气体分析系统范文（精选10篇）

气体分析系统 第1篇

1 系统组成

分析仪系统组成见图1。

2 故障及问题

2.1 系统漏气

当回转窑煅烧比较正常时, C1出口烟气中的CO浓度一般为0.05%~0.3%, O2浓度一般为1%~3%。如果不是因为高温风机拉风过大, 或者投料量太少的话, O2浓度一般不会超过4%。如果超过4%, 就可能是分析系统有漏气了。

系统漏气一般发生在探头至采样泵的这一段管路元件中。有一个简单快速的方法可以迅速地发现漏气点:将探头至采样泵的采样气管拆开, 用拇指堵住进气口, 观察系统中气体流量计的浮球, 如果浮球很快降到底而停止转动, 说明该段至采样泵无漏气, 如果浮球始终停不下来, 就有漏气了。逐一将采样导管拆开后堵住进行排查, 就能找到漏气元件。我公司的分析系统, 很多地方出现过漏气, 如电磁阀关闭不严;电磁球阀阀芯机构因磨损而漏气;伴热带温度控制故障造成采样管被烤裂等情况。

采样泵以后是正压, 少量的漏气不会影响分析系统的正常进行, 但要保证进入分析仪的气体流量在0.5L/min以上 (分析仪要求气体流量稳定在0.5~1.0L/min) 。

如果探头以后没有漏气, 就要检查探头部分 (图2) 。探头漏气一般是由于靠近拉手处密封圈损坏或者没有压紧造成的, 只要进行更换或压紧就能解决。我公司还出现过几次探头的反吹电磁阀阀芯损坏, 造成压缩空气经反吹管进入探头, 和样气混合影响分析结果。这种情况可以通过将反吹管堵住后, 观察分析仪分析结果来判断反吹电磁阀是否存在泄漏。

2.2 探头内积灰较多并硬化

样气经过滤器后粉尘被阻挡在滤芯外, 系统会按时进行反吹将粉尘排出探头, 保证探头内畅通。当粉尘接触到水就会变潮, 硬化并堵塞探头滤芯。此时, 只有将整个探头拆下来后, 从样气入口处将滤芯捅出来。进入探头的水分来源有两个:一是由于探头至分析仪机柜间采样管的保温性能差、伴热带不工作、探头上的加热器损坏等造成高温烟气 (样气) 在采样管中遇冷形成冷凝水积聚在管路中, 当系统反吹时, 冷凝水被吹入探头内;二是用于反吹的压缩空气含水量太大, 系统反吹时水分被带入探头。

为了防止冷凝水的形成, 一是要尽量缩短采样管长度, 减少冷凝时间 (还可以缩短系统滞后的时间) ;二是作好采样管的保温, 如加装保温层、保证伴热带有效工作等, 特别是在气温比较低的情况下尤为重要;三是分析仪机柜尽量低于采样探头高度, 采样管倾斜往下进入机柜, 让形成的冷凝水自动地流入机柜中的精密过滤器中, 而不会进入采样探头。而用于反吹的压缩空气, 必须保证其质量。如进行干燥处理、及时地排除管路中储气罐中的积水、在反吹系统气源前加装自动排污的油水分离器等。

2.3 采样管路中存在大量积灰

由于烟气温度较高及日常维护时不小心, 使探头密封垫和密封圈损坏后, 会造成采样泵采样时或者系统反吹时将粉尘带入采样管路中形成积灰。大量的积灰会堵塞采样管路及精密过滤器, 还会造成电磁球阀阀芯损坏。所以一定要作好探头过滤器的密封和保护。

2.4 中控呈周期性显示O2含量很高

这种情况是由于电磁球阀阀芯损坏或进入异物造成关闭不严, 在系统周期性反吹时, 压缩空气通过电磁球阀经采样泵进入气体分析仪, 使得O2含量会很高。当反吹结束后, 随着反吹气体的逐渐排出, 数据慢慢变回正常。虽然很多厂家为了防止系统在反吹时数据的波动造成中控人员的误判断操作, 对PLC的数据输出都做了保持处理, 但如果数据保持时间相对不足也会造成O2含量显示高的问题。所以必须维护好电磁球阀, 保证其能关闭良好。

2.5 分析数据中O2含量过高 (超过空气中氧含量)

使用中还出现过一次O2含量分析数据超过25%的情况 (分析仪O2量程设置为20.8%, 即约等于空气氧含量) , 后来检查发现, 分析仪后级的排气管末端的金属接头由于被烟气气体腐蚀, 加上粉尘的积聚发生堵塞, 造成分析气体压力过高, 使分析数据严重偏离实际。

2.6 分析仪上的流量计显示流量不足

分析仪要求样气流量稳定在0.5~1.0L/min, 样气流量不足主要有以下几种情况: (1) 采样泵前系统进气管路发生堵塞。如采样探头粉尘结块严重;采样管路积灰堵塞;泵前精密过滤器堵塞等。可将采样泵进气管路逐一拆开, 通过观察流量计流量进行诊断。 (2) 采样泵膜片老化破损或者膜片内进入大量粉尘或异物, 造成抽气能力不足甚至完全失效。可将采样泵的进气和出气管拆除, 用手试一下气的力度, 就能判断泵是否有问题。 (3) 采样泵出气管路发生严重泄漏。如, 由于操作人员的错误操作, 将冷凝器内部捅破;冷凝器排水金属接头被腐蚀掉落;还出现过多次由于电磁球阀阀芯损坏后, 反吹高压气体使分析仪内部的连接软管脱落等。这些情况都可以通过逐一拆开管路, 感知泵的排气压力进行判断, 也可以通过用导管替换怀疑存在问题的元件进行判断 (短路法) 。

2.7 采样泵不运行

采样泵不运行主要因为轴承损坏卡死、线圈烧毁等机械、电气原因。我公司的气体分析系统还出现过两次因电磁球阀上的限位开关掉落, 在反吹时不能被执行器触发而造成采样泵不运转的情况 (其原因和PLC程序设计有关) 。

3 系统优化与注意事项

1) 采样探管固定法兰在安装时适当的与烟气管道保持一定的距离, 以防止采样探头控制箱内的塑料导管、电磁阀等元件被管道高温损坏。

2) 探头至机柜的采样导管材料的选用要因地制宜, 在北方必须使用伴热带防止结露的情况下可以采用不锈钢管路, 现场维护时必须做好保温措施, 以防止冷凝水在管路中形成。而南方则使用高分子材料管路更为方便有利。而且导管要尽可能的短, 减少冷凝水的形成, 中间不要有接头, 以减少泄漏的可能。机柜内的导管也应该使用高分子材料, 而不要采用易老化破裂的橡胶导管。

3) 管路接头最好采用PVDF材料的塑料接头。由于烟气中含有二氧化硫等腐蚀性气体, 所以金属接头容易被腐蚀, 而普通的塑料接头易老化, 这些都会增加系统的维护工作。

4) 精密过滤器能有效地阻止粉尘及冷凝水进入采样泵和分析仪内, 可以大大地减少采样泵和分析仪的维护, 增加其使用寿命, 所以一定要保证过滤器的过滤效果, 不要轻易进行拆除。

5) 要做好冷凝器有效维护 (温度控制一般是8℃) , 这样才能对样气冷凝干燥, 否则冷凝水很容易在分析仪中形成, 从而严重影响分析数据的准确性, 而且会大大降低分析仪的使用寿命。

气体分析系统 第2篇

2007年，重庆市环卫部门提出了建立下水道、化粪池气体安全监控预警系统这一建议，得到重庆市委、市政府、 市市政委及市安监局的高度重视及大力支持，当年市委、市政府通过网上公示，将该项目纳入“民心工程”重要内容，由市市政委组织实施，最终建成以市环卫局为市级指挥监控中心、主城十一区为二级监控系统的数字化平台。实现对商业繁华地区、人口密集地区下水道、化粪池的实时监控。

一、系统整体情况介绍

（一）系统建设目的

化粪池气体安全预警系统的建设，其根本目的是为了加强化粪池安全监管，及时消除安全隐患，改变以前纯人工排查的方式，降低工作强度，提高工作效率。通过科学的方法，更加系统化地对化粪池运行情况建立详细档案资料。

其具体目标有：（1）监测重庆主城区下水道主要节点和主要化粪池的可燃气体浓度、水位、温度，实时发出监控点信息，建立危险预警机制。（2）建立重庆主城区下水道、化粪池信息数据库。（3）建立预测预报模型，指导下水道、化粪池维护管理。（4）通过科学、先进的管理办法和信息化技术手段，实现对城市下水道及化粪池网络的自动化、信息化、动态化管理，实施数字化安全监测、监控管理。

