本发明涉及锥形量热仪，具体讲是一种锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置。
背景技术：
电力系统存在着大量的可燃物，如电缆、变压器油、绝缘纸板等，火灾隐患较多。近年来，各类设备火灾事故时有发生，电缆火灾事故更是频繁发生，烧损了大量的电缆和设备，严重影响电力系统的安全运行。
研究材料的燃烧特性及阻燃特性，相应采取有效的防火技术，可有效减少电气设备及电缆火灾的发生。锥形量热仪采用氧消耗原理(每燃烧1kG氧气，产生13.1MJ的热量)，在特定的热辐射条件下，量化测量各种可燃及阻燃材料的点燃时间、热释放速率、总释放热量、有效燃烧热、质量损失、质量损失速率、生烟速率和烟密度等数据。其燃烧环境与真实的燃烧环境极其相似，试验结果与大型燃烧测试结果之间存在很好的相关性，经过20多年的不断改进和完善，现已成为公认的测量材料对火反应特性和评定燃烧性能的理想试验仪器。
锥形量热仪的气体取样系统，目前大多采用的方法是：首先将环形取样器取出的烟气进行制冷冷却，然后通过取样泵抽取并干燥，最后进入分析仪内进行分析。这种方法在实际应用过程中存在以下缺陷：1、在电缆燃烧试验时，烟气里的颗粒物残留很难解决，容易造成取样管路的堵塞或不通畅，清理起来非常困难；2、在电缆燃烧试验时，产生的烟气成份比较复杂，仪器自带的CO、CO2传感器功能有限，既不能直观、有效地反映一些相关特征气体，也不能将烟气收集供后续进一步的分析、研究。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，提供一种锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，能够解决现有取样管路易堵塞或不通畅，清理困难，以及不能直观、有效地反映一些相关特征气体，也不能将烟气收集供后续进一步分析、研究的技术问题。
本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，包括上位机、PLC以及依次由环形取样器、制冷管路、取样泵、干燥剂和气体分析仪串联连接而成的烟气试验管路，制冷管路底部装有手动阀S1，其中，还包括依次由烟气储存罐、温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器、NO/NOX变送器、CO/CO2变送器、两位三通手动阀V11和抽气泵串联连接而成的烟气收集与分析管路，以及用于对环形取样器、制冷管路、烟气试验管路和烟气收集与分析管路进行清理的气体吹扫管路，烟气储存罐的进口端同时与制冷管路出口和取样泵进口连接相通，环形取样器与制冷管路之间装有除水精密过滤器，取样泵与干燥剂之间装有两位三通手动阀V10，气体分析仪和抽气泵的出口装有烟气处理装置，温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器、NO/NOX变送器、CO/CO2变送器、抽气泵以及吹扫管路均与PLC电连接。
本发明所述的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，其中，气体吹扫管路包括氮气钢瓶、减压阀、电磁阀V1以及电磁阀V2，氮气钢瓶的出口与减压阀进气口连接相通，减压阀的出气口与电磁阀V1进气口连接相通，电磁阀V1的出气口同时与电磁阀V2进气口、烟气储存罐进口、取样泵进口以及制冷管路出口连接相通，电磁阀V2的出气口同时与环形取样器的出口和除水精密过滤器的进口连接相通，电磁阀V1和电磁阀V2均与PLC电连接。
本发明所述的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，其中，烟气储存罐的进口端装有手动阀S2，出口端装有手动阀S3。
本发明所述的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，其中，环形取样器的出口处、除水精密过滤器与制冷管路之间以及制冷管路与取样泵之间分别装有温湿度氧气变送器T2、温湿度氧气变送器T3和温湿度氧气变送器T4，温湿度氧气变送器T2、温湿度氧气变送器T3和温湿度氧气变送器T4均与PLC电连接。
