Способ отбора пробы

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ76.93%О Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22)Заявлено 2711 78 (21) 2694872/25-26с присоединением заявки Ле(51)М. Кл. 9 01 Х 1/000 ОП 1 31/08 Гавудврствекнвй комитет СССР вв делам кзевретенкй а вткрмтвйОпубликовано 07. 1 О. 80 Бюллетень М 37 53) УДК 543.053/0888/ Дата опубликования описания 07. 10,80 МорозовС. В, Богуславский, Г. М, Величко, 10. С. Рудой, К. Ф. Афендик и А. Я. Пронская(72) Авторы изобретения 71) Заявитель СПОСОБ ОТБОРА ПРОБЫЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ГАЗОВАНАЛИЗАобласти О к а носителяТочность отб собе низка, так висит от целого ра пробы в этом спокак величина пробы заа параметров; вресрого клапан от-мени, в течение крыт, перепада пературы, вязкол " - -г - . Изобретение относится кконтроля и регулирования лабораторных и производственных процессов в химической, нефтехимической.и др. областях промышленностиатакже дозирование проб в анализаторы или подобные им устройства.Известен способ отбора пробы для ,анализа путем подачи анализируемого газа из его линии через соединительную коммуникацию с запорным клапаном в линию газоносителя (:13. В линии анализируемого газа создают давление, превышающее давление в линии газа -носителя, Для отбора пробы запорныи клапан открывают, в результате чего анализируемый газ под действием перепада давлений поступает в линию газаавлений в линиях, темти, состава и абсолют-ного давления. анализируемого, газа.Вариации этих параметров лриводят вариациям величины пробы.При этом, как показывает опыт, наличие клапана в соединительной коммуникации приводит в ряде случаев, ив пример при анализе микропримесей, к искажению состава отбираемого на анализ газа.Наиболее близким по достигаемомурезультату с изобретению является 1 Способ дозирования жидких и газообразных веществ в хроматограф"2. По этому способу анализируемый газ из линии со сбросом подают через соединительйую 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 течность отбора пробы изза оставшегося влияния на нее изменений других параметров; перепада давле. - ; ний в линиях, абсолютного давления, температуры, вязкости и состава газа.Целью предлагаемого изобретения является повышение точности отбора пробы.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе отбора пробы подачу анализируемого газа из линии со сбросом осуществляют через соеди,нительную коммуникацию, сопротивление ,потоку которой устанавливают в 100-. 1000 раз меньше сопротивления линии газа-носителя, при этом изменяют рас-, ,ход газа-носителя; давление в линии ,анализируемого газа поддерживают по,стоянным.Расход газа изменяют на участке ли-, нии газа-носителя до места ввода со, единительной коммуникации, уменьшая его по сравнению с расходом на участке после места ввода.При этом расход на участке линии га-, за-носителя до места ввода соедини- тельной коммуникации уменьшают, либо увеличивая сопротивление этого участка, либо деля поток на нем.Расход газа изменяют на участке ли-, нии 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 газа- носителя после места ввода соединительной коммуникации увеличивают, поддерживая расход на участке до места ввода соединительной коммуникации равным нулю.Такое решение задачи позволяет свести число основных параметров, вариации которых влияют на точность отбираемой пробы только к двум, которые могут быть легко и с высокой точностьюизмерены непосредственно в период отбора пробы. Этими параметрами являют-. ся время, в течение которого происхо дит 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 предла- гаемьпЪ способ. Я 1 Устройства содержат Линию анализируемого газа 1 со сбросом 2, в которомустановлен автоматический регулятордавления "до себя" 3, Линия анализируемого газа 1 через соединительнуюкоммуникацию 4 соединена с линией газа-носителя 5, в которой установленыанализатор 6 с расходомером 7 /см. фиг.1-3/.