分解产物的色谱仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种检测SF6分解产物的色谱仪，包括进样通道、色谱柱组、阀组、第一PDD检测器和第二PDD检测器；其中，所述色谱柱组至少包括六根色谱柱，分别为Takey A柱、Takey B柱、Takey C柱、第一Porapak Q柱、第二Porapak Q柱以及13X分子筛柱；所述阀组包括至少五个多通阀，分别为第一阀、第二阀、第三阀、第四阀以及第五阀。本实用新型全面准确的对SF6分解产物进行分析，从而准确判断SF6气体绝缘设备内部运行情况，保障电气设备安全运行。
【专利说明】检测SF6分解产物的色谱仪
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及分析检测领域，特别是涉及一种检测SF6分解产物的色谱仪。
【背景技术】
[0002] 六氟化硫（SF6)在常温常压下是一种无色、无味、无毒、不燃、化学性质极稳定的合 成气体。S F6的分子为单硫多氟的对称结构，具有极强的电负性，赋予它优良的电绝缘和灭 弧性能。目前，3匕作为新一代的绝缘介质，被广泛应用于高压、超高压电气设备中。充装SF 6 的电气设备占地面积少、运行噪声小，无火灾危险，极大地提高了电气设备运行的安全可靠 性。
[0003] SF6气体在过热、电弧、电火花和电晕放电的作用下，会发生分解，其分解产物还可 与设备中的微量水分、电极和固体绝缘材料发生反应，其产物比较复杂，有气体杂质，如四 氟化碳（CF 4)、氟化硫酰（SO2F2)、氟化亚硫酰（SOF2)、二氧化硫（SO 2)等，还有一些固体杂质， 如氟化铝（AlF3)、氟化钨（WF6)等，具体分解途径如图9所示。
[0004] 对于运行中的电气设备，判断其设备内部运行状态相对困难，通过分析检测3匕气 体的分解产物是判断SF 6气体绝缘设备内部运行情况的一个强有力手段。近年来，广东省 通过检测SF6气体中CFJP SO2等分解产物的含量已经成功判断了多起电气设备故障。根 据以往研宄经验和实际工作，通过一匕气体的分解产物S0 2F2、S0F2、CS2、SCO等分解产物可 以有效判断SF 6气体绝缘设备内部运行情况，同时，通过H 2、02、N2、C0、CH4、C02、C 2F6等杂质 的含量也可以有效判断SF6气体绝缘设备内部运行情况，本方法的提出为成功判断电气设 备故障的一个强有力手段。
[0005] 传统色谱分析仪采用单柱来对SF6分解产物进行分离和测试，利用TCD和FDP串 连检测器对SF 6分解产物进行分析，但依靠单柱分离并不能有效分析H 2、02、N2、C0、CH4、C02、 0^、&5、50&、05 2等化合物，而这些化合物对电气设备内部的运行状态判断是非常重要的。 并且利用TCD-FH)串联的检测器也有缺点，TCD灵敏度低，检出限高，不能够用来检测低含 量的分解产物；Fro检测器由于其并不是线性检测器，在定量时容易造成误差较大，定量不 准确。
[0006] 本发明人前期发明了一种利用四阀四柱联用分析SF6分解产物的色谱仪（以下简 称为前期发明），其相较传统的色谱仪，可分离出多种传统色谱仪所不能分离的化合物，且 分离效果更好，但是部分目标化合物的保留时间较为相近，仍有改进的空间。
【发明内容】
[0007] 基于此，有必要针对上述问题，提供一种检测SF6分解产物的色谱仪，其对SF 6分解 产物的分离效果更好，定量定性分析更准确。
[0008] 为实现以上技术效果，具体技术方案如下：
[0009] -种检测SF6分解产物的色谱仪，包括进样通道、色谱柱组、阀组、第一 PDD检测器 和第二PDD检测器；其中，所述色谱柱组至少包括六根色谱柱，分别为Takey A柱、Takey B 柱、Takey C柱、第一 Porapak Q柱、第二Porapak Q柱以及13X分子筛柱；所述阀组包括至 少五个多通阀，分别为第一阀、第二阀、第三阀、第四阀以及第五阀；
[0010] 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述Takey C柱及所述第四阀与所述第二 PDD检测器连接并形成第一检测通道；
[0011] 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述Takey A柱、所述第三阀、所述Takey B 柱及所述第四阀与所述第二PDD检测器连接并形成第二检测通道；
[0012] 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述第二阀、所述第一 Porapak Q柱、第二 Porapak Q柱及所述第五阀与所述第一 PDD检测器连接并形成第三检测通道；
[0013] 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述第二阀、所述第一 Porapak Q柱以及所 述13X分子筛柱与所述第一 PDD检测器连接并形成第四检测通道。