本发明所述的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，其中，温湿度氧气变送器T2与除水精密过滤器之间分别装有手动阀S4和电磁阀V3，手动阀S4和电磁阀V3分别设置在电磁阀V2的出气口两端，制冷管路的出口处装有电磁阀V4，温湿度氧气变送器T4与取样泵之间依次装有电磁阀V5和气体过滤器Q1，干燥剂与气体分析仪之间装有流量计，电磁阀V3、电磁阀V4和电磁阀V5均与PLC电连接。
本发明所述的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，其中，制冷管路上部装有温度传感器，该温度传感器与PLC电连接。
本发明所述的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，其中，制冷管路下部装有水位传感器，该水位传感器与PLC电连接。
本发明所述的锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置，其中，两位三通手动阀V11与抽气泵之间装有气体过滤器Q2。
采用以上结构后，与现有技术相比，本发明锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置具有以下优点：
1、除水精密过滤器具有三级过滤功能，第一级去除大量的水分及3μm以上固体颗粒，用于前处理；第二级滤除小至1μm的固体颗粒，达到进一步提高烟气质量的目的；第三级滤除0.01μm的固体颗粒，达到几乎所有的烟气水分、颗粒物都被除去，实现燃烧烟气深度过滤。而设置的吹扫管路能够定期对环形取样器、制冷管路、烟气试验管路和烟气收集与分析管路进行吹扫清理，可有效解决管路堵塞或不通畅的技术问题，且整个清理过程非常方便。
2、在抽气泵的作用下，温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器、NO/NOX变送器、CO/CO2变送器会对经过的燃烧烟气进行采集数值并实时存储数据，采集的数值通过PLC显示在上位机上，从而解决现有技术不能直观、有效地反映一些相关特征气体的技术问题。
3、烟气储存罐可将经过的烟气进行储存，将其取下后，通过专用气体分析仪器可对收集来的烟气进行分析，以供后续进一步分析、研究。
采用这种结构的气体吹扫管路可在仅有一个供气气源的情况下，就可对环形取样器、制冷管路、烟气试验管路及烟气收集与分析管路进行吹扫清理，有效节约成本。
烟气储存罐两端设置的手动阀S2和手动阀S3，可在取下烟气储存罐，避免管路中的燃烧气体过多地向外泄漏。
在锥形量热仪试验时，若取样管路漏气，管路内将进入空气，相应内部的温度会一定程度降低，而氧气含量会一定程度变大，通过温湿度氧气变送器T2、温湿度氧气变送器T3和温湿度氧气变送器T4分别采集取样管路上三处关键部位的温度及氧气信号，若采集值波动明显或超过设定阈值，本发明装置将立刻进行报警并识别漏气点在何处，方便作业人员快速修复，保证测试数据的准确性。
现有的锥形量热仪没有报警功能，若制冷系统发生故障，则会导致高温烟气进入气体分析仪，造成取样泵、气体分析仪等关键元件损坏。而本发明在锥形量热仪试验时，通过温度传感器采集制冷管路的温度信号，若仪器制冷系统故障，温度传感器的采集值将超过设定阈值，本发明接收到信号后立刻进行报警，从而有效对锥形量热仪烟气取样分析单元中的关键元器件(制冷压缩机、取样泵、气体分析仪)进行保护。
取样烟气经冷却后产生的水易造成制冷管路下端的手动阀腐蚀损坏，长期使用容易将水抽入后端硅胶干燥剂甚至气体分析仪中。本发明在锥形量热仪试验时，通过水位传感器采集制冷管路的底部水位信号，若制冷管路底部水位超限，水位传感器采集值超过设定阈值，本发明接收到信号后立刻进行报警。从而有效对锥形量热仪烟气取样分析单元中的关键元器件(即制冷压缩机、取样泵、气体分析仪)进行保护。
附图说明
图1是本发明锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置作进一步详细说明：
