气相色谱仪气路延时断气装置的研制

气相色谱仪气路延时断气装置的研制

黄展帮吴晓桂苏向东陈汉森

(南方电网公司广州供电局有限公司变电管理三所广东广州511400)

摘要：在对绝缘油进行气相色谱试验时，需要使用气相色谱仪对绝缘油中溶解气体进行分析。但气相色谱仪试验完成后，由于仪器本身结构及工作条件要求，需等待元器件冷却后才能关闭载气系统，漫长的冷却时间严重影响工作效率。本项目研制的延时断气装置，在气相色谱仪气路中加入延时断气装置，实现载气气路延时自动截断。在保障仪器安全的前提下提高了工作效率。

关键词：气相色谱仪；气路；延时断气

1.研制背景

电气设备主要绝缘材料是绝缘油和纤维绝缘纸（板）。处于设备中的绝缘材料，在电气设备运行过程中，可能受到热效应和电的作用发生化学变化，产生气体。利用色谱分析仪将产生的混合气体分离并测量各组分的含量，是充油电气设备潜伏性故障出厂检验和运行监督过程中判断设备潜伏性故障的有效手段。根据中国南方电网《电力设备检修试验规程》和行业标准《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，绝缘油色谱分析需要按照周期开展试验。

2.研制意义

充油电气设备的油中溶解气体分析是化学试验的重要试验项目，我们试验室每年约有六百多个油样要进行气相色谱试验，每年开启色谱仪上百次，由于气相色谱仪本身体结构及工作流程等原因，开关机等待时间特别长，有效工作时间在总耗时里占比少，实际工作效率低，人力资源浪费严重。

气相色谱仪开始工作前，需先通载气冲洗气路15分钟，使气路中的载气达到足够的纯度后才能开机升温。试验完毕，退出热导池检测器桥流和升温程序，关闭色谱仪电源后，氢气和空气可以马上关闭，但载气必须继续保持，以将被保温材料层层包裹的元器件的热量带出，待元器件冷却至接近室温后才能关闭载气，通常降温时间在60分钟以上。严重影响色谱仪实际工作时间，经常出现为了等仪器降温后关闭载气而推迟下班的情况。

缩减气相色谱仪工作过程中的无效的等待时间，能提高油中溶解气体分析试验的工作效率，节省人力资源。

3.理论依据

气相色谱仪由气路系统、温控系统、色谱柱、检测器、记录仪五大部份组成。在气路系统中载气从钢瓶经减压阀进入仪器后，会流过色谱柱、热导检测器、镍触媒转化炉,最后从氢焰检测器的喷咀及热导检测器的排气口排出。

在气相色谱仪载气气路上加装延时断气装置。当气相色谱仪试验工作完成后，延时断气装置持续供应载气至设定时间后，自动关闭气路，无需工作人员守候。

4.方案制定

根据使用需求及仪器特点，延时断气装置需具备①色谱仪关机后，能持续供气60分钟以上；②持续供气60分钟后，能自动关闭载气气路。为此我们构思了两套方案。

4.1方案一：电气式延时断气装置

电气式延时断气装置由电磁控制阀及管路构成。在载气瓶减压阀后接入电磁控制阀，气路经电磁控制阀连接到色谱仪的进气口。该装置在原有载气供气管路上加装带时间继电器的电磁控制阀。当气相色谱仪工作结束后，启动时间继电器，到达设定的时间后，继电器切断电磁阀电源，电磁阀关闭，实现延时断气功能。

4.2方案二：机械式延时断气装置

机械式延时断气装置，由缓冲气瓶、逆止阀及管路组成。在载气瓶减压阀后面的气路上T接一个缓冲气瓶，再经逆止阀连接到色谱仪的进气口。当气相色谱仪工作结束后，关闭载气瓶角阀，由缓冲气瓶继续供气，直到缓冲气瓶气压下降到逆止阀启动值时，逆止阀自动关闭，切断气路，实现关机后持续供载气一段时间后，自动关闭气路。