（二）系统组成

本系统主要由三大部分组成：现场监测点、区级监控中心、市级监控中心。

1.现场监测点

通过实际现场勘测，以及历史资料数据的分析，确定出需要重点监控的地点，通过对危险点的可燃气体浓度、温度、水位等相关数据的实时采集转换为数字信号，通过现场总线、无线网络（GPRS/CDMA）、专用网络或ADSL网络，进入区级监控中心与市级监控中心，进行辖区内危险点全方位的实时监控。

2.区级监控中心

区级监控中心通过城市公网或专用网络接收本辖区的各个危险点的实时检测数据或视频图像，完成对各个点的信息管理、动态监测、预警报警处理、事故应急辅助决策支持、监控设备管理等功能，并实时上传到市级监控中心。监测管理中心使用操作管理功能时，必须输入口令，经系统确认后方可进入系统进行操作。操作口令设有不同等级，以限制不同人员的操作范围，维护系统安全。

3.市级监控中心

市级监控中心通过城市公网或专用网络接收全市的各个危险点的实时检测数据或视频图像,完成对各个点的信息管理、动态监测、预警报警处理、事故应急辅助决策支持、监控设备管理等功能。同时监督区级监控中心对危险点的处置措施与情况。系统示意图见图1。

（三）系统实现功能

本系统采用了大量现代化的技术，有效地实现全方位的下水道及化粪池实时监控，险情及时预警报警、自动/人工调度，防患于未然，确保城市以及公民安全，构建和谐城市，并提供辅助决策分析资料。

其具体功能有：（1）定时信息采集：按照操作人员设定的信息采集时间间隔，自动发送危险点可燃气体浓度、水位、温度信息。（2）无线自动发送：采用与手机相似的途径和方式，无线发送检测的实时数据。（3）手机随机抽查：安全值班人员可以用手机查询指定地点的气体浓度，安装在该地点的气体采集单元会提交本地气体浓度。（4）系统自动调度：告警发生时，中心可自动调度相关处理人员赶赴现场排检。（5）系统自动跟踪：处理人员对现场处理工作的全过程，系统可自动跟踪记录，用于人员考核和统计分析。（6）自动统计分析：数据中心将全年自动采集的365天，每天24小时各个时段的信息分析、统计，为指导下水道、化粪池管理，摸索下水道，化粪池规律提供依据。

这些功能为化粪池安全运行工作提供了大量科学的数据，及时报告出险情，有效保障了化粪池安全工作的开展。

二、系统现状

2008年初,重庆市主城区粪便处理设施气体安全监测系统一期工程初步建成，运行一年多来，通过对化粪池与下水道可燃气体浓度的实时监测，实现了城市管道及化粪池网络的自动化、信息化、动态化管理，取得了良好的社会效益。目前，系统运行稳定可靠，受控设施的安全监测局面大为改观，有效预防安全事故的发生，仅2008年就成功预警和有效防范142起下水道、化粪池沼气爆炸安全事故。

对比以前的人工监测方式，目前的在线自动化监测系统能实时显示设施的安全状况，一旦受控设施出现安全隐患，系统能在第一时间发出预报警信号，从而保障了市民的人身及财产安全，具有良好的社会效益，同时也节约了大量人力物力和财力，具有良好的经济效益。如重庆沙坪坝区在使用该系统后，对商业中心地区及一些大型社区的设施实施了有效监控。他们在使用的过程中，通过不断探索，依托预警系统收集到相关资料，建立数据模型，并进行较长时间的数据比较分析，逐渐掌握每套设施的基本“习性”。特别是针对餐饮业周边的设施出现反复报警的情况，制定出相应的解决方案，为今后的维护工作提供了有利条件。

三、系统使用中应注意的主要问题

（1）在大城市中，下水道化粪池分布较广、数量众多，由于资金有限，因此设备的安装选点尤为重要。要在开展普查工作的基础上，本着先重后轻的原则逐年投入，把地处商业繁华、人口密度及人口流量大的加油站、农贸市场、餐饮集中地的化粪池、下水道作为重点监控目标。

（2）由于下水道、化粪池内部工作环境极其恶劣，对感应器的腐蚀性极大，因此应选择具有较强防腐功能设备，有条件的可采用泵吸式取样方式，减少设备与有害气体的接触。

（3）现场检测点受无线信号的干扰较多，应选择具抗干扰能力较强的设备，才能保证数据的实时性、可靠性。

（4）控制中心、现场监测点都应采取设置接地线等防雷措施，才能保证设备的安全。

（5）现场监控点具有双中心地址配置，实用性强，与区级、市级监控系统中心平台无缝连接。

（6）现场防护箱应具有强防水、防雨措施，适应恶劣气候的环境。

高压气体压力控制系统分析 第3篇

关键词：高压气体,压力控制器

1 HPGCS工作原理及特性分析

1.1 HPGCS工作原理及操作过程

1.1.1 工作原理

HPGCS是压力计量中对压力精密控制的关键器件, 其系统主要由气源、比例电磁阀、气容、测压传感器、控制器、微调器、步进电机和各种连接安装器件组成, 各部件功能如下。

(1) 气源用于提供高压气, 一般为气瓶或压力储罐, 实际压力值会随调压工作过程变化, 为简化处理, 可认为其为一恒定值。

(2) 进排气阀能根据控制要求以一定的开度进行开启, 从而实现气源与系统或系统与大气的连通, 完成HPGCS的进气或排气。

(3) 控制器用于检测系统的实时压力值, 接受用户输入设置, 按照一定的控制策略实现对进排气阀、步进电机的控制, 最终使系统输出满足用户设定要求的压力。

(4) 压力检测元件是能实时检测系统压力值的元器件, 一般为压力传感器或压力变送器。

(5) 气容是系统负载部分, 也是系统控制的关键对象。本文所研究的气容为非消耗型气容, 即该气容容积空间中的气体在工作过程中其物质的量无变化 (忽略可能存在的少量渗漏干扰) 。对于消耗型气容负载系统, 通常采用流量调节阀来进行控制, 不在本文研究范围。

(6) 连接器件是实现系统安全连接, 提供气流通路的管路和连接件, 其材质一般为不锈钢, 按刚体考虑 (即不存在弹性变形) , 故系统容积不受内部压力变化影响。

系统工作原理:通过改变固定容积空间内气体物质的量来改变其压力 (进排气过程) , 通过改变一定物质的量的气体的容积空间来改变其压力 (微调过程) 。

1.1.2 操作过程

其工作流程如图1所示。

控制实施时, 系统首先进行粗调:先通过检测元件获取系统当前压力值, 然后与设定值相比较, 按照设定规则进行判断, 实现对进排气阀的控制, 使系统压力值获得改变。当系统压力值达到一个设定的转换限时, 系统转入微调 (精确调节或精调) 阶段。精调阶段:系统通过微调器对系统压力实施精细调节, 最终使输出压力值满足设定精度要求。

系统具有分层递阶式控制的特点, 输出具有较高的精度, 体现出智能多模态控制的特点。

1.2 HPGCS特性分析

HPGCS中高压气体在进行充放气时具有以下显著特征:

1.2.1 非线性。

气流在HPGCS中的流动受其结构影响, 事实上, HPGCS结构中存在各种形状的流通通路, 各自对气流都有很强的影响, 使得进排气时气流呈现明显的紊流特性。因此, 系统压力的变化表现为明显的非线性特征, 难以用简单公式进行描述。

1.2.2 迟滞性。

气流进入HPGCS容积中不可能瞬时完成均匀混合, 而是一个内压逐步平和的过程, 系统因此表现出明显的迟滞性特征。

1.2.3 震荡特性。

系统即使完成了进排气或其他影响气流的操作, 由于气流在密闭容积空间的传播特性, 在遇到其边界时会产生反射, 从而在容积空间中引起压力震荡, 需要经过一定的时间才能稳定下来。

1.2.4 不准确性。

实际测量时, 传感器只能布置在系统特定位置, 所测结果难以准确反映整个系统压力状况, 即系统测量具有不准确性, 具有明显的局部特性, 这也表现为迟滞性和震荡性。

2 HPGCS技术要求、理想调压特性及控制策略选择

2.1 HPGCS技术要求

对于全自动HPGCS, 在用于压力仪表检定校准时, 由操作者通过按钮设置其控制输出压力值, 在输出稳定后, 以此为标准同被检设备的值进行比较完成其校准检定工作。系统基本要求如下: (1) 数字式的配置管理模式, 即能通过数字输入设定需要的输出结果; (2) 自动的动作响应, 可自动快速完成调压工作, 工作中不需人工干预; (3) 高精度的输出结果, 可直接用作标准值, 满足计量相关规程要求。

