Масс-спектрометрический комплекс МС-400 для контроля газовых компонент при производстве инертных газов

Комплекс работает на базе масс-спектрометра МС-400.

Предназначен для решения задачи обеспечения непрерывного контроля концентрации компонент инертных газов в режиме on-line в условиях промышленного производства.

Получение инертных газов играет важную роль в самых разнообразных отраслях промышленности и производства. Инертные газы, содержащиеся в воздухе, получают в крупных ВРУ в виде побочных продуктов разделения газовых смесей, обогащенных инертными газами: Хе, Кг, Аг, Nе и He, из которых получают чистые инертные газы, поскольку точки сжижения и замерзания у инертных газов различаются по сравнению с другими газами. Важным элементом эффективного производства является возможность контроля процентного состава получаемых инертных газов на различных стадиях процесса.

Масс-спектрометрический комплекс МС-400, устанавливаемый на станцию разделения, предназначен для решения задачи обеспечения непрерывного контроля концентрации компонент инертных газов в режиме on-line в условиях промышленного производства.

Схема подключения масс-спектрометра МС-400 при производстве инертных газов

Стандартный комплекс состоит из 2-х масс-спектрометров МС-400 и газового коммутатора, объединённых в локальную сеть и подключаемых к магистральным линиям блоков агрегата обогащения (разделения).

Схема подключения масс-спектрометрического комплекса к агрегатам разделительной станции.

Масс-спектрометры №1, №2, подключенные к коммутатору импульсных газовых линий контролируют состав газовой фазы в непрерывном режиме, определяя концентрации газовых компонент, необходимых для ведения процесса в режиме on-line c передачей данных на управляющий компьютер, соединённый с контрольной станцией и с удалённым монитором, находящимся у оператора процесса или начальника производства.

В данной схеме реализован следующий режим подключения: вход масс-спектрометр №1 через газовый коммутатор подключен к точке отбора пробы №1, а вход масс-спектрометра №2 переключается коммутатором, производя последовательные замеры газового состава точек отбора №2, №3, соответствующих различным стадиям процесса разделения.

В течение рабочей смены данные о составе газовой фазы и концентрациях газовых компонент в различных точках технологического процесса отображаются на временных диаграммах таблично, графически и архивируются в базе управляющего компьютера.

Принцип газового контроля при получении инертных газов методом криогенной абсорбции

Принцип газового контроля масс-спектрометрического комплекса поясняется на примере проведения контроля лабораторного процесса получения инертных газов методом криогенной абсорбции. На масс-спектрометре МС-400 проводились измерения отношений микропримесей лёгких газов H2-He-Ne в газовых пробах, после вымораживания макрокомпонент воздуха на сорбенте (активированный уголь) при температуре жидкого азота.

Схема разделительной криогенной установки.

Ампула с исходной газовой смесью помещалась в устройство вскрытия ампул, соединённое с криогенной газоразделительной системой, которые посредством высоковакуумного вентиля соединялись с входом масс-спектрометра. На первом этапе эти объёмы откачивались насосом масс-спектрометра до давления 3х10-7 торр, после чего отсекались вентилем от масс-спектрометра. На втором этапе эксперимента ампула вскрывалась, определялся её состав, далее криогенная система заполнялся жидким азотом.

Масс-спектр газового состава измерительной ампулы до проведения криогенного разделения.

После того как воздушные компоненты были поглощены, оставшийся в криогенной системе газ, подавался в масс-спектрометр, контролировалась динамика процесса истечения газовой смеси H2-He-Ne из криогенной системы и производился расчёт интегрального состава компонент (см.рис. 4), а также их относительное содержание в процессе их выхода из системы разделения.

Масс-спектр содержания газовых компонент в системе после проведения эксперимента по разделению.

Таким образом, на масс-спектрометре МС-400 был произведён контроль процесса получения инертных газов методом криогенной абсорбции.

Динамика выхода инертных газов из системы разделения.

Эксплуатационные характеристики масс-спектрометра МС-400

Устройство сопряжения масс-спектрометра с газовыми баллонами (газовым стендом) обеспечивает возможность непрерывной подачи пробы инертного газа для анализа состава газовой смеси и микропримесей.

Технические характеристики масс-спектрометра МС-400

• Развёртка каждого окна программы масс – спектрометра на весь экран с пропорциональным увеличением всех символов (режим панорамного просмотра)
• Возможность задания события по достижении которого масс-спектрометр выдает управляющий сигнал
• Передача управляющего сигнала при достижении определённого события по каналу Ethernet, портам RS232 или RS485
• Приём и отображение на экране масс-спектрометра внешних сигналов от портов RS232 или RS485
• Автоматическое поддержание внутри масс-спектрометра заданного значения вакуума
• Модульная конструкция масс-спектрометра, обеспечивающая простоту его обслуживания и ремонта