CN112162066A - 高压气体管路用沼气成份在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压气体管路用沼气成份在线监测装置，属于气体监测设备技术领域，包括壳体和气体监测仪表模组，壳体上设有校准空气进口、待监测气体进口、排气口和排水口，待监测气体进口通过气体输送管一与两位三通电磁阀上的进口一连接；气体输送管一上设有双级减压阀；校准空气进口通过气体输送管二与两位三通电磁阀上的进口二连接，两位三通电磁阀的出口依次通过分子筛、抽气泵与油水过滤器的进口连接，油水过滤器的出气口与气体监测仪表模组的进气端连接，油水过滤器的出水口与排水口连接，气体监测仪表模组的出气端与壳体上的排气口连接。本发明通过采用双级减压阀使得进入气体监测仪表模组的气体压力控制在仪表正常使用范围内。
Description
技术领域
本发明属于气体监测设备技术领域，具体涉及一种高压气体管路用沼气成份在线监测装置。
背景技术
生物天然气可压缩用于车用燃料（CNG）、热电联产（CHP）、并入天然气管网、燃料电池以及化工原料等领域。汽车使用生物天然气不仅可以降低尾气排放造成的空气污染，而且可使温室气体的净排放量减少75%～200%，另外，生物天然气可混入现有的天然气管网，降低对石化能源的依赖。
生物燃气广义上包含沼气、生物质燃气、生物制氢等，本工作中指由厌氧发酵产生的沼气，以畜禽粪便、农作物秸秆、城镇生活垃圾、工业有机废弃物等有机质为原料厌氧发酵产生的燃料气体。生物燃气一般由体积分数为 50%~70%的甲烷(CH4)和体积分数30%~50%的二氧化碳(CO2)组成，CH4 和 CO2 的相对含量主要取决于有机质原料的性质和生物反应器体系的温度、pH等参数。生物燃气生产过程中，可通过调整多元混合原料的比例、厌氧发酵温度等对产气率和产气组成进行调控。
生物燃气的生产和利用至今已有100 多年历史，但高含量的 CO2、H2S 和 H2O 等组分限制了其大规模商业化利用。因此，必须对原始生物燃气进行升级，得到 CH4 含量更高的生物天然气(又称生物甲烷)。
在生物天然气提纯领域，需要在脱硫前等生产工艺点监测甲烷、氧气、硫化氢等气体的浓度，从而进行生产过程工艺调整，包括混合原料的比例、厌氧发酵的温度等，并在脱硫后对提纯后的生物天然气成份进行检测，保证提纯后的气体浓度能够达到商业应用的需求。因此在生物天然气提纯领域，气体监测过程必不可少。
由于脱硫后的天然气管道压力较大，致使现有常规仪表不能实现对现场气体浓度进行稳定可靠的监测，并且压力过高会造成气路管道的损害以及气体检测仪表的故障，因此提供一种适合高压气体管路沼气成份监测的设备具有非常重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压气体管路用沼气成份在线监测装置，通过设置双级减压阀，使得进入仪表探测单元的气体压力控制在仪表正常使用范围内，通过分时控制两位三通电磁阀可实现空气和测试高压气的循环进入，空气能够吹扫气路中的杂质颗粒，避免管道堵塞情况发生，并且通过切换气路能够延长传感器的使用寿命，尤其对电化学传感器，能够避免其出现中毒现象，从而保证后端探测仪表的长期稳定运行。通过再流量计的进口端设置针阀控制气体流速，从而避免内部管道压力过大造成气体测时波动不准确等现象。在气体监测仪表模组的前端增加设置安全阀，防止双级减压阀出现故障时，后端气体压力过大对气体监测仪表模组造成损害。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：气体在线监测装置，包括壳体和壳体内部的气体监测仪表模组，其特征在于：所述壳体上设有校准空气进口、待监测气体进口、排气口和排水口，待监测气体进口通过气体输送管一与两位三通电磁阀上的进口一连接，所述气体输送管一上设有双级减压阀；校准空气进口通过气体输送管二与两位三通电磁阀上的进口二连接，两位三通电磁阀的出口与分子筛的进口连接，分子筛的出口通过抽气泵与油水过滤器的进口连接，油水过滤器的出气口与气体监测仪表模组的进气端连接，油水过滤器的出水口通过排水管与壳体上的排水口连接，气体监测仪表模组的出气端与壳体上的排气口连接；
