[发明专利]氦气连续在线监测系统及其监测方法

说明书

本发明涉及一种氦气连续在线监测系统及其监测方法。监测系统包括第一进气口、第二进气口、第一排气口、第二排气口、气体预处理组件、气体分离柱、热导传感器、缓冲罐、定量管、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一流量计、第二流量计、测量气泵、采样气泵和主控电路，构成清洗气路、采样气路和测量气路。监测方法为：主控电路分别控制第一至第四电磁阀的通向及测量气泵和采样气泵的运行，实现清洗气路、采样气路和测量气路的自动切换，先清洗气路工作，再采样气路工作，最后测量气路工作。本发明通过定量对比分析并采用全差分对比分析法检测气体中氦气的浓度，响应快、灵敏度高，不易受环境条件变化影响，适用野外观测环境。

技术领域

本发明涉及地壳中微量痕量氦气分析技术领域，尤其涉及一种氦气连续在线监测系统及其监测方法，主要应用于地壳内部氦气检测分析，可为氦气气藏勘探和地震短临预测提供依据，也可应用于工业自动化检漏分析。

背景技术

地球上的氦是重放射性元素α衰变的产物，由放射性衰变生成的氦主要是同位素⁴He，主要保存在岩石中，并逐渐溶解到地下水中。氦气具有极大的渗透性和扩散性，在地壳运动过程中，氦气可以通过地壳岩石的裂隙渗透扩散到含水层，随地下水一起流出地表，或通过地壳岩石裂隙渗透到断层中，直接扩散至地表。因此，地表层的水或断层中氦气浓度的分布预示着地下深层氦气的蕴含量，氦气浓度的变化与地震及断层活动关系密切。检测地下流体中的氦气浓度不仅可以勘探天然氦气藏作为天然气指示来源，还可以应用于地震前兆预测。

目前，国内外广泛应用的测氦方法是气相色谱检测法和质谱检测法，但这两种仪器操作复杂，维护困难，费用高，体积大，检测时要求的环境稳定性较高，因此不适用于野外现场检测，极大的影响了野外工作的可靠性，而且由于氦气具有渗透性，对于实验室检测前的样品采集封闭要求较高，容易导致较大的测量误差。此外，由于氦气与氢气的质量接近，导致氦气与微量轻组分气体如氢和氖的分离效果较差。国内也有根据其他原理研制出的测氦仪，如利用石英对氦气的高渗透性和离子钛泵的工作原理设计出的连续监测测氦仪，但是这种测氦仪的反应速度很慢，需要依靠氦气的缓慢渗透测量离子泵的工作电压变化，且由于钛膜的饱和吸附导致仪器寿命较短，量程较小，在连续监测中时效性和应用范围较小，导致仪器的应用受阻。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种氦气连续在线监测系统及其监测方法，其传感器响应速度快，灵敏度高，气体组分分辨力强，能在线连续观测氦气的浓度变化，稳定性好，不易受环境条件变化影响，可实现野外原位检测，准确度高，适用于连续在线监测地下逸出或工业逸出氦气。