CN105136958A

CN105136958A - VOCs浓度在线监测装置

Info

Publication number: CN105136958A
Application number: CN201510584604.XA
Authority: CN
Inventors: 顾金华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-09-15
Also published as: CN105136958B

Abstract

本发明涉及一种VOCs浓度在线监测装置，包括气体取样单元、气体分析单元、VOCs实时检测单元和控制与数据处理单元，其创新点在于：所述气体取样单元包括采样管；所述气体分析单元包括定量管、第一控制阀、气相色谱仪和载气载入组件，所述采样管、定量管、气相色谱仪和载气载入组件分别与第一控制阀相接通；所述VOCs实时检测单元包括第二控制阀和气体检测器，所述第二控制阀与气体检测器相接通；所述控制与数据处理单元是工控机，所述气相色谱仪、气体检测器、第一控制阀、第二控制阀和载气载入组件分别与工控机电气连接。本发明具有对于未知的混合气体，进行气体成份分析、定量计算和实时在线监测等优点。

Description

VOCs浓度在线监测装置

技术领域

本发明涉及一种在线监测装置，具体涉及一种VOCs浓度在线监测装置。

背景技术

VOCs是挥发性有机物(VolatileOrganicCompounds)的英文缩写，根据世界卫生组织（WTO）对其的定义，是指熔点低于室温而沸点在50℃~260℃，而在常温下是以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。

VOCs包括烷类、芳香烃类、酸酯类、醛类等，人为排放主要来源于生产生活中的不完全燃烧过程和涉及有机产品挥发逸散过程的工业领域，例如石油化工产业、家具涂料工业、印染工业等。VOCs造成的主要危害主要表现在三个方面：部分具有毒性和致癌性，会危害到人体的健康，例如苯、甲苯、甲醛，会对人体造成很大伤害；参加光化学烟雾反应，形成臭氧、过氧乙酰硝酸酯等；参与大气中二次气溶胶的形成，与PM2.5的浓度异常密切相关。因此，对工业生产中的VOCs排放进行治理和监测十分重要。

目前用于对VOCs浓度进行检测的检测器主要有两种：氢火焰离子化气体检测器（flameionizationdetector，FID）和光离子化气体检测器（PhotoionizationDetector，PID）。氢火焰离子化气体检测器FID是以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机气体进入氢火焰，在高温下产生化学电离，对几乎所有挥发性的有机化合物均有响应，对所有烃类化合物（碳数≥3）的相对响应值几乎相等。光离子化气体检测器PID由具有特定辐射能（如10.6eV）的紫外光在电离室内对气体分子进行轰击，把气体中含有的有机气体电离成带正电的离子和带负电的电子，在电场作用下形成电流，方法后得到输出信号，其在易燃易爆物料的生产运输、化工物料泄漏、环境应急事故、痕量测量等领域有广泛应用。在气体分析领域，气相色谱仪（GasChromatography，GC）是常用分析仪器，能将混合气体的各组分进行分离、测量。VOCs检测器结合气相色谱法，作为气相色谱仪的检测器，可对混合气体VOCs进行定性、定量检测。

光离子化气体检测器PID的一个重要参数是校正系数CF，又称响应系数RF。不同气体具有不同的校正系数CF，表征了光离子化气体检测器PID测量特定气体的灵敏度，CF值越低，灵敏度越高。不同的VOCs气体的CF值相差较大，因此光离子化气体检测器PID在测量未知组分的气体时难以准确定量，另外对于某些电离电位较高的VOCs气体，常用的10.6eV的紫外光无法使其电离，需使用高能量的紫外灯。而氢火焰离子化气体检测器FID是典型的质量型检测器，对几乎全部有机物均可响应且响应系数较稳定，定量检测气体的总有机碳量（TOC）或总烃量（THC）有很好的效果。目前用于对VOCs进行定量测量的方法主要有光离子化气体检测器FID直读法和气相色谱-氢火焰离子化气体检测器（gaschromatography-flameionizationdetection，GC-FID)方法，氢火焰离子化气体检测器FID直读法用于测量总烃量，而气相色谱-氢火焰离子化气体检测器GC-FID方法除可得到VOCs总量外，还可对其中特定的组分进行定量测量。由于氢火焰离子化气体检测器FID使用过程中需消耗氢气等气体，连续使用气瓶更换将过于频繁，同时进行气相色谱分析时，需要进行富集以满足测量灵敏度的要求，目前的氢火焰离子化气体检测器FID或气相色谱-氢火焰离子化气体检测器GC-FID主要用于离线检测，在线的气相色谱-光离子化气体检测器（gaschromatography-PhotoionizationDetector，GC-PID)GC-PID监测系统也仅能周期采样，但是不能实时监测。

