一种矿用材料使用过程毒害气体检测系统及检测方法与流程

本发明涉及矿用材料检测领域，特别是一种矿用材料使用过程毒害气体检测系统及检测方法。

背景技术：

1、目前，矿用材料使用过程中材料自身以及材料与使用环境(水、煤)会作用并产生毒害气体，近年来由于煤矿安全生产的需要，各种矿用材料被发明和应用，但是却没有一个良好的性能测试方案对其进行系统的性能检测。目前，对矿用材料使用过程毒害气体的测试采用分散测试方案或者借助其他热重分析仪进行测试，其实验系统针对性不强，导致存在检测方式复杂、准确度低、速度慢等问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种矿用材料使用过程毒害气体检测系统及检测方法，能够针对矿用材料反应过程产生的有毒有害气体进行综合检测实验，解决了现有技术存在的检测方式复杂、准确度低、速度慢的问题。

2、本发明公开了一种矿用材料使用过程毒害气体检测系统，包括：室温恒温箱、气相色谱仪、压缩空气气瓶、计算机和plc控制器，室温恒温箱内设有：反应罐、作用于反应罐的罐体往复驱动机构、混料机构、反应罐、可变容积的储气罐；

3、压缩空气气瓶与室温恒温箱内设置的供气管路连接，供气管路与罐体往复驱动机构、混料机构连接，用于供气；

4、反应罐内设有反应杯，混料机构与反应罐的入口连接，plc控制器与混料机构电连接，用于将不同材料混合，并向反应杯注入混合材料；反应罐连有出口管路，用于连接储气罐，出口管路上设有过滤器、均衡浓度蠕动阀、筛网；

5、储气罐内设有活塞运动机构，plc控制器与活塞运动机构电连接，用于控制改变储气罐内体积以调节压力至内外平衡；储气罐连有排空管路，用于连接气相色谱仪，排空管路设有取气阀、取气蠕动泵；排空管路上，于取气阀前接入有排气支路和进气支路，排气支路设有排气阀，进气支路设有进气阀；

6、plc控制器电连接有压力变送器装置，作用于反应罐和储气罐，用于检测反应罐和储气罐的压力；plc控制器与室温恒温箱、计算机电连接。

7、进一步地，混料机构包括：用于放置不同材料的若干注料单元、胶管、电动混料器、混料管、混料管气缸；注料单元包括：注料电磁阀、注料电动截止阀、注料截止气缸、电动注胶枪、三通截止阀，注料截止气缸通过注料电磁阀、注料电动截止阀与供气管路连接；

8、其中，注料截止阀气缸还与电动注胶枪连接，电动注胶枪通过三通截止阀与胶管的输入端连接，胶管的输出端与电动混料器连接，电动混料器通过混料管与反应罐连接，作用于电动混料器的混料管气缸接入供气管路且两者间设有混料电磁阀和第七电动截止阀，用于将不同材料进行混合，然后将混合材料注入反应罐。

9、进一步地，活塞运动结构包括相连接的活塞和电动推杆，活塞与储气罐共同形成密闭空间，电动推杆与plc控制器电连接，用于驱动活塞在进行活塞运动。

10、进一步地，罐体往复驱动机构，包括：反应罐升降电磁阀、反应罐气缸，以及并联接入供气管路的第一支路、第二支路、第三支路；

11、其中，第一支路上设有第一减压阀、1l电磁阀、第一电动截止阀；第二支路上设有第二减压阀、2l电磁阀、第二电动截止阀；第三支路上设有第三减压阀、5l电磁阀、第三电动截止阀；

12、第一支路、第二支路、第三支路分别接入反应罐升降电磁阀，反应罐升降电磁阀与反应罐气缸连接，反应罐气缸作用于反应罐，用于驱动反应罐上下往复运动。

13、进一步地，室温恒温箱设有进气口和取气口，其中，供气管路穿过进气口与压缩空气气瓶连接，供气管路上还设有位于室温恒温箱外的第九电动截止阀；取气管路穿过取气口与气相色谱仪连接，取气管路上还设有位于室温恒温箱外的第八电动截止阀。

14、本发明还公开了一种矿用材料使用过程毒害气体检测方法，该方法是基于如上所述的矿用材料使用过程毒害气体检测系统实现的，该方法包括：

15、s1：设置室温恒温箱的温度参数，用于维持反应杯周围环境温度恒定；

16、s2：控制混料机构将试验所需的不同材料混合，并将混合材料输入反应罐的反应杯中；

17、s3：反应罐内产生毒害气体，监测反应罐内压力，选定反应罐内压力稳定时的压力值为平衡压力p1；控制开启反应罐与储气罐入口间的出口管路，选定压力稳定时的压力值为平衡压力p2；基于平衡压力p1和平衡压力p2，确定储气罐的自由体积vfree；

18、s4：开启与储气罐相连通的排气阀，控制储气罐中活塞运动结构，待压力平衡后，关闭排气电磁阀；控制均衡浓度蠕动泵启动，使得反应罐中的毒害气体进入储气罐，监测到储气罐压力达到所需压力时，关闭出口管路；当反应罐压力稳定时，确定该压力值为平衡压力p3；

