CN210571936U - So2在线含量分析检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开的一种SO2在线含量分析检测装置，旨在提供一种安全稳定，测量精确度高的SO2含量检测仪。其中：SO2气体通过进气接头和电磁阀，经酸液过滤器、粉尘过滤器进入隔膜泵，再经玻璃转子流量计进入电动三通阀，SO2气体通过电动三通阀送入多孔玻璃吸收管，多孔玻璃吸收管连接光电转换模块和质量流量计，多孔玻璃吸收管尾端伸入与光电转换模块相连的分析仪控制器，分析仪控制器连续读取光电转换模块发送的数据，根据光电转换模块输送的多孔玻璃吸收管内颜色的跳变时间和质量流量计计量的数据，计算通过多孔玻璃吸收管内试剂反应后的气体体积和被测气体SO2的含量，并显示在显示器上。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种现场监测SO2气体浓度的二氧化硫检测仪，尤其是用于硫酸生产过程中对各个阶段SO2在线含量分析检测装置。
背景技术
人们生活的环境中充斥着有害气体，SO2便是其中的一种。二氧化硫SO2是最常见的硫氧化物亚硫酸酐，是硫酸原料的主要成分。SO2是无色气体，有强烈刺激性气味，是大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体，在许多工业过程中也会产生二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸(酸雨的主要成分)。若在催化剂(如NO2)的存在下，SO2进一步氧化，便会生成硫酸(H2SO4)，碰到皮肤会腐蚀。因此，在二氧化硫使用场所可以配置二氧化硫检测仪，实时对现场的二氧化硫含量进行监测，以保证作业人员的人身安全。
目前，SO2的检测技术可分为碘量法、盐酸副玫瑰苯胺比色法、电量法、电导法、离子色谱法、红外吸收、紫外荧光以及电化学法等方法。碘量法是最早的国标方法，方法检测范围涵盖范围大，检测只受H2S气体影响，检测稳定性好。但是，此方法需要采样后分析，检测时间长，人力资源需求大。盐酸副玫瑰苯胺比色法、电导法和电量法只适合测试空气中的SO2含量，检测范围0-10PPM；离子色谱法需要使用设备昂贵，检测流程复杂；红外吸收和紫外荧光法大量使用于工业废气在线监测，技术成熟可靠。目前，监测仪量程可做到10000PPM左右，在此范围内的监测点可以使用此方法便携式仪器检测。方法受SO3、H2S、CO以及水份干扰较大；电化学法大量使用到便携式仪器，量程可做到10000PPM左右，该方法受H2S、CO以及水份干扰较大；电化学传感器为耗材，根据检测量程，使用寿命大约2年，更换传感器价格大约为成套仪器的60％左右；目前硫酸生产过程中检测SO2浓度跨度大、分析时间长，人为误差大，对检测人员技能要求高，现场条件差，现场SO2气体容易泄露对操作人员身体造成损害和造成危险。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对目前硫酸生产过程中检测SO2浓度跨度大、现场SO2气体容易泄露对操作人员造成危险和对检测人员要求高的问题，提供一种安全稳定，测量精确度高的SO2含量检测仪。
本实用新型的上述目的可通过以下措施来实现：一种SO2在线含量分析检测装置，包括，连接了进气接头的电磁阀，并联了限流针阀的隔膜泵，控制电动三通阀的电气控制电路，通过多孔玻璃吸收管连接的分析仪控制器，其特征在于：SO2气体通过进气接头和电磁阀，经酸液过滤器、粉尘过滤器进入隔膜泵，再经玻璃转子流量计进入电动三通阀，SO2气体通过电动三通阀送入多孔玻璃吸收管，多孔玻璃吸收管连接光电转换模块和质量流量计，多孔玻璃吸收管尾端伸入与光电转换模块相连的分析仪控制器，分析仪控制器连续读取光电转换模块发送的数据，根据光电转换模块输送的多孔玻璃吸收管内颜色的跳变时间和质量流量计计量的数据，计算通过多孔玻璃吸收管内试剂反应后的气体体积和被测气体SO2的含量，并显示在显示器上。