光离子化气体检测器PID与氢火焰离子化气体检测器FID相比，其重量轻、体积小、灵敏度高、响应速度快，同时不需要载气或燃气，使用寿命长且本质安全，适用于进行实时在线监测。而气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID与气相色谱-氢火焰离子化气体检测器GC-FID相似，也可进行VOCs总量测量和特定组分含量测量，但其气体样品不需经过富集，可直接进样，减少了在预浓缩过程中引入的误差。以光离子化气体检测器PID作为检测器的在线监测系统虽可实现实时检测，并且对于已知种类的单一气体或已知组分及其比例的混合气体，光离子化气体检测器PID的检测结果可计算得到准确的VOCs总量以及其中某一种或某一类气体的含量。但是对于组分未知的气体，光离子化气体检测器PID的检测结果只能对VOCs的总量给出大致估计，不能准确定量检测。

目前，对于未知组分的混合气体，尤其是在组分随生产工艺切换发生变化的应用场合，对VOCs的实时在线监测和定量分析并无很好的解决方法。

发明内容

本发明的目的是：提供一种对于未知组分的混合气体，能进行气体成份分析、定量计算和实时在线监测的VOCs浓度在线监测装置，以克服现有技术的不足。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种VOCs浓度在线监测装置，包括气体取样单元、气体分析单元、VOCs实时检测单元和控制与数据处理单元，其创新点在于：

所述气体取样单元包括采样管；

所述气体分析单元包括定量管、第一控制阀、气相色谱仪和载气载入组件，所述采样管、定量管、气相色谱仪和载气载入组件分别与第一控制阀相接通；

所述VOCs实时检测单元包括第二控制阀和气体检测器，所述第二控制阀与气体检测器相接通；

所述控制与数据处理单元是工控机，所述气相色谱仪、气体检测器、第一控制阀、第二控制阀和载气载入组件分别与工控机电气连接。

在上述技术方案中，所述气体取样单元还包括气体处理装置和三通阀，采样管通过气体处理装置与三通阀相接通；所述气体处理装置有两种结构方式，一种方式是包括分体式且通过管路连接的去湿器和净化器，采样管与去湿器相接通，净化器与三通阀的第一阀口相接通，另一种方式是集成式的去湿净化器，采样管通过去湿净化器与三通阀的第一阀口相接通。

在上述技术方案中，所述定量管的一端管口与第一控制阀的第一阀口相接通，且定量管的另一端管口与第一控制阀的第四阀口相接通，第一控制阀的第二阀口与气相色谱仪的进口相接通，第一控制阀的第三阀口与载气载入组件的出口相接通，第一控制阀的第五阀口与三通阀的第二阀口相接通，第一控制阀的第六阀口与吸气泵的进气口相接通，吸气泵的排气口与大气相连通。

在上述技术方案中，所述载气载入组件包括依次相连通的载气罐、第一截止阀、第一减压阀、第一流量调节阀和转子流量计，所述转子流量计的出口为载气载入组件的出口，且转子流量计的出口与第一控制阀的第三阀口相接通。

在上述技术方案中，所述VOCs实时检测单元还包括气体检测器定期标定组件，所述第二控制阀的第一阀口与三通阀的第三阀口相接通，第二控制阀的第二阀口与气体检测器的进口相接通，第二控制阀的第三阀口与气体检测器定期标定组件的出口相接通。

