在線氣相色譜儀在污染源監(jiān)測系統(tǒng)中的應用

賈淑紅

【摘 要】本文介紹了一種在線氣相色譜儀及系統(tǒng)的組成和各個子部件的功能，它主要應用于在線污染源監(jiān)測系統(tǒng)中，能夠為環(huán)境監(jiān)測提供準確的數(shù)據(jù)。

【關鍵詞】色譜儀;在線監(jiān)測;污染

中圖分類號： TM411? 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）25-0084-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.25.041

Application of On-line Gas Chromatography in Pollution Source Monitoring System

JIA Shu-hong

（Zhejiang Construction Vocational and Technical College，Hangzhou Zhejiang 311211，China）

【Abstract】This paper introduces an on-line gas chromatograph and the composition of the system and the functions of each sub-component.It is mainly used in the on-line pollution source monitoring system and can provide accurate data for environmental monitoring.

【Key words】Chromatograph;On-line monitoring;Pollution

0 概述

在線氣相色譜技術是一種高效、連續(xù)、高智能化的現(xiàn)代分析技術，是集前處理技術、色譜技術和計算機人工智能等多個學科的最新研究成果。在線色譜用于檢測氣體中揮發(fā)性有機物有以下優(yōu)點：它不僅能夠同時分析多個組分，而且分析速度快，定量準確性好，自動化程度高，既適用于污染源設施排放口在線監(jiān)測，也適用于環(huán)境空氣及室內空氣在線監(jiān)測，是一種對揮發(fā)性有機物進行在線監(jiān)測的理想手段。

我國GB21902-2008《合成革工業(yè)污染物排放標準》（“新建企業(yè) 聚氯乙烯工藝VOCs排放限值150mg/m3）、上海地方標準DB31/374-2006《半導體行業(yè)污染物排放標準》（”VOCs排放限值150mg/m3）提出了VOCs控制要求。《大氣污染物綜合排放標準（北京地方標準）》也對典型的VOCs污染源受控工藝設施和污染物項目進行了規(guī)定，其中受控揮發(fā)性有機物主要為苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴，并也對排放濃度與總量排放限值提出了要求，但目前缺少國家環(huán)境保護分析方法標準相配套。

1 在線氣相色譜儀的介紹

在線氣相色譜儀主要是為了滿足固定污染源的工況條件，為污染源監(jiān)督性監(jiān)測、建設項目竣工驗收監(jiān)測提供可靠、準確的測量數(shù)據(jù)，滿足環(huán)境保護、科研、檢測工作發(fā)展的需要。

下面以煙氣污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)和土壤治理尾氣在線監(jiān)控系統(tǒng)為例來介紹系統(tǒng)的組成，具體見圖1和圖2。

2 在線氣相色譜儀系統(tǒng)的組成

由于固定污染源中的揮發(fā)性有機物濃度普遍偏高，因此采用定量環(huán)對樣品進行取樣，而后通過載氣將樣品輸送至毛細管色譜柱或填充柱進行分離，最后通過高靈敏的檢測器（PID或FID或二者串聯(lián)）進行檢測。

2.1 氣體供給系統(tǒng)

載氣必須使用純度不小于99.995%的高純氮氣，否則影響檢測器的靈敏度和色譜柱的使用壽命。為了延長色譜柱的使用壽命，必須對載氣進行脫水脫氧，否則水分和氧氣長期進入色譜柱會引起柱流失，并引起柱效下降。在載氣流路安裝脫水和脫氧管進行脫水脫氧，脫水脫氧后含量可小于10ppb，此時載氣純度可達到99.999%。

對于標準氣體，減壓閥需采用不銹鋼膜減壓閥，且應在15oC或高于露點溫度下保存，若環(huán)境溫度較低時，需要對標氣瓶伴熱，否則誤差較大。標準氣體輸出壓力15±2psig，實際耗量與工況相關。