本实用新型相比于现有技术具有如下效果。
安全性高。本实用新型采用连接进气接头的电磁阀，通过隔膜泵连通的电动三通阀，控制所述电动三通阀的电气控制电路，进气接头与被测气源牢固连接，尾气吸收采用氢氧化钠作为吸收液，可以避免人工检测方式采样时废气的溢出，具有很高的安全性。
稳定性高。本实用新型采用分析仪控制器控制光电转换模块，光电转换模块利用固定波长光源照射吸收管，持续监测吸收瓶内溶液透射比变化，监测其透射比变化的拐点，根据褪色时通过气体质量流量计的气体体积，快速检测硫酸生产过程中的二氧化硫浓度，检测的速度和方便性大大提高。通过公式计算出样品浓度，并显示在触摸显示器。分析仪控制器启动反吹程序，将分析仪管路内残留的SO2气体通过与所述电动三通阀相连的止回阀吹入尾气吸收桶内将生成的亚硫酸酐和硫酸酐充分吸收，生成的硫酸用氢氧化钠标准溶液中和，解决了人工检测方法操作误差，提高测试结果的稳定性。
精确度高。本实用新型采用分析仪控制器控制电动三通阀使被测气源进入多孔玻璃吸收管，光电转换模块将监测到的二氧化硫气体浓度的模拟信号转换成4-20mA电流信号、0-5V电压、RS485、频率等各种标准的数字信号，同时启动计时、连续读取光电转换模块发送的数据以及质量流量计的计量数据，根据多孔玻璃吸收管内颜色的跳变，分析仪控制器启动相应的指令计算出样品浓度，分析精度高、稳定性好。解决了现场浓度跨度由400ppm到30多万ppm，手工测试测试结果不准确的问题。
分析时间短。本实用新型通过电磁阀与进气接头相连，气体进入预处理***，分析仪控制器控制电动三通阀，根据进入多孔玻璃吸收管内被测气源颜色的跳变，通过全波长，高分辨吸收光谱，很容易在极限波长范围内切换，断点分析或连续分析0-10ppm和0-100％浓度范围内的硫化物，计算出通过试剂反应后的气体体积计算被测气体SO2含量，自动计算硫化物(如H2S,SO2和硫醇)的浓度，通过计算机读出总硫浓度，能精确的测定每一种硫化物的浓度，测定各种范围的总硫含量，结果精确、全能、快速、重现性好，整个分析流程耗时20分钟，分析时间远小于人工平均分析所需时间1小时，并且大大降低了成本。克服了现有技术分析时间长，人为误差大，技能要求高，需要多人配合，分析成本很高的缺陷。
本实用新型能适用于浓度跨度大的SO2气体，从400ppm到30多万ppm，都能准确测量。
附图说明
图1是本实用新型SO2在线含量分析检测装置的原理示意图。
图中：下面结合附图和实例进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所描述的实施例范围之中。
具体实施方式
]参照图1。在以下描述的实施例中，一种SO2在线含量分析检测装置，包括，连接了进气接头的电磁阀，并联了限流针阀的隔膜泵，控制电动三通阀的电气控制电路，通过多孔玻璃吸收管连接的分析仪控制器。SO2气体通过进气接头和电磁阀，经酸液过滤器、粉尘过滤器进入隔膜泵，再经玻璃转子流量计进入电动三通阀，SO2气体通过电动三通阀送入多孔玻璃吸收管，多孔玻璃吸收管连接光电转换模块和质量流量计，多孔玻璃吸收管尾端伸入与光电转换模块相连的分析仪控制器，分析仪控制器连续读取光电转换模块发送的数据，根据光电转换模块输送的多孔玻璃吸收管内颜色的跳变时间和质量流量计计量的数据，计算通过多孔玻璃吸收管内试剂反应后的气体体积和被测气体SO2的含量，并显示在显示器上。最后，分析仪控制器启动反吹程序，将分析仪管路内残留的SO2气体通过与所述电动三通阀相连的止回阀吹入尾气吸收桶内。
进气接头连接电磁阀，电磁阀连接酸液过滤器并串联粉尘过滤器组成待测气体预处理模块，对待测气体SO2进行预处理，进气接头由电磁阀控制进入的待测气体SO2，经过酸液过滤器和粉尘过滤器酸液过滤和粉尘过滤后，再经过限流针阀和隔膜泵的并联回路进入玻璃转子流量计计算流量。