19、开启储气罐与反应罐间的出口管路，使得反应罐中的气体进入储气罐中，在储气罐与反应罐压力不变时，确定该压力值为平衡压力p4；

20、基于自由体积vfree、平衡压力p3、平衡压力p4确定混合材料的气体产生量q1；

21、s5：打开排空管路上的取气阀，卸掉储气罐中的气体；然后关闭取气阀，控制打开气相色谱仪的进气端，来测量毒害气体的体积、组分和浓度；

22、s6：待混合材料反应完全后，利用气相色谱仪进行气相色谱分析，获得释放气体的体积、组分和浓度。

23、进一步地，在所述的步骤s1之前，还包括：对室温恒温箱进行检漏。

24、进一步地，所述的步骤s3中，自由体积vfree基于以下表达式确定：

25、

26、其中，vfree指储气罐的自由体积，cm3；vc指反应罐的自由体积，cm3；z1指反应罐的初始气体的压缩因子；z2指平衡条件下气体的压缩因子，不超过100ml。

27、进一步地，气体产生量q1基于以下表达式确定：

28、

29、式中，vm指气体摩尔体积，22.4l/mol；t指系统稳定，k；p3指反应罐压力稳定时获取其平衡压力，mpa；p4指完全反应后毒害气体的平衡压力，mpa；z3指p3和t条件下气体压缩系数；z4指p4和t条件下气体压缩系数；v指混合材料体积，ml；r指气体常数，r＝8.735j/(mol·k)。

30、本发明至少具有以下有益效果：

31、本发明在矿用材料使用过程毒害气体检测系统中搭建了包括室温恒温箱、反应罐、可变容积的储气罐、混料机构、罐体往复驱动机构在内的试验平台，通过plc控制器对试验过程进行智能化控制，实现了不同材料在使用过程中产生毒害气体全过程智能检测，有效避免了人工读取造成的实验误差，具有操作简便，数据精度高的优点。

32、本发明公开的储气罐系统，能够准确测量材料反应过程中产生的毒害气体体积，有效避免读取体积时的误差。

33、本发明的其他有益效果将在具体实施方式部分详细说明。

技术特征：

1.一种矿用材料使用过程毒害气体检测系统，其特征在于，包括：室温恒温箱、气相色谱仪、压缩空气气瓶、计算机和plc控制器，室温恒温箱内设有：反应罐、作用于反应罐的罐体往复驱动机构、混料机构、反应罐、可变容积的储气罐；

2.根据权利要求1所述的矿用材料使用过程毒害气体检测系统，其特征在于，混料机构包括：用于放置不同材料的若干注料单元、胶管、电动混料器、混料管、混料管气缸；注料单元包括：注料电磁阀、注料电动截止阀、注料截止气缸、电动注胶枪、三通截止阀，注料截止气缸通过注料电磁阀、注料电动截止阀与供气管路连接；

3.根据权利要求1所述的矿用材料使用过程毒害气体检测系统，其特征在于，活塞运动结构包括相连接的活塞和电动推杆，活塞与储气罐共同形成密闭空间，电动推杆与plc控制器电连接，用于驱动活塞在进行活塞运动。

4.根据权利要求1所述的矿用材料使用过程毒害气体检测系统，其特征在于，罐体往复驱动机构，包括：反应罐升降电磁阀、反应罐气缸，以及并联接入供气管路的第一支路、第二支路、第三支路；

5.根据权利要求1所述的矿用材料使用过程毒害气体检测系统，其特征在于，室温恒温箱设有进气口和取气口，其中，供气管路穿过进气口与压缩空气气瓶连接，供气管路上还设有位于室温恒温箱外的第九电动截止阀；取气管路穿过取气口与气相色谱仪连接，取气管路上还设有位于室温恒温箱外的第八电动截止阀。

6.一种矿用材料使用过程毒害气体检测方法，其特征在于，该方法是基于如权利要求1至5中任一项所述的矿用材料使用过程毒害气体检测系统实现的，该方法包括：

7.根据权利要求6所述的矿用材料使用过程毒害气体检测方法，其特征在于，在所述的步骤s1之前，还包括：对室温恒温箱进行检漏。

8.根据权利要求6所述的矿用材料使用过程毒害气体检测方法，其特征在于，所述的步骤s3中，自由体积vfree基于以下表达式确定：

9.根据权利要求6所述的矿用材料使用过程毒害气体检测方法，其特征在于，气体产生量q1基于以下表达式确定：

技术总结
本发明公开了一种矿用材料使用过程毒害气体检测系统及检测方法，该系统中，压缩空气气瓶与室温恒温箱内的供气管路连接，用于给箱内相应机构供气，混料机构与反应罐的入口连接，反应罐连有出口管路用于连接储气罐，其上设有均衡浓度蠕动阀；储气罐内设有活塞运动机构，用于改变储气罐内体积；储气罐连有排空管路用于连接气相色谱仪，排空管路设有取气阀、取气蠕动泵；排空管路上还接有排气阀和进气阀，PLC控制器与用于检测反应罐和储气罐的压力的压力变送器装置、混料机构、活塞运动机构、室温恒温箱、计算机电连接。本发明能够对试验过程进行智能化控制和全过程智能检测，有效避免了人工读取造成的实验误差，具有操作简便，数据精度高的优点。

技术研发人员：宋双林,梁运涛,许亚洲,田富超,曹垚林,贺正龙,宫兆民,白洁琪
受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/2