在上述技术方案中，所述气体检测器定期标定组件包括零点空气瓶、标准气体配气瓶、第二截止阀、第三截止阀、第二减压阀和第二流量调节阀，所述零点空气瓶通过第二截止阀与第二减压阀的进口相接通，标准气体配气瓶通过第三截止阀与第二减压阀的进口相接通，第二减压阀的出口与第二流量调节阀的进口相接通，第二流量调节阀的出口是气体检测器定期标定组件的出口，且第二流量调节阀的出口与第二控制阀的第三阀口相连通。

在上述技术方案中，所述控制与数据处理单元是带有人机界面的工控机，所述气相色谱仪和气体检测器分别通过RS485或RS232与控制与数据处理单元电气连接。

在上述技术方案中，所述载气罐内存储的是净化空气或氮气。

本发明所具有的积极效果是：本发明包括气体取样单元、气体分析单元、VOCs实时检测单元和控制与数据处理单元；所述气体取样单元包括采样管；所述气体分析单元包括定量管、第一控制阀、气相色谱仪和载气载入组件，所述采样管、定量管、气相色谱仪和载气载入组件分别与第一控制阀接通；所述VOCs实时检测单元包括第二控制阀和气体检测器，所述第二控制阀与气体检测器相接通；所述控制与数据处理单元是工控机，所述气相色谱仪、气体检测器、第一控制阀、第二控制阀和载气载入组件分别与工控机电气连接;其中，气体分析单元的气相色谱仪用于对定量取样的定量管中的待测气体的组分和比例进行分析；VOCs实时检测单元的气体检测器可对待测气体进行实时、连续的测量，根据气相色谱仪分析得到的气体组分及其比例，可对气体检测器的实时检测结果进行准确的定量。本发明能够对工业排放的VOCs浓度进行实时在线监测，可对未知组分的待测气体的成分进行定性、定量分析，不仅可检测VOCs总量，而且可得到其中特定的某一种或某一类组分的含量，以及实现实时在线监测的目的。

附图说明

图1是本发明第一种VOCs浓度的在线监测装置示意图；

图2是本发明第二种VOCs浓度的在线监测装置示意图

图3是定量管定体积取样过程结构示意图；

图4是气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID气体分析过程结构示意图；

图5是光离子化气体检测器PID实时监测过程结构示意图；

图6是光离子化气体检测器PID定期校准过程结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及给出的实施例，对本发明作进一步的说明，但并不局限于此。

如图1、2、3、4、5、6所示，一种VOCs浓度在线监测装置，包括气体取样单元1、气体分析单元2、VOCs实时检测单元3和控制与数据处理单元4，

所述气体取样单元1包括采样管1-1；

所述气体分析单元2包括定量管2-1、第一控制阀2-2、气相色谱仪2-3和载气载入组件2-4，所述采样管1-1、定量管2-1、气相色谱仪2-3和载气载入组件2-4分别与第一控制阀2-2相接通；

所述VOCs实时检测单元3包括第二控制阀3-1和气体检测器3-2，所述第二控制阀3-1与气体检测器3-2相接通；

所述控制与数据处理单元4是工控机，所述气相色谱仪2-3、气体检测器3-2、第一控制阀2-2、第二控制阀3-1和载气载入组件2-4分别与工控机电气连接。

如图2、3、4、5、6所示，所述气体取样单元1还包括气体处理装置和三通阀1-4，采样管1-1通过气体处理装置与三通阀1-4相接通；所述气体处理装置有两种结构方式，一种方式是包括分体式且通过管路连接的去湿器1-2和净化器1-3，采样管1-1与去湿器1-2相接通，净化器1-3与三通阀1-4的第一阀口4a相接通，另一种方式是集成式的去湿净化器，采样管1-1通过去湿净化器与三通阀1-4的第一阀口4a相接通。所述气体取样单元1的去湿器1-2是气液分离器，所述净化器1-3是烟尘颗粒过滤器。

