氣質聯用儀廢氣排放系統的設計研究和效果分析

周雪平　倪瑞龍　陳錫泉

摘要：

針對氣相色譜室因氣質聯用儀排氣集中且量大而導致實驗室局部溫度高的問題，本文通過設計氣質聯用儀廢氣排放系統，對該系統改善實驗室環境效果方面進行了研究，著重分析實驗室溫度及能量損耗情況。

關鍵詞：氣質聯用儀；廢氣；實驗室溫度；冷熱抵消

氣質聯用儀（GC-MS）被廣泛應用于復雜組分的定性定量分析，因其具有氣相色譜高分辨率和質譜高靈敏度的特點，成為現代化實驗室分析檢測的有效工具。我院氣相色譜室承擔大量生態紡織品檢測業務，實驗室安設眾多臺數的氣質聯用儀，儀器檢測樣品完畢后會向外排放高溫廢氣，導致實驗室冷熱抵消現象嚴重，局部溫度過高影響設備正常使用。針對此現象，本文設計排放系統對氣質聯用儀高溫熱廢氣進行收集和集中排放，降低實驗室溫度及空調系統能耗，研究分析實驗室環境并改善效果。

1 廢氣排放系統

1.1 設計背景

廣州纖檢院氣相色譜室是生態紡織品檢測大型實驗室，現共設有53臺氣質聯用儀。檢測樣品時，氣質聯用儀的升溫系統和壓力控制系統分別對儀器內部檢測環境進行加熱升溫、增壓，當樣品檢測完畢時排氣口打開，儀器進行泄壓，并直接向實驗室排放廢氣，經多次數據測量總結，確定每一臺氣質聯用儀排氣溫度范圍及排氣時長基本一致，排氣溫度最高達115℃，且整個排氣時長持續4min左右，排氣測量結果如圖1所示（以開始排氣作為時間起點）。

排氣風速為4.56m/s，則每秒排氣體積為：

取排氣氣體密度ρ=1.205kg/m3時，每秒排氣質量約為：

氣質聯用儀排放熱廢氣與實驗室新風產生熱量傳遞，即冷熱抵消，造成能量損耗。根據能量守恒定律，熱廢氣與實驗室新風冷熱抵消損耗的能量等于熱量傳遞過程即排氣過程廢氣所釋放的熱量，可用公式（4）表示：

式中：c— 物體比熱，取空氣比熱 c=1012J/（kg·℃）；

m——質量，kg；t——排氣溫度，℃；t0——實驗室房間溫度，℃。

設時間為自變量，溫度為因變量，函數為，取時，根據積分原理，在排氣持續時間上對廢氣釋放熱量進行定積分計算，氣質聯用儀一次排氣損耗的能量為：

（5）

當實驗室業務集中時，多臺氣質聯用儀產生大量高溫廢氣，冷熱抵消現象嚴重。根據實驗室檢測業務情況，平均每天11時開始到15時結束共檢測400份樣品，16時開始到第二天2時結束共檢測500份樣品，兩時間段平均每小時損耗的能量分別為：

平均一天因儀器排氣造成損耗的能量為：

如逢天氣炎熱，空調系統滿載運行都不足以調節降低室內溫度，尤其是廢氣集中排放位置高溫不退，影響實驗室檢驗人員及設備工作環境，故針對氣質聯用儀排放熱廢氣設計排放系統具有必要性。

1.2 系統概述

根據氣質聯用儀排氣口尺寸設計排氣罩，該系統在每臺氣質聯用儀排氣口增設排氣罩與排氣管道連接，管道通過地板架空層，分別與實驗室現有的排風機相連接，排風機位于實驗室天花頂。利用現有的排風機進行排放，可實現在不增加額外能耗的前提下對實驗室進行改造。系統能有效將廢氣進行收集和集中排放，最大程度減少高溫廢氣與新風的冷熱抵消，減緩冷熱不均現象，降低能量損耗。

2 廢氣排放系統改進設計及實現效果分析

2.1 降低實驗室溫度

通過排風機將熱廢氣引導至室外進行排放，大大減少氣質聯用儀廢氣與實驗室新風的冷熱抵消，使實驗室空調系統真正有“用武之地”，達到降低實驗室溫度的目的。氣質聯用儀高溫熱廢氣排放系統安裝前后氣相色譜室溫度如表1所示。

從表1可看出安裝熱廢氣排放系統后，氣相色譜室房間溫度有了明顯改善，基本達到實驗室總體溫度降低2℃、廢氣集中排放位置溫度降低3℃的預期目標，系統有效減緩了實驗室冷熱不均的現象，使實驗室溫度維持在空調系統調節范圍內。

2.2 減少冷熱抵消能量損耗

排氣系統排氣罩出氣口橫截面為直徑的圓，面積為：

經測量，氣質聯用儀排氣時于排風罩處風速為，排氣系統廢氣收集率為：

按氣相色譜室一天共檢測900份樣品計算，排氣系統可減少實驗室能量損耗約為：

2.3 改善實驗室空氣質量

氣質聯用儀在實驗室內排放大量廢氣，高濃度廢氣會對工作人員的健康安全造成威脅，增設廢氣排放系統可以有效收集廢氣并進行室外排放，新風的補充進一步降低房間廢氣濃度，提高實驗室內部空氣質量，為檢驗人員創造一個更舒適、更安全的實驗環境。

3 結論

本文針對氣相色譜室冷熱不均現象設計氣質聯用儀高溫熱廢氣排放系統，對改善實驗室環境有明顯效果，滿足檢驗人員及儀器設備對工作環境溫度的要求，過多的冷熱抵消意味著無謂的能耗損失，排放系統實現了熱廢氣的室外排放，達到節能的目的，綜上所述表明了系統的可行性與經濟性。

（作者單位：廣州纖維產品檢測研究院）