ПРОБООТБОРНИК-КОНТЕЙНЕР

Заявляемое изобретение относится к технике отбора проб газов, реакционных смесей и воздуха для контроля в них концентрации влаги, кислорода, азота, водорода, гелия, оксидов углерода, оксидов азота, сернистых соединений, углеводородов, и других газов, паров веществ и примесей, а также может быть использовано для контроля содержания индивидуальных компонентов преимущественно физическими и физико-химическими методами анализа.
При анализе газовых смесей или воздуха из различных источников, включая лабораторные сосуды, химические реакторы, трубопроводы и емкости, газо- и нефте-промысловые устройства, источники нефти, газа, паро-гидротермов возникает необходимость не только отбора пробы, но и хранения ее до момента анализа.
Известно устройство для отбора с целью последующего анализа так называемых «влажных газов» - углеводородных нефтяных газов в присутствии тумана или аэрозоли или свободной жидкости, состоящей из углеводородов, в количестве 0-5%. (Патент Великобритании №2393669 А, МПК B01D 35/02, G01N 1/22, приоритет от 2002.10.04, опубл. 2004.04.07)
Недостатками известного устройства является его узкая область применения, сложность в изготовлении и использовании. Это обусловлено наличием адсорбента, требующего регенерации после каждого использования, и невозможностью применения для отбора пробы из источников, содержащих водяной пар при повышенных температурах или иные газы в нагретом состоянии, конденсирующиеся при нормальных условиях, например углеводороды с точкой
кипения выше 25°С, что приводит к затруднениям при проведении анализа состава газа вследствие понижения давления в устройстве.
Известно также устройство для определения концентрации газа растворенного в жидкости, методом дегазации жидкости и замера выделенного газа химическим индикатором (Патент России №2181882, МПК G01N 7/14, приоритет от 2001.01.24, опубл. 2002.04.27). Устройство содержит камеру с поршнем, измерительную пипетку с обратным клапаном, отводящую газ трубку, герметично встроенную в поршень и снабженную запорным устройством, индикатор и аспиратор для создания вакуума. При закрытом запорном устройстве камера работает как пробоотборник, а при открытом положении - как дегазатор пробы жидкости.
Недостатками известного устройства является его узкая область применения - исключительно для выделения из растворенных в жидкости газов, и невозможность применения для отбора пробы из газов, а также источников, содержащих водяной пар при повышенных температурах или иные газы, конденсирующиеся при нормальных условиях.
Известен также пробоотборник, предназначенный для отбора проб подпочвенного газа, который взят в качестве прототипа (Патент Украины №75835, МПК G01N 1/22, приоритет от 2004.12.10, опубл. 2006.05.15). Пробоотборник содержит трубку с заостренным наконечником, которая вводится в подпочвенный слой, камеру в виде цилиндра с поршнем, соединенным с трубкой с помощью шланга, и герметически закрытую емкость с солевым раствором, предназначенную для хранения пробы.
Недостатками известного пробоотборника является его узкая область применения, ограниченная источниками с давлением, близким к атмосферному, и невозможность применения для отбора пробы из источников повышенного
давления, а также источников, содержащих водяной пар при повышенных температурах или иные газы, конденсирующиеся при нормальных условиях. Другим существенным недостатком известного пробоотборника является применение солевых растворов, что приводит к изменению качественного и количественного состава для газов, вступающих в химическое взаимодействие с солевыми растворами или с водой, также ограничивая область применения химически инертными газами.
Задачей изобретения является создание простого, универсального, удобного в использовании пробоотборника, выполняющего одновременно функцию контейнера для транспортировки и временного хранения пробы до момента анализа, пригодного для отбора проб из различных источников, включая лабораторные сосуды, химические реакторы, трубопроводы и емкости, газо- и нефте-промысловые устройства, источники нефти, газа, паро-гидротермов. При этом важно решить проблему поддержания небольшого избыточного давления в пробоотборнике при отборе и транспортировке проб, склонных к самопроизвольному изменению объема и давления, например, содержащих конденсирующиеся или дегазирующиеся компоненты.
