關于TE42I氮氧化物分析儀的故障分析歸納

陳婷婷

（佛山市環境監測中心站，廣東 佛山528000）

1 引言

氮氧化物 （nitrogen oxides）包括多種化合物，主要為一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮為主。氮氧化物都具有不同程度的毒性，其濃度超過一定量將會影響人體健康。因此，氮氧化物監測數據的有效獲取將有利于量化地分析區域大氣氮氧化物的變化趨勢和污染成因，為產業結構調整和節能減排工作以及開展環境治理和環境規劃提供科學的決策依據。

2 原理

42I型分析儀的工作原理是，一氧化氮（NO）和臭氧（O3）發生反應并產生一種特有的發光，這種發光的強度與NO的濃度成線性比例關系。當受到電子激勵的NO2分子衰減至較低的能量狀態時便會發出紅外光。明確地說就是：

NO＋O3→NO2＋O2＋hv

二氧化氮（NO2）必須首先轉換成NO才能利用化學發光反應來進行測量。NO2是通過一個被加熱至大約325℃的鉬NO2至NO轉換器來轉換成NO的（選裝的不銹鋼轉換器是加熱至625℃）。如圖1所示，環境空氣樣品通過取樣悶頭被吸入分析儀中。樣品流過一根毛細管，然后流到模式電磁閥。電磁閥把樣品直接送到反應室（NO模式）或者通過NO2至NO轉換器再送到反應室（NOx模式）。位于反應室之前的一個流量傳感器用于測量樣品流量。干燥空氣通過干燥空氣悶頭進入42I型分析儀，通過一個流量開關，然后通過一個無聲放電臭氧發生器。臭氧發生器用于產生化學發光反應所需要的臭氧。在反應室，臭氧與樣品中的NO發生反應以產生受激NO2分子。封裝在熱電冷卻器內的光電倍增管（PMT）檢測到此反應中產生的發光。排氣從反應室出發，通過臭氧轉換器移動到泵，然后通過通風孔排出，在NO和NOx模式中計算出來的NO和NOx濃度被儲存在存儲器內。濃度差用于計算NO2的濃度。42I型分析儀將NO、NO2和NOx的濃度輸出到前面板顯示器和模擬輸出，同時使這些數據還可通過串行或以太網接口獲得。

3 常見故障判斷處理

3.1 壓力過高及流量過低報警：泵，漏氣

在一次檢查零跨度記錄時發現，NO的跨度超下警，經過到現場檢查發現，儀器有壓力過高及流量過低報警，從儀器原理和管路出發，壓力和流量都是在同一管路上，當出現抽力不足時流量小壓力大，或儀器內部管路有漏氣可能。兩種情況，用排除方法，先用堵頭將采樣入口堵住，觀察儀器流量是否接近零，如果接近零，說明管路不漏氣，如果流量變化不大，說明管路有漏氣，先檢查管路。在不漏氣情況下，檢查采樣泵，泵抽力不夠主要有泵膜臟了、泵膜破了、泵軸承壞了。

泵膜臟情況：泵膜臟，泵膜上面有污垢，上下振動不緊密，抽力不夠，用酒精清洗泵膜干燥后安裝回去，報警排除（圖1）。

圖1 泵膜臟造成抽力不足

泵膜壞情況：在拆開泵后，發現泵膜已經出現斷裂，更換新泵膜后裝回去，流量和壓力都正常了（圖2）。

3.2 流量過低報警

例行任務檢查零點和跨度變化不大，到現場檢查發現有流量報警。流量報警是因為通過流量傳感器的氣流少，未達到設定的流量值面報警，檢查流量為何少了。從儀器管路出發，分兩部分排除，第一部分是采樣總管到儀器采樣入口處，第二部分為儀器內部，這兩部分可能有堵塞了，先檢查第一部分，管路無堵塞，過濾器膜也比較干凈，不是外部環境堵塞，檢查第二部分，氣體沿反應室管路走，檢查毛細管時，發現毛細管內部黑黑的，正常為玻璃透明的，應該是有灰塵進入毛細管造成堵塞，用酒精浸泡5min后清洗安裝回去，流量正常。這里就會有個問題，為什么在有過濾器了毛細管還會堵塞呢？觀察整個管路，分析得出，有一部分的氣體未經過過濾器直接進入儀器內部管路，時間一長灰塵積多造成堵塞，后來檢查了發現，在過濾頭出氣處有螺母松動，氣體有可能從這未經過過濾器進到儀器，用生料帶纏上，重新擰緊。

圖2 出現斷裂的泵膜造成抽力不足

3.3 COOLER溫度99℃報警

現場巡檢時COOLER溫度報警，從理論出發，COOLER是使光電倍增管處于低溫環境減少干擾的散熱器，溫度過高會影響PMT工作。溫度高了，有可能是COOLER故障了，或散熱不良。先從可以簡單處理的入手，先清洗COOLER后面的風扇濾網，使得散熱更加好，這時報警排除。就這樣簡單的一個操作完成，從這個例子可以看出，對于出現的故障要從多方面入手，還要打破常規，即不能看到哪個部件有故障就說它壞了，要更換，其實有的時候是其他因素引起。