据此, 结合计量规程及使用要求可知, HPGCS作为压力计量的关键设备, 其技术性能基本要求应包括以下内容: (1) 冲击小。调压过程应尽可能平稳, 避免压力的较大波动, 确保能精确地反映被检设备的性能, 避免设备受到冲击损坏。 (2) 超调量小。检定规程明确要求在进行压力示值检定校准时, 应平稳地升压或降压, 避免冲击和回程。因此, HPGCS的超调量要小, 否则难以达到平稳升降压的要求。一般来说, 系统的超调量应小于其校准检定对象允许误差。 (3) 响应时间短。由于高压气体在受到压缩时会产生振荡, 因此, 其稳定时间对系统影响较大, 一般一台工作性能良好的HPGCS, 其从开始调压到稳定输出应在30s内。 (4) 稳态误差小。为实现对被检设备的有效校准检定, 要求标准器部分所带来的误差应小于被检允许误差的1/3, 故系统输出的稳态误差应尽可能小。根据实际使用要求, HPGCS输出稳态误差应小于被检允许误差的1/3, 考虑各种不确定度的影响, 其输出稳态误差为被检允许误差的1/4为宜。

2.2 HPGCS理想调压特性

想象HPGCS的理想调压 (升压) 特性应是:在初始阶段, 系统以较快速度上升, 此时阀门输入开度增益达到最大。随着输出增大, 开度增益逐渐减小, 但系统输出开始逐渐变缓, 直到系统输出接近设定值时, 阀门开度到达零, 随后系统持续缓慢变化直到输出等于设定值。降压与此类似。因此系统理想调压特性曲线 (10MPa到15MPa) 可用图2表示。

图2反映的工作特性是, 在起始时由于系统迟滞和阀门开度影响, 其上升速度很慢。随后阀门开度达到最大, 系统快速上升, 达到一定值后系统阀门开度逐渐减少, 实现对系统的缓慢补压, 直到输出趋近设定输出值, 关闭阀门的同时系统输出压力基本稳定。理想调压特性显示, 系统输出压力平稳、无超调、无稳态误差, 显然满足HPGCS既定要求。

事实上, 这种理想情况是不存在的, 而且对于电控阀要实现精确的无级开度调整非常困难, 因为高压下其阀座密封的状态在变化, 相同开度可能随着时间的推移而出现较大变化。根据相关研究, 采用直动电磁阀控制的气压系统, 其压力输出脉动往往较为明显。因此, 为降低系统实现难度, 同时满足系统快速性和高精度要求, 可参照现有手动HPGCS的分段调压模式, 即将系统分为粗调和精调两种过程。在调压前期, 误差较大时采用电控阀调节, 在接近输出设定值时采用微调器进行调节, 从而有效降低系统实现成本, 同时通过微调器的调节, 实现系统的高精度输出。

HPGCS理想控压输出曲线、常规控压输出曲线 (10MP到20MPa增压过程) 如图3所示。

2.3 HPGCS控制策略选择

为确保HPGCS满足使用要求, 应根据系统特性选择控制策略。为有效选用系统的控制模型, 通常可采用一定的测试方法对系统进行性能测试, 通过测试反映系统的响应特点, 在此基础上进一步进行控制策略选择。对于用于计量的高压气体压力控制系统, 要求极高, 其压力精确度控制难度较大, 故需进行更为详尽全面的分析。

根据HPGCS技术要求, 系统应具有超调小、响应速度快、稳态误差小的特点, 而一般的PID控制算法难以兼顾系统多个指标。因此, 为保证HPGCS满足计量需要, 采用智能控制算法是最佳途径。

由于经典控制的时域性能和复域性能指标只能作为传统单模态控制最后调整的工具, 控制设计无法兼顾他们。传统最优控制的误差泛函积分性能指标也只是各种经典时域性能指标的折衷, 难以做到他们之间的兼顾, 实现的只是指定指标的最优。因此, 为实现各个指标的最优, 研究世界上最高级、最有效的控制系统—人类自身表现出来的控制机制, 并用机器加以模仿, 这是研究自动控制的重要途径。比较目前常用的控制策略可知, 智能控制更能适应复杂高精度系统的控制。其中, 仿人智能控制 (HISC) 策略对实现类似HPGCS这样具有非线性、迟滞性且要求无超调、无静差的系统效果良好, 故采用HISC作为HPGCS的控制策略是一种解决问题的有效途径。

大量研究表明, HISC算法在解决非线性、迟滞性上具有独特的优势, 能有效调和系统稳定性、快速性和超调量的关系, 可以极为简单的输入参数量实现对系统的高精度控制, 其采样传感器数量较少, 对于控制精度要求极高的场合, 其制作成本可得到较好控制。因为HPGCS系统具有典型迟滞特性和非线性特征, 引入仿人智能控制是一种比较合理的选择。

2.4 研究思路

根据前面的分析, 确定系统开展设计研究的基本思路如下: (1) 首先介绍HISC的基本思想及其应用的基本步骤; (2) 根据现有的技术手段和条件, 构建HPGCS硬件结构; (3) 研究HPGCS所用控制执行元器件的工作特性, 为系统设计提供支持; (4) 综合分析HPGCS系统结构特点, 完成控制算法详细设计; (5) 对系统进行仿真验证, 分析所设计系统的效果。

2.5 HPGCS技术指标

本文所研究的HPGCS拟实现的主要技术指标如下:工作范围为 (0~60) MPa;量程上限为 (10~60) MPa;超调量<0.1%PF (PF系统量程) ;响应速度为每次步进小于30s;输出精度为0.1%PF;步进能力为2MPa、5MPa、10MPa。

3 结语

本文主要介绍了HPGCS的工作原理、基本结构、工作特点和技术要求, 给出了HPGCS的主要元器件及其功能特点。在比较现有的常用控制策略的基础上, 指出HPGCS控制策略应选择采用智能控制, 确保其能解决HPGCS难以采用数学模型进行精确描述的问题, 介绍了开展研究的基本思路和所研究的HPGCS拟实现的主要技术指标。

参考文献

[1]屠立猛.JJG 544-1999.压力控制器检定规程[S].北京:中国计量出版社, 2000:1-3.

常见气体的聚类分析 第4篇

关键词:热力学性质;常见气体;聚类分析

中图分类号:O659.1 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2009)33-0017-02

1背景知识

标准摩尔生成焓是计算化学反应的标准摩尔反应焓的基础热数据。在压力为100 KPa,温度为298.15 K的标准态下,由最稳定的纯态单质生成单位物质的量的某物质的焓变,称为该物质的标准摩尔生成焓。[1]标准摩尔生成焓用Δf H符号表示。

熵是热力学中表征物质状态的参量之一,通常用符号S表示。熵是描述物质混乱度大小的物理量,可以把任何纯净的完整晶态物质在0 K时的熵值规定为零,把某单位物质的量的纯物质在标准态下的熵值称为标准摩尔熵(Sm)。[1]

当某一系统由于加给一个微小的热量δQ而温度升高dT时,δQ/dT这个量就是热容。[2]热容的符号为C。单位物质在恒定压力的条件下的热容称为定压热容,用Cp,m表示。

每一种物质都有唯一的ΔfHm、Sm和Cp,m与其对应。本文将在这些数据的基础上,对一些常见气体进行分类,从中找出规律。

2聚类分析

聚类分析是一类将数据研究对象进行分类的统计方法。这一类方法的共同特点是:[3]事先不知道类别的个数与结构;据以进行分析的数据是对象之间的相似性或相异性的数据。将这些相似或相异的数据看成是对象之间的“距离”远近的一种度量,将距离近的对象归为一类,不同类之间的对象距离较远。

2.1系统聚类法

系统聚类法基本思想是:[3]首先是n个样本各自成一类,然后规定类与类之间的距离,选择距离最小的两类合并成一个新类,计算新类与其它类的距离,再将距离最小的两类进行合并,这样每次减少一类,直到达到所需的分类数或所有的样本都归为一类为止。系统聚类法是分类数据处理中用得最多的一种方法。有关该方法的研究内容相当丰富,许多统计软件(如SAS)中都有专门的程序。