所述气体监测仪表模组包括多个气体监测仪表，多个气体监测仪表中的首个气体监测仪表的进气端与油水过滤器的出气口连接，多个气体监测仪表中的末个气体监测仪表的出气端与壳体上的排气口连接，首个气体监测仪表与末个气体监测仪表之间的气体监测仪表的进气端和出气端通过相应的导气管依次串联连接。
通过采用双级减压阀使得进入气体监测仪表的气体压力控制在仪表正常使用范围内；另外，采用两位三通电磁阀，通过控制模块控制两位三通电磁阀相应气路通道打开，使得校准空气和待检测的高压气体（沼气）循环进入气体监测仪表模组，具体的，根据情况，采用分时控制功能，通过分时控制两位三通电磁阀可实现校准空气和待监测高压气体的循环进入，校准空气能够吹扫气路中的杂质颗粒，避免管道堵塞情况发生，并且通过切换气路能够延长传感器的使用寿命，尤其对电化学传感器能够避免其出现中毒现象，从而保证后端探测仪表的长期稳定运行。
进一步的，所述分子筛与抽气泵通过气体输送管道四连接，所述输送管道四上设有流量计，所述流量计的进气口处设有针阀。通过再流量计的进气口端设置针阀控制气体流速，从而避免内部管道压力过大造成气体测试波动不准确等现象，从而保证气体测试数值的准确和稳定。
进一步的，所述油水过滤器的出气口通过气体输送管道七与气体监测仪表的进气端连接，所述气体输送管道七上设有安全阀。在气体监测仪表模组的前端增加设置安全阀，防止双级减压阀出现故障时，后端气体压力过大对探测仪表造成损害，具体使用时，当气体压力检测仪检测到进入气体监测仪表模组的气体压力超过允许阈值时，控制模块控制安全阀自动打开泄压，从而保护气体监测仪表模组不被损坏。
进一步的，所述气体监测仪表为4个，4个气体监测仪表分别为第一气体监测仪表、第二气体监测仪表、第三气体监测仪表和第四气体监测仪表，所述第一气体监测仪表的进气端通过气体输送管道七与油水过滤器的出气口连接，第一气体监测仪表的出气端通过导气管一与第二气体监测仪表的进气端连接；
第二气体监测仪表的出气端通过导气管二与第三气体监测仪表的进气端连接；
第三气体监测仪表的出气端通过导气管三与第四气体监测仪表的进气端连接；
第四气体监测仪表的出气端通过导气管四与壳体上的排气口连接。
进一步的，还包括控制模块，所述壳体上设有通信接口和电源接口；所述气体监测仪表模组的信号输出通过RS485通信模块与控制模块的信号输入连接，控制模块的信号输出通过RS232通信模块与触摸显示屏连接；所述气体监测仪表模组的信号输出还通过4-20mA通信模块与终端服务器连接，所述控制模块的信号输出分别与两位三通电磁阀、抽气泵的控制端连接。
触摸显示屏采用工业级触摸显示屏，触摸显示屏可以显示多个气体监测仪表监测的相应多种气体组分的浓度。
进一步的，还包括红外接收器和红外遥控器。通过设置红外遥控器和红外接收器，能够通过红外遥控器隔着防爆玻璃窗对仪表进行校准、通信设置、设置气体种类选择、一键恢复等功能。无须打开防爆壳进行相应的设置操作，可以实现远程操控功能，操作更为简单方便。
进一步的，所述壳体采用防爆材料制备，所述壳体内设有为控制模块及用电器件供电的电源，所述壳体上设有电源开关。壳体采用防爆材料制备，整机壳体采用防爆设计，安全性高，特别适合具有防爆要求的工业现场环境，操作简单，实用性强，具有较强的推广应用价值。