优缺点对比

电气式延时断气装置，优点：装置结构简单、安装调试方便，只需要在气路中加装电磁阀就完成安装；延时时间通过调节时间继电器完成，调节方便、时间准确。

缺点：供电使用，装置的电源和载气瓶的阀门长期处于开启状态，留下安全隐患。电磁阀需要供电，在色谱仪完成工作后，延时结束前仍然不能断电，载气瓶的阀门长期开启，存在一定安全隐患；若出现停电的情况，将导致载气气路过早关闭，损坏色谱仪。

机械式延时断气装置

优点：机械结构、安全可靠，装置为全机械构成，无需供电使用，关闭色谱仪后，可马上关闭电源和气源；安全可靠、投入成本低，缓冲气瓶、逆止阀均为实验室常见器材，可就地取材，即使单个采购成本也不高。

缺点：安装调试较为繁复，接口较多，保证良好气密性的难度较高，调试时通过更换不同容量的缓冲气瓶来调节延时供气时间，操作不方便、时间调节不精确。

基于以上优缺点，结合实验室管理规定：每天工作结束后，需将仪器电源关闭，气瓶阀门关闭。确保实验室没有留下安全隐患后方可离开。因此选用机械式延时断气装置更为合适。

5.装置制作

在原有的气路上，把接入色谱仪的接头拆开，接入一个三通接头，三通接头的一端接气源端的气路；另一端接一个带角阀的气瓶作为缓冲气瓶；还有一端接一个逆止阀，逆止阀的出口与色谱仪相连。

可根据连接色谱仪的数量、色谱仪的载气流量、仪器降温的时间，选取不同容积的缓冲气瓶。

6.安装调试

初次安装前，缓冲气瓶先抽真空，再充入0.5MPa纯净载气，把缓冲气瓶角阀关上。接入气路后，检验气路气密性，打开载气瓶，用载气冲洗气路15分钟后，打开缓冲气瓶角阀，气路延时断气装置正式投入使用。按气相色谱仪厂家规定，气源减压阀的输出压力调节为0.4MPa，通气后，逆止阀开启，载气经逆止阀送至色谱仪，试验结束后，关闭仪器电源，关闭氢气、空气、载气瓶角阀，即关闭全部电源及气源。仪器降温阶段的载气由缓冲气瓶提供，供气持续时间通过选用不同容积的气瓶来调节。

气压从0.4MPa下降到0.05MPa时，逆止阀在弹簧的作用力下自动关闭，逆止阀切断气路的同时也阻止了空气从色谱仪排气口进入气路，使逆止阀之前的气路一直保持0.05MPa的载气。下一次色谱试验，再次开启载气瓶，气路和缓冲气瓶的气压从0.05MPa回升至0.4MPa，逆止阀自动开启，输送载气到色谱仪。

安装逆止阀后，需要冲洗的空间从之前的减压阀、管道和色谱仪内部气路，变成只有色谱仪内部气路，开机升温前的气路冲洗效果得到明显提高。

7.装置使用注意事项

（1）缓冲气瓶、逆止阀、气压表等部件，使用前一定要清洗干净，否则会损坏转化炉里面的镍触媒；

（2）加装气相色谱仪气路延时断气装置后，不用增加额外的操作。但每次色谱试验，开启载气瓶角阀之前，要先观察气瓶减压器的低压表，如果气压为零，表示气路有漏气点，应检查漏点，处理后，再按新投运的流程，重新对缓冲气瓶抽真空、充载气，再接入气路，经15分钟的气路冲洗后再重新开启缓冲气瓶的角阀。

（3）更换载气瓶时，先将缓冲气瓶的角阀关闭，再更换载气瓶。更换载气瓶后，检漏合格，开启载气瓶，经15分钟的气路冲洗后，再重新开启缓冲气瓶的角阀。

8.研制成果及分析

气相色谱仪气路延时断气装置投入使用后，每次开启载气瓶角阀前，通过观察低压表的余压，可以方便、直观地检查气路的严密性；因逆止阀前方气路长期保留纯净的载气，开机前的气路冲洗效果显著提高；关机后，由缓冲气瓶提供载气，实现延时供气及自动截断气路的功能。

经实际应用验证，延时断气装置能让气相色谱仪开机后更快进入稳定状态；试验结束后，关载气的等待时间，从60分钟降至0分钟。显著地提高了工作效率，减少人力资源浪费。