CN107024377A - 废气中总烃在线稀释监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废气中总烃在线稀释监测装置，主要解决现有技术中响应时间长和无法兼顾总烃浓度大范围波动时候的监测灵敏度与检测上限的问题。本发明通过采用一种废气中总烃在线稀释监测装置，采用大流量采样泵在采样口到检测仪之间的采样管路段获取较高的线速度，并根据检测器测量的废气浓度的变化相应的按照比例对进入检测器的废气样品进行稀释的技术方案较好地解决了上述问题，可用于废气中总烃在线稀释监测中。

Description

废气中总烃在线稀释监测装置
技术领域
本发明涉及一种废气中总烃在线稀释监测装置。
背景技术
石化等行业中的高含烃废气在处理过程中需要快速准确的获取气总烃浓度，为后续处理设施提供数据支持。而目前常见的在线气体中总烃浓度监测装置或系统，多为针对环境或者固定污染源排放的废气中总烃浓度监测，据尹天亚等人在《石油化工废气总烃分析方法研究》(《当代化工》，2011年第40卷第2期：209-211)一文中的报道，因此监测范围通常小于100000mg/m3(以甲烷计，下同)，没有考虑大范围浓度变化特别是应对高浓度总烃浓度气体的冲击的需求，因有时由于突发泄漏会产生高浓度甚至100％体积浓度的烃类气体冲击，如不加考虑可能会产生检测器测量数据准确性降低甚至检测器熄火等问题，影响监测效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有监测技术响应时间过长、且无法监测大范围总烃浓度波动的问题，提供一种新的废气中总烃在线稀释监测装置。该装置具有可以监测大范围总烃浓度波动的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种废气中总烃在线稀释监测装置，包括气体管路、大流量采样泵、流量计、氢火焰离子化检测器检测，废气气体管道上设有采样口，采样口通过球阀与大流量采样泵入口相连，大流量采样泵出口依次与三通阀(3)、三通阀(4)、三通阀(6)相连，三通阀(3)另一路通过管线与废气气体管路相连，三通阀(4)另一路与压缩空气相连，三通阀(6)的其中一路与废气气体管路相连，另一路与氢火焰离子化检测器相连。
上述技术方案中，优选地，采用大流量采样泵在采样口到检测仪之间的采样管路段获取较高的线速度，以缩短响应时间，采样泵的流速不低于6L/min，线速度不低于8m/s。
上述技术方案中，优选地，当氢火焰离子化检测器分析得到的废气中总烃浓度较低时，控制系统控制各个阀门的开关以及流量计的开度，使得废气气体样品被大流量采样泵抽吸后，以较高的线速度保障了采样管道中的消耗时间较少，同时流量计控制开度将大部分的样品气体排回废气管道，仅让与检测器的允许进样量相适合的样品气体进入检测器进行检测，并保证进入检测器的样品气体为未经稀释的原始气体浓度，以保障检测的灵敏度；当氢火焰离子化检测器分析得到的废气中总烃浓度升高并超过预设浓度值时，控制系统通过流量计控制作为稀释气体的压缩空气以一定的流量进入三通阀(4)与样品气体混合，再通过三通阀(6)排出大部分的混合气体返回废气管道，从而保证在进入检测器的气体的体积流速不变的前提下，进入检测器的气体中的总烃的质量流速不超过仪器的线性以及避免熄火的设计要求，保障了检测的响应速度、又较好的协调了低浓度气体样品的检测灵敏度与高浓度气体样品的检测上限的检测要求。
上述技术方案中，更优选地，气路系统中的流量计均为带有控制器的流量测量与控制综合单元。
上述技术方案中，更优选地，在非稀释状态下采用三通阀与流量计的配合将大部分的原始气体样品返回废气管道，既保障了进入检测器的气体流量符合检测器的设计要求，又保护了环境。
上述技术方案中，更优选地，在稀释状态下采用三通阀与流量计的配合将大部分的稀释后气体样品返回废气管道，既保障了进入检测器的气体流量符合检测器的设计要求，又保护了环境。
上述技术方案中，更优选地，稀释比例的计算依据检测器的线性范围需要以及防止熄火的设计要求确定。
上述技术方案中，更优选地，稀释比例控制在10～30倍范围内。
针对现有技术中响应时间长和无法兼顾总烃浓度大范围波动时候的监测灵敏度与检测上限的缺点，采用本发明的装置，具有响应时间短、可以兼顾低浓度时的检测灵敏度和高浓度时的检测上限问题，可用于废气中总烃在线稀释监测中。
附图说明
图1为本发明所述装置的气路连接示意图。