进一步的，第一气体监测仪表为甲烷探测器；第二气体监测仪表为氧气探测器；第三气体监测仪表为二氧化碳探测器；第四气体监测仪表为硫化氢探测器。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中的气体监测仪表模组在壳体内的结构示意图；
图3为本发明的内部气路图；
图4为本发明的电气控制原理框图；
图中：气体输送管道七007，第一气体监测仪表01，第二气体监测仪表02，第三气体监测仪表03，第四气体监测仪表04，壳体100，校准空气进口101，待监测气体进口102，排气口103，排水口104，通信接口105，电源接口106，双级减压阀200，两位三通电磁阀300，分子筛400，抽气泵500，流量计600，针阀700，油水过滤器800，安全阀900，触摸显示屏1000。
具体实施方式
为使本领域的技术人员对本发明更好的理解，下面结合具体的实施方式对本发明做进一步说明：
如图1-4所示，高压气体管路用沼气成份在线监测装置，包括壳体100和壳体100内部的气体监测仪表模组，壳体100上设有校准空气进口101、待监测气体进口102、排气口103、排水口104、通信接口105和电源接口106。
待监测气体进口102通过气体输送管一与两位三通电磁阀300上的进口一连接，气体输送管一上设有双级减压阀200，校准空气进口101通过气体输送管二与两位三通电磁阀300上的进口二连接，两位三通电磁阀300的出口通过气体输送管三与分子筛400的进口连接，分子筛400的出口通过气体输送管四与抽气泵500的进口连接，气体输送管道四上设有流量计600，本实施例中的流量计600为浮子流量计，流量计600的进气口处设有针阀700。抽气泵500的出口通过气体输送管五与油水过滤器800的进口连接，油水过滤器800的出气口通过气体输送管七与气体监测仪表模组的进气端连接，气体输送管道七007上设有安全阀900，油水过滤器800的出水口通过排水管与壳体100上的排水口103连接，气体监测仪表模组的出气端与壳体100上的排气口103连接。
本实施例通过采用双级减压阀200使得进入气体监测仪表模组的气体压力控制在仪表正常使用范围内。另外，采用两位三通电磁阀300，通过控制模块控制两位三通电磁阀300相应进气路通道打开，使得校准空气和待检测的高压气体循环进入气体监测仪表模组，具体的，根据情况，采用分时控制功能，通过分时控制两位三通电磁阀300可实现校准空气和待监测气体的循环进入，校准空气能够吹扫气路中的杂质颗粒，避免管道堵塞情况发生，并且通过切换气路能够延长传感器的使用寿命，尤其对电化学传感器能够避免其出现中毒现象，从而保证后端探测仪表的长期稳定运行。通过在流量计600的进气口处设设置针阀700控制气体流速，能够避免内部管道压力过大造成气体测试波动不准确等现象，从而保证气体测试数值的准确和稳定。
在气体监测仪表模组的前端增加设置安全阀900，防止双级减压阀200出现故障时，后端气体压力过大对探测仪表造成损害，具体使用时，当气体压力检测仪检测到进入气体监测仪表模组的气体压力超过允许阈值时，控制模块控制安全阀900自动打开，从而保护气体监测仪表模组不被损坏。
气体监测仪表模组包括多个气体监测仪表，多个气体监测仪表中的首个气体监测仪表的进气端与油水过滤器800的出气口连接，多个气体监测仪表中的末个气体监测仪表的出气端与壳体100上的排气口103连接，首个气体监测仪表与末个气体监测仪表之间的气体监测仪表的进气端和出气端通过相应的导气管依次串联连接。
