一种氟氮混合气中氟气含量的检测装置及方法与流程

1.本发明属于氟气分析检测技术领域，具体涉及一种氟氮混合气中氟气含量的检测装置及方法。


背景技术：

2.氟气，化学分子式为f2，是一种剧毒危险化学品，为淡黄色气体，强氧化剂，非常活泼的非金属元素，几乎可与所有的物质发生反应。工业上氟气广泛应用于化工、工程塑料、合成橡胶、农药、医药、半导体、核工业、航空航天等领域。
3.氟气一种方式是以氟氮混合气进行储存、运输和使用，氟氮混合气中氟气的含量一般在1.0％～20.0％，氟氮混合气具有氟气的性质，也属于危险化学品，需要按照危险化学品进行管理。氟氮混合气出厂前，生产单位需要测定其中的氟气含量，并将含量信息写入氟氮混合气的化学品安全技术说明书和安全标签中。
4.目前，能用于氟氮混合气中氟气含量的测定仪器主要有气相色谱仪，需要配备使用专用的色谱柱，由于氟气的活泼性，对于仪器的配置和防腐蚀性能要求较高，并且色谱仪需要提前使用标准气体进行标定，标气的准确性和稳定性，对测试结果影响较大。
5.gb/t 26251《氟和氟氮混合气》中测定氟气的方式，是将氟气转化为氯气，用色谱测定氯气的含量，进而计算出氟气的含量，该方法产生剧毒的氯气会对环境和人体造成影响，氟气有效转化为氯气的程度，对含量的测定有较大的影响。氟气转化为氯气的过程中，氟气以及氟气溶于液体产生的氢氟酸都具有极强的腐蚀性，会对仪器造成严重的腐蚀，导致仪器损坏或者使用寿命缩短。
6.因此，开发出一种氟氮混合气中氟气含量的检测装置及方法尤为重要。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种氟氮混合气中氟气含量的检测装置及方法，该方法相比于色谱仪检测方法，更经济，操作更简单，装置腐蚀性小和使用寿命长；相比于国标gb/t26251《氟和氟氮混合气》中检测方法中产生氯气，本发明不产生氯气，避免对环境和人体造成伤害；本发明装置具有结构简单，投资少，可实现工业化；安全环保无污染，操作和使用简单；检测准确性和精度高等优点。
8.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种氟氮混合气中氟气含量的检测装置，包括依次通过管线连接的氟氮混合气瓶、流量计、氟化钠吸收管、一级吸收管，二级吸收管和三级吸收管；所述氟氮混合气瓶和所述流量计之间的管线上连接有惰性气体瓶；所述氟氮混合气瓶的底部设置有氟氮混合气瓶称量装置，所述一级吸收管、二级吸收管和三级吸收管的底部共同设置有吸收管称量装置。
9.优选地，所述惰性气体瓶和所述流量计之间的管线上设置有惰性气体瓶减压阀。
10.优选地，所述氟氮混合气瓶和所述流量计之间的管线上设置有氟氮混合气瓶减压阀。
11.本发明还提供使用上述检测装置用于测定氟氮混合气中氟气含量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.s1、先用惰性气体吹扫所述检测装置，然后使用氟氮混合气瓶称量装置称量检测前装有待测氟氮混合气的氟氮混合气瓶的重量，使用吸收管称量装置称量检测前所述一级吸收管、二级吸收管和三级吸收管的总重量；
13.s2、将所述待测氟氮混合气通入所述氟化钠吸收管内，所述待测氟氮混合气中的氟化氢气体被所述氟化钠吸收管内的氟化钠吸收剂吸收，得到混合气；
14.s3、将s2中得到的混合气通入所述一级吸收管内，所述混合气中的氟气被所述一级吸收管内的第一吸收剂吸收，得到一级反应气体；
