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        可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置的研制

        2021-04-08 12:25:18王尚彬
        機(jī)械管理開發(fā) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:甲烷原理儀器

        王尚彬, 襲 奇, 張 微

        (1.鐵法煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 遼寧 鐵嶺 112799; 2.遼北技師學(xué)院, 遼寧 調(diào)兵山 112700)

        引言

        通過對(duì)近幾年來的煤礦安全生產(chǎn)事故分析可以發(fā)現(xiàn),全國發(fā)生的煤礦特大事故大部分是由于瓦斯引起的。因此,瓦斯的治理防治是煤炭安全主要的、根本的工作。加強(qiáng)瓦斯監(jiān)控,積極應(yīng)用先進(jìn)的礦井瓦斯治理新技術(shù),可有效地保障礦井的安全。因此,通過對(duì)催化燃燒式甲烷測(cè)定器的檢定原理進(jìn)行介紹,結(jié)合JJG 678—2006《催化燃燒式甲烷測(cè)定器》中要求,對(duì)可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置設(shè)計(jì)及實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行闡述。

        1 催化燃燒式甲烷測(cè)定器的檢定

        催化式甲烷測(cè)定器是煤礦監(jiān)測(cè)井下生產(chǎn)環(huán)境,保障安全生產(chǎn)的必備儀器之一,是國家實(shí)行強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具。催化燃燒式甲烷測(cè)定器是應(yīng)用載體熱催化原理,迅速且準(zhǔn)確地測(cè)定煤礦井下甲烷氣體濃度的精密電子儀器,它的準(zhǔn)確與否關(guān)系到煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度,進(jìn)而關(guān)系到煤礦井下安全生產(chǎn)[1]。因此,對(duì)催化燃燒式甲烷測(cè)定器的計(jì)量檢定具有重要意義。

        2 現(xiàn)有檢定設(shè)備存在的不足

        2.1 報(bào)警儀檢定流程

        報(bào)警儀檢定之前,首先應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行零點(diǎn)及示值的校準(zhǔn):接通電源,讓儀器預(yù)熱穩(wěn)定后用清潔空氣調(diào)準(zhǔn)儀器零點(diǎn);然后將氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)管路與儀器進(jìn)氣部位相接,通入φ(CH4)=1.1%的氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),將儀器示值調(diào)到與標(biāo)準(zhǔn)值一致,重復(fù)操作,直至示值穩(wěn)定。其次,由于儀器不是采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的,對(duì)儀器的基本誤差檢定時(shí),應(yīng)按照儀器的使用說明書要求,在規(guī)定的氣體流量下進(jìn)行,且流量要穩(wěn)定均勻。第三,要得到穩(wěn)定的檢定數(shù)據(jù),對(duì)于儀器的檢定應(yīng)先通入低濃度氣體,再逐漸通入高濃度氣體,即依次用φ(CH4)=0.5%、φ(CH4)=1.5%、φ(CH4)=3.0%的標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢定。第四,計(jì)算基本誤差,判斷被檢儀器是否合格[2]。

        2.2 現(xiàn)用檢定設(shè)備存在的不足

        現(xiàn)有檢定設(shè)備原理如圖1 所示。每一支流量計(jì)對(duì)應(yīng)一種濃度的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體,檢定一臺(tái)便攜需要用到4 種濃度的甲烷氣體,所以在檢定過程中需頻繁拔插被檢儀器的進(jìn)氣口接頭,操作過程繁瑣且影響工作效率,每天檢定量為28 臺(tái)左右。

        圖1 現(xiàn)用檢定設(shè)備原理圖

        3 可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置設(shè)計(jì)原理

        3.1 多路甲烷測(cè)定器檢定裝置設(shè)計(jì)原理

        針對(duì)上述檢定設(shè)備在實(shí)際工作過程中存在的問題,經(jīng)分析,現(xiàn)用的檢定裝置主要由4 支轉(zhuǎn)子流量計(jì)和導(dǎo)管構(gòu)成,每個(gè)濃度的甲烷氣體經(jīng)導(dǎo)管連接一個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì),再經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計(jì)通入被檢定儀器內(nèi),從上述的檢定過程來看,4 種濃度的甲烷氣體對(duì)應(yīng)4 支轉(zhuǎn)子流量計(jì),若增加工作效率,必須增加流量計(jì)數(shù)量,才能提高檢定數(shù)量。增加4 支轉(zhuǎn)子流量計(jì)并利用三通把每種濃度的甲烷氣體一分為二,這樣就實(shí)現(xiàn)8支轉(zhuǎn)子流量計(jì)每2 支是同一種濃度的甲烷氣體,在檢定的時(shí)候就可以同時(shí)檢定2 臺(tái)報(bào)警儀,從而達(dá)到工作效率翻倍的目的,設(shè)計(jì)如下頁圖2 所示。

        3.2 氣體分流箱設(shè)計(jì)原理

        圖2 多路甲烷測(cè)定器檢定裝置設(shè)計(jì)原理原理圖

        用導(dǎo)管連接氣瓶的減壓閥門和多路甲烷測(cè)定器檢定裝置后面的三通接頭就可以開始檢定了,雖然可以同時(shí)檢定2 臺(tái)報(bào)警儀,工作效率翻了一倍,但在實(shí)際的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)在檢定過程中需要頻繁的換氣、插入拔出進(jìn)氣口的接頭,增加了工作量,并且在檢定過程中需要用到4 種不同濃度的甲烷氣體,這樣操作和記錄時(shí)容易混亂,基于此又設(shè)計(jì)出“氣體分流箱”來解決上述問題。具體設(shè)計(jì)如圖3 所示。