3.4 COOLER溫度－99℃報警

巡檢發現COOLER溫度－99℃報警，風扇濾網很干凈，用手去摸COOLER的散熱片，發現很涼，說明COOLER沒有工作，沒有工作可能是因為沒有通上電，關機。把連接COOLER接線頭拔出，檢查線頭及線，完好，再將線接回去時，開機顯示99℃報警，這個是COOLER溫度過高的報警，說明COOLER的傳感器已經接入，待開機后40min，COOLE工作正常，報警排除，從這可看出，有可能是線頭接觸不良造成供電不正常，造成報警。

3.5 無臭氧輸出

無臭氧輸出，常見的故障：臭氧發生器故障，臭氧發生器高壓故障，測量量程故障。

跨度檢查發現儀器無反應，從原理出發，標氣儀器數據基本無變化，可能是臭氧部分出現了問題，無臭氧與NO反應就不能產生光，光電倍增管采集不到光就不能計算轉換成NO濃度。產生臭氧的裝置是臭氧發生器，查看供電，供電板臭氧供電燈亮，供電正常，將臭氧發生器拆下，發現臭氧發生器放電電極處有嚴重的生銹現象，正常為光亮的，從管路上去查找，空氣經過干燥瓶后來到臭氧流量開關再進入臭氧發生器的，出現生銹很有可能進入大量水氣，這時發現干燥瓶里的變色硅膠已經全部變紅，失去了干燥功能，水氣直接進入臭氧發生器，在高壓放電情況下臭氧發生器損壞了。經過更換臭氧發生器后，儀器正常。從這說明了平時的維護硅膠沒有及時更換就容易造成儀器的故障（圖3、圖4）。

圖3 腐蝕后的臭氧發生器，不能產生臭氧

圖4 有效干燥為藍，無效為粉紅

3.6 鉬爐無法加熱

鉬轉化效率低，發現鉬爐溫度低報警，鉬爐加熱燈常亮。加熱燈常燈，說明加熱控制器正在輸出電壓，用萬用表測量加熱絲兩端電壓，有電壓輸出，正常，但加不上熱，確定就是鉬爐內加熱器故障。

3.7 通標準氣反應差

在校準儀器時，發現通入400PPB標氣時，儀器響應只有200多，從原理出發，響應不夠，是因為光電倍增管采集到的電信號不夠強，電信號不夠強是因為反應時臭氧不足，或反應臟使得反應不完全，或光電倍增管老化。先檢查了臭氧是否不足，擰開排氣口，可以聞到一股腥味，臭氧足。檢查反應室，發現反應室內壁附著一層綠色污垢，正常是黃金般發亮的，用酒精清洗干凈，待熱機正常后再通400PPB標氣，儀器響應有450多，這時將儀器調回到400PPB，校準正常。從這可知道，反應室臟了，影響了NO的反應（圖5）。

圖5 反應室臟引起響應不好

3.8 NO2 測值很低

一臺42I儀器，測量時發現NO、NO2、NOx值都比較低，NO2更是基本無變化，儀器做零跨度檢查也很正常，可正常采樣NO2還是基本無變化。從儀器原理出發，NO2是通過鉬轉換爐轉化成NO后再通過計算得出的，NO2基本無變化，說明NO2未進入鉬爐進行轉化，或NO2轉化效率低。排除故障都是先從簡單的入手，先檢查NO2有沒有進入鉬爐，從管路檢查，樣氣進入儀器，經過轉細管后分兩路，一個是NO模式，一個是NO2模式，NO模式中NO是可直接測量的。NO2模式，NO2先轉換再通過測量NO計算出NO2，在檢查時發現模式轉換電磁閥開關不正常，正常約為10s轉換一次并可聽到聲音，這里沒有聽到，更換模式轉換電磁閥后NO2的數據有了變化，鉬轉換效率也達到了要求。電磁閥故障，使得NO2橫式管路不通，造成儀器都在測量NO，而剛好做跨度用的是NO的標準氣，所以NO2模式不會影響NO的跨度，只影響了NO2的測量。

4 結語

以上對42I儀器結合維修實例情況，問題主要表現為以下幾個方面：元器件的硬故障，表現為儀器在使用一段時間后元器件損壞為穩定的非正常狀態；工藝問題，如泵膜斷裂、過濾器處螺母固定等；機械故障，與工藝設計及機械元件的原材料的特性如材料硬度、彈性等有關。儀器生產制造如能解決以上不足，儀器性能指標將得到進一步提升。

［1］ A Teledyne Technologies Company.INSTRUCTION MANUAL Chemiluminescence Nitrogen Oxides Analyzer Model 200E［R］.A Teledyne Technologies Compang，2006.

［2］ Advanced Pollution Instrumentation，INC.INSTRUCTION MANUAL Chemiluminescent NO／NO2／NOX ANALYZER Model 200A［R］.Advanced Pollntion Instrumentation，2008.

［3］ 齊方啟，孫宗光.環境監測新技術［M］.北京：化學工業出版社，2004.