气体采样分析系统及其方法与流程

本发明涉及气体采样分析的技术领域，具体地指一种气体采样分析系统及其方法。

背景技术

目前，气体采样装置在石油、化工、医药等领域等行业内应用广泛，根据气体采样装置所适用的不同压力可以分为高压采样和低压采样，操作压力高于0.1mpa的气体采样装置为高压系统采样装置，反之为低压系统采样装置。根据气体采样装置的结构是否密闭可以分为密闭性和非密闭性采样装置，非密闭性气体采样装置虽然结构简单但密闭性差，导致其测量时会产生样品的损失和泄露。

现有的气体采样系统或装置大部分是针对特定的气源或设备进行设计加工的，无法兼顾低压与高压两种不同情况下的气体采样，同时也无法对高温气源进行保温处理，使得气源的成分受到较大的影响，导致测量分析会存在一定的偏差。此外，现有的气体采样装置结构过于复杂，操作十分繁琐，不易于实际应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种气体采样分析系统及其方法，该系统能够对高温气源、低温气源、高压气源和低压气源均可进行采样，解决了目前针对高温低压气源采样困难的问题，同时可以对气源成分进行实时的分析处理，减少测量分析过程中产生的误差，提高检测结果的准确度。

为实现上述目的，本发明所设计的气体采样分析系统，包括样气罐、氮气罐、活塞储样器、真空泵和气体分析仪，所述样气罐和氮气罐的出气口均与活塞储样器的进气口相连，所述活塞储样器的出气口分别与真空泵、气体分析仪的进气口相连；

所述活塞储样器包括储气筒和设置在储气筒内部与其滑动配合的活塞，所述储气筒的一端设置有与其固定连接的法兰盘，所述储气筒的另一端穿设有与活塞固定连接的推杆；所述推杆上设置有与其固定连接的支撑座。

进一步地，所述样气罐的出气口处设置有第一管路，所述氮气罐的出气口处设置有第二管路，所述活塞储样器的进气口处设置有第三管路，所述第一管路、第二管路以及第三管路之间通过第一三通阀连通；所述第一管路上设置有第一阀门，所述第二管路上设置有第二阀门，所述第三管路上设置有第三阀门；

所述真空泵的进气口处设置有第四管路，所述气体分析仪的进气口处设置有第五管路，所述活塞储样器的出气口处设置有第六管路，所述第四管路、第五管路、第六管路之间通过第二三通阀连通；所述第四管路上设置有第四阀门，所述第五管路上设置有第五阀门。

进一步地，所述支撑座底部设置与其固定连接的滑块，所述滑块的下方设置有与其滑动配合的滑轨，所述支撑座可在外力的作用下带动滑块沿滑轨滑动。

进一步地，所述滑块上设置有用于对滑块进行限位的手动锁。

进一步地，所述活塞的外圈设置有用于与储气筒内壁密封的第一密封圈。

进一步地，所述法兰盘与储气筒贴合的侧面上设置有密封槽，所述密封槽内设置有用于密封法兰盘与储气筒贴合面的第二密封圈。

进一步地，所述储气筒的底部设置有与其固定连接的安装座；所述储气筒的外壁套设有加热保温套，所述加热保温套上设置有用于对其进行控温的温度控制器。

再进一步地，所述活塞储样器上设置有用于监测其内腔压力的压力表。

更进一步地，所述法兰盘上设置有用于与第三管路连接的第一接口、用于与第六管路连接的第二接口、以及用于与压力表连接的第三接口；所述法兰盘与储气筒之间通过螺栓固定连接。

本发明还提供一种利用上述的气体采样分析系统进行采样分析的方法，包括如下步骤：

1)排空废气：

关闭第一阀门、第二阀门、第五阀门，打开第三阀门、第四阀门，启动真空泵将储气筒内的废气排空，储气筒内压强减小，驱动活塞压缩储气筒直至其腔内气体体积最小，废气排空后关闭真空泵；