图1中，1为管道中废气；2为大流量采样泵；3、4、6为三通阀；5为带有内置小流量采样泵的氢火焰离子化检测器(FID)；7～9为流量计。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种废气中总烃在线稀释监测装置，气路连接如图1所示，管道内的废气气体1通过采样口经过球阀后沿气体管路被大流量采样泵2抽吸，然后进入三通阀3，大部分气体样品经过带有控制器的流量计9被排回废气管道，剩余气体样品再先后经过三通阀4和三通阀6后送入氢火焰离子化检测器(FID)检测，同时外部的压缩空气作为稀释气体经过流量计8后连接在三通阀4上，三通阀6的另一出口连接回废气管道。图中所述气体采样的管路除三通阀6到FID检测器一段为内径1mm之外均为内径4mm的不锈钢管路，其中采样口到采样泵2之间长度为2m，采样泵2经三通阀3、三通阀4到三通阀6的长度为1.2m，三通阀6到FID检测器的长度为0.4m，大流量采样泵的工作流量为7L/min，废气管道内的表压为5KPa，压缩空气的初始压力为0.2MPa，所选FID检测器的设计进样流量为0.35L/min，FID检测器在样品进样流量为0.35L/min的情况下，当样品中总烃体积浓度达到40000mg/m3时线性变差，当样品中总烃体积浓度达到50000mg/m3时熄火。
当检测器分析得到的废气中总烃浓度低于设定值，如30000mg/m3时，控制系统控制各个阀门的开关以及流量计的开度，使得废气气体样品被大流量采样泵以7L/min抽吸后，以较高的线速度进入三通阀3，保障了采样管道中的消耗时间较少，根据计算此段消耗的时间为0.2s，同时流量计9控制开度将大部分样品气体以6.65L/min排回废气管道，仅让与检测器的允许进样量相适合的样品气体以0.35L/min通过三通阀3、三通阀4和三通阀6进入检测器进行检测，根据流量和管道内径可以计算得此段消耗时间为1.6s，整个系统从采样到检测器获得浓度数据的时间为1.8s。此时三通阀7和三通阀8均处于关闭状态，从而使得进入检测器的样品气体为未经稀释的原始气体浓度，以保障检测的灵敏度，一般可以达到1mg/m3。
当检测器分析得到的废气中总烃浓度升高并超过预设浓度值时，控制系统系统控制流量计8进行一定程度的开启，控制作为稀释气体的压缩空气以一定的流量进入三通阀4与样品气体混合。如控制系统发现检测器分析的数据超过30000mg/m3时，首先设定开启10倍稀释，则流量计8控制进入的稀释气体的量为3.15L/min，与0.35L/min的原始样品气体在0.4m的管道中充分混合后，再通过三通阀6设定排出3.15L/min的混合气体返回废气管道，从而保证在进入检测器的气体的体积流速为0.35L/min不变的前提下，进入检测器的气体中的总烃的质量流速降低了10倍，以保障进入检测器的气体浓度不超过仪器的线性以及避免熄火等设计要求。同时，控制系统自动将检测器测得浓度数据乘以相应的稀释倍数，得到原始样品气体的真实数值。
【实施例2】
一种废气中总烃在线稀释监测装置，气路连接如图1所示，管道内的废气气体1通过采样口经过球阀后沿气体管路被大流量采样泵2抽吸，然后进入三通阀3，大部分气体样品经过带有控制器的流量计9被排回废气管道，剩余气体样品再先后经过三通阀4和三通阀6后送入氢火焰离子化检测器检测，同时外部的压缩空气作为稀释气体经过流量计8后连接在三通阀4上，三通阀6的另一出口连接回废气管道。图中所述气体采样的管路除三通阀6到FID检测器一段为内径1mm之外均为内径4mm的不锈钢管路，其中采样口到采样泵2之间长度为10m，采样泵2经三通阀3、三通阀4到三通阀6的长度为1.2m，三通阀6到FID检测器的长度为0.4m，大流量采样泵的工作流量为7L/min，废气管道内的表压为5KPa，压缩空气的初始压力为0.2MPa，所选FID检测器的设计进样流量为0.35L/min，FID检测器在样品进样流量为0.35L/min的情况下，当样品中总烃体积浓度达到40000mg/m3时线性变差，当样品中总烃体积浓度达到50000mg/m3时熄火。
