CN116858952A - 专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器和检测方法，包括过滤器、载气源、电磁阀、电子流量计、电子压力流量控制器、六通阀、四通阀、色谱分析柱、色谱平衡柱和检测器；过滤器依次连接第一电磁阀、第一电子流量计和六通阀；六通阀的内部设置四路可切换的气路，分别为定量气路、吹扫气路、排气气路和检测气路；色谱分析柱连通六通阀和四通阀；四通阀内设置气体进口、载气进口、排空出口和检测出口并可切换导通，四通阀的检测出口通过气路连接检测器；载气源的出口分别连接六通阀的载气进口和色谱平衡柱的进口。该具有能够规避甲烷气体的干扰、气路结构简化且高效、体积小、载气可使用空气的优点。

Description

专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器和检测方法

技术领域

本发明涉及气体分析技术领域，具体的说，涉及了一种专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器和检测方法。

背景技术

天然气具有无色无味和易燃易爆的特性，因此当发生天然气泄漏时，不易于被人们发觉，为及时发现并防止事故发生，要求对天然气填加加臭剂。按照国家标准要求，在天然气中四氢噻吩含量一般在20mg/m³。

四氢噻吩常用的检测方法有电化学传感器和气相色谱+FPD（氢火焰光度）检测器。

电化学传感器具有传感器体积小，成本低的优势，但天然气组分比较复杂，导致电化学传感器存在组分交叉干扰问题，进一步导致检测误差大、寿命短、更换频繁、维护成本高的问题。

气相色谱+FPD检测器具有可将待测组分完全分离的能力， FPD检测器对四氢噻吩等硫化物组分灵敏度高，无干扰、准确性好的特点。但缺点也比较明显：仪器价格高，需要供检测组分燃烧的氢气，体积大，适合在实验室取样检测，不适合具有防爆要求的检测场合，也不能满足在线实时分析或便携式检测需求，且该方法往往需要对组分完全分离和完全分析，耗时过长，增加过多不必要的检测需求。

紫外光离子化检测器（PID）是能够检测极低浓度挥发性有机化合物和其它有毒气体的检测器，其中对四氢噻吩具有高灵敏度，可以应用于城市燃气、液化石油气等可燃气体中的加臭剂—四氢噻吩的检测。但是甲烷气体对检测器具有非常强的信号衰减作用，导致直接使用紫外光离子化检测器（PID）检测天然气时，无法有效的对四氢噻吩做出反应。

更重要的是，紫外光离子化检测器（PID）常被集成于便携式设备中，在检测现场使用时，有较多的限制，比如色谱气路的简化、载气的应用以及尽量避免过多设备的联用等等。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种能够规避甲烷气体的干扰、气路结构简化且高效、体积小、载气可使用空气的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，包括过滤器、载气源、电磁阀、电子流量计、电子压力流量控制器、六通阀、四通阀、色谱分析柱、色谱平衡柱和检测器；

所述过滤器的进口外接天然气，所述过滤器的出口依次通过气路连接第一电磁阀、第一电子流量计和六通阀的气体进口；

所述六通阀的内部设置四路可切换的气路，第一路包括气体进口、定量管和排气出口导通的定量气路，第二路包括载气进口和检测出口导通的吹扫气路，第三路包括气体进口和排气出口导通的排气气路，第四路包括载气进口、定量管和检测出口导通的检测气路；

所述色谱分析柱的进口端通过气路连通六通阀的检测出口、出口端通过气路连通四通阀的气体进口；

所述四通阀内设置气体进口、载气进口、排空出口和检测出口，所述四通阀的气体进口和载气出口分别可切换的连通四通阀的排空出口和检测出口，所述四通阀的载气进口通过气路连接色谱平衡柱的出口，所述四通阀的检测出口通过气路连接检测器；

所述载气源的出口分为第一载气气路和第二载气气路，所述第一载气气路通过第一电子压力流量控制器连接六通阀的载气进口，所述第二载气气路通过第二电子压力流量控制器连接色谱平衡柱的进口。

基上所述，还包括标定气路，所述标定气路包括标气瓶、第二电磁阀和第二电子流量计，所述标气瓶的出口依次通过气路连接第二电磁阀、第二电子流量计和六通阀的气体进口。

基上所述，所述第一电子流量计和第二电子流量计通过三通阀和气路连接至六通阀的气路进口。

基上所述，所述载气源为空气泵，所述空气泵的进口外接大气。

基上所述，所述载气源为高压气瓶，所述高压气瓶内填充氮气或空气。

基上所述，所述六通阀和四通阀为电控阀或气动阀，所述高压气瓶为气动的六通阀和/或四通阀提供动力气。

一种专用天然气中四氢噻吩的检测方法，包括所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，通过以下步骤检测：