15.s4、将s3中得到的一级反应气体通入所述二级吸收管内，所述一级反应气体中的酸性气体被所述二级吸收管内的第二吸收剂吸收，得到二级反应气体；
16.s5、将s4中得到的二级反应气体通入所述三级吸收管内，所述二级反应气体中的水分被所述三级吸收管内的第三吸收剂吸收；
17.s6、在所述检测装置中通入所述待测氟氮混合气10min后，停止通入；使用所述氟氮混合气瓶称量装置称量检测后氟氮混合气瓶的重量，采用所述吸收管称量装置称量检测后一级吸收管、二级吸收管和三级吸收管的总重量；得到所述待测氟氮混合气的重量和一级吸收管中被吸收掉的氟气重量，用所述待测氟氮混合气的重量减去所述氟气重量，得到所述待测氟氮混合气中氮气的重量，分别根据氟气和氮气的分子量，计算出氟气和氮气的体积，同时得到所述待测氟氮混合气中氟气含量的计算公式。
18.优选地，s1中所述惰性气体为氮气、氦气、氩气、氪气、氙气或氡气，所述惰性气体的纯度≥99.999％；s2中所述氟化钠吸收剂的质量分数≥98％。
19.优选地，s3中所述第一吸收剂为亚硫酸钠水溶液、碳酸钠水溶液或，碳酸钠、氢氧化钙和水的混合物。
20.优选地，s4中所述第二吸收剂为氢氧化钙颗粒或无水氢氧化锂颗粒。
21.优选地，s5中所述第三吸收剂为氧化钙固体颗粒。
22.优选地，s6中所述待测氟氮混合气中氟气含量的计算公式为：
23.k＝[28
×
(m
4-m3)]
÷
[38
×
(m
1-m2)-10
×
(m
4-m3)]
×
100％
[0024]
式中，k—待测氟氮混合气中氟气的体积百分含量(100％)，单位v/v；
[0025]
m1—检测前，氟氮混合气瓶的重量；
[0026]
m2—检测后，氟氮混合气瓶的重量；
[0027]
m3—检测前，一级吸收管、二级吸收管和三级吸收管的总重量；
[0028]
m4—检测后，一级吸收管、二级吸收管和三级吸收管的总重量。
[0029]
本发明与现有技术相比具有以下优点：
[0030]
1、本发明将氟氮混合气中的氟气被反应吸收掉，逐级转化为对环境和人体无害的物质；氟气在一级吸收管被反应转为为其它物质，避免氟气强腐蚀性对整个工艺装置的腐蚀性，提高了检测装置的可靠性，可延长装置的使用寿命和使用期限。
[0031]
2、本发明采用称量法确定氟氮混合气重量和氟气重量，读数简单、直接、便捷，可根据检测精度的需要，选用不同精度等级的称量装置；且本发明操作简单，可快速重复检测；可做成并联检测工艺流程装置，同时对多瓶氟氮混合气进行检测。
[0032]
3、本发明操作过程和操作步骤简单，读取结果简单，不需要专业知识，普通人经过培训即可完成检测；且计算公式简单，只需要将4个称量的重量m1、m2、m3和m4代入计算公式中，即可快速计算出结果。
[0033]
4、本发明工艺流程简单，既可以工艺流程的方式进行检测，也可以做成集成的检测分析装置；除了钢瓶，其他整个工艺装置流程都为常压操作，避免了在压力下进行操作可能带来的安全风险；吸收管的更换可设计为快接式，完成一次检测，可快速的更换检测管，进行下一次检测。
[0034]
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
附图说明
[0035]
图1是本发明检测装置的结构示意图。
[0036]
附图标记说明：
[0037]
1—氟氮混合气瓶；2—惰性气体瓶；3—惰性气体瓶减压阀；4—流量计；5—一级吸收管；6—二级吸收管；7—三级吸收管；8—吸收管称量装置；9—氟氮混合气瓶减压阀；10—氟氮混合气瓶称量装置；11—氟化钠吸收管。