[0014] 在其中一些实施例中，还包括载气通道及第六阀；所述载气通道通过所述第六阀 与所述第一阀、所述第二阀及所述第三阀分别连接。
[0015] 在其中一些实施例中，所述载气通道通过所述第六阀与所述第一 PDD检测器及所 述第二PDD检测器分别连接。
[0016] 本实用新型通过阀的切换进行切割组分分离控制，其中第一阀和第二阀为十通 阀，第三阀和第四阀为六通阀，第五阀为电磁阀，第六阀为四通阀。第一、二、三、四、五阀用 来实现色谱柱之间的切换，而第六阀主要用来保证在关机时，色谱柱和管路中保持He (充 满氦气）状态，避免下次开机，稳定时间过长。
[0017] 本实用新型还设有两个PDD检测器分别对分离后的样品进行检测分析，其中所述 第一 PDD检测器用来检测H2、02、N2、C0、CH4、CF 4、C02、以6;所述第二PDD检测器用来检测 S02F2、H2S、C3F8、COS、S0F 2、so2、cs2。
[0018] 在其中一些实施例中，还包括设在所述第一检测通道上的第一定量管，所述第一 定量管的两端与所述第一阀连接，所述第一阀通过所述第一定量管与所述Takey C柱连通。
[0019] 在其中一些实施例中，还包括设在所述第二检测通道上的第二定量管，所述第二 定量管的两端与所述第一阀连接，所述第一阀通过所述第二定量管与所述Takey A柱连通。
[0020] 在其中一些实施例中，还包括第三定量管，所述第三定量管的两端与所述第二阀 连接，所述第二阀通过所述第三定量管与所述第一 Porapak Q柱连通。
[0021] 上述三个定量管的作用都是用以控制进样，气体样品在初始状态进入定量管，进 入分析程序后，再通过三个定量管分别进入不同色谱柱进行分析。
[0022] 在其中一些实施例中，所述第一 Porapak Q柱的两端分别与所述第二阀连接。
[0023] 在其中一些实施例中，所述第一 Porapak Q柱为长4m、内径3mm的不锈钢管，内装 粒径为CL 18mm?0· 25mm的Porapak Q ;所述第二Porapak Q柱为长2m、内径3mm的不锈钢 管，内装粒径为〇· 18mm?0· 25mm的Porapak Q。
[0024] 在其中一些实施例中，所述13X分子筛柱为长4m、内径3mm的不锈钢柱，内装粒径 为0. 30_?0. 60_的涂有癸二酸二异辛酯的13X分子筛柱。
[0025] 本实用新型通过Takey A柱和Takey B柱联用，分析5(^2、45、(^8、〇)5、50?2;通 过Takey C柱分析CSjP SO 2;通过第一 Porapak Q柱和13X分子筛柱联用，分析H 2、02、N2、 CO、CH4、CF4;通过第一 Porapak Q柱和第二Porapak Q柱联用，分析CO 2和C 2F6。发明人依 据长久的经验积累以及大量的实验，优选出上述色谱柱，其中Takey A柱和Takey B柱联 用，可以避免SO2的拖尾现象，同时，可以使SO 2F2、C3F8、H2S的分离效果更好，还可以使SOF 2 和SO2的分离效果更好。
[0026] 本实用新型相较现有技术的优点及有益效果为：
[0027] 本实用新型通过多位发明人多年的研宄和大量的实验，确定了本实用新型，通过 六阀六柱联合可以实现不同组分间的分离，除了能够同时准确检测传统分析仪不能准确检 测的 SF6分解产物，如 H 2、O2、N2、C0、CH4、CO2、COS、H 2S、SOF2、CS2#化合物，还解决了 SO 2F2和 H2S以及SOFJP SO2保留时间过于相近的问题，大大增加了对最终目标化合物的判断的准确 性，而且本实用新型所得色谱图中SO 2的峰形无拖尾，进一步提高了对SO2S量定性的准确 度，本实用新型全面准确的对SF 6分解产物进行分析，从而准确判断SF6气体绝缘设备内部 运行情况，保障电气设备安全运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为本实用新型检测SF6*解产物的色谱仪中的阀及柱连接图（6个阀均为关 闭状态）；附图标记说明：l〇l:Takey A 柱；102:Takey B 柱；103:Takey C 柱；104:第一 Porapak Q柱；105 :13X分子筛柱；106 :第二Porapak Q柱；201 :第一阀；202 :第二阀；203 : 第三阀；204 :第四阀；205 :第五阀；206 :第六阀；301:第一 PDD检测器；302 :第二PDD检测 器；401 :第一定量管；402 :第二定量管；403 :第三定量管；501 :进样通道；502 :载气通道； 601 :气路孔；602 :气路；
[0029] 图2为本实用新型检测SF6*解产物的色谱仪中的阀及柱连接图（6个阀均为开 启状态）；
