可調(diào)節(jié)式多路甲烷測(cè)定器檢定裝置的研制

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(lái)的煤礦安全生產(chǎn)事故分析可以發(fā)現(xiàn)，全國(guó)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(guó)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(lái)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(yè)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(lái)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(lái)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(lái)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)。