大氣自動監測站運行中的常見故障及解決方法

陳 曦

（上海市寶山區環境監測站，上海 200000）

引言

在實際工作中，空氣自動監測系統的運行維護工作可分為三類：預防性維護、定期例行維護和排除故障。采用科學、合理和成功的維護方法和技術對空氣自動監測系統進行維護，可以有力地保證監測系統的正常運行，提高監測數據的可靠性和延長監測儀器使用壽命。

1 數據采集系統

1.1 數據采集系統故障種類和原因

數據采集系統是整個自動監測系統的靈魂，是對外數據的門戶，因為其每天擔負著監測儀器分析數據的采集、存儲和傳輸至中心站的工作，數據采集系統運行的好壞，直接影響到當天數據是否缺損，也中斷了中心平臺和該子站的一切監控與聯系，所以當某一時段突然在中心平臺查看不到該子站的數據時，除了子站停電或者中心平臺本生的軟件問題外，無外乎都是由數據采集系統故障引起的，一般產生該狀況的原因主要有以下兩種：第一，死機現象：數據采集系統因硬件或者軟件故障產生。第二，通訊系統故障：由于路由器工作不穩定或電話線物理損壞而產生的。

1.2 日常巡檢主要內容

所以在日常的巡檢過程中，我們進子站的首要任務就是檢查數據采集儀是否正常進行工作，主要內容有以下幾點。

（1）點擊鼠標使用系統查看是否存在延時，系統反應是否緩慢，如果存在，一般是由于硬盤數據過多冗余所導致，需清理硬盤，把數據拷貝到空閑磁盤下，重啟系統，一般故障即可解除。

（2）查看數采儀所采集的數據與儀器顯示的數據是否一致，如果不一致，需進入數據采集儀系統維護菜單，查看通道設置是否正確，重新調整電壓輸出數值，這種情況一般出現在還在使用8816、8832等模擬量輸出的數據采集儀上，因為模擬量電壓輸出通過一段時間的運行會出現正漂或者負漂的現象，對于向使用數字量輸出的數據采集儀一般不存在此種情況。

（3）觸摸路由器外殼，查看是否有過熱現象，若有，則關閉路由器，待其冷卻，重啟使用，接聽電話確認電話線路是否正常，條件允許的情況下可在系統中安裝定時重啟路由器軟件，避免因路由器的原因所造成的通訊線路故障。

2 SO2、NOx、CO、O3分析儀

現上海地區地面自動監測站多采用API系列和TE系列的監測分析儀，這兩類儀器的工作原理基本一致，均是通過樣品氣的采集，氣體進入光室，在一定的波長范圍內，產生相應的光強， 將光信號調制成代表光束強度的電壓信號，從而得出相應的監測數值，因為是光學儀器，所以在平常的運行和維護保養上，對運維者提出了更高的要求，以下在實際使用過程中針對API分析儀出現的問題和解決方法。

2.1 監測數值偏大或偏小

監測數值的偏大和偏小和儀器的零點和跨度是密不可分的，可通過零跨校準來檢查，當發現零跨校準也不在所要求的范圍內，并相差很大一段距離時，這一般都是由于以下幾種情況所造成的。

（1）連續的監測造成光室中濾光片的污染。這種情況一般，出現在SO2，NOx分析儀上，因為此兩種儀器在24小時連續監測過程中，光室內的濾光片會隨著時間的推移遭到污染，一層硝酸鹽類物質會覆蓋在濾光片的表面，造成紫外光強無法完全穿透進入光室，從而造成監測數據的零點偏大，所以我們有的時候能看到在下雨天，有的監測點位為何SO2的監測數值比別的點位相對較高，就是此情況所造成的零點偏大，從而影響實際監測數值的偏高，對于這種情況，一般就是在平時巡檢維護的過程中，定期對SO2、NOx分析儀光路進行維護，清洗并更換老化濾光片，重新校準儀器，使儀器恢復正常。