本文应用R2.7.2软件,分别使用了包括最长距离法、类平均法、重心法和ward法。用这些系统聚类法,本文研究了10种气体的分类情况。选取气体为:1氧气;2氮气;3一氧化碳;4二氧化碳;5氯化氢;6氨气;7二氧化氮;8二氧化硫;9甲烷;10乙烯。

系统聚类分析的R计算程序如下:

> library(cluster)

> x=read.table("C:/data.txt")

> dist(scale(x))

> d=dist(scale(x))

> long=hclust(d, method = "complete")

> plclust(long,hang=-1)

> average=hclust(d,"average")

> plclust(average,hang=-1)

> centroid=hclust(d,"centroid")

> plclust(centroid,hang=-1)

> ward=hclust(d,"ward")

> plclust(ward,hang=-1)

最长距离法的分类结果是:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢;6氨气;9甲烷。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

类平均法的分类结果是:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢;6氨气;9甲烷。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

重心法的分类结果是:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢;6氨气;9甲烷。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

ward法的分类结果是:

第一类:6氨气;9甲烷。

第二类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢。

第三类:7二氧化氮;10乙烯。

第四类:4二氧化碳;8二氧化硫。

2.2动态聚类法

本文在系统聚类法的基础上进行了动态聚类法。动态聚类法的基本思想是,开始粗略的分下类,然后按照某种最优原则修改不合理的分类,直至类分得比较合理为止,这就形成了一个最终的分类结果。这种方法具有计算量小,占用内存小,方法简单的优点。[3]

利用动态聚类法将10种气体物质分为4类。R软件的运算的程序为:

> km=kmeans(d,4,nstart=10); km

> sort(km$cluster)

动态聚类分析结果如下:

第一类:4二氧化碳;8二氧化硫。

第二类:7二氧化氮;10乙烯。

第三类:1氧气;2氮气;3一氧化碳;5氯化氢。

第四类:6氨气;9甲烷。

3分析讨论

本文先后进行了最长距离法、类平均法、重心法、ward法、动态聚类法的聚类分析。5种不同的方法对应着5种不同的分类结果。然而,无论这5种结果有多么大的差异,其中还是有一些共同的规律。本文将这些规律总结如下:

(1)1和2都是分在一类,即氧气和氮气一类。氮气和氧气都是非金屬元素构成的单质气体,它们都是双原子分子。它们的分子式如下:

(2)4和8都是分在一类,即二氧化碳和二氧化硫一类。二氧化碳与二氧化硫都是非金属元素的二氧化物,中心元素C和S都是+4价,C和S与氧之间的共价键都是双键。它们的分子式如下:

O=C=OO=S=O

(3)6和9都是分在一类,即氨气和甲烷一类。氨气和甲烷都是活泼非金属元素与氢化合生成的共价化合物,也就是说它们都是氢化物。它们的分子式如下:

(4)7和10都是分在一类,即二氧化氮和乙烯一类。二氧化氮和乙烯的分子中都有活泼的双键,都有活泼的π电子。它们的分子式如下:

物质的热力学性质是由其分子的性质决定的,分子的性质又是由其结构决定的。分子结构相似的气体决定着它们具有比较相近的热力学性质。通过以上所述分子的化学式,可以看出每组分子具有明显的结构相似性。以上的讨论中便充分说明了结构的相似性导致了热力学性质的相似性。进而说明,聚类分析是验证分子相似性的有效手段。

参考文献

1 天津大学无机化学教研室.无机化学(第三版).北京:高等教育出版社,2002

2 天津大学物理化学教研室.物理化学•上册(第四版).北京:高等教育出版社,2003

3 薛 毅、陈立萍.统计建模与R软件.北京:清华大学出版社,2007

Common Gas Cluster Analysis

Liu Zhiyong

Abstract: This article according to the common gas the thermodynamic property(including a standard mole of enthalpy of formation, a standard molar entropy, mole of constant pressure heat capacity), using the R software to the oxygen, the nitrogen, the carbon dioxide and so on common 10 kind of gas has carried on the system cluster analysis and the dynamic cluster analysis, the system cluster law has used the most long distance law, a kind of method of average, the gravity model approach and the ward law. The computed result indicated that the similar structure is the material is divided into a kind of primary cause.

真空系统管道气体流场分析与仿真 第5篇

计算机流体动力学(简称CFD)通过计算机数值计算和图像显示,对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。

CFD[2,3]可以看作是在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制F对流动的数值模拟。通过这种数值模拟,我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量(如速度、压力、温度、浓度等)的分布,以及这些物理量随时间的变化情况,确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。还可据此算出相关的其他物理量。CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系。

连接管道结构设计是真空系统设计中的重要组成部分,本文基于CFD技术用有限元理论和ANSYS软件知识,以电子束焊接真空系统中管道设计为例,重点针对油扩散泵与真空室连接的管道内(即高真空下)气体的运动状态进行2D有限元数值模拟仿真,通过对仿真结果分析,为真空系统管道参数确定和结构优化设计提供参考数据。

2 典型电子束焊接真空系统

如图1所示,为电子束焊接真空系统中的油扩散泵与真空室的管道连接照。本文重点研究在此高真空条件下,气体在真空室和油扩散泵连接管道内的运动状态2D有限元数值模拟仿真。

3 高真空条件下气体在管道内流动状况的模拟仿真

3.1 高真空条件下气体流动理论

气体在管道内流动和中真空下完全不同,其流动和气体的平均自由程关系紧密。

气体分子的平均自由程[5]:

一个气体分子与其它气体分子每连续二次碰撞所走过的路程称为自由程。自由程有长有短,它们的差异很大。然而,相当多的自由程的平均值却是一定的,这个平均值便称为平均自由程,以λ軍表示:

可以看出,平均自由程与气体的压力P成反比,压力越低,平均自由程越长,且当T一定时,λ軍P的乘积为一常数,

对于20℃的空气:λ軍=6.66710-3/P,m。

由于平均自由程20℃的空气在133Pa时的平均自由程为4.910-5m。

各种压力下20℃的空气的平均自由程如表1。

可以看出,在高真空0.001Pa时,空气的平均自由程达6.667m,也就是说空气分子在管道内作往返无规则运动,在粘滞流下,平均自由程远小于管道直径时气流的性质取决于气体与气体之间的碰撞。气流速度在管道中心处最大,而在器壁处则为零。当平均自由程等于或大于管道直径时,气流性质取决于气体与器壁间的碰撞情况。气体分子会在器壁上漫反射;即每个粒子都是到达、碰撞,然后沿着与其入射速度无关的一个方向再发射出去。因此,存在这样一种可能性,即进入到平均自由程远大于管道直径的管道时,气体粒子可能传输不过去,而会返回到入口处。因为气体分子互相碰撞,所以会向相反的方向扩散[5]。

3.2 高真空条件下气体流动仿真

(1)网格划分,采用线条的手动划分和面的自由划分相结合,对于管道连接的敏感区采用更细的网格化分如图2。

(2)采用工程实际中扩散泵k-400的出气口直径100mm,两个分别为40mm40mm、20mm20mm的矩形,和直径10mm、长度20mm的连通管道。

3.3 仿真结果分析

图4速度分布显示的速度是开始定义的速度矢量,其后的速度为零,或无法显示。图4节点的轨迹为直线,图5和图6显示节点为折线,这可解释为在0.001Pa高真空下气体平均自由程很长,气体在容器中出现反复碰壁的现象,很快速度就降为零,管道中心的气体分子很少碰撞管壁,速度为直线,节点相距越远,越容易碰撞管壁,气体处于紊流流动状态。气流速度在管道中心处最大,而在器壁处则为零。当平均自由程等于或大于管道直径时,气流性质取决于气体与器壁间的碰撞情况。气体分子会在器壁上漫反射;即每个粒子都是到达、碰撞,然后沿着与其入射速度无关的一个方向再发射出去。因此,存在这样一种可能性,即进入到平均自由程远大于管道直径的管道时,气体粒子可能传输不过去,而会返回到入口处验证了在高真空下管道口径小,进入的分子数量少,抽速小,如果要想有大的抽速必须增加管道直径到不小于分子的平均自由程。所以油扩散泵与真空室相连的口径必须很大。并且最好直接相连,不要设计弯道,在实际的电子束焊接真空系统也常常如此设计。

4 结语

由于气体的流动无法看见,本文基于CFD理论,通过用ANSYS软件对高真空压力下气体在管道内流动状况的可视化模拟仿真分析得出:在高真空条件下管道口径小,进入的分子数量少,抽速小,如果要想有大的抽速,必须增加管道直径到不小于分子的平均自由程。而平均自由程和气体的压力成反比,高真空条件下气体的平均自由程很大,和真空室连接的扩散泵入气口直径需很大;和扩散泵的出气口连接的管道口直径不小于扩散泵的出气口直径,它们都应不小于相应真空压力下分子的平均自由程。为管道优化和真空系统管道参数确定和结构优化设计提供了有参考价值的数据。

参考文献

[1]王庆,巴德纯,靳雨霏,等.基于故障树的RH-kTB大型真空系统智能故障诊断[J].真空科学与技术学报,2004,26(1):1-3.

