一種用于氣體檢測儀計(jì)量的集中供氣裝置

董亮華 耿彥紅 王瑞 徐春/蘇州市計(jì)量測試院

0 引言

氣體檢測報(bào)警儀（分析儀）的計(jì)量過程需將氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)輸送至被測儀器，氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以高壓狀態(tài)保存在鋁合金氣瓶內(nèi)，目前，實(shí)驗(yàn)室通常在鋁合金氣瓶上安裝減壓閥后連接流量計(jì)，并用聚四氟乙烯管使流量計(jì)與被測儀器連接，進(jìn)行計(jì)量工作[1-2]。但由于氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)種類繁多，如一氧化碳、硫化氫、二氧化硫、甲烷和氧氣等，按檢定規(guī)程要求一般需測量2～3個(gè)濃度點(diǎn)，結(jié)合不同規(guī)格的被測儀器，通常每天會使用20～30 瓶左右的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。為了便于工作，氣瓶通常會裝好減壓閥待用，放置于通風(fēng)櫥邊的地面、桌面等，比較散亂且存在易被撞倒的風(fēng)險(xiǎn)。氣瓶傾倒帶來的危險(xiǎn)長期被低估，往往認(rèn)為僅限于砸傷人員，實(shí)際的危險(xiǎn)不止于此，最危險(xiǎn)的為傾倒后瓶閥破裂，瓶中氣體噴出傷人。如果為可燃?xì)怏w，高速噴出時(shí)產(chǎn)生的靜電即有可能引爆；如果為有毒和窒息性氣體同樣會造成人身傷害。同時(shí)，高速噴射氣體帶來的反作用力會使氣瓶反向飛出，其力量巨大，往往造成嚴(yán)重的二次事故[3-4]。同時(shí)，工作時(shí)不停地尋找所需的氣瓶也比較費(fèi)時(shí)且工作效率低，不停地將氣瓶從通風(fēng)櫥內(nèi)取出、放進(jìn)更是增加了勞動量和碰撞風(fēng)險(xiǎn)，故需要一種集中供氣裝置來解決目前計(jì)量工作中氣瓶易碰撞、氣體易泄漏的安全隱患，以及散亂的工作環(huán)境和重復(fù)勞動等問題，并且這種集中供氣裝置的測量能力應(yīng)與傳統(tǒng)方式水平保持一致。

1 集中供氣裝置的結(jié)構(gòu)與功能驗(yàn)證

1.1 集中供氣裝置的結(jié)構(gòu)

集中供氣裝置（以下簡稱裝置）主要為優(yōu)化高使用頻率的氣瓶在實(shí)際工作中存在的上述問題。裝置設(shè)計(jì)了20個(gè)通道，每一種氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶都有獨(dú)立的供氣通道，避免氣體間交叉干擾。裝置整體結(jié)構(gòu)見圖1、圖2，包含氣瓶箱，內(nèi)含20個(gè)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶并設(shè)有排風(fēng)管；20組壓力調(diào)節(jié)組件由高壓表、低壓表和減壓閥組成；20組流量調(diào)節(jié)組件由針閥、浮子流量計(jì)和球閥組成，安裝在通風(fēng)櫥內(nèi)部，試驗(yàn)后的廢氣可由通風(fēng)櫥排至廢氣集中處理裝置。

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu)（正面）

圖2 裝置整體結(jié)構(gòu)（背面）

單通道結(jié)構(gòu)如圖3所示，操作過程：1）打開氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶頂部開關(guān)，高壓表顯示氣瓶內(nèi)剩余氣體壓力；2）調(diào)節(jié)減壓閥至低壓表顯示0.1 MPa；3）調(diào)節(jié)針閥至浮子流量計(jì)的浮子處于適當(dāng)位置，調(diào)節(jié)浮子流量計(jì)旋鈕至被測儀器所需要流量；4）通過控制最后端球閥（開關(guān)閥）的通斷來實(shí)現(xiàn)該通道內(nèi)氣體流量的通斷，以達(dá)到計(jì)量時(shí)各測量點(diǎn)的多次測量。

圖3 單通道結(jié)構(gòu)

裝置各部件均采用無吸附材料，以適應(yīng)常規(guī)有毒氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，如硫化氫、二氧化硫、一氧化碳等，建議使用BA級不銹鋼SS-316L材料，管道內(nèi)壁需拋光，管道與閥件的連接方式宜采用雙金屬卡套接頭連接，便于閥件的更換和維修[5]。

