Способ отбора пробы почвенного воздуха и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

nii974198 (89) 140324 ГЛР (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлеио 28.02.78 (21) 7770104j23-26 (23) Приоритет — (32) 29,03.77 (31) WPG 01И/198116 () ГДР (51) М. Кл.

G 01 и 1/22

1асударстюны0 квинтет

СССР ао делан изабрвтенхй и открытий

Опубликовано 15.11.82. бюллетеиь ¹ 42 (53) УДК 543.053 (088.8) Дата опубликования описания 15.11.82

Иностранец Радтке Манфред (ГДР) (72) Автор изобретения

Иностранное предприятие

"ФЕБ Геофизик Лейпциг", (ГДР) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОТБОРА ПРОБ ПОЧВЕННОГО ВОЗДУХА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУИ1ЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к методам отбора проб из грунта и из жидкостей, при применении которых устраняются или подавляются всевозможные помехи, возниканйцне при отборе проб. Применение этого метода возможно как на поверхности, так и под землей.

Известны методы при которых в большинстве случаев применяются зонды с очень большим диаметром. Из-эа большого диметра возникают сильные завихрения, потому неиз- 10 вестно, произошло ли смешивание пробного таза с газом мертвого объема или нет.

У другого известного прибора (А 1623443 от 8.6.67 t, Метод и устройство для измерения

1аза. Изобретатель Рихард Фромхольц) перед !S измерением мертвый объем заполняется жидкостью, преимущественно дегазированной водой.

Это, в свою очередь, предполагает наличие соответствующих жидкостей при работе в полевых условиях и, кроме того, приходится считаться с потерей времени, необходимого для заполнения. Следующим недостатком, отрицательно сказывающимся непосредственно на жзультате измерения, является смачивание внутренних стенок прибора в результате ис пользования жидкостей, из-за чего на стенках может возникнуть усиленная сорбция. Использование жидкостей, в частности воды, исключает применение прибора при температуре ниже точки замерзания, Кроме того, известен еще один прибор (патент США М 3343421 — изобретатель—

Норрель Л. Миллер), соединенный с любым вакуумным насосом. Этот прибор состоит из двух вакуумных камер, образующих вместе с прибором одно конструктивное целое.

При вытеснении пробного газа для анализа в другой прибор применяется другой газ.

При этом не обеспечивается полное без остатка вытеснение пробного газа иэ соответствующей вакуумной камеры. В результате этого имеется опасность искажения результата измерения в следующей точке отбора пробы иэ-за оставшихся остатков газа.

Главным недостатком при этом является . то, что прибор может быть применен для повторного отбора пробы только после проведени» анализа.

974198

Преимушеством решения согласно изобретешпо является экономия времеш . В публикациях, соответствующих известному уровшо техники, приводятся результаты около

20 измерений в день, Благодаря этому методу в соответствш с решением согласно изобретению в зависимости от расстояний между точками измерения возможно проведение 40 измерений в час.

Благодаря значител ному исключению по- 1в мех (например пе полное заполнение пробоотборных сосудов или перенос аномальных кон центрацпй па следующую точку измерения) достигается энацгтельное повышение качества проб, 1S

Благодаря наличию двух идентично одинаковых проб при возникновении опгибок при анализе в лаборатории предотвращается потеря пробного материала, Целью изобретения является разработка метода, гарантирующего исключение решаюших недостатков, таких как неполное заполнение ,пробоотборных сосудов и перенос аномальных .кош(ептраций на следуя.щую точку измерения.

Цель достигается тем, что пробные сосуды перец заполнением их почвенным воздухом продуваются и наполняются инертным газом, главным образом азотом, а откачка пробных сосудов с помощью вакуумного насоса, находящегося в приборе, осуществляется после присоединения используемых гробных сосудов к прибору.

Инертный газ освобождающийся в результате процесса отка пи, промежуточно хранится в резервуаре для газа, также находя- 5 шемся в приборе. Затем с помощью нагнетательно-всасывающего насоса, находящегося в . приборе, удаляется имеющееся в системе приборов пространство, и этот этап работы соотношением емкости насоса и мертвой емкости

46 переходит в следующий этап — всасывание почвенного воздуха, .т е. отбор пробы.