玻璃转子流量计计算出的流量由分析仪控制器控制电动三通阀进入多孔玻璃吸收管的SO2气体，同时启动计时器计时，SO2气体与多孔玻璃吸收管中的试剂反应发生颜色变化，光电转换模块根据试剂反应的颜色变化判断反应终点，将监测到的二氧化硫气体浓度的模拟信号转换成4-20mA电流信号、0-5V电压、RS485、频率等各种标准的数字信号，光电转换模块将数字信号发送到分析仪控制器，分析仪控制器启动相应的指令控制电动三通阀关闭气体，根据时间和质量流量计的数据计算被测SO2含量，并显示在显示器上。在可选的实施例中，显示器可以是触摸显示器。石英玻璃曝气盘、多孔玻璃吸收管、玻璃转子流量计、不锈钢手动球阀和限流针阀。
电气控制电路包括：连接多孔玻璃吸收管的光电转换模块，连接在光电转换模块与显示器之间的微控制单元MCU，微控制单元MCU将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机。微控制单元MCU连接具备过充保护功能的充放电控制器，充放电控制器连接充放电模块。充放电模块配置有电池供电能力不足时自动报警，停止做样的欠压保护电路。充放电模块采用48V胶体电池供电，每次充电可做样24个，检测仪控制器每分析一个样品充放电模块耗时20分钟，平均耗电功率45w/h。
在质量流量计和尾气吸收桶之间安装止回阀，在电动三通阀和尾气吸收桶之间安装止回阀。电动三通阀通过水平阀输出端NC连接多孔玻璃吸收管，多孔玻璃吸收管通过质量流量计F连接通向尾气吸收桶的第一止回阀，电动三通阀通过分流阀连接连接通向尾气吸收桶的第二止回阀。尾气吸收采用氢氧化钠溶液作为吸收液，尾气吸收桶内使用自制石英玻璃曝气盘，切割尾气，使尾气在吸收桶内均匀鼓泡，将生成的亚硫酸酐和硫酸酐充分吸收，生成的硫酸用氢氧化钠标准溶液中和。
多孔玻璃吸收管内试剂包括固定体积的氨基磺酸氨吸收液、淀粉溶液、碘溶液和加入到指定刻度的蒸馏水。取固定体积的吸收液、淀粉溶液、碘溶液等到多孔玻璃吸收管中，加入蒸馏水到指定刻度。启动分析仪控制器，控制电动三通阀向多孔玻璃吸收管中通入含SO2气体，SO2气体被吸收液吸收，并与碘溶液发生反应，在这过程中碘被不断消耗，溶液颜色逐渐变浅，在溶液中碘消耗完后，溶液变成透明，分析仪控制器中光电转换模块利用固定波长光源照射多孔玻璃吸收管，持续监测多孔玻璃吸收管瓶内溶液透射比变化，监测其透射比变化的拐点，根据褪色时的颜色跳变，通过全波长，高分辨吸收光谱，在极限波长范围内切换断点分析或连续分析0-10ppm和0-100％浓度范围内的硫化物，通过气体质量流量计的气体体积计算出试剂反应后的气体体积计算被测气体SO2含量。
在可选的实施例中，光电转换模块通过电动三通阀串联多孔玻璃吸收管和质量流量计，电动三通阀通过管路链接玻璃转子流量计和待测气体预处理模块控制的管网。通过人工手动打开进气接头阀门与电磁阀，生产过程的SO2气体在管道压力作用下，自动进入待测气体预处理模块；分析仪控制器控制玻璃转子流量计记录流量，控制电动三通阀使待测气体进入多孔玻璃吸收管，将待测气体抽入光电转换模块中，当待测气体达到光电转换模块中时继续通入气体，光电转换模块利用固定波长光源照射多孔玻璃吸收管，持续监测吸收瓶内溶液透射比变化，监测其透射比变化的拐点，根据褪色时通过气体质量流量计的气体体积，计算出待测气体的含量，并显示在触摸显示器上。同时，分析仪控制器发出声光报警提醒操作员关闭被测气源阀门。最后点击分析仪显示器上的反吹按钮将分析仪管路残留的SO2气体吹入尾气吸收桶内。