        圖3 氣體分流箱設(shè)計(jì)原理圖

        檢定用到的四種濃度的甲烷氣體分別對(duì)應(yīng)圖中進(jìn)氣端口的 φ(CH4)=0.5%、φ(CH4)=1.1%、φ(CH4)=1.5%、φ(CH4)=3.0%,出氣端口則連接“多路甲烷測(cè)定器檢定裝置”后面的三通接頭。當(dāng)打開φ(CH4)=0.5%的甲烷氣體關(guān)閉其他3 個(gè)濃度的甲烷氣體時(shí),φ(CH4)=0.5%的甲烷氣體經(jīng)導(dǎo)管連接到閥門F1、F2、F3、F4,這樣當(dāng)打開F1 閥門時(shí)則同時(shí)檢定兩臺(tái)報(bào)警儀,打開F1、F2 時(shí)則同時(shí)檢定4 臺(tái)報(bào)警儀,以此類推當(dāng)打開 F1、F2、F3、F4 時(shí)則同時(shí)檢定 8 臺(tái)報(bào)警儀并且都是同一種濃度的甲烷氣體,同樣原理當(dāng)打開其他濃度的甲烷氣體關(guān)閉另外三種甲烷氣體時(shí)效果一樣,這樣就實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)之初同時(shí)檢定8 臺(tái)報(bào)警儀且不需要頻繁的拔插進(jìn)氣管的目的,只需要連接一次插頭就可以完成所有濃度甲烷氣體的檢定。氣體分流箱與多路甲烷測(cè)定器檢定裝置的配合使用,即實(shí)現(xiàn)了本文研制的“可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置”,如圖 4 所示。

        3.3 設(shè)備的定型制作

        圖4 所示為最初定型設(shè)備圖。但是該定型圖存在設(shè)備布局不合理、占用空間大等缺點(diǎn),中心主任王森林、中心總工程師賈守武及技質(zhì)室主任李宏達(dá)對(duì)新設(shè)備的設(shè)計(jì)、布局及最后定型給予了建設(shè)性指導(dǎo)意見。按照指導(dǎo)意見要求,將分流箱置于多路甲烷測(cè)定器檢定裝置上面板上,管路連接于箱內(nèi),這樣不僅造型更加美觀,而且大大縮小了該設(shè)備的體積。使最后整體設(shè)計(jì)比初設(shè)計(jì)外形體積減少了50%,使用更方便,更適合現(xiàn)場(chǎng)檢定工作。成品如圖5 所示。

        圖4 可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置

        圖5 可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置完成圖

        4 可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置應(yīng)用及數(shù)據(jù)對(duì)比分析

        按照上述設(shè)計(jì)原理完成了設(shè)計(jì)與組裝,為驗(yàn)證該設(shè)備是否滿足檢定要求,按照J(rèn)JG 678—2007《催化燃燒式甲烷測(cè)定器》檢定規(guī)程要求,由同一名檢定人員在相同的檢定環(huán)境條件下,用原有和新設(shè)計(jì)設(shè)備對(duì)各生產(chǎn)礦井送檢的共計(jì)375 臺(tái)便攜式甲烷測(cè)定器進(jìn)行了設(shè)備間比對(duì)分析。通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方式,對(duì)φ(CH4)=0.5%、φ(CH4)=1.5%、φ(CH4)=3.0%三個(gè)檢定濃度點(diǎn)數(shù)據(jù)分析對(duì)比,以上三點(diǎn)用原有和新設(shè)計(jì)設(shè)備所測(cè)結(jié)果樣本方差分別為0.002 7,0.003 0 和0.003 2,遠(yuǎn)小于該項(xiàng)企業(yè)最高標(biāo)準(zhǔn)最小不確定度,滿足檢定要求。

        5 結(jié)論

        1)用新設(shè)備檢定報(bào)警儀,可由原來每天最多檢定28 臺(tái)增加到每天可以檢定60 余臺(tái)報(bào)警儀,工作效率提升了1 倍多;從經(jīng)濟(jì)投入方面來看,整個(gè)箱體最終造價(jià)為780 元,實(shí)現(xiàn)了小投入、大提高的理念;新設(shè)備可以不改變現(xiàn)有的檢定環(huán)境,也不需要額外提供配套設(shè)施,便可直接投入到檢定工作中;新設(shè)備不局限于只檢定測(cè)量甲烷氣體的報(bào)警儀,也可以檢定測(cè)量其他氣體的報(bào)警儀,例如一氧化碳、氧氣報(bào)警儀等。

        2)經(jīng)過一個(gè)多月的試用,可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置達(dá)到了JJG 678—2007《催化燃燒式甲烷測(cè)定器》檢定規(guī)程中對(duì)檢定設(shè)備要求,在縮短了被檢儀表送檢所用時(shí)間的同時(shí),保證各礦井下及時(shí)使用便攜式甲烷測(cè)定器,為各礦通風(fēng)、瓦斯管理提供了準(zhǔn)確可靠的測(cè)量數(shù)據(jù),預(yù)防瓦斯和人身事故的發(fā)生,確保實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

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