CN104353651A - 大气采样罐清洗系统和清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大气采样罐清洗系统，包括：大气采样罐安装单元、前级抽真空单元、抽真空单元和洗气充入单元；前级抽真空单元、抽真空单元和洗气充入单元分别通过管道与大气采样罐安装单元相接。本发明还涉及重复多次抽气和充气的大气采样罐清洗方法。本发明具有结构简单、清洗速度快的优点，真空度和清洁度均能满足要求，属于大气采样罐清洗技术领域。

Description

大气采样罐清洗系统和清洗方法

技术领域

本发明涉及大气采样罐的清洗技术，具体涉及大气采样罐的清洗系统和清洗方法。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是影响人体健康、空气质量、大气化学过程乃至全球环境气候变化的重要大气痕量气体。由于其在大气中浓度低(10^-6到10^-12数量级)且种类繁多，因此对VOCs的采样和分析技术要求甚高。Summa罐(内表面经过钝化处理的不锈钢采样罐)采样技术由于其快捷方便稳定的特点而被美国环保署确认为大气VOCs采样的标准方法(TO-14，TO-15)，并被广泛应用到大气痕量或超痕量气体的研究中。Summa罐(即大气采样罐)在采样前必须对其加以清洗并抽高真空(<10Pa)，以保证罐体内无污染和满足采样需求。然而目前常见的商业性清罐仪存在价格昂贵、清洗周期长、真空度偏高等不足。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种包括大气采样罐安装单元、前级抽真空单元、抽真空单元和洗气充入单元的大气采样罐清洗系统和清洗方法，实现对大气采样罐的快速清洗，且真空度和清洁度均满足环境大气采样要求。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

大气采样罐清洗系统，包括：大气采样罐安装单元、前级抽真空单元、抽真空单元和洗气充入单元；前级抽真空单元、抽真空单元和洗气充入单元分别通过管道与大气采样罐安装单元相接。

作为一种优选，大气采样罐安装单元包括：主管路和多条并联的接入主管路的支管路；大气采样罐安装在支管路的末端，每条支管路上均设有阀；主管路的前端设有阀C，主管路的后端设有阀D；前级抽真空单元包括：机械泵、真空表、三通阀A和三通阀B；三通阀A与排空口、真空表、主管路的前端分别通过管道相接；三通阀B与机械泵、洗气充入单元、主管路的前端分别通过管道相接；抽真空单元包括：真空泵、真空规及数显装置、阀E；真空规及数显装置与真空泵并联后与阀E通过管道相接，再与主管路的后端通过管道相接。

作为一种优选，大气采样罐清洗系统还包括液氮容器；主管路的后端和阀E之间的部分管道浸入液氮容器的液氮中。

作为一种优选，支管路的数量为三条，一条支管路对应一个大气采样罐。

作为一种优选，洗气充入单元充入的洗气为高纯氮气或零级空气。

作为一种优选，管道、主管路、支管路均置于加热带中，加热带的温度控制在105℃。

大气采样罐清洗方法，使用大气采样罐清洗系统，先通过前级抽真空单元对大气采样罐初步抽真空，再通过抽真空单元进一步提高大气采样罐的真空度，后通过洗气充入单元充入洗气清洗大气采样罐，重复多次抽气和充气过程，直到大气采样罐的真空度和清洁度满足预设的标准。

作为一种优选，大气采样罐清洗方法，具体包括如下步骤：

(1)将大气采样罐安装在支管路上；

(2)关闭阀D、阀E，打开机械泵、真空规及数显装置、真空泵；

(3)打开各支管路上的阀，打开阀C；

(4)将三通阀A打到真空表，测量大气采样罐内的压力，若读数大于大气压，则将三通阀A打到排空口，直到真空表读数小于等于大气压；

(5)将三通阀B打到机械泵以抽取前级真空；

(6)将三通阀A、三通阀B关闭，关闭阀C；

(7)打开阀D、阀E，真空泵抽真空；

(8)关闭阀D、阀E；

(9)将三通阀A打到真空表，三通阀B打到洗气充入单元；

(10)将三通阀A打到排空口，将大气采样罐内高压气体排至大气压；

(11)重复步骤(4)至(10)多次，完成大气采样罐内杂质的清洗；

(12)最后用真空泵给大气采样罐抽真空，关闭支管路上的阀，取下大气采样罐。

作为一种优选，步骤(5)中，抽取前级真空至真空表读数小于-0.01MPa才进入下一步骤；步骤(7)中，抽真空直至真空规及数显装置读数小于6pa才进入下一步骤；步骤(9)中，充气直至真空表读数在0.35-0.45MPa之间才进入下一步骤；步骤(12)中，大气采样罐内压力需抽到小于3pa。