在可选的实施例中，SO2含量分析仪带有触摸显示器。SO2含量分析仪准备就绪，首先判断是否进入流程标识，是则进入待测气体预处理流程，按照最短时间间隔设置时间标识，每个时间标识的时间间隔最短为20分钟，否则返回准备检测的数据初始化，直到准备就绪。进入待测气体预处理流程后，通过SO2含量分析仪运用分析仪控制器打开电动三通阀，分析仪控制器按照工作程序和循环检测流程启动时间标识，每检测到一个新的时间标识，SO2含量分析仪启动一次分析流程，将每个分析流程可分为4个分步流程，首先是待测气体预处理；其次是待测气体进入多孔玻璃吸收管与试剂进行反应；再次是多孔玻璃吸收管内试剂颜色跳变，最后是数据处理。
在待测气体预处理过程中，首先手动打开进气接头与电磁阀，待测气体进入酸液过滤，再进入粉尘过滤器，最后通过隔膜泵完成待测气体预处理后，待测气体通过玻璃转子流量计，由电动三通阀控制进气量，待测气体进入多孔玻璃吸收管，气体不断的与试剂进行反应，当多孔玻璃吸收管中液体颜色跳变时，分析仪控制器关闭电动三通阀，并根据玻璃转子流量计和质量流量计计算出待测气体的SO2含量数据，显示在触摸显示器上。
在待测气体预处理中，电磁阀控制待测气体，待测气体从管道中流入待测气体预处理***中的管道内，通过一个酸液过滤器后经过粉尘过滤器，然后，经过隔膜泵进入玻璃转子流量计，待测气体预处理完成。
多孔玻璃吸收管内试剂由固定体积的氨基磺酸氨吸收液、淀粉溶液和碘溶液组成，加入蒸馏水到指定刻度。
启动分析仪，向多孔玻璃吸收管中通入含SO2气体。SO2气体被吸收液吸收，并与碘溶液发生反应SO2+H2O＝H2SO3，H2SO3+H2O+I2＝H2SO4+HI，在这过程中碘被不断消耗，溶液颜色逐渐变浅，在溶液中碘消耗完后，溶液变成透明。分析仪中光电转换模块利用固定波长光源照射吸收管，持续监测吸收瓶内溶液透射比变化，监测其透射比变化的拐点，根据通入多孔玻璃管吸收管的气体体积L褪色时通过气体质量流量计的气体体积，通过浓度计算公式计算出烟气中二氧化硫的质量浓度C′(mg/m3)
式中：L是碘液浓度(mol/L)；V是多孔玻璃吸收管内碘液的体积；32:1L 1mol/L的碘标
准溶液(1/2I2)相当的二氧化硫(1/2SO2)的质量(g)；
则其百分比浓度为：
式中：p(％)是烟气中二氧化硫百分比，C′是烟气中二氧化硫的质量浓度，Vm是常温1个大气压下气体的摩尔体积(L/mol)，M是二氧化硫的相对分子质量。
尾气吸收采用氢氧化钠溶液作为吸收液。吸收桶内使用自制玻璃管曝气盘，切割尾气，使尾气在吸收桶里均匀鼓泡。如果吸收效果不好，可以采用两个吸收桶串联吸收。
以上结合附图对本实用新型进行了详细描述，但需要指出的是，上述实例所描述的是仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化，比如可以结合具体的实现改变处理流程和处理顺序、可以选设识别过程中的不同参数来实现本实用新型的技术方法。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种SO2在线含量分析检测装置，包括，连接了进气接头的电磁阀，并联了限流针阀的隔膜泵，控制电动三通阀的电气控制电路，通过多孔玻璃吸收管连接的分析仪控制器，其特征在于：SO2气体通过进气接头和电磁阀，经酸液过滤器、粉尘过滤器进入隔膜泵，再经玻璃转子流量计进入电动三通阀，SO2气体通过电动三通阀送入多孔玻璃吸收管，多孔玻璃吸收管连接光电转换模块和质量流量计，多孔玻璃吸收管尾端伸入与光电转换模块相连的分析仪控制器，分析仪控制器连续读取光电转换模块发送的数据，根据光电转换模块输送的多孔玻璃吸收管内颜色的跳变时间和质量流量计计量的数据，计算通过多孔玻璃吸收管内试剂反应后的气体体积和被测气体SO2的含量，并显示在显示器上。
2.如权利要求1所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：进气接头连接电磁阀，电磁阀连接酸液过滤器并串联粉尘过滤器组成待测气体预处理模块，对待测气体SO2进行预处理。