具体实施方式
[0038]
实施例1
[0039]
本实施例氟氮混合气中氟气含量的检测装置，包括依次通过管线连接的氟氮混合气瓶1、流量计4、氟化钠吸收管11、一级吸收管5，二级吸收管6和三级吸收管7；所述氟氮混合气瓶1和所述流量计4之间的管线上连接有惰性气体瓶2；所述氟氮混合气瓶1的底部设置有氟氮混合气瓶称量装置10，所述一级吸收管5，二级吸收管6和三级吸收管7的底部共同设置有吸收管称量装置8。
[0040]
本实施例中，所述惰性气体瓶2和所述流量计4之间的管线上设置有惰性气体瓶减压阀3；所述氟氮混合气瓶1和所述流量计4之间的管线上设置有氟氮混合气瓶减压阀9。
[0041]
实施例2
[0042]
本实施例采用实施例1中的检测装置用于氟氮混合气中氟气含量的检测方法，包括以下步骤：
[0043]
s1、打开惰性气体瓶减压阀3和惰性气体瓶2的阀门，用惰性气体瓶2内的惰性气体吹扫所述检测装置5min，关闭各阀门，停止吹扫；然后使用氟氮混合气瓶称量装置10称量检测前，装有待测氟氮混合气的氟氮混合气瓶1的重量m1，m1＝62007.08g；采用吸收管称量装置8称量检测前三级吸收管的总重量m3，m3＝18329.59g；所述待测氟氮混合气的安全标签中标明：5.0％氟气、94.8％氮气、0.2％氟化氢；
[0044]
所述惰性气体为氮气，所述氮气的流量为100l/min；检测前期，使用惰性气体吹扫管路和各个吸收管，使管路和吸收管中的氧气置换干净，避免在检测过程中，氟气与氧气接触发生燃爆事故；
[0045]
s2、打开氟氮混合气瓶1的阀门，打开氟氮混合气瓶减压阀9，打开流量计4，然后调节所述待测氟氮混合气的气体流量为100l/min；所述待测氟氮混合气经过流量计4通入氟化钠吸收管11内，所述待测氟氮混合气中的氟化氢气体被氟化钠吸收剂吸收，得到混合气；
所述氟化钠吸收剂的质量分数为98％；
[0046]
s3、将s2中得到的混合气通入所述一级吸收管5内，所述混合气中的氟气被第一吸收剂吸收，得到一级反应气体；所述第一吸收剂是浓度为20％的亚硫酸钠水溶液；
[0047]
s3中的反应原理为：f2 na2so3 h2o＝na2so4 2hf
[0048]
s4、将s3中得到的一级反应气体通入所述二级吸收管6内，所述一级反应气体中的酸性气体(氟化氢气体)被第二吸收剂吸收，得到二级反应气体；所述第二吸收剂为氢氧化钙颗粒，所述氢氧化钙颗粒的重量为500g；
[0049]
s4中的反应原理为：2hf ca(oh)2＝caf2 2h2o
[0050]
s5、将s4中得到的二级反应气体通入所述三级吸收管7内，所述二级反应气体中的水分被第三吸收剂吸收；所述第三吸收剂为氧化钙颗粒，所述氧化钙颗粒的重量为1000g；
[0051]
s5中的反应原理为：h2o cao＝ca(oh)2[0052]
s6、在所述检测装置中通入所述待测氟氮混合气10min后，关闭氟氮混合气瓶1的阀门和氟氮混合气瓶减压阀9，停止吹扫；再次打开惰性气体瓶2的阀门，打开氮气瓶减压阀3，打开流量计4，调节氮气流量100l/min，吹扫5分钟后，关闭各阀门，停止吹扫，即检测结束；检测后期，使用惰性气体吹扫管路和各个吸收管，通过惰性气体吹扫使管路和吸收管中残留的氟气充分与吸收剂接触，从而将管路中残留的氟气吸收掉，避免残留的氟气影响检测结果，避免氟气泄漏造成环境污染和人身伤害；
[0053]
使用氟氮混合气瓶称量装置10称量检测后氟氮混合气瓶1的重量m2，m2＝60734.76g；采用吸收管称量装置8称量检测后三级吸收管的总重量m4＝18414.41g，得到一级吸收管5中被吸收掉的氟气重量；