所述三通阀1-4的入口为预处理后的待测气体，出口由控制与数据处理单元4进行切换与气体分析单元2或VOCs实时检测单元3相接通。

如图3、4、5、6所示，为了便于定量取样，所述定量管2-1的一端管口与第一控制阀2-2的第一阀口2a相接通，且定量管2-1的另一端管口与第一控制阀2-2的第四阀口2d相接通，第一控制阀2-2的第二阀口2b与气相色谱仪2-3的进口相接通，第一控制阀2-2的第三阀口2c与载气载入组件2-4的出口相接通，第一控制阀2-2的第五阀口2e与三通阀1-4的第二阀口4b相接通，第一控制阀2-2的第六阀口2f与吸气泵5的进气口5-2相接通，吸气泵5的排气口5-1与大气相连通。

如图3、4、5、6所示，为了便于载入待测气体，所述载气载入组件2-4包括依次相连通的载气罐2-4-1、第一截止阀2-4-2、第一减压阀2-4-3、第一流量调节阀2-4-4和转子流量计2-4-5，所述转子流量计2-4-5的出口为载气载入组件2-4的出口，且转子流量计2-4-5的出口与第一控制阀2-2的第三阀口2c相接通。

如图3、4、5、6所示，所述VOCs实时检测单元3还包括气体检测器定期标定组件3-3，所述第二控制阀3-1的第一阀口1a与三通阀1-4的第三阀口4c相接通，第二控制阀3-1的第二阀口1b与气体检测器3-2的进口相接通，第二控制阀3-1的第三阀口1c与气体检测器定期标定组件3-3的出口相接通。

如图6所示，为了确保气体检测器的检测精度，需对气体检测器定期标定，所述气体检测器定期标定组件3-3包括零点空气瓶3-3-1、标准气体配气瓶3-3-2、第二截止阀3-3-3、第三截止阀3-3-4、第二减压阀3-3-5和第二流量调节阀3-3-6，所述零点空气瓶3-3-1通过第二截止阀3-3-3与第二减压阀3-3-5的进口相接通，标准气体配气瓶3-3-2通过第三截止阀3-3-4与第二减压阀3-3-5的进口相接通，第二减压阀3-3-5的出口与第二流量调节阀3-3-6的进口相接通，第二流量调节阀3-3-6的出口是气体检测器定期标定组件3-3的出口，且第二流量调节阀3-3-6的出口与第二控制阀3-1的第三阀口1c相连通。所述载气罐2-4-1内存储的是净化空气或氮气。

本发明为了便于通信，所述控制与数据处理单元4是带有人机界面的工控机，所述气相色谱仪2-3和气体检测器3-2分别通过RS485或RS232与控制与数据处理单元4电气连接。

本发明的气相色谱仪2-3可以选用以氢火焰离子化气体检测器FID作为检测器的气相色谱-氢火焰离子化气体检测器GC-FID，也可以选用以光离子化气体检测器PID作为检测器的气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID（优先选用此种，可选用美国华瑞集团的产品GCRAE1000）；气体检测器3-2可以选用光离子化气体检测器PID（优先选用此种，可选用美国华瑞集团的产品RAEGuard2），也可以选用脉冲放电氦离子化气体检测器PDHID(pulseddischargeheliumionizationdetector,PDHID)。

本发明工作过程：本发明在工艺启动时，首先利用定量管对烟道排放气体定量取样，然后将定量管内的气体样品由载气载入气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）中，进行组分及浓度分析，将检测结果由RS485通信方式传输至控制与数据处理单元4，色谱分析完成后，采样的烟道排放气体送入实时监测用气体检测器3-2（光离子化气体检测器PID）内进行检测，根据色谱分析结果进行分析定量，控制与数据处理单元4得到VOCs的最终实时排放浓度。除工艺启动时，在生产、加工过程中，也可定时利用气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）重新对排放气体的组分、比例进行分析，与工艺启动时的分析结果进行比对和校正，将重新校准、修正后的气体组分及比例分析结果用于气体检测器3-2（光离子化气体检测器PID）实时检测结果的定量分析.