[0030] 图3为实施例1中第一 PDD检测器所得的色谱图，从左到右，出峰物质分别为 H2 (I. 85min)、O2 (2. 33min)、N2 (2. 48min)、CO (3. 06min)、CH4 (3. 50min)、CF4 (4. 07min)、 CO2 (4. 51min)、C2F6 (5. 79min);
[0031] 图4为实施例I中第二PDD检测器所得的色谱图，从左到右，出峰物质分 别为 SO2F2 (2. 76min)、H2S (3. 37min)、C3F8 (3. 71min)、⑶S (4. 42min)、SOF2 (5. 34min)、 S02(9.61min)、CS2(14.32min);
[0032] 图5为前期发明（四阀四柱联用色谱仪）分析所得色谱图（C0S+H2S+CS 2);
[0033] 图6为前期发明（四阀四柱联用色谱仪）分析所得色谱图（S02F2+C 3F8);
[0034] 图7为前期发明（四阀四柱联用色谱仪）分析所得色谱图（SO2);
[0035] 图8为传统单柱分离色谱仪分析所得色谱图；
[0036] 图9为SF6气体在过热、电弧、电火花和电晕放电的作用下的分解反应示意图。
【具体实施方式】
[0037] 以下结合实施例和附图进一步说明本实用新型，但本实施例不能用以限制本实用 新型的保护范围。
[0038] 以下实施例中所用色谱柱（包括Takey A柱、Takey B柱、Takey C柱、第一Porapak Q柱、第二Porapak Q柱以及13X分子筛柱）的供应商为：上海华爱色谱有限公司。
[0039] 实施例1
[0040] 一种检测SF6分解产物的色谱仪，如图1、2所示，包括进样通道501、色谱柱组、阀 组、第一 PDD检测器301以及第二PDD检测器302 ;其中，所述色谱柱组至少包括六根色谱 柱，分别为Takey A柱101 (长2m、内径3mm的不锈钢管，内装粒径为0· 18mm?0· 25mm的高 分子聚合物）、Takey B柱102 (长2m、内径3mm的不锈钢管，内装粒径为0· 18mm?0· 25mm 的高分子聚合物）、Takey C柱103 (长2m、内径3mm的不锈钢管，内装粒径为0· 18mm? 0· 25mm的高分子聚合物）、第一 Porapak Q柱104 (长4m、内径3mm的不锈钢管，内装粒径 为 0· 18mm ?0· 25mm 的 Porapak Q)、第二 Porapak Q 柱 106 (长 2m、内径 3mm 的不镑钢管， 内装粒径为0. 18mm?0. 25mm的Porapak Q)以及13X分子筛柱105 (长4m、内径3mm的不 锈钢柱，内装粒径为0. 30mm?0. 60mm的涂有癸二酸二异辛酯的13X分子筛柱）；
[0041] 阀组包括至少五个多通阀，分别为第一阀201、第二阀202、第三阀203、第四阀204 以及第五阀205 ;
[0042] 进样通道501依次通过第一阀20UTakey C柱103及第四阀204与第二PDD检测 器302连接并形成第一检测通道；
[0043] 进样通道501依次通过第一阀201、Takey A柱101、第三阀203、Takey B柱102 及第四阀204与第二PDD检测器302连接并形成第二检测通道；
[0044] 进样通道501依次通过第一阀201、第二阀202、第一 Porapak Q柱104、第二 Porapak Q柱106及第五阀205与第一 PDD检测器301连接并形成第三检测通道；
[0045] 进样通道501依次通过第一阀201、第二阀202、第一 Porapak Q柱104以及13X 分子筛柱105与第一 PDD检测器301连接并形成第四检测通道。
[0046] 本实用新型还包括载气通道502及第六阀206 ;载气通道502通过第六阀206与 第一阀201、第二阀202及第三阀203分别连接；载气通道502通过第六阀206与第一 TOD 检测器301及第二PDD检测器302分别连接。
[0047] 本实用新型还包括第一定量管401、第二定量管402以及第三定量管403,第一定 量管401设在第一检测通道上，第一定量管401的两端与第一阀201连接，第一阀201通过 第一定量管401与Takey C柱103连通；第二定量管402设在第二检测通道上，第二定量管 402的两端与第一阀201连接，第一阀201通过第二定量管402与Takey A柱101连通；第 三定量管403的两端与第二阀202连接，第二阀202通过第三定量管403与第一 Porapak Q 柱104连通，上述三个定量管的作用都是用以控制进样，气体样品在初始状态进入定量管， 进入分析程序后，再通过三个定量管分别进入不同色谱柱进行分析；第一 Porapak Q柱 104的两端分别与第二阀202连接。