[0054]
用s1中所述待测氟氮混合气的重量减去所述氟气重量，得到所述待测氟氮混合气中氮气的重量，分别根据氟气和氮气的分子量，计算出氟气和氮气的体积，氟气的体积除以总体积可得出该氟氮混合气中氟气的体积百分含量，同时得到所述待测氟氮混合气中氟气含量的计算公式：k＝[28
×
(m
4-m3)]
÷
[38
×
(m
1-m2)-10
×
(m
4-m3)]
×
100％；；
[0055]
将m1、m2、m3、m4代入所述计算公式中：k＝[28
×
(m
4-m3)]
÷
[38
×
(m
1-m2)-10
×
(m
4-m3)]
×
100％，计算得出k＝4.999％；本实施例中氟氮混合气中氟气的含量为4.999％≈5.0％(v/v)；
[0056]
重复上述检测过程两次，分别计算得出两次检测结果，用于对上述数值进行验证，三个检测结果两两比较，误差均在
±
5％之内，认可这次检测的准确性，可取其平均值作为最终结果。
[0057]
为了验证本实施例检测方法的准确性，对本实施例中的同一待测氟氮混合气采用gb/t 26251《氟和氟氮混合气》中的试验方法进行检测，三次检测结果分别为4.92％、4.83％、4.87％，检测结果低于安全标签标明的结果，原因可能是由于gb/t 26251的试验方法中氟气转化为氯气未达到100％，导致检测结果偏低。
[0058]
对于未知含量的待测氟氮混合气，按照取样的1000l待测氟氮混合气100％为氟化氢来计算氟化钠的用量；按照取样的1000l待测氟氮混合100％为氟气来计算亚硫酸钠、碳酸铵、氢氧化钙的用量。
[0059]
实施例3
[0060]
本实施例采用实施例1中的检测装置用于氟氮混合气中氟气含量的检测方法，包
括以下步骤：
[0061]
s1、打开惰性气体瓶减压阀3和惰性气体瓶2的阀门，用惰性气体瓶2内的惰性气体吹扫所述检测装置5min，关闭各阀门，停止吹扫；然后使用氟氮混合气瓶称量装置10称量检测前，装有待测氟氮混合气的氟氮混合气瓶1的重量m1＝60459.89g；采用吸收管称量装置8称量检测前三级吸收管的总重量m3＝30356.68g；所述待测氟氮混合气的安全标签中标明：12.0％氟气、87.7％氮气、0.3％氟化氢；
[0062]
所述惰性气体为氦气，所述氦气的流量为100l/min；检测前期，使用惰性气体吹扫管路和各个吸收管，使管路和吸收管中的氧气置换干净，避免在检测过程中，氟气与氧气接触发生燃爆事故；
[0063]
s2、打开氟氮混合气瓶1的阀门，打开氟氮混合气瓶减压阀9，打开流量计4，然后调节所述待测氟氮混合气的气体流量为100l/min；所述待测氟氮混合气经过流量计4通入氟化钠吸收管11内，所述待测氟氮混合气中的氟化氢气体被氟化钠吸收剂吸收，得到混合气；所述氟化钠吸收剂的质量分数为99％；
[0064]
s3、将s2中得到的混合气通入所述一级吸收管5内，所述混合气中的氟气被第一吸收剂吸收，得到一级反应气体；所述第一吸收剂是浓度为25％的碳酸钠水溶液；
[0065]
s3中的反应原理为：f2 na2co3 h2o＝2naf co2↑
h2o
[0066]
s4、将s3中得到的一级反应气体通入所述二级吸收管6内，所述一级反应气体中的酸性气体(二氧化碳气体)被第二吸收剂吸收，得到二级反应气体；所述第二吸收剂为无水氢氧化锂颗粒，所述无水氢氧化锂颗粒的重量为4600g；
[0067]
s4中的反应原理为：co2 lioh＝li2co3↓