1.2 裝置的功能驗(yàn)證

目的：確認(rèn)集中供氣方式的可行性。

方案：同一人員對同一臺被測儀器，用相同氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，所用的減壓閥和浮子流量計(jì)均采用相同型號設(shè)備，比較采用傳統(tǒng)的方法和用集中供氣的方式得到的測量數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)的方法是在氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶安裝減壓閥后通過氣體軟管連接浮子流量計(jì)，流量計(jì)再通過氣體軟管連接被測儀器，通過調(diào)節(jié)浮子流量計(jì)的旋鈕實(shí)現(xiàn)流量的控制并進(jìn)行計(jì)量。兩種供氣方式區(qū)別在于氣體管路，傳統(tǒng)的方式使用軟性聚四氟乙烯材料，且氣路較短，集中供氣方式選擇不銹鋼材質(zhì)，但氣路更長且增加了針閥與球閥控制部件。

被測儀器選取有代表性的儀器（吸入式），氣體選取較常見的硫化氫氣體和一氧化碳?xì)怏w。

選用儀器型號為GWE4B ，采樣方式為吸入式，測量范圍為硫化氫氣體：0～100 μmol/mol、一氧化碳?xì)怏w：0 ～ 1 000 μmol/mol。

選用的標(biāo)準(zhǔn)氣體為中國測試技術(shù)研究院生產(chǎn)的氮中硫化氫氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：49.9 μmol/mol，Urel=2%（k=3）和空氣中一氧化碳?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：301 μmol/mol，Urel=1%（k=3）。

利用兩種供氣方法所得的測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 測量數(shù)據(jù) 單位：μmol/mol

式中：x1——利用傳統(tǒng)方法的測量值；

U1——利用傳統(tǒng)方法所得結(jié)果的擴(kuò)展不確定度；

x2——利用集中供氣方法的測量值；

U2——利用集中供氣方法測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

則硫化氫：En=0.1≤0.7，一氧化碳：En=0.3≤0.7。

根據(jù)En值比較數(shù)據(jù)結(jié)果，分析得出利用集中供氣方式進(jìn)行氣體檢測儀器的計(jì)量是可行的。

2 集中供氣的優(yōu)勢

1）消除氣瓶傾倒隱患。使用集中供氣裝置，氣瓶安裝固定在氣瓶箱中，地面、桌面不再放置氣瓶，消除了氣瓶傾倒帶來的危險(xiǎn)，特別是高濃度可燃?xì)怏w標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶，即超過爆炸下限濃度的可燃?xì)怏w及有毒有害氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶傾倒帶來的安全隱患，提高了實(shí)驗(yàn)室6S管理效率。

2）降低氣體微泄漏風(fēng)險(xiǎn)。氣瓶、減壓閥隨著使用年限的增加，兩者連接處可能存在微泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。采用集中供氣裝置，只需在氣體滿瓶時(shí)安裝在氣瓶箱內(nèi)，待使用至規(guī)定值時(shí)拆下再次充裝即可，拆裝僅兩次，且氣瓶箱內(nèi)部設(shè)有排氣系統(tǒng)，即使發(fā)生微泄漏，也能被及時(shí)排出。

3）提高工作效率、減少工作量。用傳統(tǒng)方式計(jì)量時(shí)需要找到對應(yīng)的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶后再放入通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，完畢后再將氣瓶歸至原位，以待下次使用。但實(shí)驗(yàn)室人員較多，難以保證每個(gè)人使用后都能歸至原位，所以較難尋找到氣瓶。集中供氣裝置可將20瓶氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶收納在氣瓶箱內(nèi)，氣瓶一旦被安裝，在使用期限內(nèi)一般不會拆除，只需在20個(gè)通道上做好對應(yīng)氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)種類和濃度的標(biāo)識即可。如此，既解決問題，又節(jié)約了時(shí)間，提高了工作效率[6]。

4）測量擴(kuò)散式儀器時(shí)降低了測量重復(fù)性。從裝置功能驗(yàn)證的數(shù)據(jù)比較得出，利用集中供氣方式所得測量數(shù)據(jù)重復(fù)性低于傳統(tǒng)方式所得測量數(shù)據(jù)的重復(fù)性。這是由于利用傳統(tǒng)方式每次測量完畢后會關(guān)閉浮子流量計(jì)，節(jié)約氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，待下一次測量時(shí)再打開浮子流量計(jì)，多次測量時(shí)氣體流量會有略微差異，進(jìn)氣流量不同，傳感器響應(yīng)同樣有差異。而利用集中供氣方式每次測量完畢后只關(guān)閉球閥，在球閥前端用于調(diào)節(jié)流量的針閥和浮子流量計(jì)旋鈕均不改變原調(diào)節(jié)參數(shù)，故多次測量時(shí)通氣流量一致性較好[7-8]。

3 結(jié)語

隨著企業(yè)對安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，氣體分析儀/報(bào)警器的應(yīng)用也逐漸增多，計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)使用的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)氣瓶的數(shù)量和種類也在不斷增加。近幾年，實(shí)驗(yàn)室使用集中供氣系統(tǒng)是一種新的發(fā)展方向，采用品質(zhì)合格的集中供氣設(shè)備，輔以規(guī)范、嚴(yán)格的管理措施，是提升實(shí)驗(yàn)室安全的有效措施。