本实施例中的气体监测仪表为4个，4个气体监测仪表分别为第一气体监测仪表01、第二气体监测仪表02、第三气体监测仪表03和第四气体监测仪表04，其中，第一气体监测仪表01为甲烷探测器；第二气体监测仪表02为氧气探测器；第三气体监测仪表03为二氧化碳探测器；第四气体监测仪表04为硫化氢探测器。
具体的，第一气体监测仪表01的进气端通过气体输送管道七007与油水过滤器800的出气口连接，第一气体监测仪表01的出气端通过导气管一与第二气体监测仪表02的进气端连接；第二气体监测仪表02的出气端通过导气管二与第三气体监测仪表03的进气端连接；第三气体监测仪表03的出气端通过导气管三与第四气体监测仪表04的进气端连接；第四气体监测仪表04的出气端通过导气管四与壳体100上的排气口103连接。
还包括控制模块，气体监测仪表模组的信号输出通过RS485通信模块与控制模块的信号输入连接，控制模块的信号输出通过RS232通信模块与触摸显示屏1000连接；气体监测仪表模组的信号输出还通过4-20mA通信模块与终端服务器连接，控制模块的信号输出分别与两位三通电磁阀300、抽气泵500的控制端连接。控制模块包括PLC控制器，控制模块的信号输出通过第一继电器连接两位三通电磁阀300，控制两位三通电磁阀300分时导通，控制模块的信号输出通过第二继电器连接抽气泵500，控制抽气泵500工作。
触摸显示屏1000采用工业级触摸显示屏，触摸显示屏1000可以显示多个气体监测仪表监测的相应多种气体组分的浓度。
还包括红外接收器和红外遥控器。通过设置红外遥控器和红外接收器，能够通过红外遥控器隔着防爆玻璃窗对仪表进行校准、通信设置、设置气体种类选择、一键恢复等功能。无须打开防爆壳进行相应的设置操作，可以实现远程操控功能，操作更为简单方便。
本实施例中的壳体100内设有为控制模块及用电器件供电的电源（壳体100内设有电源107、空开108，能够保证电路系统安全稳定运行），壳体100上设有电源开关，壳体100采用防爆材料制备。壳体100采用防爆材料制备，整机壳体采用防爆设计，安全性高，特别适合具有防爆要求的工业现场环境，操作简单，实用性强，具有较强的推广应用价值。
工作原理：生物天然气提纯后的气体（沼气）接入壳体100上的待监测气体进口102，气体经过双级减压阀200进行减压稳压控制输出（通过调节双级减压阀200保证气体压力在气体探测仪表的正常压力工作范围内），气体经过双级减压阀200后的气体经两位三通电磁阀300分时控制通过（两位三通电磁阀的一个通道为校准气路通道，属于校准空气通道，直接抽空气进入电磁阀，另一个让待监测气体通过的气路通道）。两位三通电磁阀300通过PLC控制器实现分时控制，使得测量气体和空气循环进入后端气路。气体经过两位三通电磁阀300做切换控制后，进入分子筛400进行水汽、硫化物、杂质粉尘等的过滤，然后通过针阀700控制整个气路的气体流速，从而保证气流的相对稳定，接着通过抽气泵500进入油水过滤器800，油水过滤器800可先过油和过滤水的功能，其中当水分较多时靠重力作用可以实现自动排水功能。在油水过滤器800之后设置有安全阀900，当前端减压系统故障，高压气体进入时，可实现泄压功能，从而对后端的气体探测器起到保护作用。
接着气体依次进入甲烷气体探测器、氧气气体探测器、二氧化碳气体探测器和硫化氢气体探测器等气体监测设备，最后气体从壳体100上的排气口103排出。
本实施例中，四种气体组分的显示通过485通信可显示在工业级触摸显示屏上，通过4-20mA通信方式可以将探测数据传输至终端服务器（后台管理中心）。通过设置红外接收器在PLC电路上，然后通过红外遥控器，可以透过防爆玻璃窗口进行相应操作。该红外遥控器通过上下左右键等按键控制显示屏移动光标进行相应的软件操作。从而不用拆开防爆箱进行校准和设置等功能操作，非常方便现场工作人员进行相应的操作。