[2]李文绚,金保侠.气体动力学计算方法[M].北京:机械工业出版社,1990.

[3]王福军.计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[4]张洪信.有限元基础理论与ANSYS应用[M].北京:机械工业出版社,2007.

[5]达道安,等.真空设计手册[M].北京:国防工业出版社,1991.

气体分析系统 第6篇

相对与配网系统,在变电站中,各种危险气体的防范措施比较完善,不仅有更多的气体安全防范规定,也有各种气体安全检测、报警和防护装置等安全措施。而在配电系统中,由于设备很分散,安全观念也未能跟上飞速发展的配网建设,对危险气体缺乏完善、系统的措施。事实上,随着城市建设和经济工业的飞速发展,城市污染的日益加重,配网危险气体的危害性越来越大,因此对配网系统内危险气体的重视和防范,已经越来越迫在眉睫,对配网安全管理提出了更高的要求。

另一方面,目前配网系统内对于有毒有害气体的认识还更多地集中于可燃气体和可以引起急性中毒的气体(SF6、硫化氢、氰氢酸等)、以及某些常见的有毒气体(一氧化碳)、氧气等检测防范上,对于可能引起慢性中毒的气体,比如芳香烃、醇类等的检测重视不够甚至不明就里。其实,可能引起慢性中毒的气体对于工人健康和安全的危害丝毫不逊于可以引起急性中毒的气体!它们可能引起癌变和其它的隐形病症,影响工人的寿命和健康。

为了避免给配网运行检修人员带来的人身伤害和长期的身体危害,为工作人员提供更可靠的劳动保护和安全保护措施,深入宣传贯彻《职业病防治法》和《国家职业病防治规划(2009-2015年)》,确保配电线路设备的安全可靠运行,本文将针对配网系统中存在危险气体的检测和防范进行探讨 :

1配网系统地下密闭空间危险气体分析

配网系统中,地下密闭空间主要是电缆井、电缆隧道,以及地下变电站、开关站、配电室等变电、配电设施。不论是在进入地下密闭空间时还是在进入工作后,我们都会遇到各种各样的气体,而由于电力设备存在一定的发热量,更是催化了各种危险气体的生成。当这些危险气体浓度足够时,会对人员和设备产生巨大的危害。

1.1氧气

氧气也是在电力生产环境中,尤其是地下密闭环境中需要十分注意的因素。一般我们将氧气含量超过23.5% 称为氧气过量 ( 富氧 ),此时很容易发生爆炸的危险;而氧气含量低于19.5% 为氧气不足(缺氧),此时很容易发生工人窒息、昏迷以至死亡的危险。

1.2可燃气体

在笔者所在单位的运行经验中,如果城市规划不完善,那么可燃气体就是在电缆井、电缆隧道遇到最多的危险气体。这些可燃气体可能来自几个方面 :由于排水不畅而淤积的腐烂物质、邻近的地下设施(如天然气管道、化粪池)泄露渗透、工作产物等。这些可燃气体可能包括 :甲烷、天然气、氢气、挥发性有机化合物等。

1.3有毒气体

在电缆井、电缆隧道内 , 由于各种废水、腐烂物质的存在,不断发热的电力设备很容易使其产生有毒蒸汽,从而富集大量的如二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氨等有毒气体,和挥发性有机化合物(如芳香类、卤代烃等)。同时,电力设备自身因热量和电流、电弧会产生大量的有毒气体,甚至会因密封老化等原因造成断路器泄露SF6气体。这种危害不仅包括立即的伤害,如身体不适、发病、死亡等等,而且包括对于人体长期的危害,如致残、癌变等。由于配电系统中的地下密闭空间多数通风状况都不容乐观,有毒有害气体的已成为了危害工人健康的重要因素。

2配网系统中危险气体的检测与防护

2.1危险气体的检测

面对配网系统中日趋恶化的气体环境 , 电力工人又必须进入这些高危的地点进行工作,对有害气体的检测便成为了电力系统首先需要完善的工作。

1)考虑到配网设备的分散性、配网系统密闭空间的多样性和可能存在的危险气体的复杂性,我们必须选择带有内置采样泵的多气体检测仪 , 这种检测仪应该能对氧气含量、可燃气体含量和有毒气体含量进行测定。

2)在条件允许的情况下,配网系统密闭空间内应安装固定式有害气体检测报警仪(如可燃气体检测报警仪有毒气体检测报警仪等),便于在特定的检测点上对特定的气体泄漏进行检测监视。它的检测原理和便携式气体检测仪相同,只是在工艺和技术上更适合于固定检测所要求的连续、长时间稳定等特点。

3)目前《国家电网公司电力安全工作规程(线路部分)》中未对SF6气体安全进行规定 , 但是根据《国家电网公司电力安全工作规程(变电站和发电厂部分)》和《国家电网公司安全技术劳动保护七项重点措施》,存在SF6的密闭空间应具有良好的通风系统和安装六氟化硫浓度报警仪和氧量仪,并要求工作人员在工作中应按规定检查SF6气体的含量,对SF6的可能泄露情况进行预防。

2.2有害气体防护措施

在配网运行维护和检修工作中,如果气体检测仪报警,那么需要进入密闭空间工作的人员就应该配备相应的防护用品,如空气呼吸器、防毒面具等。

在环境氧含量不低于19% 的情况下,可以使用过滤式防毒面具。在使用防毒面具中应该注意的是 :防毒面具的浸渍活性炭对毒气进行的物理吸附作用是可逆的,吸附和脱附速度都较快,所以在没有毒气或毒气浓度很低的环境中应摘下面具,避免吸入脱附下来的毒气 ; 使用中如感觉呼吸困难,或自我感觉不适时,应立即退出毒区休息,更换面具,必要时应到医院检查治疗 ; 严禁在毒区内摘掉面罩 ;如果有大量六氟化硫气体泄漏时,运行人员在设备附近进行检查、操作和布置安全措施后,应将所使用过的保护用具应清洗干净,人员也应及时洗手或洗操。在进行上述工作中,必须有监护人在场,以确保安全。

气体分析系统 第7篇

医用气体建设是医院生命支持系统, 关系到患者生命安危及医院的医疗环境安全。为适应我国医院建设的需要, 虽然在2012年8月1日颁布的国家标准《医用气体工程技术规范》 (GB50751-2012) 第7.3.1规定:“医用气体系统宜设置集中监测与报警系统。”但目前, 河北省的医用气体监测还停留在人工巡查、手工记录的层面上, 与临床科室其他设施的飞速发展不相匹配, 影响了医院的整体规模和档次, 阻碍了医院的发展。主要有以下弊端:

(1) 管理效率不高。由于值班员巡逻有一定的时间性、周期性, 从出现故障到发现排除, 需要较长的时间, 而且不能保证值班员准确找到故障位置, 需要逐个站房排查。我院的气体站房分布在液氧站值班室、外科楼负一层、外科楼设备层、综合楼一层、门诊楼一层等5个地方, 排查一层所需时间40~60min, 并且, 在巡逻排查间隙出现的故障不能及时被发现、解决, 因此, 效率十分低下。

(2) 安全隐患大。我院采用由液氧站集中供氧, 负压泵房集中提供负压吸引, 医用空气站集中提供医用空气的方式为全院集中供气。如果气体站房出现故障, 可能导致全院临床科室都无法按照需求使用气体, 影响正常医疗秩序, 甚至对病人安危产生较大的负面影响。人工巡逻排查较耗时, 而且无法及时准确地找到故障位置并排除, 因此为医疗安全埋下了很大的隐患, 特别是经常使用急救设备的科室 (急诊科、手术室、ICU、CCU、NICU) , 一旦出现断供、压力不足等情况, 都会使麻醉机、呼吸机停止工作, 从而威胁到患者的生命安全。

(3) 信息存取困难, 无法呈现动态趋势。气体监测依靠值班员每两个小时记录一次, 记录信息只包含液氧罐中液位、液氧管道中压强和负压指数这三个参数, 是零散的信息, 无法呈现全部医用气体的所有参数, 也不能对出现的故障点进行历史趋势的总结分析。

