一種全新的煤礦災害氣體分析解決方案
楊宏民1,羅海珠1,王春曉2,管振喜3
(1.煤炭科學研究總院撫順分院,遼寧撫順113001;2.安捷倫科技有限公司,上海200131;3.安捷倫科技有限公司(中國),北京100022)摘 要:適合于實驗室分析的煤礦災害氣體專用分析儀,基于Agilent 6890氣相色譜儀系統,流量、氣路自動控制,無須人工操作,一起分析精度高。一次進樣自動完成煤礦災害氣體全分析,可分析組分有氧氣(O2)、氮氣(N2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙烷(C2H6)、乙炔(C2H2),丙烯(C3H6)、丙烷(C3H8)及碳4(C4)烴類。系統配置靈活,適合常、微量組分的分析,穩定性好,靈敏度高,CO2、CO、C1-C4烴類,最低檢測濃度<0.5×10-6。分析周期可控制在15 min內。
關鍵詞:煤礦災害氣體;氣相色譜儀;分析與監測系統
中圖分類號:TD75+2.2 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)
氣體分析法是煤礦自然發火早期預測預報的主要方法之一,以CO、C2H2、C2H2及鏈烷比、烯烷比等為主的標志氣體指標體系在我國已經得到廣泛的應用,因此礦山災害氣體分析是保障煤礦安全的重要工作之一。煤科總院撫順分院與安捷倫科技合作,專門設計了完整的專用煤礦災害氣體分析與監測系統,系統包括煤礦災害氣體專用分析儀和礦井災害預報監測系統軟件。專用分析儀可以檢測各煤種煤層自然發火氣體多組分,其配套的礦井災害預報監測系統軟件根據專用儀器分析的結果可以預測預報火災、爆炸危險性,指導礦井災害防治措施的制定與實施。
煤礦災害氣體專用分析儀是基于安捷倫(Agi-lent)的色譜平臺,針對煤礦災害氣體組成特點設計了兩種專用分析儀。Agilent Micro3000便攜式色譜儀多通道配置,防震車載設計,適合救災現場火災氣體分析。Agilent 6890(或6820)氣相色譜儀(GC)配置氣路自動閥控系統,熱導檢測器(TCD)、氫火焰離子化檢測器FID)、鎳催化爐和毛細柱,可實現煤礦災害氣體時空分配和分時檢測,適合煤礦災害復雜組分的智能化分析。
本文重點討論用于煤礦實驗室用Agilent6890GC災害氣體分析系統。
1 色譜儀氣路控制及災害氣體組分分時控制系統
Agilent 6890氣相色譜分析系統閥路配置及氣路流程如圖1所示。
系統配置2個6通閥和1個10通閥,實現氣路
圖1 Agilent 6890煤礦災害氣體分析專用氣相色譜分析閥路配置及氣路流程圖
切換和常量、微量組分時空分配,操作按預定程序進行,具有簡單靈活的特點。專為常、微量分共存的災害混合氣體分析設計,低濃度CO、CO2經鎳催爐轉化為CH4由FID檢測,最小檢測濃度<0.5×10-6。當CO、CO2濃度>1%時,通過切換閥1旁路鎳催化爐,直接由TCD檢測。同樣高濃度氧氣或其它對鎳催化爐的轉化效率影響較大的組分,也可通過切換閥1旁路鎳催化爐。
2 分析方法描述
氣體樣品經10通氣體進樣閥(閥3)由預柱預分離,使O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2,C3H6、C3H8及C4烴類從進樣口進入柱1,重于C4的烴類通過切換閥3反吹至出口1。CH4及在柱1上共分離出的組分O2、N2、CO進入柱2后,當C02等組分尚未進入柱2時,切換閥2到“ON”位置(圖上為off位置),使O2、N2、CO和CH4隔離在柱2,同時CO2,C2H2,C2H4,C2H6在柱2上分離,由FID檢測,其中CO2是通過鎳催化爐轉化成CH4后被FID檢測的。待C2H6出峰后,切換閥2到“OFF”位置(圖中位置),使O2、N2、CO和CH4在柱2上分離,O2、N2由TCD檢測,CH4和CO(經過鎳催化爐轉后)由FID檢測。當CO出峰后,閥2再次切換到“ON”位置,使C3H6、C3H8及C4旁路柱2由FID檢測。
3 色譜分析條件
典型的色譜分析條件列如表1所示。為兼顧高濃度甲烷樣品分析需要,系統設計了程序升溫
條件,使CH4和CO峰間隔足夠大,以保證CO不受CH4峰的影響。
4 結果與討論
4.1 切閥時間
切閥切換時間是實現災害氣體時空分配和分時分析的關鍵。通過大量的實驗,較完美地確定了各閥啟動時間,并形成閥控時間表,無須調節便可自動運行,通過色譜工作站的友好中文界面,可自動實現復雜的分析控制,如圖2所示。
圖2 Agilent 6890煤礦災害氣體分析專用氣相色譜分析閥切換時間圖
4.2 煤礦災害氣體分析結果
為了適應煤礦災害混合氣體組分常、微量并存的分析需求,Agilent 6890煤礦災害氣體分析專用氣相色譜分析儀的分析效果考察專門配置了煤礦災害氣體最低含量的標準氣體,其組分及標準濃度如表2所示。
4.3 重復性考查
Agilent 6890煤礦災害氣體分析專用氣相色譜的標志氣體分析結果重復性如表3所示,其相對標準偏差(RSD%)均<1.6%。
5 結 論
Agilent 6890煤礦災害氣體分析專用氣相色譜分析方案,適合于實驗室分析,其配置的閥路控制系統能很好地滿足煤礦災害氣體常、微量分析需求,熱導檢測器(TCD)、氫火焰離子化檢測器(FID)、鎳催化爐和毛細柱,一次進樣自動完成煤礦災害氣體全分析。系統配置靈活,穩定性好,靈敏度高。CO2、CO、C1-C4烴類,最低檢測濃度<0.5×10-6。重復性好,相對標準偏差<1.6%,分析周期可以控制在15 min以內。
作者簡介:楊宏民(1967-),男,高級工程師,1991年畢業于西安礦業學院采礦系,現在煤炭科學研究總院撫順分院從事礦井通風與防滅火技術研究工作,兼中國煤炭勞動保護科學技術學會火災防治專業委員會秘書長,煤炭行業煤礦安全標準化技術委員會火災防治及設備分會主任委員,發表論文10余篇。
