在線氣相色譜儀在污染源監測系統中的應用

賈淑紅

【摘 要】本文介紹了一種在線氣相色譜儀及系統的組成和各個子部件的功能，它主要應用于在線污染源監測系統中，能夠為環境監測提供準確的數據。

【關鍵詞】色譜儀;在線監測;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、高智能化的現代分析技術，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性有機物有以下優點：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測，也適用于環境空氣及室內空氣在線監測，是一種對揮發性有機物進行在線監測的理想手段。

我國GB21902-2008《合成革工業污染物排放標準》（“新建企業 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定，其中受控揮發性有機物主要為苯、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，為污染源監督性監測、建設項目竣工驗收監測提供可靠、準確的測量數據，滿足環境保護、科研、檢測工作發展的需要。

下面以煙氣污染源在線監測系統和土壤治理尾氣在線監控系統為例來介紹系統的組成，具體見圖1和圖2。

2 在線氣相色譜儀系統的組成

由于固定污染源中的揮發性有機物濃度普遍偏高，因此采用定量環對樣品進行取樣，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）進行檢測。

2.1 氣體供給系統

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

氣相色譜儀的一個重要組成部分就是樣品預處理系統結合采樣系統，它的質量直接決定氣相色譜儀能否對工藝樣品的連續分析和長周期穩定運行。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的設計方案。預處理系統的部件體積要小巧，取樣裝置和預處理系統之間的距離要短，盡量靠近，系統的管線也要盡量短，預處理系統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，完成復雜的樣品處理功能才是高質量的預處理系統。

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，設置參數無效，儀器處于保護狀態;系統斷電重啟后，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構成、功能要求和子系統進行了詳細描述。

系統在運行穩定性、縮短調整時間、分析組分沸點等方面都做了優化調整。在污染源在線監控系統中具有很好的應用前景。

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