(4) 发现、排除故障困难。我院的医用气体工程一期工程完成于1995年, 管路布置于地沟内, 与医院的上水、下水、暖气、消防等管路交叉行进, 故障点难判断、发现后维修困难。

2 可行性

随着医院的不断发展, 面积的不断扩大、床位的不断增加、供气管路的不断拉长, 有一套安全可靠的气体供应系统及监测与报警系统显得尤其重要。

(1) 借鉴已有先进经验。据介绍, 北京有个别大医院已局部使用了医用气体系统监测与报警系统, 大大提高了医用气体系统的管理效率。我院是一所三级甲等医院, 医院规模在全军中心医院中名列前茅, 可以学习国内军内大医院使用医用气体监测与报警系统的相关经验, 结合医用气体站房、气体种类、管路的整体布局来研制开发我院的医用气体监测与报警系统。

(2) 随着技术的进步和经验的积累, 我院对于医用气体系统的管理在多年手工记录、人工巡查基础之上, 根据我院医用气体系统的分布, 以液氧站值班室为监控室, 在中心液氧站, 外科楼负一层中心吸引站, 外科楼三层医用空气站、特种气体站, 综合楼一层中心吸引站、医用空气站, 门诊高压氧舱等站房设置监测点, 并对各个站房的液氧体积、压力, 医用空气压力, 负压指数, 高压氧舱压力等参数采用分布式网络监控结构进行监控, 将数据实时采集并传输至监控室, 实现远程监控。同时, 设置参数警戒线, 确保各站房被监测参数在超限后系统进行报警, 及时发现故障。建立高性能的实时和历史数据库, 实现历史数据的保存和快速查询, 也就是对医院气体工程 (氧气、负压、空气、特种气体) , 给一个预先号令, 对故障隐患早发现、早排除, 确保医院供气系统的万无一失。

3 设计难点

(1) 国内目前尚无成功的类似系统可以借鉴, 个别信号采集点的管路路径、压力、流量、温度各不相同, 在设计、安装、使用方面可以借鉴的经验很少。而且, 由于我院气体站房分布较为零散, 分别在液氧站、外科楼负一层、外科楼设备层、综合楼一层、门诊楼一层等五个地点, 监控范围较大且布线较长, 可能会使得信号传输过程中干扰较大造成监控室监测或报警异常, 这也是要解决的重点问题。

(2) 由于监控系统工程量大且所需器材较多, 各种传感器的选用 (压力、浓度、流量、温度) , 通过各种传感器采集到的各种信号, 转换成声、光电信号, 显示在监控室内, 因此, 要保证系统的可靠性、实用性。我院医学工程科虽有较强的、新老结合的研制队伍, 但还需要与有经验、有实力的公司合作, 确保研制工作顺利完成

4 应用前景

这种系统是医院医用气体监控方式的换代产品, 它可以改变以往气体监控完全依赖人工的原始操作方式, 在监控室即可完成对全院医用气体的全部参数的监控, 减轻了人力。

使用此系统可以及时发现医用气体出现的故障并尽快修复, 避免延误故障处理造成的经济损失, 更重要的是可以大大增加病人的安全指数, 减少医患纠纷、节约医疗成本, 可以提高医院医用气体使用管理的现代化程度。

摘要：医用气体系统是医院的基础且必备设施, 医用气体监测是关系到患者安危的重要环节。本文致力于探讨设计一种可以对医院医用气体进行实时动态监测的气体监测系统, 可以24h对医院医用气体进行监测, 出现故障及时报警, 以此提高工作效率, 减少值班员巡逻检查次数, 及时解决隐患, 保障患者生命安全, 为医用气体管理提供了可靠保障及可追溯性。

气体分析系统 第8篇

1 国内外气体消防产品标准及规范

随着气体灭火系统的广泛应用, ISO国际标准化组织及工业发达国家先后颁布了气体灭火系统的相关产品标准和应用规范, 为规范气体灭火系统产品的设计、生产、使用和监督管理起到了积极的促进作用。从1989年起, 我国在参考国外先进标准的基础上, 结合我国气体灭火系统产品研发、设计、生产和使用的经验, 先后起草并发布实施14个气体灭火系统的产品标准和应用规范, 其涵盖产品类型、技术要求及相关设计标准基本和国际、国外标准保持一致。同时, 根据我国气体灭火系统产品设计和应用的实际经验, 部分技术条款中也增加了适合于我国国情的条款。对于部分气体灭火产品, 如柜式气体灭火装置、悬挂式气体灭火装置、探火管灭火装置等, 国外虽然有相应的应用实例, 但还未制订相应的标准或规范, 我国已完成了上述产品标准和规范的制订工作, 为这些产品的设计、生产和使用提供了技术依据, 促进了产品的广泛应用。

国内已颁布的气体灭火系统产品标准和规范有:GB795-1989《卤代烷灭火系统容器阀性能要求和试验方法》、GB 796-1989《卤代烷灭火系统喷嘴阀性能要求和试验方法》、GA 13-2006《悬挂式气体灭火装置》、GB14103-1993《卤代烷灭火系统选择阀性能要求和试验方法》、GB 14104-1993《卤代烷灭火系统单向阀性能要求和试验方法》、GB 14105-1993《卤代烷灭火系统阀驱动器性能要求和试验方法》、GB 14106-1993《卤代烷灭火系统压力表性能要求和试验方法》、GB 16669-2010《二氧化碳灭火系统及部件通用技术条件》、GB 16670-2006《柜式气体灭火装置》、GB 25972-2010《气体灭火系统及部件》、GB 19572-2004《低压二氧化碳灭火系统及部件》、GB 50370-2005《气体灭火系统设计规范 》、GB50193-2010《二氧化碳灭火系统设计规范》、GB 50263-2007《气体灭火系统施工及验收规范》、CECS 312-2012《惰性气体灭火系统技术规程》。

ISO及工业发达国家已颁布的气体灭火系统产品标准和规范有:EN 12094-1~20《固定灭火系统气体灭火系统部件》, ISO 6183:1990《消防设备室内二氧化碳灭火系统设计与安装》, ISO 14520-1~15:2006《气体灭火系统物理性能和系统设计》, NFPA 12《二氧化碳灭火系统标准》, NFPA 12A《哈龙1301灭火系统标准》, NFPA 2001《洁净气体灭火系统标准》, VDS 2380《惰性气体灭火系统》, VDS 2381《卤代烃气体灭火系统》, UL2166《卤代烃洁净气体灭火系统标准》, UL 2127《惰性洁净气体灭火系统标准》, CEA 4007《CO2灭火系统设计及安装》, ISO/TS 13075《气体灭火系统预设计灭火系统流量计算方法及验证试验》。

2 国内外标准、规范相关技术指标比对分析

2.1 NFPA 2001 与GB 25972-2010 和GB 50370-2005的对比

(1) 新型灭火剂的要求。NFPA 2001表1.4.1.2中列出的灭火剂中增加了两种新型灭火剂, 分别为FK-5-1-12 (俗称“NOVEC1230”) 和HFC Blend B, 并明确了选择并使用新型灭火剂的原则。我国标准中还未提及上述两种灭火剂。根据公安部消防局2001年颁布的公消[2001]217号文件《关于进一步加强哈龙替代品及其替代技术管理的通知》的规定, FK-5-1-12 和HFC Blend B未包括在内, 主要是因为这两种灭火剂是近几年研发出的产品, 其中FK-5-1-12已经在美国、欧洲、日本等有广泛的应用, HFC Blend B灭火剂的应用还未见到详细的报道。

据国外资料报道, FK-5-1-12具有良好的灭火性能和环保性能, 其环保性能优于我国目前使用的七氟丙烷、三氟甲烷灭火剂。建议尽早开展这两种灭火剂的研究和评价工作, 确保能科学、合理使用新型环保灭火剂。

(2) 对人员疏散的要求。NFPA 2001中规定, 当人员疏散的时间大于30s但小于1min时, 使用的灭火剂浓度不应超过LOAEL值;当使用的灭火剂浓度超过LOA-EL值时, 人员应在30s内完全撤离;预报警和延时时间应满足相关标准的规定。我国相关规范中仅规定, 灭火系统启动前应有30s的延时时间。实际应用中, 有些场所的灭火浓度超过LOAEL值, 但没有做出具体规定, 这一条可以在今后的相关规范制订中参考。