作为一种优选，步骤(11)之后，如需对大气采样罐进行清洁度抽查，向大气采样罐内充入两个大气压的高纯氮气，放置24小时再进行检测。

本发明的原理是：通过对大气采样罐多次反复的充气和抽气，用高纯氮气或零级空气清除之前残留在采样罐中的VOCs和水分等杂质；清罐完成后大气采样罐处于高真空状态，即真空度和清洁度均满足要求，为下一次采样做好准备。

总的说来，本发明具有如下优点：

1、机械泵选用托马斯泵，真空泵选用油泵，机械泵和真空泵联合使用，通过机械泵给真空泵提供前级真空，从而提高真空泵的抽气效率，抽速快，清洗过程快，真空度可达3Pa。

2、可以同时清洗多个并列设置的大气采样罐，例如清洗3个2L或6L的大气采样罐；平均1个采样罐的清洗时间仅为10分钟。

3、大气采样罐和真空泵中间连接管道浸入液氮中，低温液氮冻结通过管道的油液和水分，一方面大大降低了真空泵(油泵)对系统的污染，另一方面也降低了水分对真空泵的损坏，延长了真空泵的使用寿命。

4、加热带的使用减少了管路对VOCs的吸附残留，提高系统整体的清洁度。

5、多次抽气和充气循环提高了VOCs的去除效率。

6、利用市售的设备和部件即可搭建成大气采样罐清洗系统，结构简单，制作方便。

附图说明

图1是大气采样罐清洗系统的结构示意图。

其中，1为主管路，2为支管路，3为大气采样罐，4为机械泵，5为真空表，6为排空口，7为洗气充入单元，8为真空泵，9为真空规及数显装置，10为液氮容器，A为三通阀A，B为三通阀B，C为阀C，D为阀D，E为阀E，F为阀F，G为阀G，H为阀H。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

大气采样罐清洗系统包括：主管路、支管路、机械泵、真空表、排空口、洗气充入单元、真空泵、真空规及数显装置、液氮容器、三通阀A、三通阀B、阀C、阀D、阀E、阀F、阀G、阀H。

各部件的连接关系为：主管路的中段接三条相互并联的支管路，一条支管路的端部安装一个大气采样罐，阀F、阀G、阀H分别安装在三条支管路上控制三条支管路的通断。主管路的前端设有阀C，后端设有阀D。三通阀A与真空表、排空口、主管路的前端分别相接，打到真空表时真空表和主管路的前端连通，打到排空口时排空口和主管路的前端连通。三通阀B与机械泵、洗气充入单元、主管路的前端分别相接，打到机械泵时，机械泵与主管路的前端连通，打到洗气充入单元时，洗气充入单元与主管路的前端连通。真空泵与真空规及数显装置并联后再与阀E串联，再接入主管路的后端。其中，主管路的后端与阀E之间的部分管道浸入液氮容器的液氮中。主管路、支管路、除液氮中的所有管道均置于加热带中通过电加热控制在105摄氏度。所用金属材料除特别说明外，均为316不锈钢。

各部件的功能如下：洗气充入单元提供高纯氮气(纯度在99.999％以上)，高纯氮气用于提供不含VOCs的清洗气；机械泵用于提供真空泵(油泵)需要的前级真空；真空表用于测量和显示大气采样罐内的前级真空和氮气的充气压力；排空口用于排出大气采样罐内气体以防止大气采样罐内压力过大造成机械泵负载过高；液氮容器内装满液氮用于冷冻采样罐内残留的VOCs和水分，防止对真空泵的损坏，同时可以防止油泵油分挥发对采样罐的二次污染；真空规及数显装置用于显示抽真空时大气采样罐内的真空度；真空泵(油泵)用于将大气采样罐抽至高真空；三通阀A用于控制真空表的连接以及高压氮气的排空；三通阀B用于控制机械泵与高纯氮气的连接；阀C、阀D、阀E用于控制管道的连接；阀F、阀G、阀H为控制大气采样罐的连接。

采用大气采样罐清洗系统的清洗方法如下：

1、装上大气采样罐，确保大气采样罐接好；液氮容器中有液氮；

2、确保阀D、阀E关闭，打开机械泵、真空规及数显装置、真空泵、加热带电源开关；

3、打开大气采样罐上阀F、阀G、阀H，打开阀C；

4、将三通阀A打到真空表，测量大气采样罐内压力；若真空表显示压力大于大气压，则将三通阀A打到排空口，直至真空表显示压力小于或等于大气压；

5、将三通阀B打到机械泵，用机械泵抽前级真空，直至真空表显示大气采样罐压力小于-0.01MPa；

6、将三通阀A、三通阀B打到“关”，关闭阀C；

7、打开阀D、阀E，用真空泵(油泵)抽至真空规显示采样罐内压力小于6Pa；

8、关闭阀D、阀E；

9、将三通阀A打到真空表，三通阀B打到高纯氮气，缓慢的向大气采样罐内充进高纯氮气，直至真空表显示0.35-0.45MPa；

10、将三通阀A打到排空口，将大气采样罐内高压气体排至大气压；回到步骤4；

11、重复步骤4-步骤10；对一般环境大气样品，大气采样罐清洗过程可重复4次；若大气采样罐残留样品浓度较高，也可多重复几次；

12、若需要抽查大气采样罐是否清洗干净，可向大气采样罐内充进约2个大气压的高纯氮气，大气采样罐放置24小时，使用和样品同样的分析方法进行检测，要求目标化合物均不能检出；