2)充氮气：

打开氮气罐和第二阀门将氮气充入储气筒，储气筒内压强增大，驱动活塞和推杆反向移动至设定位置，再通过手动锁锁紧滑块，充完氮气后关闭第二阀门；

3)抽氮气：

启动真空泵，抽取储气筒内的氮气排出，并重复2～5次步骤2)和步骤3)，最后一次抽氮气后，关闭第二阀门；

4)进样气：

打开第一阀门，启动真空泵抽取样气罐内的样气依次经由第一管路、第三管路进入储气筒，再由储气筒流出经由第六管路、第四管路至真空泵排出，经过设定时间后再关闭第四阀门和真空泵，将样气储存在储气筒内；

5)采样分析：

打开第五阀门，通过推动推杆将储存在储气筒内的样气送入气体分析仪进行采样分析，即完成采样分析。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

其一，本发明的气体采样分析系统设计有样气罐、氮气罐、活塞储样器、真空泵和气体分析仪，不仅可以对高温气源、低温气源、高压气源和低压气源进行采样，解决了目前针对高温低压气源采样困难的问题，同时可以对气源成分进行实时的分析处理，减少测量分析过程中产生的误差，提高检测结果的准确度。

其二，本发明的活塞储样器设计有储气筒、活塞以及推杆，其中储气筒的外壁套设有加热保温套，加热保温套上设置有用于对其进行控温的温度控制器，可以对高温气源进行保温处理，避免气源的成分受到温差的影响，降低了测量分析中存在的偏差，提高了测试的精确度。

其三，本发明设计的活塞外圈设置有用于与储气筒内壁密封的第一密封圈，法兰盘与储气筒贴合的侧面上设置有密封槽，密封槽内设置有用于密封法兰盘与储气筒贴合面的第二密封圈，这样有利于增强储气筒内气体的密封性，避免气体测量时会产生样品的损失和泄露。

附图说明

图1为一种气体采样分析系统的结构示意图；

图2为图1中法兰盘的侧视结构示意图；

图中，样气罐1、氮气罐2、活塞储样器3、储气筒3.1、活塞3.2、法兰盘3.3、第一接口3.31、第二接口3.32、第三接口3.33、推杆3.4、支撑座3.5、滑块3.6、滑轨3.7、手动锁3.8、密封槽3.9、安装座3.10、真空泵4和气体分析仪5、第一管路6.1、第二管路6.2、第三管路6.3、第四管路6.4、第五管路6.5、第六管路6.6、第一阀门7.1、第二阀门7.2、第三阀门7.3、第四阀门7.4、第五阀门7.5、第一三通阀8.1、第二三通阀8.2、第一密封圈9.1、第二密封圈9.2、加热保温套10、温度控制器11、压力表12、螺栓13。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

如图所示的一种气体采样分析系统，包括样气罐1、氮气罐2、活塞储样器3、真空泵4和气体分析仪5，样气罐1内可以储存发动机尾气、废气重整气或者其他设备排放的废气。样气罐1和氮气罐2的出气口均与活塞储样器3的进气口相连，活塞储样器3的出气口分别与真空泵4、气体分析仪5的进气口相连。

上述技术方案中，活塞储样器3包括储气筒3.1和设置在储气筒3.1内部与其滑动配合的活塞3.2，储气筒3.1的一端设置有与其固定连接的法兰盘3.3，储气筒3.1的另一端穿设有与活塞3.2固定连接的推杆3.4；推杆3.4上设置有与其固定连接的支撑座3.5，推杆3.4的杆部采用螺纹结构，其螺纹尺寸为m10，长度为200～240mm。法兰盘3.3与储气筒3.1之间通过螺栓13固定连接，法兰盘3.3上设有八个φ6通孔用于安装螺栓13。