当检测器分析得到的废气中总烃浓度低于设定值，如30000mg/m3时，控制系统控制各个阀门的开关以及流量计的开度，使得废气气体样品被大流量采样泵以7L/min抽吸后，以较高的线速度(9.3m/s)进入三通阀3，保障了采样管道中的消耗时间较少，根据计算此段消耗的时间为1.1s，同时流量计9控制开度将大部分样品气体以6.65L/min排回废气管道，仅让与检测器的允许进样量相适合的样品气体以0.35L/min通过三通阀3、三通阀4和三通阀6进入检测器进行检测，根据流量和管道内径可以计算得此段消耗时间为1.6s，整个系统从采样到检测器获得浓度数据的时间为2.7s。此时三通阀7和三通阀8均处于关闭状态，从而使得进入检测器的样品气体为未经稀释的原始气体浓度，以保障检测的灵敏度，一般可以达到1mg/m3。
当检测器分析得到的废气中总烃浓度升高并超过预设浓度值时，控制系统系统控制流量计8进行一定程度的开启，控制作为稀释气体的压缩空气以一定的流量进入三通阀4与样品气体混合。如控制系统发现检测器分析的数据超过30000mg/m3时，首先设定开启10倍稀释，则流量计8控制进入的稀释气体的量为3.15L/min，与0.35L/min的原始样品气体在0.4m的管道中充分混合后，再通过三通阀6设定排出3.15L/min的混合气体返回废气管道，从而保证在进入检测器的气体的体积流速为0.35L/min不变的前提下，进入检测器的气体中的总烃的质量流速降低了10倍，以保障进入检测器的气体浓度不超过仪器的线性以及避免熄火等设计要求。同时，控制系统自动将检测器测得浓度数据乘以相应的稀释倍数，得到原始样品气体的真实数值。
同理，当控制系统发现原始样品气体浓度超过300000mg/m3且小于600000mg/m3时，则相应设定开启20倍稀释，以保障进入检测器的气体浓度最大为30000mg/m3，不超过仪器的线性以及避免熄火等设计要求。
【实施例3】
一种废气中总烃在线稀释监测装置，气路连接如图1所示，管道内的废气气体1通过采样口经过球阀后沿气体管路被大流量采样泵2抽吸，然后进入三通阀3，大部分气体样品经过带有控制器的流量计9被排回废气管道，剩余气体样品再先后经过三通阀4和三通阀6后送入氢火焰离子化检测器(FID)检测，同时外部的压缩空气作为稀释气体经过流量计8后连接在三通阀4上，三通阀6的另一出口连接回废气管道。图中所述气体采样的管路除三通阀6到FID检测器一段为内径1mm之外均为内径4mm的不锈钢管路，其中采样口到采样泵2之间长度为2m，采样泵2经三通阀3、三通阀4到三通阀6的长度为1.2m，三通阀6到FID检测器的长度为0.4m，大流量采样泵的工作流量为7L/min，废气管道内的表压为5KPa，压缩空气的初始压力为0.2MPa，所选FID检测器的设计进样流量为0.35L/min，FID检测器在样品进样流量为0.35L/min的情况下，当样品中总烃体积浓度达到40000mg/m3时线性变差，当样品中总烃体积浓度达到50000mg/m3时熄火。
当检测器分析得到的废气中总烃浓度低于设定值，如30000mg/m3时，控制系统控制各个阀门的开关以及流量计的开度，使得废气气体样品被大流量采样泵以7L/min抽吸后，以较高的线速度进入三通阀3，保障了采样管道中的消耗时间较少，根据计算此段消耗的时间为0.2s，同时流量计9控制开度将大部分样品气体以6.65L/min排回废气管道，仅让与检测器的允许进样量相适合的样品气体以0.35L/min通过三通阀3、三通阀4和三通阀6进入检测器进行检测，根据流量和管道内径可以计算得此段消耗时间为1.6s，整个系统从采样到检测器获得浓度数据的时间为1.8s。此时三通阀7和三通阀8均处于关闭状态，从而使得进入检测器的样品气体为未经稀释的原始气体浓度，以保障检测的灵敏度，一般可以达到1mg/m3。
当检测器分析得到的废气中总烃浓度升高并超过预设浓度值时，控制系统系统控制流量计8进行一定程度的开启，控制作为稀释气体的压缩空气以一定的流量进入三通阀4与样品气体混合。如控制系统发现检测器分析的数据超过30000mg/m3时，首先设定开启10倍稀释，则流量计8控制进入的稀释气体的量为3.15L/min，与0.35L/min的原始样品气体在0.4m的管道中充分混合后，再通过三通阀6设定排出3.15L/min的混合气体返回废气管道，从而保证在进入检测器的气体的体积流速为0.35L/min不变的前提下，进入检测器的气体中的总烃的质量流速降低了10倍，以保障进入检测器的气体浓度不超过仪器的线性以及避免熄火等设计要求。同时，控制系统自动将检测器测得浓度数据乘以相应的稀释倍数，得到原始样品气体的真实数值。
同理，当控制系统发现原始样品气体浓度超过300000mg/m3且小于600000mg/m3时，则相应设定开启20倍稀释，以保障进入检测器的气体浓度最大为30000mg/m3，不超过仪器的线性以及避免熄火等设计要求。