如图1所示，在本具体实施方式中，本发明锥形量热仪用的烟气预处理、收集及在线分析装置包括上位机、PLC以及依次由环形取样器50、手动阀S4、电磁阀V3、除水精密过滤器51、制冷管路52、电磁阀V4、电磁阀V5、气体过滤器Q1、取样泵55、两位三通手动阀V10、干燥剂56、流量计57和气体分析仪58串联连接而成的烟气试验管路，还包括依次由手动阀S2、烟气储存罐70、手动阀S3、温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72、CO/CO2变送器73、两位三通手动阀V11、气体过滤器Q2和抽气泵74串联连接而成的烟气收集与分析管路，以及用于对环形取样器50、制冷管路52、烟气试验管路和烟气收集与分析管路进行清理的气体吹扫管路。气体分析仪58和抽气泵74的出口装有烟气处理装置75，手动阀S2的进口端同时与电磁阀V4出口和电磁阀V5进口连接相通，温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72、CO/CO2变送器73、抽气泵74、电磁阀V4、电磁阀V5、取样泵55、气体分析仪58、电磁阀V3以及吹扫管路均与PLC电连接。
制冷管路52上部装有温度传感器53，制冷管路52下部装有水位传感器54，温度传感器53和水位传感器54均与PLC电连接，制冷管路52底部装有手动阀S1。在锥形量热仪试验时，通过温度传感器53和水位传感器54采集制冷管路52的温度及底部水位信号，若仪器制冷系统故障，温度传感器53的采集值将超过设定阈值，本发明接收到信号后立刻进行报警；若制冷管路52底部水位超限，水位传感器54的采集值将超过设定阈值，本发明接收到信号后立刻进行报警。由此不难看出，本发明实现了对锥形量热仪烟气取样分析单元中的关键元器件(制冷压缩机、取样泵、气体分析仪)进行保护。
气体吹扫管路包括氮气钢瓶60、减压阀61、电磁阀V1以及电磁阀V2，氮气钢瓶60的出口与减压阀61进气口连接相通，减压阀61的出气口与电磁阀V1进气口连接相通，电磁阀V1的出气口同时与电磁阀V2进气口、手动阀S2的进口、电磁阀V5进口以及电磁阀V4的出口连接相通，电磁阀V2的出气口同时与手动阀S4的出口和电磁阀V3的进口连接相通，电磁阀V1和电磁阀V2均与PLC电连接。
环形取样器50的出口处装有温湿度氧气变送器T2，除水精密过滤器51与制冷管路52之间装有温湿度氧气变送器T3，电磁阀V4与电磁阀V5之间装有温湿度氧气变送器T4，温湿度氧气变送器T2、温湿度氧气变送器T3和温湿度氧气变送器T4均与PLC电连接。
本发明采用上位机+PLC控制方式，设备通电后，上位机软件进行相应参数设置，发出指令，PLC接收指令后按程序执行相应动作。
本发明的工作原理如下：
1、锥形量热仪试验：打开手动阀S1进行排水，排水结束后将其关闭。燃烧烟气依次经过环形取样器50、手动阀S4、电磁阀V3、除水精密过滤器51、制冷管路52、电磁阀V4、电磁阀V5和气体过滤器Q1，由取样泵55将颗粒物、温度合格的烟气抽取，随后再经两位三通手动阀V10、干燥剂56和流量计57进入气体分析仪58进行试验分析。气体分析仪58的尾气通过烟气处理装置75处理合格后排出。
2、深度过滤：除水精密过滤器51具有三级过滤功能，第一级去除大量的水分及3μm以上固体颗粒，用于前处理；第二级滤除小至1μm的固体颗粒，达到进一步提高烟气质量的目的；第三级滤除0.01μm的固体颗粒，达到几乎所有的烟气水分、颗粒物都被除去，实现燃烧烟气深度过滤。
3、元件保护报警功能：在锥形量热仪试验时，通过温度传感器53和水位传感器54采集制冷管路52的温度及底部水位信号，若仪器制冷系统故障，温度传感器53的采集值将超过设定阈值，本发明接收到信号后立刻进行报警；若制冷管路52底部水位超限，水位传感器54的采集值将超过设定阈值，本发明接收到信号后立刻进行报警。由此不难看出，本发明实现了对锥形量热仪烟气取样分析单元中的关键元器件(制冷压缩机、取样泵、气体分析仪)进行保护。
4、取样管路漏气报警功能：在锥形量热仪试验时，若取样管路漏气，管路内将进入空气，相应内部的温度会一定程度降低，而氧气含量会一定程度变大，通过温湿度氧气变送器T2、温湿度氧气变送器T3和温湿度氧气变送器T4分别采集取样管路上三处关键部位的温度及氧气信号，若采集值波动明显或超过设定阈值，本发明装置接收到信号后将立刻进行报警并识别漏气点在何处，方便作业人员快速修复，保证测试数据的准确性。
5、锥形量热仪取样管路吹扫：
①对环形取样器50进行吹扫：氮气钢瓶60内的99.99％纯度的氮气通过带压力显示的减压阀61，减压至0.2MPa，再依次经电磁阀V1、电磁阀V2和手动阀S4后对环形取样器50进行吹扫。吹扫时间达到设定值5分钟后，上位机提示作业人员手动关闭氮气钢瓶60的阀门、减压阀61及手动阀S4，并自动关闭电磁阀V1和电磁阀V2。