步骤1）导入天然气：控制六通阀的定量气路和吹扫气路导通，控制四通阀的载气进口和检测出口导通、气体进口和排空出口导通；打开第一电磁阀，天然气经过过滤器、第一电磁阀、第一电子流量计后进入六通阀的定量气路中，保持一段时间，使定量管内充满天然气；与此同时，第一载气气路依次通过第一电子压力流量控制器、六通阀的吹扫气路、四通阀的气体进口和排空出口对管路进行吹扫；第二载气气路依次通过第二电子压力流量控制器、平衡柱和四通阀的载气进口和检测出口连接至检测器，为检测器提供稳定的流量；

步骤2）分离天然气中的甲烷：控制六通阀的排气气路和检测气路导通，维持四通阀的载气进口和检测出口导通、气体进口和排空出口导通；第一载气气路通过第一电子压力流量控制器导入六通阀的检测气路，将定量管中的天然气推入色谱分析柱，经过设定时长，甲烷首先从色谱分析柱中被排出，从四通阀的气体进口和排空出口排走；

步骤3）分析天然气中的四氢噻吩：保持六通阀的排气气路和检测气路导通，控制四通阀的气体进口和检测出口带通、载气进口和排空出口导通，经色谱分析柱分离甲烷后的气体经四通阀进入检测器进行检测。

基上所述，所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器进行标定时，将标气瓶、第二电磁阀和第二电子流量计构成的标定气路代替过滤器、第一电磁阀和第一电子流量计构成的检测气路，其它步骤保持不变对标气进行检测，检测结果与标气参数对比后进行标定。

基上所述，步骤2）中，天然气进入色谱分析柱后经历的时长为2-5min。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

1.利用六通阀和四通阀构建的创新色谱气路结构，在检测天然气中的四氢噻吩时，先将存在干扰的甲烷去除，然后再将剩余气体导入检测器中进行检测，排除了甲烷气体的干扰，提高了四氢噻吩的检测精度，简化了气路结构，无需像实验室中一样进行全部成分的分离和检测，提高了检测效率，降低了检测难度，尤其适用于现场检测使用，且体积相对而言更小。

2.利用四通阀配合六通阀组成气路结构，前面使用六通阀功能实现切换气路进样，后面的四通阀用于将取样结束的甲烷排空；原因是，天然气中甲烷的浓度非常大，对检测器具有一定的影响，将天然气中甲烷组分切割排出检测器***外面，免除对检测器的影响，提高分析的准确性。

3.常规的色谱仪仪器，采用的载气为氮气、氩气、氢气或者氦气等，都需要钢瓶存储，对于在线式或便携式产品是很不方便；而且，传统的色谱仪器对气源检测时，会担心氧气对组分的氧化作用，以及检测器内的氧化作用，本发明的载气选用空气，检测器采用PID光离子化检测器，并经过稳压稳流后就可以为仪器提供气源，可以应用多种复杂场景，原因是空气中的气体组分对天然气的干扰很低，不会造成对天然气成分分析的影响。

4.该色谱仪器具有监测和标定接口，可实现远程在线监测天然气管道中的四氢噻吩气体，并可实现在线定期标定。

5.在天然气管道检测四氢噻吩方面，当前常用的是电化学传感器手持式设备，存在天然气中的其它硫化物对四氢噻吩浓度检测干扰，造成检测不准确，误差大，或者实验室气相色谱仪器，需要现场采用取样装置取样，送到试验室分析，不方便。同时无法保证四氢噻吩组分浓度的实时监测。该色谱仪器作为固定在线式分析仪实现实时监测天然气中四氢噻吩气体组分和其它硫化物的分离检测，同时能够免除硫化物气体对四氢噻吩组分的干扰。

附图说明

图1是本发明中专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器在采样过程中的气路连接原理图。

图2是本发明中专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器在分离甲烷过程中的气路连接原理图。

图3是本发明中专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器在分析四氢噻吩过程中的气路连接原理图。

图中：1.过滤器；2.载气源；3.第一电磁阀；4.第二电磁阀；5.标气瓶；6.第一电子流量计；7.第二电子流量计；8.第一电子压力流量控制器；9.第二电子压力流量控制器；10.六通阀；11.四通阀；12.定量管；13.色谱分析柱；14.色谱平衡柱；15.检测器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1-图3所示，一种专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，包括过滤器1、载气源2、电磁阀、电子流量计、电子压力流量控制器、六通阀10、四通阀11、色谱分析柱13、色谱平衡柱14和检测器15，本实施例中，选用PID检测器。