上述技术方案中，支撑座3.5采用t字型结构，支撑座3.5底部设置与其固定连接的滑块3.6，支撑座3.5与滑块3.6之间通过螺栓连接。滑块3.6的下方设置有与其滑动配合的滑轨3.7，支撑座3.5可在外力的作用下带动滑块3.6沿滑轨3.7滑动。滑块3.6上设置有用于对滑块3.6进行限位的手动锁3.8，通过旋转手动锁3.8使手动锁内部的滑块与滑轨抵住，达到固定限位的目的。

上述技术方案中，活塞3.2的外圈设置有用于与储气筒3.1内壁密封的第一密封圈9.1，法兰盘3.3与储气筒3.1贴合的侧面上设置有密封槽3.9，密封槽3.9内设置有用于密封法兰盘3.3与储气筒3.1贴合面的第二密封圈9.2，有利于增强储气筒内气体的密封性，避免气体测量时会产生样品的损失和泄露。储气筒3.1的底部设置有与其固定连接的安装座3.10；储气筒3.1的外壁套设有加热保温套10，加热保温套10上设置有用于对其进行控温的温度控制器11，活塞储样器3上还设置有用于监测其内腔压力的压力表12，压力表12采用数字式压力表。这样，可以通过加热保温套10可以对高温气源进行保温处理，避免气源的成分受到温差的影响，降低了测量分析中存在的偏差，提高了测试的精确度。

上述技术方案中，样气罐1的出气口处设置有第一管路6.1，氮气罐2的出气口处设置有第二管路6.2，活塞储样器3的进气口处设置有第三管路6.3，第一管路6.1、第二管路6.2以及第三管路6.3之间通过第一三通阀8.1连通；第一管路6.1上设置有第一阀门7.1，第二管路6.2上设置有第二阀门7.2，第三管路6.3上设置有第三阀门7.3；

真空泵4的进气口处设置有第四管路6.4，气体分析仪5的进气口处设置有第五管路6.5，活塞储样器3的出气口处设置有第六管路6.6，第四管路6.4、第五管路6.5、第六管路6.6之间通过第二三通阀8.2连通；第四管路6.4上设置有第四阀门7.4，第五管路6.5上设置有第五阀门7.5。法兰盘3.3上设置有用于与第三管路6.3连接的第一接口3.31、用于与第六管路6.6连接的第二接口3.32、以及用于与压力表12连接的第三接口3.33。

一种利用上述的气体采样分析系统进行采样分析的方法，包括如下步骤：

1)排空废气：

关闭第一阀门7.1、第二阀门7.2、第五阀门7.5，打开第三阀门7.3、第四阀门7.4，启动真空泵4将储气筒3.1内的废气排空，储气筒3.1内压强减小，驱动活塞3.2压缩储气筒3.1直至其腔内气体体积最小，废气排空后关闭真空泵4；

2)充氮气：

打开氮气罐2和第二阀门7.2将氮气充入储气筒3.1，储气筒3.1内压强增大，驱动活塞3.2和推杆3.4反向移动至设定位置，再通过手动锁3.8锁紧滑块3.6，充完氮气后关闭第二阀门7.2；

3)抽氮气：

启动真空泵4，抽取储气筒3.1内的氮气排出，并重复2～5次步骤2和步骤3，最后一次抽氮气后，关闭第二阀门7.2；

4)进样气：

打开第一阀门7.1，启动真空泵4抽取样气罐1内的样气依次经由第一管路6.1、第三管路6.3进入储气筒3.1，再由储气筒3.1流出经由第六管路6.6、第四管路6.4至真空泵4排出，经过设定时间后再关闭第四阀门7.4和真空泵4，将样气储存在储气筒3.1内；

5)采样分析：

打开第五阀门7.5，通过推动推杆3.4将储存在储气筒3.1内的样气送入气体分析仪5进行采样分析，即完成采样分析。

本发明不仅可以对高温气源、低温气源、高压气源和低压气源进行采样，还可以对已采集的气体成分进行实时分析，运用于内燃机尾气、大气、可燃气及化工尾气的测量分析，大大提高了实验数据的准确度。

以上仅为本发明的具体实施方式，应当指出，其余未详细说明的内容为现有技术，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。