②对除水精密过滤器51和制冷管路52进行吹扫：氮气钢瓶60内的99.99％纯度的氮气通过带压力显示的减压阀61，减压至0.2MPa，再依次经电磁阀V1、电磁阀V2和电磁阀V3对除水精密过滤器51和制冷管路52进行吹扫，气体最终从手动阀S1排出。吹扫时间达到设定值5分钟后，上位机提示作业人员手动关闭氮气钢瓶60的阀门、减压阀61及手动阀S1，并自动关闭电磁阀V1、电磁阀V2和电磁阀V3。
③对取样泵55进行吹扫：氮气钢瓶60内的99.99％纯度的氮气通过带压力显示的减压阀61，减压至0.2MPa，再依次经电磁阀V1、电磁阀V5和气体过滤器Q1后对取样泵55进行吹扫，对两位三通手动阀V10进行换向，气体最终由此两位三通手动阀V10向外排出。吹扫时间达到设定值5分钟后，上位机提示作业人员手动关闭氮气钢瓶60的阀门、减压阀61、取样泵55及恢复两位三通手动阀V10至原始状态，并自动关闭电磁阀V1和电磁阀V5。
6、对烟气收集与分析管路进行吹扫：氮气钢瓶60内的99.99％纯度的氮气通过带压力显示的减压阀61，减压至0.2MPa，再依次经电磁阀V1、手动阀S2、烟气储存罐70、手动阀S3、温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72和CO/CO2变送器73进行管路吹扫，对两位三通手动阀V11进行换向，气体最终由此两位三通手动阀V11向外排出。在此过程中，温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72和CO/CO2变送器73及时将采集数据存入上位机中。吹扫时间达到设定值5分钟后，上位机提示作业人员手动关闭氮气钢瓶60的阀门、减压阀61、手动阀S2、手动阀S3及恢复两位三通手动阀V11至原始状态，并自动关闭电磁阀V1和保存数据。
7、烟气在线分析：在锥形量热仪试验时，燃烧烟气依次经过环形取样器50、手动阀S4、电磁阀V3、除水精密过滤器51、制冷管路52、电磁阀V4、手动阀S2、烟气储存罐70、手动阀S3、温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72和CO/CO2变送器73、两位三通手动阀V11和气体过滤器Q2，由抽气泵74实时抽取烟气，抽气泵74的尾气通过烟气处理装置75处理合格后排出。观察温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72和CO/CO2变送器73的采集值并实时存储数据，稳定后，上位机提示作业人员手动关闭手动阀S2和手动阀S3，并自动关闭抽气泵74。
8、烟气收集：在锥形量热仪试验时，燃烧烟气经过依次经过环形取样器50、手动阀S4、电磁阀V3、除水精密过滤器51、制冷管路52、电磁阀V4、手动阀S2、烟气储存罐70、手动阀S3、温湿度氧气变送器T1、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72和CO/CO2变送器73、两位三通手动阀V11和气体过滤器Q2，由抽气泵74实时抽取烟气，抽气泵74的尾气通过烟气处理装置75处理合格后排出。作业人员手动关闭手动阀S2和手动阀S3并取下烟气储存罐70，后续可通过专用气体分析仪器对收集来的烟气进行进一步分析，上位机自动关闭抽气泵74。
本发明具有对锥形量热仪烟气取样分析单元中关键元器件(制冷压缩机、取样泵、气体分析仪)的保护及报警功能、燃烧烟气颗粒物深度过滤功能、取样管路吹扫与漏气报警功能、水位超限报警功能、烟气在线分析及收集功能，保证了取样管路的气密性及防堵塞要求、提高了锥形量热仪的使用寿命，并能对烟气进行在线综合分析、实时取样供离线分析。
在本具体实施方式中，所述的温湿度氧气变送器、手动阀、电磁阀、除水精密过滤器51、温度传感器53、水位传感器54、烟气储存罐70、SO2/HCL变送器71、NO/NOX变送器72和CO/CO2变送器73、两位三通手动阀、气体过滤器、抽气泵74、流量计57、氮气钢瓶60和减压阀61均为市售产品，所述的烟气处理装置75为现有技术，故其具体结构不在此赘述。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。