h2o
[0068]
s5、将s4中得到的二级反应气体通入所述三级吸收管7内，所述二级反应气体中的水分被第三吸收剂吸收；所述第三吸收剂为氧化钙颗粒，所述氧化钙颗粒的重量为12000g；
[0069]
s5中的反应原理为：h2o cao＝ca(oh)2[0070]
s6、在所述检测装置中通入所述待测氟氮混合气10min后，关闭氟氮混合气瓶1的阀门和氟氮混合气瓶减压阀9，停止吹扫；再次打开惰性气体瓶2的阀门，打开氮气瓶减压阀3，打开流量计4，调节氮气流量100l/min，吹扫5分钟后，关闭各阀门，停止吹扫，即检测结束；检测后期，使用惰性气体吹扫管路和各个吸收管，通过惰性气体吹扫使管路和吸收管中残留的氟气充分与吸收剂接触，从而将管路中残留的氟气吸收掉，避免残留的氟气影响检测结果，避免氟气泄漏造成环境污染和人身伤害；
[0071]
使用氟氮混合气瓶称量装置10称量检测后氟氮混合气瓶1的重量m2＝59156.32g；采用吸收管称量装置8称量检测后三级吸收管的总重量m4＝30560.25g，得到一级吸收管5中被吸收掉的氟气重量；
[0072]
用s1中所述待测氟氮混合气的重量减去所述氟气重量，得到所述待测氟氮混合气中氮气的重量，分别根据氟气和氮气的分子量，计算出氟气和氮气的体积，氟气的体积除以总体积可得出该氟氮混合气中氟气的体积百分含量，同时得到待测氟氮混合气中氟气含量的计算公式：k＝[28
×
(m
4-m3)]
÷
[38
×
(m
1-m2)-10
×
(m
4-m3)]
×
100％；
[0073]
将m1、m2、m3、m4代入所述计算公式中：k＝[28
×
(m
4-m3)]
÷
[38
×
(m
1-m2)-10
×
(m
4-m3)]
×
100％，计算得出k＝11.999％；本实施例中氟氮混合气中氟气的含量为11.999％≈12.0％(v/v)；
[0074]
重复上述检测过程两次，分别计算得出两次检测结果，用于对上述数值进行验证，三个检测结果两两比较，误差均在
±
5％之内，认可这次检测的准确性，可取其平均值作为最终结果。
[0075]
为了验证本实施例检测方法的准确性，对本实施例中的同一待测氟氮混合气采用gb/t 26251《氟和氟氮混合气》中的试验方法进行检测，三次检测结果分别为11.76％、11.75％、11.85％，检测结果低于安全标签标明的结果，原因可能是由于gb/t 26251的试验方法中氟气转化为氯气未达到100％，导致检测结果偏低。
[0076]
实施例4
[0077]
本实施例采用实施例1中的检测装置用于氟氮混合气中氟气含量的检测方法，包括以下步骤：
[0078]
s1、打开惰性气体瓶减压阀3和惰性气体瓶2的阀门，用惰性气体瓶2内的惰性气体吹扫所述检测装置5min，关闭各阀门，停止吹扫；然后使用氟氮混合气瓶称量装置10称量检测前，装有待测氟氮混合气的氟氮混合气瓶1的重量m1＝55346.67g；采用吸收管称量装置8称量检测前三级吸收管的总重量m3＝40358.78g；；所述待测氟氮混合气的安全标签中标明：20.0％氟气、79.5％氮气、0.5％氟化氢；
[0079]
所述惰性气体为氩气，所述氩气的流量为100l/min；检测前期，使用惰性气体吹扫管路和各个吸收管，使管路和吸收管中的氧气置换干净，避免在检测过程中，氟气与氧气接触发生燃爆事故；
[0080]
