Следует отметить, что приведенные .примеры не исчерпывают всех возможных (вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

Предлагаемый способ характеризуется вьюокой точностью, простотой и универ. сальностью по сравнениюс известными способами. По всему определение вели-, чины отбираемой пробы не требует предварительной калибровки соединительной коммуникации, а проводится непосредственно при измерениях.

,1 возможность .отбора проб при темпераI турах, отличных от оптимальных для {работы элементов, анализатора. Обеспечена возможность автоматического и ;дистанционного осуществления указанных операций, что важно при анализе .промышленных сред, особенно во взрывоопасных установках. Наибольшие .преимущества способа реализ тотся при :отборе газовых проб, но можно дозиро;вать и насыщенные парами и взвесями газы, а также жидкие среды. Способ мо;жет быть использована в сочетании с 1анйлизаторами любого типа.

Формула изобрётеиия;

1. Способ отбора пробы преимущественно для газового анализа, включающий подачу анализируемого газа из линии со сбросом .через соединительную коммуникацию в линию газоносителя.

о т л и ч а ю щ и и с я

тем, -что, с целью повышения точности отбора, сопрбтивление потоку соединительной комму1№ кации устанавливают в 100-1000 раз меньше сопротивления линии газоносителя, при этом изменяют расход :газа-носителя, а давление в линии анализируемого газа поддерживают постоянным.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что расход газа изменяют по линии газа-носителя до места ввода соединительной коммуникации, уменьшая его по сравнению с расходом на участке после места ввода пробы.

3.Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что расход газаносителя уменьшают, увеличивая сопротивление ЛИIiИИ .

4.Способ по пп 1 и 2, о т л ит чающийся тем, что расход газа налинии газа-носителя уменьшают делением потока.

5.Способ по п. f отличающийся тем, что расход газа изменяют на линии газа-носителя после места ввода соединительной коммуникации увеличивая его по сравнению с расходом до места ввода пробы.

источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Руковод5;тво по газовой хроматографии, перевод с нем. nogjpefl.

/

А. А. Жуховицкого МирЧ М., 1969,

стр. 377.

2. Авторское свидетельство СССР № 370521, кл. 6-01// 31/08, 1974.

.-УЗ