所述过滤器1的进口外接天然气，过滤天然气管道中的水汽、灰尘等杂质，避免进入到色谱***对仪器产生影响，降低分离效果和结果准确性。

所述过滤器1的出口依次通过气路连接第一电磁阀3、第一电子流量计6和六通阀10的气体进口，第一电子流量计6的主要作用是测量在取样过程中样品气或者标准气的进气流量，判断采样过程中通入气体流量是否正常。

还包括标定气路，所述标定气路包括标气瓶5、第二电磁阀4和第二电子流量计7，所述标气瓶5的出口依次通过气路连接第二电磁阀4、第二电子流量计7和六通阀10的气体进口。

所述第一电子流量计6和第二电子流量计7通过三通阀和气路连接至六通阀10的气路进口。

所述六通阀10的内部设置四路可切换的气路，第一路包括气体进口、定量管和排气出口导通的定量气路，第二路包括载气进口和检测出口导通的吹扫气路，第三路包括气体进口和排气出口导通的排气气路，第四路包括载气进口、定量管和检测出口导通的检测气路。四路气路呈现为两种状态，分别为采样状态和进样状态。

所述色谱分析柱13的进口端通过气路连通六通阀10的检测出口、出口端通过气路连通四通阀11的气体进口。

所述四通阀11内设置气体进口、载气进口、排空出口和检测出口，所述四通阀11的气体进口和载气出口分别可切换的连通四通阀的排空出口和检测出口，所述四通阀的载气进口通过气路连接色谱平衡柱的出口，所述四通阀的检测出口通过气路连接检测器。本实施例中，四通阀和六通阀均采用电控阀。

所述载气源2为空气泵，所述空气泵的进口外接大气，所述载气源的出口分为第一载气气路和第二载气气路，所述第一载气气路通过第一电子压力流量控制器8连接六通阀10的载气进口，所述第二载气气路通过第二电子压力流量控制器9连接色谱平衡柱14的进口，第一电子压力流量控制器8和第二电子压力流量控制器9可精确调节载气流量，为色谱***提供稳定的载气流量。色谱平衡柱14用于第二载气气路的流量平衡稳定，与色谱分析柱13的气阻相匹配，在四通阀11切换前后，流经PID检测器15的载气流量稳定不变，使PID检测器采集信号保持稳定。

其他实施例中，所述载气源为高压气瓶，所述高压气瓶内填充氮气或空气。当六通阀和四通阀为气动阀时，所述高压气瓶为气动的六通阀和四通阀提供动力气。

通过以下步骤检测：

如图1所示，步骤1）导入天然气，完成采样过程：控制六通阀10的定量气路和吹扫气路导通，控制四通阀11的载气进口和检测出口导通、气体进口和排空出口导通；打开第一电磁阀3，天然气经过过滤器1、第一电磁阀3、第一电子流量计6后进入六通阀10的定量气路中，保持一段时间，使定量管13内充满天然气，天然气进入到体积为1mL定量管13中，完成采样；与此同时，第一载气气路依次通过第一电子压力流量控制器8、六通阀10的吹扫气路、四通阀11的气体进口和排空出口对管路进行吹扫；第二载气气路依次通过第二电子压力流量控制器9、色谱平衡柱14和四通阀11的载气进口和检测出口连接至检测器15，为检测器15提供稳定的流量。

在此采样过程中，如果第一电子流量计信号值出现异常，说明采样气路的过滤器积尘过多导致气阻过大需要更换，或者天然气管道无气体流出需要排查故障。

如图2所示，步骤2）分离天然气中的甲烷：控制六通阀10的排气气路和检测气路导通，维持四通阀11的载气进口和检测出口导通、气体进口和排空出口导通；第一载气气路通过第一电子压力流量控制器8导入六通阀10的检测气路，将定量管13中的1mL天然气推入色谱分析柱13，经过设定的2-5min的时长，甲烷首先从色谱分析柱13中被排出，从四通阀11的气体进口和排空出口排走。

如图3所示，步骤3）分析天然气中的四氢噻吩：保持六通阀10的排气气路和检测气路导通，控制四通阀11的气体进口和检测出口带通、载气进口和排空出口导通，经色谱分析柱13分离甲烷后的气体经四通阀11进入检测器15进行检测。

定期的，需要对***进行标定，进行标定时，将标气瓶5、第二电磁阀4和第二电子流量计7构成的标定气路代替过滤器1、第一电磁阀3和第一电子流量计6构成的检测气路，其它步骤保持不变对标气进行检测，检测结果与标气参数对比后进行标定。