(3) 暴露时间规定。NFPA 2001表1.5.1.2.1 (c) 中列出了人员能够安全暴露在不同七氟丙烷浓度下的最大允许时间。七氟丙烷浓度越大, 人员暴露在其中的时间越短。GB 50370中虽然未提供人员暴露在不同七氟丙烷浓度下的时间, 但规定设计浓度不应大于七氟丙烷的LOAEL值, 这样能够确保人员的安全。

(4) 锁止阀或紧急停止机构。NFPA 2001中3.3.17提到的锁止阀, CEA 4007中提到的紧急停止机构, 都是指在气源和喷嘴之间的管道上应安装能手动操作的阀门, 通过关闭阀门阻止灭火剂流向保护区域。设置锁止阀的目的是当系统发生误启动时, 可通过人工操作截止灭火剂喷向防护区, 防止造成保护区内人员和财产损伤。我国标准或规范中未对此做出规定, 其原因有以下几点:操作人员通常距离储瓶间较远, 不能立即到达储瓶间关闭锁止阀;洁净气体灭火系统喷射时间较短, 如卤代烷烃类灭火系统喷射时间不大于10s, 惰性气体灭火系统喷射时间不大于60s, 一旦灭火系统启动, 操作人员在较短的时间内很难到达现场;通过手动关闭锁止阀截止灭火剂流动, 如果设置不当, 对操作人员存在潜在的危险。因此, 标准中设置锁止阀可以在灭火系统误启动时提高保护区内人员的安全性, 但也存在一定的危险, 应根据需要适当制订相关条款。

(5) 灭火剂要求。NFPA2001中4.1.2分别对卤代烷烃灭火剂、惰性气体灭火剂、HCFC Blend A灭火剂、HFC Blend B灭火剂进行了相关规定。对卤代烷烃灭火剂分别规定了灭火剂纯度、酸度、水分、残留物;对惰性气体灭火剂分别规定了不同组分的成分、水分;对HCFC Blend A灭火剂规定了不同组分的含量;对HFC Blend B灭火剂规定了不同组分的含量。我国气体灭火剂标准分别有GB 18614-2002《七氟丙烷HFC227ea灭火剂》和GB 20128-2006《惰性气体灭火剂》, 其他洁净气体灭火剂未制订相应的标准。NFPA 2001 中仅对气体灭火剂的共性问题进行了规定, 未对其他性能提出要求;我国气体灭火剂标准不但规定了共性的要求, 而且对气体灭火剂的其他性能进行了规定。建议制订其他灭火剂时参考NFPA 2001中的相关规定。

(6) 惰性气体灭火剂温度压力要求。NFPA 2001表4.2.1.1.1 (a) 中规定了减压装置上游的压力和贮存压力为30 MPa的惰性气体灭火系统, 而GB 25972-2010中未对30 MPa灭火系统进行规定。压力等级30 MPa的惰性气体灭火系统具有输送距离长、瓶组数少等优点, 建议开展相关研究, 并进行可行性评价, 探讨其在我国应用的可行性。

(7) 通风开口关闭。NFPA 2001中规定不能关闭的开口或通风管道应作为全淹没系统的一部分;通风系统不关闭时, 增加药剂补偿量维持相应的浓度, 确保灭火安全。GB 50370中3.2.9 条规定“灭火剂喷放前, 防护区内除泄压口外的开口应能自行关闭”, 其要求就是要防护区内所有开口在灭火剂喷放前均关闭。但实际工况中, 有很多开口都存在不能关闭的状况, 且GB 50370中未规定开口的补偿量的计算问题。关于开口补偿量的计算问题也是规范制订中需要研究的课题。

(8) 不同火灾浓度的确定。NFPA 2001中规定了A、B、C类火灾的最小设计浓度的确定方法, GB 50370标准中3.3.6条规定“实际应用浓度不应大于灭火设计浓度的1.1倍”, 对A、B、C类火灾未做详细规定, 此项可作为我国今后制订标准或规范的技术依据。

(9) 灭火剂量计算。NFPA 2001的5.5.1*中表述了哈龙灭火剂量的计算公式, 公式中包括了由于气体膨胀而在空间中产生的允许泄漏, GB 50370中未规定此项参数。实际试验证明, 气体遇火后能膨胀, 考虑气体膨胀产生的泄漏是合理的。

NFPA 2001的5.5.2*中表述了惰性气体灭火剂量的计算公式, 公式中包含了一般的泄漏, 还有两个等效变化式, 也可以用来计算惰性气体灭火剂量。这两个变换的公式在国家标准中还没有出现过, 在以后标准进行修订的时候, 可将这个公式作为参考。

(10) 惰性气体灭火系统喷射时间。NFPA 2001 的5.7.1.2.2*中规定:惰性气体灭火系统对A类火和C类火喷射时间延长至120s, B类火喷射时间60s。惰性气体扑灭A类火和C类火时, 喷射时间越长, 灭火可靠性越高。因此, 对A类火和C类火喷射时间延长至120s, 这一点也会是我国标准下一步修订的关键技术参数。

(11) 容器检查。NFPA 2001 的7.2 中规定:美国DOT、加拿大CTC或类似机构规定, 自上次检查之日起, 使用5年以上的压力容器如果没有进行重新检验不应进行再充装。对贮存卤代烷烃类灭火剂的压力容器, 应按照49CFR的规定进行全面检查。处于准工作状态且没有释放过的压力容器, 如果需要, 每5年或更高频率地对容器进行外部全面检查。外部检查应满足CCGA C-6第3部分的要求, 除非容器带压不需要清空或打标记。检查应由专业人员进行, 检查应满足如下两条要求:每个容器应有永久性标记;提供适当的检查报告。应为系统的使用者或权威机构代表提供一份完整检查报告复印件, 系统使用期内应完整保留检查报告复印件。当外观检查发现容器有损坏现象, 应对容器进行额外强度试验。国内标准中还没有相应的规定, 对容器寿命、外观检查等都未做相应的规定, 且容器的检查、检验也是气体灭火系统使用过程中的一项难题。我国在制订相关标准时可参考采用该项条款的技术要求。

(12) 保护空间检查。NFPA 2001的7.4中规定:至少每12个月对洁净气体保护空间进行检查, 以确定保护空间是否有渗漏而导致灭火剂泄漏的情况, 或其他改变保护空间容积的情况发生。当检查发现保护空间不能维持灭火剂浓度时, 应重新对此进行修正。如果还存在不确定情况, 应对封闭空间重新进行试验以满足相应的要求。对保护空间的检查要求, 国内标准没有规定。实际应用中, 保护空间有可能会出现改变容积或出现开口的情况, 这样, 原来的设计就不能满足要求, 应重新进行设计计算, 防止出现灭火剂泄漏或浓度不满足要求的情况。

2.2CEA 4007 与GB 16669、GB 19572、GB 50263、GB50193-2010的对比分析

(1) 封闭空间泄压口的计算公式。CEA 4007 附录A9中列出了封闭空间泄压口的计算公式, 是计算泄压口的通用公式, 可为制订其他气体灭火系统泄压口的计算提供技术依据。

(2) 保护空间耐火性能要求。CEA 4007的2.1.7中规定:如果保护物或保护空间有开口, 且在发生火灾时处于开启状态, 保护物距离墙壁距离小于5m, 建筑物的墙壁应至少承受30min的燃烧或由不燃材料制造, 确保封闭空间完整直至抑制时间结束。国内规范中对此没有做具体规定。

(3) 备用设置原则。CEA 4007的2.5中规定了与设计量等同的备用量设置原则:保护5个或以上防护区的系统;在36h内无法更换的系统。GB 50193 中的规定“3.1.5当组合分配系统保护5个及以上的防护区或保护对象时, 或者在48h内不能恢复时, 二氧化碳应有备用量, 备用量不应小于系统设计的储存量。”国内外标准规定技术条款基本相同, 只是在备用量及更换时间上有区别, 建议采用国外标准规定的技术, 避免火灾发生时系统不能正常工作。

2.3 UL 2166、UL 2127与GB 25972-2010的对比分析

(1) 流量计算。UL 2166、UL 2127中都有具体规定, 国外进行系统认证时, 将灭火系统硬件和流量计算软件一并提交给权威机构进行验证。我国对气体灭火系统的认证模式目前是型式检验, 按照GB 25972的要求仅对系统及部件进行相关试验, 而对灭火系统软件不做认证要求, 这也是我国与国外标准的最大不同点。