[0048] 本实用新型两个PDD检测器分别对分离后的样品进行检测分析，其中第一 PDD检 测器 301 用来检测 H2、02、N2、C0、CH4、CF4、C0 2、C2F6;第二 PDD 检测器 302 用来检测 SO 2F2、 H2S、C3F8、COS、SOF2、SO 2、CS2。
[0049] 本实用新型通过六个色谱柱联用的作用为对样品进行组分分离，通过阀的切换进 行切割组分分离控制，其中第一阀201和第二阀202为十通阀，第三阀203和第四阀204为 六通阀，第五阀205为电磁阀，第六阀206为四通阀，第一、二、三、四、六阀均为气动阀。第 一、二、三、四、五阀用来实现色谱柱之间的切换，而第六阀206主要用来保证在关机时，色 谱柱和管路中保持He (充满氦气）状态，避免下次开机，稳定时间过长。色谱仪中的各阀以 及色谱柱通过气路602连接，各个阀上设置有气路孔601 (十通阀上有十个气路孔，八通阀 上有八个气路孔，四通阀上有四个气路孔）用以连接气路602。
[0050] 图1所示为6个阀的初始状态（即为关闭状态），所有的阀动作一次即为开启状 态，开启状态是指阀内的连接管路完全转换，原来连通的变为不连通，原来不连通的变为连 通，外部的气路602不变（如图2所示），再动作一次即回复图1的初始状态，即关闭状态。 所有阀均可单一动作，各个阀间的动作与否不受其它阀影响，阀的切换程序见表1 :
[0051] 表1阀的切换程序（单位：分钟）
[0052]
【权利要求】
1. 一种检测SF6分解产物的色谱仪，其特征在于，包括进样通道、色谱柱组、阀组、第一 PDD检测器和第二PDD检测器；其中，所述色谱柱组至少包括六根色谱柱，分别为Takey A 柱、Takey B柱、Takey C柱、第一 Porapak Q柱、第二Porapak Q柱以及13X分子筛柱；所 述阀组包括至少五个多通阀，分别为第一阀、第二阀、第三阀、第四阀以及第五阀； 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述Takey C柱及所述第四阀与所述第二PDD检 测器连接并形成第一检测通道； 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述Takey A柱、所述第三阀、所述Takey B柱及 所述第四阀与所述第二PDD检测器连接并形成第二检测通道； 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述第二阀、所述第一 Porapak Q柱、第二Porapak Q柱及所述第五阀与所述第一 PDD检测器连接并形成第三检测通道； 所述进样通道依次通过所述第一阀、所述第二阀、所述第一 Porapak Q柱以及所述13X 分子筛柱与所述第一 PDD检测器连接并形成第四检测通道。
2. 根据权利要求1所述的检测SF6分解产物的色谱仪，其特征在于，还包括载气通道及 第六阀；所述载气通道通过所述第六阀与所述第一阀、所述第二阀及所述第三阀分别连接。
3. 根据权利要求2所述的检测SF6分解产物的色谱仪，其特征在于，所述载气通道通过 所述第六阀与所述第一 PDD检测器及所述第二PDD检测器分别连接。
4. 根据权利要求1?3任一项所述的检测SF6分解产物的色谱仪，其特征在于，还包括 设在所述第一检测通道上的第一定量管，所述第一定量管的两端与所述第一阀连接，所述 第一阀通过所述第一定量管与所述Takey C柱连通。
5. 根据权利要求1?3任一项所述的检测SF 6分解产物的色谱仪，其特征在于，还包括 设在所述第二检测通道上的第二定量管，所述第二定量管的两端与所述第一阀连接，所述 第一阀通过所述第二定量管与所述Takey A柱连通。
6. 根据权利要求1?3任一项所述的检测SF 6分解产物的色谱仪，其特征在于，还包括 第三定量管，所述第三定量管的两端与所述第二阀连接，所述第二阀通过所述第三定量管 与所述第一 Porapak Q柱连通。
7. 根据权利要求1?3任一项所述的检测SF6分解产物的色谱仪，其特征在于，所述第 一 Porapak Q柱的两端分别与所述第二阀连接。
8. 根据权利要求1?3任一项所述的检测SF 6分解产物的色谱仪，其特征在于，所述 第一 Porapak Q柱为长4m、内径3mm的不锈钢管，内装粒径为0. 18mm?0. 25mm的Porapak Q ;所述第二Porapak Q柱为长2m、内径3mm的不锈钢管，内装粒径为0? 18mm?0? 25mm的 Porapak Q〇
9. 根据权利要求1?3任一项所述的检测SF 6分解产物的色谱仪，其特征在于，所述 13X分子筛柱为长4m、内径3mm的不锈钢柱，内装粒径为0. 30mm?0. 60mm的涂有癸二酸二 异辛酯的13X分子筛柱。
【文档编号】G01N30/46GK204214823SQ201420485067
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】王宇, 方华, 李丽 申请人:广东电网公司电力科学研究院