Способ отбора пробы почвенного воздуха и устройство для его осуществления

(5 т) М, Кл. 6 01 й 1/22 Государстюный квинтет СССР ао делан изабрвтенхй и открытийДата опубликования описания 15.11.82 ИностранецРадтке Манфред(72) Автор изобрЕтеии Иностранное предприятие "ФЕБ Геофизик Лейпциг",1) Заяв) СП ОСОБ ОТБОРА ПРОБ ПОЧВЕННОГО ВОЗДУ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИв друго При это ка выт олечи Изобретение относится к методам отбора проб из грунта и из жидкостей, при применении которых устраняются или подавляются всевозможные помехи, возниканйцие при отборе проб, Применение этого метода возможно как на поверхности, так и под землей.Известны методы при которых в большинстве случаев применяются зонды с очень большим диаметром. Из-за большого лэиметра возникают сильные завихрения, потому неизвестно, произошло ли смешивание пробного таза с газом мертвого объема или нет.У другого известного прибора (А 1623443 от 8,6.67 т, Метод и устройство для измерения 1 аза. Изобретатель Рихард Фромхольц) перед измерением мертвый объем заполняется жидкостью, преимущественно дегазированной водой. Это, в свою очередь, предполагает наличие соответствующих жидкостей при работе в п вых условиях и, кроме того, приходится с таться с потерей времени, необходимого для заполнения. Следующим недостатком, отрицательно сказывающимся непосредственно на жэультате измерения, является смачивание внутренних стенок прибора в результате использования жидкостей, из-за чего на стенкахможет возникнуть усиленная сорбция. Использование жидкостей, в частности воды, исклю.чает применение прибора при температуре ни.же точки замерзания,Кроме того, известен еще один прибор(патент США Мф 3343421 - изобретатель -Норрель Л. Миллер), соединенный с любымвакуумным насосом. Этот прибор состоит издвух вакуумных камер, образующих вместес прибором одно конструктивное целое.При вытеснении пробного газа для анализай прибор применяется другой газ,м не обеспечивается полное беэ остат.еснение пробного газа иэ соответствую.щей вакуумной камеры. В результате этогоимеется опасность искажения результата измерения в следующей точке отбора пробы иэ-заоставшихся остатков газа.Главным недостатком при этом являетсято, что прибор может быть применен для по.вторного отбора пробы только после проведени анализа.974198 3Преимушеством решения согласно изобре.теллю является зкономия времеш. В публикациях, соответствующих известному уровшо техники, приводятся результаты около20 измерений в день, Благодаря этому методув соответствш с решением согласно изобрете.нио в зависимости от расстояний между точ.камц измерения возможно проведение 40 измерений в час.Благодаря значительному исключению по омех (например це полное заполнение пробо.отборных сосудов или перенос аномальных концентраццй ца следующую точку измерения) достигается энацггельное повышение качествапроб, 15Благодаря наличию двух идентично одина.ковых проб при возникновении оцгибок прнанализе в лаборатории предотвращается потеря пробного материала,Целью изобретения является разработка метода, гарацтируюгцего исключение рец 1 аюшихнедостатков, таких как неполное заполнение.кспщецтраций на следующую точку измерения.Цель достигается тем, что пробные сосудыперец заполнением их почвенным воздухомпродуваются и наполняются инертным газом,главным образом азотом, а откачка пробныхсосудов с помощью вакуумного насоса, находящегося в приборе, осуществляется послеприсоединения используемых гробных сосудов к прибору.Ицертцый газ освобождающийся в результате процесса откачки, промежуточно хранится в резервуаре для газа, также находя.35цлемся в приборе. Затем с помощью нагнетательцовсасывающего насоса, находящегося в .приборе, удаляется имеющееся в системе приборов пространство, и этот этап работы соотношением емкости насоса и мертвой емкости4 Опереходит в следующий этап - всасываниепочвенного воздуха, .т.е. отбор пробы.Если вследствие геологической ситуацииневозможно достичь полного заполнения проб.ных сосудов, то с целью достижения все жеполного занолнения возможна определеннаяподача инертного газа из резервуара для газа, После отбора пробы с помощью уженазванного нагнетательно-всасываюшего насосаиэ резервуара для газа отсасываются 50 млазота, после чего продувается и заполняется 50мертвое пространство устройства.,На фиг. 1 изображено устройство, внешнийвид; на фиг, 2 - схема устройства, общийвид; на фиг, 3 - соединительные магистрали.