2.2 采樣探頭

為了將取樣點和色譜儀的距離縮短，我們采用探頭取樣，在主管道的氣體流動部分設置采樣點，在管道中心部分插入采樣管。在管道內橫向截取面上每一部分的流動速度是不一樣的，在管道中心部分流動速度最快的是流體，而在管道壁處流動速度最慢的是氣體。為了準確取樣，取樣點的壓力必須穩(wěn)定，如果壓力波動太大，分析的結果誤差就會很大。在高壓下，取樣探頭要有足夠的機械強度，要能夠不與化學物質發(fā)生反應，要具有抗腐蝕性，要具有易清洗和易更換的性能，且使用壽命要相對很長。采樣探頭需帶過濾頭，采用石英纖維濾芯或不銹鋼粉末燒結濾芯。

2.3 樣品傳輸伴熱管線

樣品輸送管線采用1/8OD、0.085ID 316SS不銹鋼管，最大長度不能超過10m，否則延遲時間較長。對于較冷的應用環(huán)境，必須對樣品管線進行伴熱，可采用電伴熱的方式，伴熱溫度可控制在120oC或以上。管道線路的鋪設必須走直線，要回避直角、銳角。

2.4 樣品預處理系統(tǒng)

氣相色譜儀的一個重要組成部分就是樣品預處理系統(tǒng)結合采樣系統(tǒng)，它的質量直接決定氣相色譜儀能否對工藝樣品的連續(xù)分析和長周期穩(wěn)定運行。預處理的作用是樣品在不失真的情況下把樣品處理干凈，送到色譜儀中，來保證儀器正常運轉。實際工況的各種實際條件、樣品屬性等因素決定預處理系統(tǒng)的設計方案。預處理系統(tǒng)的部件體積要小巧，取樣裝置和預處理系統(tǒng)之間的距離要短，盡量靠近，系統(tǒng)的管線也要盡量短，預處理系統(tǒng)過程中要設放空回路，這些做法都是為了減少分析滯后時間。用最少的預處理部件巧妙的構成系統(tǒng)，完成復雜的樣品處理功能才是高質量的預處理系統(tǒng)。

3 可檢測性設計介紹

為保證提高制造效率和降低制造成本，制造策略如下：線纜、機箱外包設計加工;電路板全部SMT加工;電路板測試采用BIT（Build–in–Test）技術，實現(xiàn)快速測試;設計安裝和調試工裝5.PC軟件集成測試和調試界面。可制造性設要求機械結構件：緊固件全部采用公司常用的標準件。結構模塊化設計，外殼、電路板等都可以獨立裝配。機械尺寸公差符合標準。電子件：采用SMT工藝。測試支持BIT自動測試。電子器件優(yōu)選率>90%。PCB無特殊工藝。關鍵部件調測：提供測試工裝，PC軟件配合調測，所有重要參數(shù)都可以通過上位機設定。整機調測：充分考慮調測人員能力和公司現(xiàn)有儀器裝配，簡化調測工序，并提高可靠性。PC軟件配合調測，所有重要參數(shù)都可以通過上位機設定。人機工程設計要求：電路板之間的排線接頭存在差異化，避免誤插;220V電源接口標有警示標志;操作人員容易接觸到的發(fā)熱器件表面標有“防止燙傷”的警示標志;對氣路管道和接口進行編號，打上鋼印，貼上標簽或者懸掛小標牌，安裝氣路管道;無載氣時，儀器停止工作，避免TCD檢測器損壞。容錯設計要求：電路板排線容錯設計，排線帶電插拔，不影響電路板性能;溫度，壓力，流速和電壓等設置超出范圍，設置參數(shù)無效，儀器處于保護狀態(tài);系統(tǒng)斷電重啟后，按照斷電前最后一次正常運行的方法對儀器進行初始化;方法設置存在邏輯錯誤，按照最后一次正常運行的方法進行分析。

4 結束語

本文針對污染源應用的在線色譜儀的系統(tǒng)構成、功能要求和子系統(tǒng)進行了詳細描述。

系統(tǒng)在運行穩(wěn)定性、縮短調整時間、分析組分沸點等方面都做了優(yōu)化調整。在污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)中具有很好的應用前景。

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