3.如权利要求1所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：进气接头由电磁阀控制进入的待测气体SO2，经过酸液过滤器和粉尘过滤器酸液过滤和粉尘过滤后，再经过限流针阀和隔膜泵的并联回路进入玻璃转子流量计计算流量。
4.如权利要求1所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：玻璃转子流量计计算出的流量由分析仪控制器控制电动三通阀进入多孔玻璃吸收管的SO2气体，同时启动计时器计时，SO2气体与多孔玻璃吸收管中的试剂反应发生颜色变化，光电转换模块根据试剂反应的颜色变化判断反应终点，将监测到的二氧化硫气体浓度的模拟信号转换成4-20mA电流信号、0-5V电压、RS485、频率各种标准的数字信号，光电转换模块将数字信号发送到分析仪控制器，分析仪控制器启动相应的指令控制电动三通阀关闭气体。
5.如权利要求1所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：电气控制电路包括：连接多孔玻璃吸收管的光电转换模块，连接在光电转换模块与显示器之间的微控制单元MCU，微控制单元MCU将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机。
6.如权利要求4所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：微控制单元MCU连接具备过充保护功能的充放电控制器，充放电控制器连接充放电模块。
7.如权利要求1所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：电动三通阀通过水平阀输出端NC连接多孔玻璃吸收管，多孔玻璃吸收管通过质量流量计F连接通向尾气吸收桶的第一止回阀，电动三通阀通过分流阀连接连接通向尾气吸收桶的第二止回阀。
8.如权利要求1所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：光电转换模块通过电动三通阀串联多孔玻璃吸收管和质量流量计，电动三通阀通过管路链接玻璃转子流量计和待测气体预处理模块控制的管网。
9.如权利要求1所述的SO2在线含量分析检测装置，其特征在于：尾气吸收采用氢氧化钠溶液作为吸收液，尾气吸收桶内使用石英玻璃曝气盘，切割尾气，使尾气在吸收桶内均匀鼓泡，将生成的亚硫酸酐和硫酸酐充分吸收，生成的硫酸用氢氧化钠标准溶液中和。
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|---|---|---|---|---|
| CN114739877A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-07-12 | 安徽理工大学 | 一种检测煤尘中游离二氧化硅浓度的***及方法 |
| US11940376B2 (en) | 2022-03-29 | 2024-03-26 | Anhui University of Science and Technology | System and method for detecting concentration of free SiO2 in coal dust |
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| CN114739877B (zh) * | 2022-03-29 | 2022-11-15 | 安徽理工大学 | 一种检测煤尘中游离二氧化硅浓度的***及方法 |
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