下面对每个步骤的具体实施进行说明：

步骤a、气体取样；

所述气体取样步骤是由气体取样单元1的采样管1-1对烟道排放的待测混合气体进行取样；

本发明采样管1-1采用特氟龙材料（PTFE），其具有耐高温性、抗湿性，抗有机溶剂的特点，不会对待测的VOCs造成影响。气液分离器用于分离待测气体中含有的水汽，避免液态物质进入检测器引起测量误差或仪器损坏，烟尘过滤器用于分离待测气体中的固体颗粒物成分避免检测设备的气路因堵塞而缩短寿命或损坏。

步骤b、气体组分分离与浓度检测；

所述气体组分分离与浓度检测步骤是将经步骤a中采样管1-1内的气体样品充入气体分析单元2的定量管2-1并进行定量采样，然后由气体分析单元2的载气载入组件2-4将定量管2-1内的气体载入气体分析单元2的气相色谱仪2-3内先进行气体组分分离，由气相色谱仪2-3确定定量管2-1内的混合气体的组分N和各组分所占的比例A，并将该分析结果送至控制与数据处理单元4内，然后由控制与数据处理单元4根据如下公式,求取混合气体的平均校正系数CF_ɑv值和平均摩尔质量M_ɑv；

其中，A_i是第i种气体对应的比例，

CF_i是第i种气体对应的校正系数，

M_i是第i种气体对应的摩尔质量；

由于气体检测器3-2（光离子化气体检测器PID）检测灵敏度高，可以检测低至10ppb或含量更低的气体成分，因此气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）的气体样品不需要经过吸附管富集-热解析的步骤，本发明选用定量管定量取样的方式，采集气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）分析用气体样品，一般定量管体积为1~5mL，在满足灵敏度测量需求时尽量小。

本发明在定量取样过程的气路连接与电磁阀的位置如图3所示。烟道排放的气体经采样点，由特氟龙（PTFE）采样管1-1输送，由水汽分离器、烟尘过滤器完成除水除颗粒物后，经三通阀1-4及第一控制阀2-2由吸气泵5将待测气体吸入定量管，此时，定量管2-1的一端管口通过第一控制阀2-2作为净化后的待测气体的入口，另一端管口则作为待测气体的出口，经由吸气泵5排放至大气，该步骤完成后，定量管内为单位体积的气体样品。

气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）组分分离与浓度检测过程的气路连接与电磁阀位置如图5所示。由步骤1)到步骤2)的过渡需要切换第一控制阀2-2的阀芯位置，此时，定量管2-1的一端管口通过第一控制阀2-2与载气载入组件2-4的气体出口连接，另一端管口与气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）的气体入口连接，打开第一截止阀2-4-2，其经第一减压阀2-4-3、第一流量调节阀2-4-4、转子流量计2-4-5后载气进入定量管2-1，以一定的流速推动定量管2-1内的样品气体载入气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）的色谱柱中，经色谱柱分离后载入气相色谱仪2-3（气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID）中的气体检测器3-2（光离子化气体检测器PID）进行检测。由于气体检测器3-2配备为光离子化气体检测器PID，载气可使用纯净空气或氮气。色谱分析完成后，关闭第一截止阀2-4-2。

步骤c、VOCs在线实时检测；

所述VOCs在线实时检测步骤是将经烟道排放的待测混合气体送入实时检测用的VOCs实时检测单元3的气体检测器3-2内进行检测，所述气体检测器3-2的校正系数CF值设置为1，然后将由气体检测器3-2实时检测混合气体的体积浓度C₁送至控制与数据处理单元4内；

光离子化气体检测器PID在线实时检测过程的气路连接与电磁阀位置如图5所示。由步骤2)到步骤3)的过渡需要切换三通阀1-4的阀芯位置，净化后的待测烟道气体通过三通阀1-4与基于光离子化气体检测器PID的VOCs实时检测单元相连，通过第二控制阀3-1，烟道待测气体而非标定用的气体进入光离子化气体检测器PID，将光离子化气体检测器PID的校正系数CF值设置为1，将光离子化气体检测器PID的实时检测结果通过RS485通信传输至控制与数据处理单元。