Регулятор 8, управляемый команднымэлектрическим прибором 9, может бытьустановлен непосредственно в линии,газа-носителя 5 на участке до меставвода соединительной коммуникации/см. фиг. 1/, либо на ответвлении 10,расположенном до /см. фиг. 2/ или после /см. фиг. 3/ места ввода соединительной коммуникации 4. В обоих случаях /см. фип, 2-3/ на ответвлении 1 Опосле регулятора 8 установлен газовыйсчетчик 11.На участке линии газа-носителя 5между местом ввода соединительной коммуникации 4 и ответвлением 10 помещена ловушка микропримесей 12 /см. фиг.3/,Рассмотрим работу различных устойств, реализующих предлагаемый способ на конкретных примерах анализа,;которые были опробированы, в лабораторных условиях или на производстве.Пример 1. Анализировали влажный 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 был 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 1 ймм вод. ст., что было меньше сопротивления последующего участка линии газа- носителя, включающего анализатор 6 и . расходомер 7, при оптимальном расходе 0,2 мл/сек. Через анализатор 6 в 100 раз.Поток газа-носителя в его линии э п и открытом регуляторе 8 устанавливз. Ри равными = 1 мл/сек. После регуля,тора 8 он распределялся на две части. 3 Одна частью= 0,2 мп/сек поступалаьв анализатор 6, на выходе из которого эту часть измеряли пенным расходомером 7. Другая частью =М/ -И 1= 1- 0,2 = 0,8 мл/сек по соединительной коммуникации 4 поступала в линию 1 анализируемого газа с расходом анализируемого воздуха в ней 5 мл/сек и вместе с ним по линии сброса 2 через регулятор 3 сбрасывалась в атмосферу. Для отбора пробы регулятором 8, управ" ляемым командным электрическим прибором 9, перекрывали поток в линии газа- ,носителя. При этом анализируемый газ 1по коммуникации 4 перетекал в линию газа-носителя. По окончании отбора регулятором 8 расход газа-носителя вос . станавливали прежним, равным И=1 мж/сек, .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 1 , в те,чение которого был перекрыт поток газа-носителя, и расходу И/ал , измеренному расходомером 7, с учетом объема Д газа в соединительной коммуникации 4:У - Ъ/ал- УоИзменяя время Ф от 1 до 50 сек, изменяли величину отобранноч пробы от 0,2 мп до 10 мл при измерении боЛьших концентраций сероводорода и двуокиси серы /от 10 2 до 10 4 об/. Величину пробы выбирали, исходя из диапазона линейности анализатора. При концентрациях ниже .10 4% об. время. отбора50 сек.не,контролировали, Так какизмерения проводили.,:в этом случае непрерывно из потока анализируемого газа, при этом периодически регулятором 8 подавали газ-носитель в линию анализируемого газа на время 100 сек, чтобы устачовить фоновый сигнал анализатора /нулевую линию/. О точности отбора пробы судили по воспроизводимости результатов 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 .+ /1 О + 100 / относит.Однако при измерении концентрации ,сероводорода и двуокиси серы выше-210 требовалось отбиратьпробы 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 относитпри отборе менее 0,2 мл была 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, в течение которого расход был снижен, и разности значений расходов газа через анализатор : Яоц и газа-носителя в период отбора пробы ф/ = Миан - И )- КПри времени= 1 сек, расходах Юр= 0,2 мл/сек и 4/ = ф = 0,15 мл/сек, отбирали пробу величиной 0,05 мп с ,воспроизводимостью измерений в .пределах + 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 осуществления способа, позволяющие осуществить столь же точно и просто отбор проб без регулятора расхода на линии газа-носителя.Пример 2. Анализировали азот на содержание микропримесей высококипящих органических соединений до и после реактора при температурах процесса от 150 до 200 С. Для этого случаяо оприменили вариант способа, схема которого представлена на фиг. 2. Соедини,тельная кдммуцикация 4 была выполнена ;в виде:трубки внутренним диаметром 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 газа с расходом 10 мл/сек. Газ "после реактора", с тем же расходом подали в линию газа-носителя. Расход через анализатор 6 составлял 2 мп/сек. Регулятор 8 был отрегулирован на расход газа через ответвление 10 равным 15 мп/сек. При закрытом регуляторе 8 поток в линии газа-носителя распреде - лялся на две части. Одна часть 2 ип/сек