Устройство осуществления способа отбора 55проб состоит из двух самостоятельных подсборок: наземного зонда и насосного агрегата. Обе подсборки соединены друг с другом двумя гибкими магистралями 7 и 8, Иглообразный наземный зонд, максимачь.ный диаметр которого составляет 12 мм, имеет две независимые друг от друга систе. мы: нагнетательную и всасывающую. Нагнетательную систему наземного зонда образуют корпус зонда 2, примыкающий к головке зонда 1 и пневматическая манжета 4, примы. каюшая к корпусу через трубную муфту 3, Через центр этой системы по оси головки зонда до всасывающей камеры верхушки зонда 5 проходит канюля 6, Всасывающая камера, выполненная в качестве фильтра грубой очистки, имеет шестнадцать радиально расположешгых отверстий диаметром 1 мм. Тонкое фильтрование осуществляется щелевым фильтром, ввинчиваемым во всасывающую камеру, с шириной шлица 0,05 мм, В подсборцике ца. сосцого агрегата также имеются две неэави. симые друг от друга цагнетательцые и всасывающая системы. К этим двум системам относится еше и третья аккумулируюшая система, служащая для приема н отдачи инерт. ного газа. Нагцетательная система состоит из присоединительного патрубка 9, клапана 10, манометра давления 11, нагнетательцо-всасы. вающего насоса 12 и относящихся сюда соединительных магистралей 25 до 27 и 37.К всасывающей системе относятся: лрисоединительный патрубок 13, кран для газа 14, нагнетательно-всасываюший насос 15, патру. бок для пробного сосуда 16, два пробных сосуда 17, клапан 18, манометр низкого давления 19 и вакуумный насос 20 с возвратной пружиной 21, а также ножная скоба 22 и соединительные магистрали 28 - 33.Лккумулирующую систему образуют: кран для газа 23,- реэурвуар для газа с индикатором степени заполнения 24 и соединительные магистрали 34 - 36, Для обеспечения нейтраль. ного поведения зонда и насосного агрегата по отношению к почвенному газу и продув. ноц среде, главным образом 10%-ной азотной кислоте, все части, соприкасающиеся с этими вешествами, изготовлены иэ кислотостойких сортов стали, Все уплотнения, т,е, поршневые манжеты и соединительные уплотнения изготовлены преимущественно иэ тефлона, а гибкие соединительные магистрали - преимущественно из силиконового каучука.Благодаря использованию вышеназванных материалов обеспечивается работа насосного агрегата без необходимости смазки, Установленные газовые краны 14 и 23 обеслечи. вают по 4 коммутационных положения, показанные на фиг. 2, Соединительная. деталь 16 вьпголнена в виде разделителя газов и благо. даря штепсельным соединениям обеспечивает быструю замену газосборочных сосудов 17,974198 которые изготовлены, преимущественно иэстекла,Зонд заполненный инертным газом, вво.днтся в предварительно пробуренную неглубо.кую скважину диаметром от 14 мм до 16 мм 5до забоя, С помощью нагнетательно.всасывающего насоса 12 при повороте газового крана23 в положение С пневматическая манжета 4зонда заполняется атмосферным воздухом от0,8 ат до 1,0 ат. При повороте того жегазового крана в положение О имеется воз.можность заполнения инерпым газом трубного сальника (пакера).После соединения одинаковых по размерупробных сосудов, заполненных инертнъ 1 м га 15зом, с устройством через штепсельные соеди.цекия разделителя газов 16 пробные сосудыоткачиваются при положениях крана 14 Аи 23 А. Это производится неоднократным. включением вакуумного насоса ножнойскобой 22. В процессе откачки нейтральныйгаз попадает в резервуар для газа 24, Еслиэтот резервуар полностью заполнен газом,а про.цесс откачки еше не закончился,то тогда газовый кран 23 переводится в положение В,и газ таким образом попадает в атмосферу.Степень имеющегося вакуума показывает манометр 19,На следующем этапе с помощью нагнетатель.но-всасывающего насоса удаляется мертвое про.ЗОстранство, имеющееся в системе. Так как емость насоса рассчитана на 50 мл, а мертвыйэбъем составляет не более 10 мл, то на по.следнем этапе работы всасывается почвенныйвоздух, таким образом, почвенный воздух З 5находится в области газового крана 14. Благодаря этому обеспечивается готовность отбора пробы почвенного воздуха для анализа.При повороте газового крана 14 в положениеВ почвенный воздух одновременно поступает 4 фв оба пробных сосуда 17, благодаря этомуобеспечивается наличие двух идентичныхпроб и возможность двойного определения.