步骤d、VOCs实时排放浓度的计算输出；

所述VOCs实时排放浓度的计算输出步骤是由控制与数据处理单元（4）根据步骤b得到混合气体的平均校正系数CF_av值和平均摩尔质量M_av，以及根据步骤C得到的混合气体的体积浓度C₁，分析计算VOCs实时排放浓度：

VOCs实时排放气体体积浓度C，

C=C₁×CF_ɑv（PPM）；

VOCs实时排放气体质量体积比浓度X，

X=M_ɑv×C/22.4（mg/m³）；

VOCs中的第i种气体组分实时排放气体体积浓度C_i，

C_i=C×A_i（ppm）；

VOCs中的第i种气体组分实时排放气体质量体积比浓度X_i，

X_i=X×A_i(mg/m³)。

所述控制与数据处理单元4由工控机及相关外围模块构成，用于在线监测和仪器标定过程中的电磁阀切换和部分设备的电气控制，并实现对气体分析单元和VOCs实时检测单元的测量结果进行数据处理。其软件包括电磁阀与继电器动作逻辑控制、气相色谱分析、实时检测结果定量分析三个主要模块，配有人机交互界面。光离子化气体检测器PID实时检测结果通过工控机的人机界面显示给用户，并在超出标准排放限值时报警。

本发明对气体检测器3-2采用的光离子化气体检测器PID标定的实施方式，以及具体过程为：

光离子化气体检测器PID采用两点标定的方式进行仪器校准，即零点标定和标准气体标定。首先，使用零点气标定零点；然后，选用已知浓度的标准气体进行标准气体标定，零点标定需在标准气体标定之前进行。一般3~6个月需对光离子化气体检测器PID进行一次标定，以保证测量的准确性。

对气体检测器3-2采用的光离子化气体检测器PID进行标定时，先将系统的气路连接与电磁阀位置如图6所示。通过图6中的第二控制阀3-1，将零点空气或标准气体经第二减压阀3-3-5和第二流量调节阀3-3-6送入光离子化气体检测器PID，通过控制第二截止阀3-3-3和第三截止阀3-3-4的开闭选择进入光离子化气体检测器PID的气体为零点气或标气。

进行标定时，首先打开零点气空气瓶3-3-1的第二截止阀3-3-3，操作光离子化气体检测器PID进行零点标定，完成后，关闭第二截止阀3-3-3，然后打开第三截止阀3-3-4，操作光离子化气体检测器PID进入标准气体校准点标定，标定完成后关闭第三截止阀3-3-4，此时完成了一次气体检测器3-2的仪器校准。

本发明采用的光离子化气体检测器(PhotoionizationDetector,PID)以光电离技术为基础，由具有特定辐射能（一般为10.6eV）的紫外光把气体分子电离成带正电的离子和带负电的电子，正离子和电子在电场作用下运动形成电流，经变送器放大输出电流信号。能被光离子化气体检测器PID检测的气体，其电离电位需低于紫外灯的能量。大部分含碳类有机化合物如芳香类(苯系)、酮类、醛类、醇类等，以及氨、砷、硒等无机物可被光离子化气体检测器PID检测，空气、甲烷、常见毒气（CO,HCN,SO₂）、非挥发性气体等不能被光离子化气体检测器PID检测。光离子化气体检测器PID响应速度快、灵敏度高，是环境保护、痕量测量和实时检测污染等方面的强有力工具。

光离子化气体检测器PID的一个重要参数是校正系数CF，不同气体具有不同的校正系数，表征了光离子化气体检测器PID测量特定气体的灵敏度，CF值越低，灵敏度越高。经校正气体（CF=1.00，常用异丁烯）校准过的仪器，将测量结果乘以对应待测气体的CF值即得到实际浓度（也可通过设置仪器的校正系数得到实际浓度）。对于已知种类的单一气体或已知组分及其比例的混合气体，由光离子化气体检测器PID的检测结果可计算得到准确的VOCs总量以及其中某一种或某一类气体的含量。而对于组分未知的气体，光离子化气体检测器PID的检测结果只能对VOCs的总量给出大致估计，不能准确定量。