当控制系统发现原始样品气体浓度超过600000mg/m3时，则相应设定开启30倍稀释，这样即便是在原始样品气体为100％烃类气体时，如100％的甲烷，按标准状况计算其浓度为714285mg/m3，采用本发明的技术，在30倍的稀释情况下，保证了进入检测器的气体浓度最大为23809mg/m3，不超过仪器的线性以及避免熄火等设计要求。
通过上述设计及控制过程，从而即保障了检测的响应速度、又较好的协调了低浓度气体样品的检测灵敏度与高浓度气体样品的检测上限的检测要求。
【比较例1】
一种废气中总烃在线不稀释监测方法，气路连接为管道内的废气气体通过采样口经过球阀后沿气体管路被检测器自带的内部小流量气体泵抽吸，并被氢火焰离子化检测器(FID)检测。所述气体采样的管路，其中采样口到检测器入口之间的管路为内径4mm的不锈钢管路，长度为3m，废气管道内的表压为5KPa，所选FID检测器的设计进样流量为0.35L/min，FID检测器在样品进样流量为0.35L/min的情况下，当样品中总烃体积浓度达到40000mg/m3时线性变差，当样品中总烃体积浓度达到50000mg/m3时熄火。
由此可知，管道内废气由采样口到检测器的时间消耗，根据采样流速0.35L/min和管道内径4mm及长度3m可以算出为6s，用时较长。
且当管道废气中总烃浓度大于40000mg/m3时，进入检测器的样品气体为未经稀释的原始气体浓度，检测器的检测结果的线性开始变差，检测数据准确性下降。
当管道废气中总烃浓度大于50000mg/m3时，进入检测器的样品气体为未经稀释的原始气体浓度，检测器熄火，检测过程终止。

Claims (8)

1.一种废气中总烃在线稀释监测装置，包括气体管路、大流量采样泵、流量计、氢火焰离子化检测器检测，废气气体管道上设有采样口，采样口通过球阀与大流量采样泵入口相连，大流量采样泵出口依次与三通阀(3)、三通阀(4)、三通阀(6)相连，三通阀(3)另一路通过管线与废气气体管路相连，三通阀(4)另一路与压缩空气相连，三通阀(6)的其中一路与废气气体管路相连，另一路与氢火焰离子化检测器相连。
2.根据权利要求1所述废气中总烃在线稀释监测装置，其特征在于采用大流量采样泵在采样口到检测仪之间的采样管路段获取较高的线速度，以缩短响应时间，采样泵的流速不低于6L/min，线速度不低于8m/s。
3.根据权利要求1所述废气中总烃在线稀释监测装置，其特征在于：当氢火焰离子化检测器分析得到的废气中总烃浓度较低时，控制系统控制各个阀门的开关以及流量计的开度，使得废气气体样品被大流量采样泵抽吸后，以较高的线速度保障了采样管道中的消耗时间较少，同时流量计控制开度将大部分的样品气体排回废气管道，仅让与检测器的允许进样量相适合的样品气体进入检测器进行检测，并保证进入检测器的样品气体为未经稀释的原始气体浓度，以保障检测的灵敏度；当氢火焰离子化检测器分析得到的废气中总烃浓度升高并超过预设浓度值时，控制系统通过流量计控制作为稀释气体的压缩空气以一定的流量进入三通阀(4)与样品气体混合，再通过三通阀(6)排出大部分的混合气体返回废气管道，从而保证在进入检测器的气体的体积流速不变的前提下，进入检测器的气体中的总烃的质量流速不超过仪器的线性以及避免熄火的设计要求，保障了检测的响应速度、又较好的协调了低浓度气体样品的检测灵敏度与高浓度气体样品的检测上限的检测要求。
4.根据权利要求3所述废气中总烃在线稀释监测装置，其特征在于气路系统中的流量计均为带有控制器的流量测量与控制综合单元。
5.根据权利要求3所述废气中总烃在线稀释监测装置，其特征在于在非稀释状态下采用三通阀与流量计的配合将大部分的原始气体样品返回废气管道，既保障了进入检测器的气体流量符合检测器的设计要求，又保护了环境。
6.根据权利要求3所述废气中总烃在线稀释监测装置，其特征在于在稀释状态下采用三通阀与流量计的配合将大部分的稀释后气体样品返回废气管道，既保障了进入检测器的气体流量符合检测器的设计要求，又保护了环境。
7.根据权利要求3所述废气中总烃在线稀释监测装置，其特征在于稀释比例的计算依据检测器的线性范围需要以及防止熄火的设计要求确定。
8.根据权利要求3所述废气中总烃在线稀释监测装置，其特征在于稀释比例控制在10～30倍范围内。
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