поступала в анализатор 6 на анализ.4 Другая часть 8 мл/сек проходила через соединительнун 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 сбрасы-. валась через сброс 2 и регулятор 3 в атмосферу. Другая часть 7 мл/сек проходила через соединительную коммуникацию 4, из которой 2 мп/сек поступало на анализ,. оставшиеся 5 мп/сек вместе с отделенной частью потока газа в линии газа-носителя через ответвление: 10 с установленным,в нем регулятором 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: места ввода в его линию соединительной коммуникации 4, анализировали газ "до реактора", Отрегулировав автоматическое открывание и закрывание регуля+ тора 8 с периодом времени 120 сек с помощью командного электрического прибора 9, проводили переключение потоков на анализ, что обеспечивало перио 11 1111 11 .дический анализ газа до , и после реактора. По отношению сигналов анали-, ,затора в том и другом случаях легко было вычислить степень очистки. Воспроизводимость измерений находилась на уровне + 1 Х относит.В ряде опытов, когда степень очистки в реакторе была близка к 10021 а газ "до реактора", имел концентрации, выходящие за пределы ли 1.ейности анализатора, необходимо было для анализа газа "до реактора" отбирать малые по величине пробы. В этом случае газ "по- сле 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 вего линии 5 до сброса 10 К 11 и через сброс М/ была меньше расхода через анализатор у/1. За счет этого деления потока за время 1-, /время открытия регулятора 8/ происходила подача анализируемого газа из,его линии 1 в линию газа-носителя 5 с анализатором 6. Величину пробы определяли по уравнению:ч =4 м-ам. -амбр,Ю Ч 0,так как давление в линиях было близко к атмосФерному, количество газа в со-, единительной кбммуникации 4 составило0,015 мл. При МаК= 2 мл/еек,фц= 10 мл/сек, Ьр,5 мл/сек, варьируя временем .1; от 1 до 1 О сек, от"бирали пробы величиной от 0,485 до4,985 мп. Воспроизводимость измеренийне выходила за пределы + 1 15% относитРассмотренная модификация способаиллюстрирует воэможность дистанционного управления процессом отбора с, высокой точностью.Вьппеприведенные модификации спосо; ба эффективны при определении в отоб", раиной пробе примесей анализаторами, /детектораьк/, чувствительность кото, рых достаточна для непосредственного1 определения содержания микропримесей.Однако в ряде аналитических задачтребования к уровню определяемых кон 1 центраций значительно выше возможностей анализатора. Вариант способа,"хема которого изображена на фиг. 3,позволяет эффективно решить и эту:аналитическую задачу,Пример 3. /Фиг. 3/. Анализироваливодород на содержание примесей воздуха спектрохроматографическим анализатором 6 в котором газом-носителем1 был гелий, подаваемый по линии 5. Чув",воздуха составляла 10 7. об. Требовалось же определять концентрации примесей ниже 10 Е об. Анализ:проводилиследующим образом. В линии 5 устанавливали постоянный расход гелияЫгн=ОП1 мл/сек. Поток гелия при этом распределялся на 2 части. Одна частьЯц 11 =0,3 мл/сек проходила через ловушкумикропримесей 12, заполненную селикагелем, и поступала в анализатор 6, навыходе из которого эту часть замеряли .пенным расходомером 7. Другая частьЧ = 41, "/цд = 1-0,3=0,7 мл/секпо соединительной коммуникации 4, выполненной с сопротивлением потоку в1000 раз меньше сопротивления участкалинии газа-носителя после места вводасоединительной коммуникации 4 в видетрубки внутренним диаметром 2,4 мл идлиной 200 мм, поступала в линию анализируемого газа 1, расход которогосоставлял 20 мл/сек, и вместе с нимпо сбросу 2 через регулятор давления"до себя" 3 сбрасывалась в атмосферу.При этом автоматическим регуляторомдавления 3 поддерживалось избыточноедавление, равное 1,5 атм. Регулятор8 был отрегулирован,по газовому счетТираж 84 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий Москва, 1 И 035, РЭушская наб 4,.6 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. "Руководство по газовой хроматографии", перевод с нем. под ред.1А. А. Жуховицкого "Мир"; М 1969,стр. 377.2. Авторское свидетельство СССРМф 370521, кл . Ф ОЦК 31/08, 1974,