可調(diào)節(jié)式多路甲烷測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，通過對催化燃燒式甲烷測定器的檢定原理進(jìn)行介紹，結(jié)合JJG 678—2006《催化燃燒式甲烷測定器》中要求，對可調(diào)節(jié)式多路甲烷測定器檢定裝置設(shè)計及實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行闡述。

1 催化燃燒式甲烷測定器的檢定

催化式甲烷測定器是煤礦監(jiān)測井下生產(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)制檢定的計量器具。催化燃燒式甲烷測定器是應(yīng)用載體熱催化原理，迅速且準(zhǔn)確地測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，對催化燃燒式甲烷測定器的計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 報警儀檢定流程

報警儀檢定之前，首先應(yīng)對儀器進(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，對儀器的基本誤差檢定時，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。每一支流量計對應(yīng)一種濃度的甲烷標(biāo)準(zhǔn)氣體，檢定一臺便攜需要用到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)式多路甲烷測定器檢定裝置設(shè)計原理

3.1 多路甲烷測定器檢定裝置設(shè)計原理

針對上述檢定設(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)子流量計和導(dǎo)管構(gòu)成，每個濃度的甲烷氣體經(jīng)導(dǎo)管連接一個轉(zhuǎn)子流量計，再經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計通入被檢定儀器內(nèi)，從上述的檢定過程來看，4 種濃度的甲烷氣體對應(yīng)4 支轉(zhuǎn)子流量計，若增加工作效率，必須增加流量計數(shù)量，才能提高檢定數(shù)量。增加4 支轉(zhuǎn)子流量計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)子流量計每2 支是同一種濃度的甲烷氣體，在檢定的時候就可以同時檢定2 臺報警儀，從而達(dá)到工作效率翻倍的目的，設(shè)計如下頁圖2 所示。

3.2 氣體分流箱設(shè)計原理

圖2 多路甲烷測定器檢定裝置設(shè)計原理原理圖

用導(dǎo)管連接氣瓶的減壓閥門和多路甲烷測定器檢定裝置后面的三通接頭就可以開始檢定了，雖然可以同時檢定2 臺報警儀，工作效率翻了一倍，但在實(shí)際的測試中發(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，這樣操作和記錄時容易混亂，基于此又設(shè)計出“氣體分流箱”來解決上述問題。具體設(shè)計如圖3 所示。

圖3 氣體分流箱設(shè)計原理圖

檢定用到的四種濃度的甲烷氣體分別對應(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 個濃度的甲烷氣體時，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 閥門時則同時檢定兩臺報警儀，打開F1、F2 時則同時檢定4 臺報警儀，以此類推當(dāng)打開 F1、F2、F3、F4 時則同時檢定 8 臺報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效果一樣，這樣就實(shí)現(xiàn)了設(shè)計之初同時檢定8 臺報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)對新設(shè)備的設(shè)計、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)計比初設(shè)計外形體積減少了50%，使用更方便，更適合現(xiàn)場檢定工作。成品如圖5 所示。

圖4 可調(diào)節(jié)式多路甲烷測定器檢定裝置

圖5 可調(diào)節(jié)式多路甲烷測定器檢定裝置完成圖

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

按照上述設(shè)計原理完成了設(shè)計與組裝，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)計設(shè)備對各生產(chǎn)礦井送檢的共計375 臺便攜式甲烷測定器進(jìn)行了設(shè)備間比對分析。通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計的方式，對φ（CH4）=0.5%、φ（CH4）=1.5%、φ（CH4）=3.0%三個檢定濃度點(diǎn)數(shù)據(jù)分析對比，以上三點(diǎn)用原有和新設(shè)計設(shè)備所測結(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)備檢定報警儀，可由原來每天最多檢定28 臺增加到每天可以檢定60 余臺報警儀，工作效率提升了1 倍多；從經(jīng)濟(jì)投入方面來看，整個箱體最終造價為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量甲烷氣體的報警儀，也可以檢定測量其他氣體的報警儀，例如一氧化碳、氧氣報警儀等。

2）經(jīng)過一個多月的試用，可調(diào)節(jié)式多路甲烷測定器檢定裝置達(dá)到了JJG 678—2007《催化燃燒式甲烷測定器》檢定規(guī)程中對檢定設(shè)備要求，在縮短了被檢儀表送檢所用時間的同時，保證各礦井下及時使用便攜式甲烷測定器，為各礦通風(fēng)、瓦斯管理提供了準(zhǔn)確可靠的測量數(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)。