Если вследствие геологической ситуации невозможно достичь полного заполнения пробных сосудов, то с целью достижения все же полного занолнения возможна определенная

1 подача инертного газа из резервуара для газа. После отбора пробы с помощью уже названного нагнетательно-всасывающего насоса из резервуара для газа отсасываются 50 мл азота, после чего продувается и заполняется мертвое пространство устройства., На фиг. 1 изображено устройство, внешний вид; на фиг. 2 — схема устройства, общий вид; на фиг. 3 — соединительные магистрали.

Устройство осуществления способа отбора 55 проб состоит из двух самостоятельных подсборок: наземного зонда и насосного агрегата. Обе подсборки соединены друг с другам двумя гибкими магистралями 7 и 8.

Иглообразный наземный зонд, максимачьный диаметр которого составляет 12 мм, имеет две независимые друг от друга системы: нагнетательную и всасывающую. Нагнетательную систему наземного зонда образуют корпус зонда 2, примыкающий к головке зонда 1 и пневматическая манжета 4, примыкавшая к корпусу через трубную муфту 3, Через центр этой системы по оси головки зонда до всасывающей камеры верхушки зонда 5 проходит канюля 6. Всасывающая камера, выполненная в качестве фильтра грубой очистки, имеет шестнадцать радиально расположенных отверстий диаметром 1 мм. Тонкое фильтрование осуществляется щелевым фильтром, ввинчиваемым во всасывающую камеру., с шириной шпица 0,05 мм. В подсборннке насосного агрегата также имеются две независимые друг от друга нагнетательные и всасывающая системы. К этим двум системам относится еше и третья аккумулируюшая cv.стема, служащая для приема и отдачи инертного газа. Нагнетательная система состоит из присоединительного патрубка 9, клапана 10, манометра давления 11, нагнетателыго-всасывающего насоса 12 и относяшихся сюда соединительных магистралей 25 до 27 и 37.

К всасывающей системе относятся: присоединительный патрубок 13, кран для газа 14, нагнетательно-всасывающий насос 15, патрубок для пробного сосуда 16, два пробных сосуда 17, клапан 18, манометр низкого давления 19 и вакуумный насос 20 с возвратной пружиной 21, а также ножная скоба 22 и соединительные магистрали 28 — 33.

Лккумулирующую систему образуют: кран для газа 23,- реэурвуар для газа с индикатором степени заполнения 24 и соединительные магистрали 34 — 36. Для обеспечения нейтрального поведения зонда и насосного агрегата по отношению к почвенному газу и продувной среде, главным образом 10%-ной азотной кислоте, все части, соприкасающиеся с этими вешествами, изготовлены из кислотостойких сортов стали. Все уплотнения, т,е, поршневые манжеты и соединительные уплотнения изготовлены преимущественно иэ тефлона, а гибкие соединительные магистрали — преимущественно из силиконового каучука.

Благодаря использованию вышеназванных материалов обеспечивается работа насосного агрегата без необходимости смазки, Установленные газовые краны 14 и 23 обеспечивают по 4 коммутационных положения, показанные на фиг. 2. Соединительная .деталь 16 вьпголнена в виде разделителя газов и благодаря штепсельным соединениям обеспечивает быструю замену газосборочных сосудов 17, 974198 которые изготовлены, преимущественно из стекла.

Зонд заполненный инертным газом, вводится в предварительно пробуренную неглубокую скважину диаметром от 14 мм до 16 мм S до забоя, С помощью нагнетательно-всасывающего насоса 12 при повороте газового крана

23 в положение С пневматическая манжета 4 зонда заполняется атмосферным воздухом от

0,8 ат до 1,0 ат. При повороте того же газового крана в положение О имеется возможность заполнения инерпым газом трубного сальника (пакера) .

После соединения одинаковых по размеру пробных сосудов, заполненных инертным га15 зом, с устройством через штепсельные соединения разделителя газов 16 пробные сосуды откачиваются при положениях крана 14 А и 23 А. Это производится неоднократным . включением вакуумного насоса ножной скобой 22. В процессе откачки нейтральный газ попадает в резервуар для газа 24, Если этот резервуар полностью заполнен газом,а процесс откачки еше не закончился,то тогда газовый кран 23 переводится в положение В, и газ таким образом попадает в атмосферу.

Степень имеющегося вакуума показывает манометр 19.

На следующем этапе с помощью нагнетательно-всасывающего насоса удаляется мертвое про-30 странство, имеющееся в системе. Так как ем<ость насоса рассчитана на 50 мл, а мертвый ( эбъем составляет не более 10 мл, то на последнем этапе работы всасывается почвенный воздух, таким образом, почвенный воздух З5 находится в области газового крана 14. Благодаря этому обеспечивается готовность отбора пробы почвенного воздуха для анализа.