s2、打开氟氮混合气瓶1的阀门，打开氟氮混合气瓶减压阀9，打开流量计4，然后调节所述待测氟氮混合气的气体流量为100l/min；所述待测氟氮混合气经过流量计4通入氟化钠吸收管11内，所述待测氟氮混合气中的氟化氢气体被氟化钠吸收剂吸收，得到混合气；所述氟化钠吸收剂的质量分数为98.5％；
[0081]
s3、将s2中得到的混合气通入所述一级吸收管5内，所述混合气中的氟气被第一吸收剂吸收，得到一级反应气体；所述第一吸收剂是碳酸钠、氢氧化钙和水的混合物，所述碳酸钠、氢氧化钙和水的用量比为2：2：10；
[0082]
s3中的反应原理为：2f2 na2co3 ca(oh)2 h2o＝2naf caf2 2co2↑
2h2o
[0083]
s4、将s3中得到的一级反应气体通入所述二级吸收管6内，所述一级反应气体中的酸性气体(二氧化碳气体)被第二吸收剂吸收，得到二级反应气体；所述第二吸收剂为氢氧化钙颗粒，所述氢氧化钙颗粒的重量为5500g；
[0084]
s4中的反应原理为：co2 ca(oh)2＝caco3 h2o
[0085]
s5、将s4中得到的二级反应气体通入所述三级吸收管7内，所述二级反应气体中的水分被第三吸收剂吸收；所述第三吸收剂为氧化钙颗粒，所述氧化钙颗粒的重量为4000g；
[0086]
s5中的反应原理为：h2o cao＝ca(oh)2[0087]
s6、在所述检测装置中通入所述待测氟氮混合气10min后，关闭氟氮混合气瓶1的阀门和氟氮混合气瓶减压阀9，停止吹扫；再次打开惰性气体瓶2的阀门，打开氮气瓶减压阀3，打开流量计4，调节氮气流量100l/min，吹扫5分钟后，关闭各阀门，停止吹扫，即检测结束；检测后期，使用惰性气体吹扫管路和各个吸收管，通过惰性气体吹扫使管路和吸收管中残留的氟气充分与吸收剂接触，从而将管路中残留的氟气吸收掉，避免残留的氟气影响检测结果，避免氟气泄漏造成环境污染和人身伤害；
[0088]
使用氟氮混合气瓶称量装置10称量检测后氟氮混合气瓶1的重量m2＝54007.38g；采用吸收管称量装置8称量检测后三级吸收管的总重量m4＝40698.07g，得到一级吸收管5中被吸收掉的氟气重量；
[0089]
用s1中所述待测氟氮混合气的重量减去所述氟气重量，得到所述待测氟氮混合气中氮气的重量，分别根据氟气和氮气的分子量，计算出氟气和氮气的体积，氟气的体积除以总体积可得出该氟氮混合气中氟气的体积百分含量，同时得到待测氟氮混合气中氟气含量的计算公式：k＝[28
×
(m
4-m3)]
÷
[38
×
(m
1-m2)-10
×
(m
4-m3)]
×
100％；
[0090]
将m1、m2、m3、m4代入所述计算公式中：k＝[28
×
(m
4-m3)]
÷
[38
×
(m
1-m2)-10
×
(m
4-m3)]
×
100％，计算得出k＝19.994％；本实施例中氟氮混合气中氟气的含量为19.994％≈20.0％(v/v)；
[0091]
重复上述检测过程两次，分别计算得出两次检测结果，用于对上述数值进行验证，三个检测结果两两比较，误差均在
±
5％之内，认可这次检测的准确性，可取其平均值作为最终结果。
[0092]
为了验证本实施例检测方法的准确性，对本实施例中的同一待测氟氮混合气采用gb/t 26251《氟和氟氮混合气》中的试验方法进行检测，三次检测结果分别为19.91％、19.78％、19.86％，检测结果低于安全标签标明的结果，原因可能是由于gb/t 26251的试验方法中氟气转化为氯气未达到100％，导致检测结果偏低。
[0093]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。