本方案创新的排除了甲烷对PID检测器的信号衰减影响，而且，由于仅仅将甲烷排走，其它微量气体并未进行分离，相对实验室中将所有成分都进行分离和分析的方案而言，效率得到了保障，检测时间的时效性得到保障，有利于手持检测或现场检测，尤其是解决了管道天然气中的四氢噻吩等硫化物组分检测的精准性问题。可应用于城市煤气、石油液化气、天然液化气等燃料气体的加臭剂—四氢噻吩的含量检测。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (9)

1.一种专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，其特征在于：包括过滤器、载气源、电磁阀、电子流量计、电子压力流量控制器、六通阀、四通阀、色谱分析柱、色谱平衡柱和检测器；

所述过滤器的进口外接天然气，所述过滤器的出口依次通过气路连接第一电磁阀、第一电子流量计和六通阀的气体进口；

所述六通阀的内部设置四路可切换的气路，第一路包括气体进口、定量管和排气出口导通的定量气路，第二路包括载气进口和检测出口导通的吹扫气路，第三路包括气体进口和排气出口导通的排气气路，第四路包括载气进口、定量管和检测出口导通的检测气路；

所述色谱分析柱的进口端通过气路连通六通阀的检测出口、出口端通过气路连通四通阀的气体进口；

所述四通阀内设置气体进口、载气进口、排空出口和检测出口，所述四通阀的气体进口和载气出口分别可切换的连通四通阀的排空出口和检测出口，所述四通阀的载气进口通过气路连接色谱平衡柱的出口，所述四通阀的检测出口通过气路连接检测器；

所述载气源的出口分为第一载气气路和第二载气气路，所述第一载气气路通过第一电子压力流量控制器连接六通阀的载气进口，所述第二载气气路通过第二电子压力流量控制器连接色谱平衡柱的进口。

2.根据权利要求1所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，其特征在于：还包括标定气路，所述标定气路包括标气瓶、第二电磁阀和第二电子流量计，所述标气瓶的出口依次通过气路连接第二电磁阀、第二电子流量计和六通阀的气体进口。

3.根据权利要求2所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，其特征在于：所述第一电子流量计和第二电子流量计通过三通阀和气路连接至六通阀的气路进口。

4.根据权利要求1或2或3所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，其特征在于：所述载气源为空气泵，所述空气泵的进口外接大气。

5.根据权利要求1或2或3所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，其特征在于：所述载气源为高压气瓶，所述高压气瓶内填充氮气或空气。

6.根据权利要求4所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，其特征在于：所述六通阀和四通阀为电控阀或气动阀，所述高压气瓶为气动的六通阀和/或四通阀提供动力气。

7.一种专用天然气中四氢噻吩的检测方法，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器，通过以下步骤检测：

步骤1）导入天然气：控制六通阀的定量气路和吹扫气路导通，控制四通阀的载气进口和检测出口导通、气体进口和排空出口导通；打开第一电磁阀，天然气经过过滤器、第一电磁阀、第一电子流量计后进入六通阀的定量气路中，保持一段时间，使定量管内充满天然气；与此同时，第一载气气路依次通过第一电子压力流量控制器、六通阀的吹扫气路、四通阀的气体进口和排空出口对管路进行吹扫；第二载气气路依次通过第二电子压力流量控制器、平衡柱和四通阀的载气进口和检测出口连接至检测器，为检测器提供稳定的流量；

步骤2）分离天然气中的甲烷：控制六通阀的排气气路和检测气路导通，维持四通阀的载气进口和检测出口导通、气体进口和排空出口导通；第一载气气路通过第一电子压力流量控制器导入六通阀的检测气路，将定量管中的天然气推入色谱分析柱，经过设定时长，甲烷首先从色谱分析柱中被排出，从四通阀的气体进口和排空出口排走；

步骤3）分析天然气中的四氢噻吩：保持六通阀的排气气路和检测气路导通，控制四通阀的气体进口和检测出口带通、载气进口和排空出口导通，经色谱分析柱分离甲烷后的气体经四通阀进入检测器进行检测。

8.根据权利要求7所述的专用天然气中四氢噻吩的检测方法，其特征在于：所述的专用天然气中四氢噻吩检测的气相色谱仪器进行标定时，将标气瓶、第二电磁阀和第二电子流量计构成的标定气路代替过滤器、第一电磁阀和第一电子流量计构成的检测气路，其它步骤保持不变对标气进行检测，检测结果与标气参数对比后进行标定。

9.根据权利要求7所述的专用天然气中四氢噻吩的检测方法，其特征在于：步骤2）中，天然气进入色谱分析柱后经历的时长为2-5min。