13、若不需抽查，则最后一次清洗过程中步骤7利用真空泵将大气采样罐内的压力抽到<3Pa，然后关闭大气采样罐上阀F、阀G、阀H，关闭阀D、阀E，将大气采样罐取下。

14、回到步骤1，开始其他大气采样罐的清洗。

15、关机时，将三通阀A、三通阀B打到“关”，关闭阀C、阀D、阀E，关闭机械泵、真空泵、真空规及数显装置、加热带电源。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.大气采样罐清洗系统，其特征在于：包括：大气采样罐安装单元、前级抽真空单元、抽真空单元和洗气充入单元；前级抽真空单元、抽真空单元和洗气充入单元分别通过管道与大气采样罐安装单元相接。

2.按照权利要求1所述的大气采样罐清洗系统，其特征在于：所述

大气采样罐安装单元包括：主管路和多条并联的接入主管路的支管路；大气采样罐安装在支管路的末端，每条支管路上均设有阀；主管路的前端设有阀C，主管路的后端设有阀D；

前级抽真空单元包括：机械泵、真空表、三通阀A和三通阀B；三通阀A与排空口、真空表、主管路的前端分别通过管道相接；三通阀B与机械泵、洗气充入单元、主管路的前端分别通过管道相接；

抽真空单元包括：真空泵、真空规及数显装置、阀E；真空规及数显装置与真空泵并联后与阀E通过管道相接，再与主管路的后端通过管道相接。

3.按照权利要求2所述的大气采样罐清洗系统，其特征在于：它包括液氮容器；主管路的后端和阀E之间的部分管道浸入液氮容器的液氮中。

4.按照权利要求2所述的大气采样罐清洗系统，其特征在于：所述支管路的数量为三条，一条支管路对应一个大气采样罐。

5.按照权利要求2所述的大气采样罐清洗系统，其特征在于：所述洗气充入单元充入的洗气为高纯氮气或零级空气。

6.按照权利要求2所述的大气采样罐清洗系统，其特征在于：所述管道、主管路、支管路均置于加热带中，加热带的温度控制在105℃。

7.大气采样罐清洗方法，使用权利要求1至6中任一项所述的大气采样罐清洗系统，其特征在于：先通过前级抽真空单元对大气采样罐初步抽真空，再通过抽真空单元进一步提高大气采样罐的真空度，后通过洗气充入单元充入洗气清洗大气采样罐，重复多次抽气和充气过程，直到大气采样罐的真空度和清洁度满足预设的标准。

8.按照权利要求7所述的大气采样罐清洗方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)将大气采样罐安装在支管路上；

(2)关闭阀D、阀E，打开机械泵、真空规及数显装置、真空泵；

(3)打开各支管路上的阀，打开阀C；

(4)将三通阀A打到真空表，测量大气采样罐内的压力，若读数大于大气压，则将三通阀A打到排空口，直到真空表读数小于等于大气压；

(5)将三通阀B打到机械泵以抽取前级真空；

(6)将三通阀A、三通阀B关闭，关闭阀C；

(7)打开阀D、阀E，真空泵抽真空；

(8)关闭阀D、阀E；

(9)将三通阀A打到真空表，三通阀B打到洗气充入单元；

(10)将三通阀A打到排空口，将大气采样罐内高压气体排至大气压；

(11)重复步骤(4)至(10)多次，完成大气采样罐内杂质的清洗；

(12)最后用真空泵给大气采样罐抽真空，关闭支管路上的阀，取下大气采样罐。

9.按照权利要求8所述的大气采样罐清洗方法，其特征在于：步骤(5)中，抽取前级真空至真空表读数小于-0.01MPa才进入下一步骤；步骤(7)中，抽真空直至真空规及数显装置读数小于6pa才进入下一步骤；步骤(9)中，充气直至真空表读数在0.35-0.45MPa之间才进入下一步骤；步骤(12)中，大气采样罐内压力需抽到小于3pa。

10.按照权利要求8所述的大气采样罐清洗方法，其特征在于：步骤(11)之后，如需对大气采样罐进行清洁度抽查，向大气采样罐内充入两个大气压的高纯氮气，放置24小时再进行检测。