本发明中的气体在线监测装置可以应用生物天然气提纯、沼气生物质发电、垃圾填埋气发电、污水处理厂、石油化工、煤矿等领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.高压气体管路用沼气成份在线监测装置，包括壳体和壳体内部的气体监测仪表模组，其特征在于：所述壳体上设有校准空气进口、待监测气体进口、排气口和排水口，待监测气体进口通过气体输送管一与两位三通电磁阀上的进口一连接，所述气体输送管一上设有双级减压阀；校准空气进口通过气体输送管二与两位三通电磁阀上的进口二连接，两位三通电磁阀的出口与分子筛的进口连接，分子筛的出口通过抽气泵与油水过滤器的进口连接，油水过滤器的出气口与气体监测仪表模组的进气端连接，油水过滤器的出水口通过排水管与壳体上的排水口连接，气体监测仪表模组的出气端与壳体上的排气口连接；
所述气体监测仪表模组包括多个气体监测仪表，多个气体监测仪表中的首个气体监测仪表的进气端与油水过滤器的出气口连接，多个气体监测仪表中的末个气体监测仪表的出气端与壳体上的排气口连接，首个气体监测仪表与末个气体监测仪表之间的气体监测仪表的进气端和出气端通过相应的导气管依次串联连接。
2.根据权利要求1所述的高压气体管路用沼气成份在线监测装置，其特征在于：所述分子筛与抽气泵通过气体输送管道四连接，所述输送管道四上设有流量计，所述流量计的进气口处设有针阀。
3.根据权利要求2所述的高压气体管路用沼气成份在线监测装置，其特征在于：所述油水过滤器的出气口通过气体输送管道七与气体监测仪表的进气端连接，所述气体输送管道七上设有安全阀。
4.根据权利要求3所述的高压气体管路用沼气成份在线监测装置，其特征在于：所述气体监测仪表模组包括4个气体监测仪表，4个气体监测仪表分别为第一气体监测仪表、第二气体监测仪表、第三气体监测仪表和第四气体监测仪表，所述第一气体监测仪表的进气端通过气体输送管道七与油水过滤器的出气口连接，第一气体监测仪表的出气端通过导气管一与第二气体监测仪表的进气端连接；
第二气体监测仪表的出气端通过导气管二与第三气体监测仪表的进气端连接；
第三气体监测仪表的出气端通过导气管三与第四气体监测仪表的进气端连接；
第四气体监测仪表的出气端通过导气管四与壳体上的排气口连接。
5.根据权利要求1-4任一所述的高压气体管路用沼气成份在线监测装置，其特征在于：还包括控制模块，所述壳体上设有通信接口和电源接口；所述气体监测仪表模组的信号输出通过RS485通信模块与控制模块的信号输入连接，控制模块的信号输出通过RS232通信模块与触摸显示屏连接；所述气体监测仪表模组的信号输出还通过4-20mA通信模块与终端服务器连接，所述控制模块的信号输出分别与两位三通电磁阀、抽气泵的控制端连接。
6.根据权利要求5所述的高压气体管路用沼气成份在线监测装置，其特征在于：还包括红外接收器和红外遥控器。
7.根据权利要求6所述的高压气体管路用沼气成份在线监测装置，其特征在于：所述壳体采用防爆材料制备，所述壳体内设有为控制模块及用电器件供电的电源，所述壳体上设有电源开关。
8.根据权利要求4所述的高压气体管路用沼气成份在线监测装置，其特征在于：所述第一气体监测仪表为甲烷探测器；第二气体监测仪表为氧气探测器；第三气体监测仪表为二氧化碳探测器；第四气体监测仪表为硫化氢探测器。
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2020
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