将光离子化气体检测器PID与气相色谱法(GasChromatography,GC)结合，即为测量各气体组分及其浓度的气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID。气相色谱法，即为用气体作为移动相的色谱法。气相色谱仪的主要组成部分为色谱柱和检测器构成，将欲分离、分析的样品从色谱柱一端加入后，不同的样品因为具有不同的物理和化学性质，与特定的管柱填充物（固定相）有着不同的相互作用而被载气以不同的速率带动，经过不同的保留时间从色谱柱末端流出，由检测器检测其含量，产生相应的信号，并被转化为电信号输出。在色谱柱中固定相的作用是分离不同的组分，使得不同的组分在不同的保留时间后从柱的末端流出。其它影响物质流出柱的顺序及保留时间的因素包括载气的流速，温度等。由此，利用气相色谱仪，可对气体组分和浓度进行定性、定量分析。由于光离子化气体检测器PID的灵敏度高，可检测到极低浓度的VOCs气体，因此与气相色谱-氢火焰离子化气体检测器GC-FID不同，以光离子化气体检测器PID作为检测器的气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID不需要对待测气体进行富集（预浓缩）。但是气相色谱仪多用于离线分析，而不是在线监测，同时其分析周期相对较长，无法实现对工业排放的实时监测。

综上所述，本发明具有下述特点：

1)提出一种将气相色谱仪组分分析与在线检测器快速检测结合的方法，利用气相色谱得到未知混合气体的组分及比例，用于对光离子化气体检测器PID在线检测器的测量结果进行分析处理。本方法解决了光离子化气体检测器PID检测器对不同气体响应不同，难以准确定量的问题，实现了对未知组分的混合气体进行实时、在线的定量检测,并且混合气体无需富集，避免预浓缩过程中引入的误差；

2)本系统不仅能够给出VOCs总量的实时在线检测结果，也可以给出其中特定的某一种或某一类气体成分的含量；

3)对于排放物含有高电离电位组分如甲醛、二氯甲烷的场合，本系统中气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID中的光离子化气体检测器PID采用11.7eV的紫外灯作为光源，保证了可检测气体涵盖了几乎所有VOCs，而在线监测用的光离子化气体检测器PID采用10.6eV的紫外灯，工作稳定、使用寿命长，利用其可响应气体的检测结果，结合气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID的分析结果，可给出其不可响应气体的含量和VOCs总量；

4)利用控制阀（六通阀）、三通阀、截止阀的组合，实现了定量管取样、气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID气相色谱分析、光离子化气体检测器PID在线实时监测、光离子化气体检测器PID仪器标定四种工作模式的自动、快速切换，配合气体预处理器件和流量控制器件，形成了完整的气路系统，便于进行自动控制；

5)本文所提出的组分分析与在线检测结合的方法不仅仅局限于光离子化气体检测器PID或气相色谱-光离子化气体检测器GC-PID，在不同的应用场合，根据不同的目标气体及对测量灵敏度的要求，可选择其他检测器替代气相色谱仪中的光离子化气体检测器PID和实时检测用的光离子化气体检测器PID，实现对混合气体的实时在线监测。

针对不同的应用场合，不同的待测气体及浓度，基于本系统的设计方案和基本构架，选用对应的检测器，例如将气相色谱仪的检测器和实时检测用的检测器更换为电子俘获检测器ECD、氢火焰离子化检测器FID等，可满足不同的需求、测量不同的种类的气体。本系统提供的方法适用于对未知混合气体的在线实时监测，并不仅局限于光离子化气体检测器PID。

Claims

1.一种VOCs浓度在线监测装置，包括气体取样单元（1）、气体分析单元（2）、VOCs实时检测单元（3）和控制与数据处理单元（4），其特征在于：

所述气体取样单元（1）包括采样管（1-1）；

所述气体分析单元（2）包括定量管（2-1）、第一控制阀（2-2）、气相色谱仪（2-3）和载气载入组件（2-4），所述采样管（1-1）、定量管（2-1）、气相色谱仪（2-3）和载气载入组件（2-4）分别与第一控制阀（2-2）相接通；