Процесс заполнения пробных сосудов контролируется манометром 19. В случае полного 45заполнения газосборочных сосудов газовыйкран переводися в свое исходное положениеА. После закрмтия и снятия сборников с прибора процесс фтбора пробы окончен. Практика отбора пробы в полевых условиях показала, что не всегда имеется достаточное ко.личество почвенного газа для полного запол.кения пробных сосудов. Если такой случайимеет место, то кран 14 поворачивается вположение С и к пробам добавляется инерт.ный газ. Подаваемое количество газа показывает измерительная лента резервуара длягаза 24. После окончания отбора пробынажатием ца кнопку на клапане 10 из труб. ного сальника выпускается сжатый воздухи зонд вытягивается иэ скважины. Насос 15опорожняется полным вводом поршня вовнутрь. Затем газовый кран 14 переводитсяв положение О, и с помощью того же на.соса из газовой камеры 24 выводится инертный газ. После перевода крана назад в по.ложенис А отобранный газ выводится в атмосферу через зонд полным вводом поршняво внутрь,В этом этапе работы осуществляется продувание и заполнение системы нереагируюшим газом. При подозрении наличия большихзагрязнений в системе веществами, содержаэими утлеводород, эта система может бытьочищена жидкой промывной средой, преимущественно 10%-ной НЙО Для этого необходимо провести следующие работы: присоединить газосборочные сосуды и откачать их,как выше описано; всрху 1 цку зонда погрузитьв кислый электролит, а газовый крам перевести в положение В. Если всосалось 50 мл 60 мл кислоты, кран перевести в положениеА, а зо 1 щ погрузить в водяную ванну, Кранснова повернуть в положение В и всосать приблкзительно такое же количество воды, Затем зонд вынуть из водяной ванны и дополнительно всосать атмосферный воздух. Послеэтого осуществляется описанный выэс про.цесс продувания и наполнения системы инерт.ным газом. В результате промывки газом ижидкостью исключается перенос аномальныхконцентраций почвенного воздуха на следующую точку измерения, Рабочими этапами, ка.сающимися промывки зонда жидкостью, объясняется, в принципе, отбор проб воды из неглубоких скважин, колодцев и иэ открьпыхводоотливов, В то время как с помощью этого устройства отбор пробы почвенного воздухаможет осуществляться и при минусовой температуре, отбор пробы воды может осуществляться только при температуре выше точкизамерзания, Применение прибора объясняетсяна основе вышеприведенного описания егофункционирования и на основе фиг, 1,2 н 3,Реализация решений согласно изобретениюосуществлена в форме по возможности оченьузкого вертикально стоящего прибора. Высотаприбора выбрана так, что с ним можно работать не наклоняясь.Вес прибора ограничивается 12 кг, чтобыего можно было легко транспортировать. Зонд,соединенный с прибором гибкими магистраля.ми, может быть заменен н другими зондами. Благодаря этому может создаваться связьи с эабивными зондами. Применение приборатем самым возможно при всех условияхна поверхности. Этот прибор можно применятьи под землей, а также в наклонных и горн 974198 8зонтальных скважинах. Область применения определенного заполнения пробоотборных соприбора распространяется на геофизическую, судов и, кроме того, для продувки и запол.геохимическую разведки. пения частей прибора и зонда, которые сопри.касаются с отбираемыми средами.Формула изобретения 5 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что резервуар для газа, непод.1. Способ отбора проб почвенного воздуха вижно установленный в приборе, служит дляс помощью зонда и пробоотборных сосудов, промежуточного хранения инертного газа,откачиваемых перед взятием пробы, и газом. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е.носителем в качестве продувочного газа, о т О е с я тем, что пробоотборными средами мо.л и ч а ю щ и й с я тем, что перед взя- гут быть и жидкости,ткем пробы пробоотборные сосуды заполня. Признано изобретением по результатам экс.ются инертным газом, что этот инертный газ пертизы, осуществленной Ведомством по нзопромежуточно хранится при процессе откачки бретательству Германской Демократическойи в случае необходимости применяется для 15 Республики,974198 Составитель С. ФатееваГ, Гербер Техред Е.Харитончик Корректор Е.Рошк 683/5 Зак Подписное Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 ВНИИПИ Госу по делам из113035, Москва,Тираж 887рственного комитета СССретений и открытий 35, Раушская наб., д. 4