（2）SO2紫外燈（Uv Lamp）燈壓低、O3燈檢測信號偏低。SO2紫外燈有一個燈的檢測范圍，SO2允許范圍在2000MV-4000MV內都可以使用，但是在實際的應用過程中，當SO2燈壓低于2200MV時，SO2分析儀的監測值會明顯小于在3000MV左右的數值，這是由于當燈壓跌到一定程度時，同時會帶來SO2跨度的降低，此時，當校準SO2跨度，會發現跟本達不到所以規定指標的跨度范圍（如要求標點是450PPB，通常這種情況只能走到370左右），從而造成對日常監測數據的不正確，這種情況一般是由于SO2燈使用時間過長，燈衰減所致，通?？梢韵鄳恼{節紫外燈的位置，或者通過調節紫外檢測器的電位器，達到提高紫外燈的燈壓（一般調節到3500即可），從而提高檢測信號，再通過跨度的校準，達到數值的正常。

O3燈同樣有個檢測范圍，允許在2500MV到4800MV之內，當燈檢測信號在2500至2600這個區間時，O3儀器在校準跨度時也會出現達不到跨度所要求的范圍內，當小于2500MV，O3分析儀便不再顯示數據，故在平時的巡檢過程中當發現O3燈信號處于2500這個臨界點時，及時轉動O3燈的位置，觀察O3MEAS的變化情況，至3000左右，等其穩定，在進行校準。此外，O3分析儀的剔除器的老化同樣會引起O3分析儀監測數值偏低，這種情況較先前的O3燈信號偏低更為明顯，跨度校準也比實際所要求的跨度相差更大，所以當出現這種情況，應及時更換剔除器。

（3）分析儀內置泵抽力不夠或管路漏氣。當監測數據在相當長的一段時間內出現持續的偏低或者變化相對較小的情況，一般都是由于分析儀采樣泵的抽力不足所造成的，拿NOx分析儀為例，NOx分析儀正常的反應室壓力（RECL PRESS）在＜10 in-Hg-A時均可使用，所以當壓力＞10 in-Hg-A甚至更高時，相對應的NOx分析儀監測數據會相比偏低。此時，應及時更換內置泵膜，同時檢測負壓是否在規定的范圍內（小于-20PSI即可），并同時做好儀器的校準工作。

管路漏氣也是長期數字偏低，變化不大的主要原因之一，通常檢查儀器內管路是否漏氣需同時用流量計輔助來檢查。可以先用手按住進氣口，同時查看儀器顯示流量是否歸零或者小于10CC/M，來查看儀器是內部管路漏氣還是儀器以外的采樣系統漏氣，如流量未歸零或還保持在一定量的數值范圍上，可確準是儀器內部管路存在漏氣的情況。此時應配合流量計，查看儀器結構線路圖，逐步儀器管路進行排漏檢查。

此外，定期半年更換零氣發生器內的活性碳和氧化劑，能確保儀器零點準確有效。

2.2 監測數值變化過大

日常監測過程中，有時會出現一小時數值處于一個低濃度范圍，下一小時便達到了一個相對的高點，循環往復，小時數據呈鋸齒狀態，這一般是由儀器的硬件故障所造成的，主要分以下幾種情況。

（1）紫外檢測器故障。這種情況多發生在SO2分析儀和O3分析儀上，因紫外檢測器對光信號處于檢測不穩定狀態，故對檢測的讀數做出持續的波動，這一般是固件使用年限長，老化所造成的遇到這種情況，應立即更換新的紫外檢測器。

（2）光室漏光。此種情況主要發生在SO2分析儀和NOx分析儀上，一般多為上次維修過后光室未完全安裝好所致，因可見光透進光室，造成散射光（STR LGT讀數）太高、PMT暗電壓讀數太高（DRK PMT讀數）、紫外燈暗電流太高（DRK LMP讀數），并在氣路切換時造成光路波動，從而產生忽高忽低的數值；故應立即重新安裝光室，并做好檢光測試。

（3）光電倍增管故障。光電倍增管的主要功能是將儀器的光信號轉換成電信號的一個重要元件，故當光電倍增管因使用期限過長而老化時，會使轉換成的電信號產生波動，從而造成PMT讀數不穩定，影響儀器數值的監測。此外，在巡檢過程中如發現PMT暗電壓讀數太高（DRK PMT讀數）的情況，或者儀器SLOPE（斜率）因每次校正而造成明顯偏高，均可能是光電倍增管老化，需及時更換。

2.3 監測數值存在明顯異常

當中心平臺出現明顯異常的數值時，如一臺分析儀持續數小時出現一個較大的負值或者一個正值并無變化時，即可診斷現場儀器出現了故障，以下例舉了部分儀器產生異常數據及故障原因。