所述VOCs实时检测单元（3）包括第二控制阀（3-1）和气体检测器（3-2），所述第二控制阀（3-1）与气体检测器（3-2）相接通；

所述控制与数据处理单元（4）是工控机，所述气相色谱仪（2-3）、气体检测器（3-2）、第一控制阀（2-2）、第二控制阀（3-1）和载气载入组件（2-4）分别与工控机电气连接。

2.根据权利要求1所述的VOCs浓度在线监测装置，其特征在于：所述气体取样单元（1）还包括气体处理装置和三通阀（1-4），采样管（1-1）通过气体处理装置与三通阀（1-4）相接通；所述气体处理装置有两种结构方式，一种方式是包括分体式且通过管路连接的去湿器（1-2）和净化器（1-3），采样管（1-1）与去湿器（1-2）相接通，净化器（1-3）与三通阀（1-4）的第一阀口（4a）相接通，另一种方式是集成式的去湿净化器，采样管（1-1）通过去湿净化器与三通阀（1-4）的第一阀口（4a）相接通。

3.根据权利要求2所述的VOCs浓度在线监测装置，其特征在于：所述定量管（2-1）的一端管口与第一控制阀（2-2）的第一阀口（2a）相接通，且定量管（2-1）的另一端管口与第一控制阀（2-2）的第四阀口（2d）相接通，第一控制阀（2-2）的第二阀口（2b）与气相色谱仪（2-3）的进口相接通，第一控制阀（2-2）的第三阀口（2c）与载气载入组件（2-4）的出口相接通，第一控制阀（2-2）的第五阀口（2e）与三通阀（1-4）的第二阀口（4b）相接通，第一控制阀（2-2）的第六阀口（2f）与吸气泵（5）的进气口（5-2）相接通，吸气泵（5）的排气口（5-1）与大气相连通。

4.根据权利要求1所述的VOCs浓度在线监测装置，其特征在于：所述载气载入组件（2-4）包括依次相连通的载气罐（2-4-1）、第一截止阀（2-4-2）、第一减压阀（2-4-3）、第一流量调节阀（2-4-4）和转子流量计（2-4-5），所述转子流量计（2-4-5）的出口为载气载入组件（2-4）的出口，且转子流量计（2-4-5）的出口与第一控制阀（2-2）的第三阀口（2c）相接通。

5.根据权利要求2所述的VOCs浓度在线监测装置，其特征在于：所述VOCs实时检测单元（3）还包括气体检测器定期标定组件（3-3），所述第二控制阀（3-1）的第一阀口（1a）与三通阀（1-4）的第三阀口（4c）相接通，第二控制阀（3-1）的第二阀口（1b）与气体检测器（3-2）的进口相接通，第二控制阀（3-1）的第三阀口（1c）与气体检测器定期标定组件（3-3）的出口相接通。

6.根据权利要求5所述的VOCs浓度在线监测装置，其特征在于：所述气体检测器定期标定组件（3-3）包括零点空气瓶（3-3-1）、标准气体配气瓶（3-3-2）、第二截止阀（3-3-3）、第三截止阀（3-3-4）、第二减压阀（3-3-5）和第二流量调节阀（3-3-6），所述零点空气瓶（3-3-1）通过第二截止阀（3-3-3）与第二减压阀（3-3-5）的进口相接通，标准气体配气瓶（3-3-2）通过第三截止阀（3-3-4）与第二减压阀（3-3-5）的进口相接通，第二减压阀（3-3-5）的出口与第二流量调节阀（3-3-6）的进口相接通，第二流量调节阀（3-3-6）的出口是气体检测器定期标定组件（3-3）的出口，且第二流量调节阀（3-3-6）的出口与第二控制阀（3-1）的第三阀口（1c）相连通。

7.根据权利要求1所述的VOCs浓度在线监测装置，其特征在于：所述控制与数据处理单元（4）是带有人机界面的工控机，所述气相色谱仪（2-3）和气体检测器（3-2）分别通过RS485或RS232与控制与数据处理单元（4）电气连接。

8.根据权利要求4所述的VOCs浓度在线监测装置，其特征在于：所述载气罐（2-4-1）内存储的是净化空气或氮气。