При повороте газового крана 14 в положение

В почвенный воздух одновременно поступает 4О в оба пробных сосуда 17, благодаря этому обеспечивается наличие двух идентичных проб и возможность двойного определения.

Процесс заполнения пробных сосудов контролируется манометром 19. В случае полного заполнения газосборочных сосудов газовый кран переводится в свое исходное положение

А. После закрмткя к снятия сборников с прибора процесс отбора пробы окончен. Практика отбора lIpoGM в полевых условиях показала, что не всегда имеется достаточное количество почвенного газа для полного заполнения пробных сосудов. Если такой случай имеет место, то кран 14 поворачивается в положение С и к пробам добавляется инертный газ. Подаваемое количество газа показывает измерительная лента резервуара для газа 24. После окончания отбора пробы нажатием ца кнопку на клапане 10 из трубного сальника выпускается сжатый воздух н зонд вытягивается нз скважины. Насос 15 опорожняется полным вводом поршня во внутрь. Затем газовый кран 14 переводится в положение О, и с помощью того же насоса из газовой камеры 24 выводится инерт. ный газ. После перевода крана назад в положение А отобра яый газ выводится в атмосферу через зонд полным вводом поршня во внутрь.

В этом этапе работы осуществляется продувание и заполнение системы нереагируюшим газом При подозрении наличия больших загрязнений в системе вешествамк, содержаши. ми углеводород, эта система может быть очшцсна жидкой промывной средой, преимущественно 10%-ной HNO3, Для этого необходимо провести следующие работы: присоединить газосборочные сосуды к откачать их, как выше описано; верхушку зонда погрузить в кислый электролит. а газовый кран перевести в положение В. Если всосалось 50 мп60 мл кислоты, кран перевести в положение

А, а зонд погрузить в водяную ванну. Кран снова повернуть в положение В и всосать при. блкзктельно такое же количество воды. Затем зонд вынуть из водяной ванны и дополнительно всосать атмосферный воздух. После этого осуществляется описанньш выше процесс продувания и наполнения системы инертным газом. В результате промывки газом и ж>щкостью исключается перенос аномальных концентраций почвенного воздуха на следующую точку измерения. Рабочими зтапамк, касающимися промывки зонда жидкостью, объясняется, в принципе, отбор проб воды из неглубоких скважин, колодцев и из открьпых водоотливов. В то время как с помощью этого устройства отбор пробы почвенного воздуха может осуществляться и при минусовой температуре, отбор пробы воды может осуществляться только при температуре выше точки замерзания. Применение прибора объясняется на основе вышеприведенного описания его функционирования и на основе фиг, 1„2 н 3.

Реализация решений согласно изобретению осуществлена в форме по возможности очень узкого вертикально стоящего прибора. Высота прибора выбрана так, что с ням можно работать не наклоняясь.

Вес прибора ограничивается 12 кг, чтобы его можно было легко транспортировать. Зонд, соединенный с прибором гибкими магистралями, может быть заменен к другими зондами. Благодаря этому может создаваться связь и с забивными зондами. Применение прибора тем самым возможно при всех условиях на поверхности. Этот прибор можно применять и под землей, а также в наклонных и горн7 974198 8 зонтальных скважинах. Область применения определенного заполнения пробоотборных соприбора распространяется на геофизическую, судов и, кроме того, для продувки и .заполгеохимическую разведки. пения частей прибора и зонда, которые соприкасаются с отбираемыми средами.

Формула изобретения 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что резервуар для газа, непод1. Способ отбора проб почвенного воздуха вижно установленньй в приборе, служит для с помощью зонда и пробоотборных сосудов, промежуточного хранения инертного газа, откачиваемых перед взятием пробы, и газом- 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ еносителем в качестве продувочного газа, о т- 10 е с я тем, что пробоотборными средами мол и ч а ю шийся тем, что перед взя- гут быть и жидкости. ткем пробы пробоотборные сосуды заполня- Признано изобретением по результатам эксются инертным газом, что этот инертный газ пертизы, осуществленной Ведомством по изо промежуточно хранится при процессе откачки бретательству Германской Демократической и в случае необходимости применяется для 15 Республики.

974198

Составитель С. Фатеева

Техред Е.Харитончик Корректор Е.Рошко

Редактор Г. Гербер

Заказ 8683/58

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5