Задача решается тем, что в пробоотборнике - контейнере для отбора и хранения газовых проб, включающем емкость для газов и запорной жидкости с устройством ввода и отбора пробы, емкость выполнена в виде двухколенной U-образной трубки заполненной до уровня перегиба колен запорной жидкостью при этом первое колено U-образной трубки снабжено клапаном ввода и отбора пробы, а второе колено U-образной трубки снабжено трубкой отбора жидкости с двухходовым краном, камерой контроля заполнения объема с индикатором объема и капле-брызгоуловителем, причем давление газа в проботборнике-контейнере уравновешено давлением столба запорной жидкости. Кроме того,
-3
клапан ввода и отбора пробы выполнен из либо силикона, либо витона, либо кальреза либо иного эластичного термически- и химически стойкого материала. Про этом в качестве запорной жидкости используют либо дибутилфталат, либо силиконовое масло, либо иную химически неактивную жидкость с давлением паров ниже 5.0×10 Па при 25°С.. Камера контроля заполнения объема с индикатором объема выполнена в виде калиброванного цилиндра и съемной, Капле-брызгоуловитель выполнен из проницаемого химически стойкого материала; трубка отбора жидкости с двухходовым краном выполнена съемной, а U-образная трубка выполнена из либо металлической трубки, либо стекла, либо полимера, либо керамики либо композитных материалов.
Технический эффект заявляемого изобретения заключается в повышении надежности работы устройства, в повышении воспроизводимости получаемых результатов анализа, простоте изготовления и эксплуатации, в широкой универсальности применения, в исключении возможности подтекания газов из окружающей среды. Кроме того, в удобстве применения пробоотборника-контейнера при проведении анализа для отбора газа из источников, содержащих водяной пар при повышенных температурах или иные газы, конденсирующиеся при нормальных условиях, а также дегазирующиеся жидкости.
Заявляемое устройство поясняется чертежом фиг.1, на котором схематически изображен пробоотборник-контейнер в подготовленном к отбору проб положении, где 1 - колено камеры, 2 - колено камеры, 3 - запорная жидкость, 4 - клапан ввода и отбора пробы, 5 - трубка отбора жидкости с двухходовым краном, 6 - камеру контроля заполнения объема с индикатором объема, 7 - капле-брызгоуловитель, 8 - двухходовой кран, А-А - уровень жидкости в колене 2.
Устройство работает следующим образом.
Пробоотборник-контейнер при открытом клапане 4 заполняют запорной жидкостью до нижней кромки запорного клапана 4, клапан 4 закрывают. Через трубку отбора жидкости 5 при открытом кране 8 производят отбор запорной жидкости из колена 2 до уровня А-А, соответствующего нижней кромке трубки отбора, предварительно установленной так, чтобы ее нижняя кромка была выше уровня перегиба колен. Кран 8 на трубке отбора жидкости закрывают, пробоотборник-контейнер находится в подготовленном к работе состоянии (Фиг.1).
Отбор пробы, например, из источника повышенного давления проводят путем ввода пробы через клапан 4, при этом происходит вытеснение жидкости из колена 1 в колено 2, ввод пробы продолжают до появления запорной жидкости в камере контроля заполнения объема 6, которая одновременно выполняет функцию расширительной емкости, предохраняющей от выброса жидкости из устройства при проскоке газа или пара через слой жидкости. Дополнительную безопасность от выброса жидкости обеспечивает капле-брызгоуловитель 7. Заполненный пробой контейнер готов к транспортировке и использованию для отбора газовых проб в аналитических целях.
Дальнейшие операции по отбору пробы из пробоотборника-контейнера проводят с помощью клапана 4 как путем вытеснения пробы в приемник аналитического оборудования, так и отбором газовым шприцем. При этом в колене 1 независимо от конденсации пара и величины отобранного объема пробы автоматически поддерживается избыточное давление за счет давления столба жидкости в колене 2.
Выбор для устройства U-образной формы емкости обусловлен, во-первых, необходимостью поддерживать избыточное давление газа в емкости в условиях возможного изменения объема и давления газа, например, при конденсации или
дегазации, за счет давления столба запорной жидкости, а, во-вторых, решить проблему редуцирования избыточного давления и избыточного объема пробы при наборе пробы, или газовыделении из жидких проб с высоким газосодержанием при заполнении, транспортировке или хранении устройства. Наличие камеры контроля заполнения объема с индикатором объема и капле-брызгоуловителем в устройстве позволяет решить проблемы контроля скорости и полноты заполнения устройства, решить проблему безопасности оператора при отборе пробы, исключить неконтролируемый выброс из устройства запорной жидкости в виде брызг и капель.
Наличие трубки отбора жидкости с двухходовым краном позволяет удалить избыточное количество запорной жидкости при подготовке устройства к работе, т.е. оставить в устройстве запорную жидкость в количестве, достаточном и необходимом для полного заполнения одно колена и исключить при этом попадание воздуха из окружающей среды при транспортировке подготовленного к отбору пробы устройства к месту отбора пробы при вертикальном положении устройства (с возможным отклонением устройства от вертикали на 15-30°). При этом наличие крана позволяет не отсоединять трубку отбора жидкости от устройства после удаления избыточного количества запорной жидкости при подготовке устройства к работе, что облегчает работу оператора и позволяет сократить время подготовки устройства к работе.