软件和硬件均是气体灭火系统设计的基础, 只有二者相互配合, 才能科学、合理地设计灭火系统, 确保系统有效扑灭火灾。GB 50370 提供了七氟丙烷和IG541 灭火系统的通用计算公式, 各个厂家阀门、管接件的等效长度各有差别, 在通用公式的基础上, 还应完善各自的计算程序, 但目前我国大部分企业还未做到这一点。2013年, 我国制订了灭火系统软件认证工作的标准, 该标准等效采用了ISO 13075国际标准, 这一标准的颁布将会近一步推进气体灭火系统软件的认证工作。但该标准为推荐性标准, 建议在实际应用过程中适时将流量计算的要求纳入到GB 25972-2010中。

(2) 30d温升试验。UL 2127和UL 2166的26.1中规定的30d温升试验, 考虑到了灭火剂瓶组在运输和储存中可能存在的两种状态, 垂直方向和水平方向。GB25972中没有专门的30d温升试验, 而是将这项试验与温度循环试验结合进行, 只在垂直方向进行试验, 在标准的修订中应考虑此项内容。

(3) 阀门工作可靠性试验。UL 2127和UL 2166的29.1中规定的阀门工作可靠性试验要求完成500次循环动作试验, 而GB 25972中要求是常温下100次, 最高和最低工作温度下10 次, 我国标准规定的严格程度没有UL标准高。可靠性是灭火系统动作的关键, 提高系统阀门可靠性是保证系统正常动作的关键, 建议我国标准中对可靠性的要求进一步提高。

(4) 阀门的密封试验和加压试验。UL 2166 和UL2127的24.1和25.1中对阀门进行密封试验和加压试验时, 保压时间都是1min, 而GB 25972要求是5min。由试验经验可知, 1min时间太短, 不能完全说明部件的密封性能和强度性能是否符合要求, GB 25972的要求更为科学、合理。

(5) 超压试验。UL 2166的25.6和UL 2127的25.4中超压试验规定系统不设泄压装置的, 在至少小于或等于8倍的21°C温度下的最大工作压力下系统中的部件不得被冲出来。GB 25972没有针对系统不设泄压装置的试验要求, 而是要求系统必须要设置泄压装置, 以防超压造成部件或者容器破裂导致人员伤亡和财产损失, 此项考虑更为全面、科学和安全。

对于部分气体灭火产品, 如柜式气体灭火装置、悬挂式气体灭火装置、探火管灭火装置等, 国外虽然有相应的应用实例, 但还未制订相应的标准或规范。我国已完成了上述产品标准和规范的制订工作, 为这些产品的设计、生产和使用提供了技术依据, 促进了产品的广泛应用。

3 结束语

笔者分析对比了国内外气体灭火系统标准规范技术水平、产品涵盖范围、计算软件管理等方面的差异。通过对差异较为明显的标准进行分析比对, 对国外标准中先进的条款内容进行了评价, 并提出学习借鉴建议, 同时, 对我国标准中先进的内容进行了肯定, 为标准管理者和制定者提供相关信息, 为积极开展相关产品的研究和标准制修订工作提供可参考的依据。

摘要：介绍国内外现有的气体灭火系统产品标准和规范, 并通过翻译、整理和研究, 分析比对, 分析了国内外气体灭火系统标准规范在产品涵盖范围、技术水平、计算软件管理等方面的差异。通过分析, 评价了国外标准规范对我国气体灭火系统专业技术、产品及标准规范的影响, 提出了对制修订我国气体灭火系统消防标准规范的建议。

关于人体内气体交换的问题分析 第9篇

对于这个问题，很多学生争论不休，有人认为是二氧化碳浓度高，有人甚至认为没有氧气，有人则认为是氧气浓度高.

要回答这个问题，首先要了解人体内各个部分的气体交换状况.人体的气体交换主要发生在两个部位，肺泡处和组织细胞处，如图1所示.

吸入肺部的气体中，氮气比例最高，占78%，而氧气约占21%，二氧化碳只占0.032%，水蒸气0.5%.

肺泡内的气体交换形式如图2所示，其形式是静脉血中二氧化碳迅速扩散进入肺泡，而肺泡中的氧气迅速扩散进入血液.氧气和二氧化碳为什么能够按照上述方式快速扩散呢？肺泡与血液中的气体交换是通过扩散作用来完成的，既然靠扩散作用来进行气体交换，那么，交换双方就要存在着分压差.肺部肺泡气与肺部静脉血之间的气体分压差如表1.

决定气体扩散方向和影响气体扩散速度的首要因素是分压梯度.呼吸膜两侧的气体分压差越大，气体扩散速度就越快.原来，在肺内，肺泡气的氧分压高于肺毛细血管中的静脉血氧分压，分压差约为63mmHg，故氧从肺泡扩散进入静脉血；静脉血的二氧化碳分压则高于肺泡气的二氧化碳分压，分压差约为6mmHg，故二氧化碳从静脉血扩散入肺泡.

由于分压差比较大，因此在很短时间内，血液中的氧和二氧化碳分压即可与肺泡气达到平衡，静脉血变成动脉血.

图3血液在肺部由静脉血转换成动脉血后，流回心脏，再由心脏输送到全身各处，当血液经主动脉和各级动脉后到达全身各处毛细血管，才能与组织细胞发生气体交换.其形式如图3所示.从图中可以看出，毛细血管中的血液与组织细胞之间也不能直接发生气体交换，还需要通过组织液.也就是说血液中的氧气需要通过血液→毛细血管壁→组织液→细胞膜→细胞内途径才能进入细胞，而细胞中的二氧化碳则需要通过与上述过程相反的途径才能进入血液.而这样的两个过程的氧气和二氧化碳也是通过分压差来扩散完成的.动脉血、静脉血及组织处的分压差如表2.

在组织内，毛细血管起始端中动脉血的氧分压高于组织液氧分压，故氧由血液扩散入组织液；组织液二氧化碳分压高于动脉血二氧化碳分压，故二氧化碳从组织液扩散入血.血液通过毛细血管的时间较长，气体交换也很迅速，通过气体交换，动脉血即变成静脉血.

从上述分析可知，无论是肺部还是组织细胞处的气体交换都是由于分压差通过气体扩散作用来完成的，只要扩散的两边气体分压差平衡了，气体的扩散趋势也就停止了，因此肺泡中氧气不可能全部进入血液，血液中的氧气也不可能全部进入组织细胞；同样细胞中的二氧化碳不可能全部进入血液，血液中的二氧化碳也不可能全部进入肺泡.由于人体内并不利用氮气，且通过呼吸系统还可以排出一部分水，因此呼出的气体中，氮气74%，氧气16%，水蒸气6%，二氧化碳4%.

（收稿日期：2016-08-23）

气体分析系统 第10篇

武汉钢铁集团公司氧气公司对生产过程及产品对气体纯度分析有很高的要求。气体纯度分析不准确、不及时, 会造成生产中断、产品报废, 甚至发生安全及设备事故, 造成巨大的经济损失。而现有的在线气体分析仪及分析方法普遍存在不稳定、易漂移现象, 尤其是随着使用时间增加, 稳定性急剧下降, 漂移更快, 必须经常校准方能达到要求。

针对这种分析仪的缺陷, 我们计控公司项目组于2009年研发出全自动气体分析仪校准及纯微分补偿系统。其主要是基于现代气体分析仪上所采用的单片微处理机或者计算机控制以实现手动、自动和定时自动校准功能, 实现全自动气体分析仪校准及输出补偿。为了适应不同的设备制造厂家及不同的工艺控制方案, 具体方法如下:首先, 研制出独立的通用标准化控制逻辑功能块, 通过组合式的方法, 减少设计与编程组态的错误, 加大控制系统的可靠性和安全性。它能简化控制功能的设计及控制组态, 使一个复杂的控制功能, 如同组合几个与非门一样, 得以简单实现。其次, 因为工业连续化生产时, 气体分析不允许长时间处于校准状态, 因此将最大校表时间输出送最高级别报警显示, 最大校表时间到时说明校准时发生故障, 提示操作人员通知计控人员处理;同时将校准启动送最高级别报警显示, 表示输出为原分析表输出值的仿真值, 提醒操作人员注意观察工况异常波动。为避免校准时输出超标引起联锁停车, 特输出仿真值, 切除微分补偿, 这是为了避免校准时输出大幅波动引起微分调节的不良作用;同时, 可反映分析仪校准前后的差值。

我们将该套系统应用于英国仕富梅Servomex分析仪上, 一年多来, 系统稳定性好、零漂移、无滞后, 具有较高的推广价值。