（1）SO2分析儀持續出現較高的數值主要由以下兩個原因：第一，SO2采樣電磁閥堵塞，采樣流量報警，造成數值長時間偏高，應立即清洗電磁閥；第二，SO2制冷單元故障，制冷片無法將光室溫度保持在正常工作所要求的范圍內（7℃ ± 2℃），造成儀器數值偏高，應及時更換制冷片。

（2）CO分析儀出現極高負值的原因。CO紅外光源報警，紅外光源損壞，需立限更換紅外光源。

（3）O3分析儀持續出現負值的原因。冷凝水進入吸收管，造成監測數據干擾，應立即關閉儀器， 重新清洗并安裝吸收管，并做泄漏檢查（此故障常見于夏天）。

3 PM10、PM2.5顆粒物分析儀

上海地區的自動監測站多安裝的是1405系列大氣顆粒物監測儀，是名副其實的重量法儀器，其主要原理是將室外空氣（加熱后）抽入機內，并以恒定速度通過一張濾膜，持續稱量濾膜的質量并通過一定的計算公式實時測量質量濃度。此外，新型的PM2.5 FDMS監測儀還增加了對揮發性、半揮發性有機物進行計算的補償系統，更加貼近了實際的監測數據。以下是在實際運行過程中遇到的問題及解決方法。

3.1 監測數據相比其它點位出現明顯的偏低

這種情況一般是由于顆粒物監測儀的主流量偏低、顆粒物真空泵的抽力不足或者是采樣系統存在漏氣所造成，具體解決方法如下。

（1）先進入監測儀界面SYSTEM STATUS菜單，查看VACLUM PUMP PRESS（真空泵壓力），若數值小于0.4atm，證明該真空泵壓力處于可用范圍內，若高于0.4，應立即更換真空泵。

（2）若真空泵無問題，則用電子流量計對粒顆物監測儀的主流量進行實際測量，查看其實際流量是否處于質控所規定的范圍之內，根據測量結果決定對其是否校準。

（3）如以上兩項指標均正常，可對儀器的采樣系統進行氣密性檢查。通過儀器屏幕的Service菜單下的Verification中的氣路撿漏（Leak Check）按鈕向導來完成，檢漏結果會在儀器檢漏完畢后顯示出來。如未通過，則需要對采樣系統整體進行一步的檢查。

3.2 監測數據波動過大

出現此情況一般都是由于顆粒物采樣濾膜在振蕩過程中出現松動，導致Frequency（振蕩頻率）波動劇大，Noise（噪音）時大時小，從而使得監測數據也呈現波動態勢，故因及時重新安裝采樣濾膜，采樣儀重新啟動計數。

3.3 PM2.5 FDMS出現異常數值

該情況問題相對復雜，一般由以下幾種情況所導致。

（1）PM2.5切換閥停止工作，原因是切換閥電機故障引起無法正常工作，導致數據異常，還有可能是切換閥內部結塵，導致切換模塊無法正常切換，引起異常，所以定期清潔切換閥變的相當重要，如污染相對嚴重的地區應1月定期清洗一次，并做好相應的氣密性檢查。

（2）PM2.5制冷單元溫度（COOLER TEMP）報警，造成問題的原因是散熱風扇損壞，使得制冷器不停的制冷，造成過濾單元結霜，從而使補償值異常，通過計算，使得監測數值異常，故立即更換散熱風扇。

結語

綜上可知，引起空氣自動檢測系統故障的因素種類繁多，對故障的判斷在一定程度上影響著數據的發布，為此，必須加強空氣自動檢測系統操作人員的技能培訓，對故障能進行及時準確的判斷，從而制定相應的補救措施來減少損失?？諝庾詣訖z測系統操作人員也應該在日常工作中做好經驗總結，以便發現并處理故障。

[1]國家環境保護部.《中華人民共和國環境保護行業標準》(HJ 654—2013).2013年7月.

[2]美國賽默飛世爾科技公司.《TEOM1405-F顆粒物分析儀說明書》.

[3]美國賽默飛世爾科技公司.《TEOM1405顆粒物分析儀說明書》.

[4]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MoDEL 100E紫外熒光法S02分析儀說明書》.

[5]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MODEL 200E化學發光法N0/NO2/NOX分析儀說明書》.

[6]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MODEL 300E非分光紅外法CO分析儀說明書》.

[7]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MODEL 400E紫外吸收法O3分析儀說明書》.