CN107356458A - 一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，包括多个采样通道，每个采样通道分别包括采样探头、样品伴热管缆、主旁路流量计，流路切换阀岛中对应每个采样通道分别设置一个流路切换阀门，采样探头通过样品伴热管缆与流路切换阀岛中对应的流路切换阀门连接，各流路切换阀门与对应的主旁路流量计连接；所有流路切换阀均与同一采样泵连接；采样泵、半透膜干燥管、进样流量计、标气切换阀、大气平衡阀、色谱分析仪依次连接；主旁路流量计与回路泵连接，回路泵出口放空；流路切换阀岛连接阀岛控制器，PLC连接阀岛控制器、色谱分析仪和人机界面。本发明多流路测量，可同时进行不同氟化物的分析，能实现微量测量，安全性好，测量准确。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，属于检测系统技术领域。
背景技术
空气中有毒有害气体的检测一般采用点式气体探测器，但是这些气体探测器只能测量有限的常见的可燃性和有毒有害的气体。由于采用电化学原理，通常每一个检测器只对一种化合物有反应，而对氟化物，特别微量浓度下(百万分之一以及十亿分之一级别)的多种不同氟化物无法准确检测。
另外，样品干燥时通常采用半透膜干燥管，半透膜干燥管采用空气为干燥气，但是，被测样品的湿度会随着天气变化而变化，造成半透膜收缩和膨胀，导致半透膜从两端接头脱落，干燥气与被测空气混合，无法准确测量，此情况通常不容易被察觉，非常危险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适合微量氟化物测量的在线空气检测样品采样干燥及控制系统。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：包括多个采样通道，每个采样通道分别包括采样探头、样品伴热管缆、主旁路流量计，流路切换阀岛中对应每个采样通道分别设置一个流路切换阀门，采样探头通过样品伴热管缆与流路切换阀岛中对应的流路切换阀门连接，各流路切换阀门与对应的主旁路流量计连接；所有流路切换阀均与同一采样泵连接；
采样泵、半透膜干燥管、进样流量计、标气切换阀、大气平衡阀、色谱分析仪依次连接；主旁路流量计与回路泵连接，回路泵出口放空；
流路切换阀岛连接阀岛控制器，可编程逻辑控制器PLC连接阀岛控制器、色谱分析仪和人机界面。
优选地，所述采样探头设有具有防雨罩的烧结塑料过滤芯。
优选地，所述样品伴热管缆中的样品管线采用不吸附氟化物的PFA塑料管。
优选地，所述半透膜干燥管包括用于流通干燥介质的外管和用于流通被干燥介质的内管，内管出口连接进样流量计及次级旁路一端，次级旁路另一端连接所述外管，次级旁路上设有次级旁路流量计。
优选地，某采样通道的流路切换阀门打开时，该采样通道与采样泵联通；反之，流路切换阀门关闭时，该采样通道与主旁路流量计联通。
优选地，某采样通道工作时，该采样通道的流路切换阀门处于常开状态，其它采样通道的流路切换阀门均处于常闭状态；该采样通道的采样探头所采样品经过样品伴热管缆后，被采样泵吸入加压并输出到半透膜干燥管，通过半透膜干燥管的干燥空气被分为两部分：其中大部分流入次级旁路流量计，作为半透膜干燥管的干燥介质，最后排到大气中；另一小部分流入进样流量计，再依次经标气切换阀、大气平衡阀，最后到达色谱分析仪，进行样品组分分析；其它流路的样品依次流过主旁路流量计、回路泵，用于保持所有等待流路始终处于流动状态，符合滞后时间要求。
优选地，通过阀岛控制器控制流路切换阀岛中各采样通道的流路切换阀门的状态切换，对各采样通道进行循环采样。
优选地，所述色谱分析仪进行样品组分分析，并将分析结果发送给可编程逻辑控制器PLC，并通过人机界面进行相应的显示。
优选地，在设定的时间间隔后，激发色谱分析仪和标气切换阀，色谱分析仪运行验证程序，已知浓度的标气被引入色谱分析仪进行分析，分析完毕后，分析结果传输到可编程逻辑控制器PLC进行比对，可编程逻辑控制器PLC对比对结果进行识别，判断验证通过与否，并通过人机界面进行相应的报警显示。
优选地，可编程逻辑控制器PLC还将比对结果送至集散控制系统DCS。
相比现有技术，本发明提供的在线空气检测样品采样干燥及控制系统具有如下有益效果：
1、多流路测量，不受色谱分析仪流路限制，可拓展性强。
2、可以同时进行不同氟化物组分的分析，节省成本。
3、能够检测出点式探测器无法探测到的氟化物。
4、能够做到微量测量，十亿分之一的测量。
5、无需额外干燥气，节省了运行成本，本质上避免了半透管干燥器所带来的安全隐患。
附图说明
图1为本实施例提供的在线空气检测样品采样干燥及控制系统示意图；
图2为控制网络系统示意图；
图3为信号对应系统示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明提供了一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，包括四个部分：一个多流路采样探头及管路系统、一个多流路样品处理系统、一个由PLC程序控制的流路切换系统和一个信号对应系统。
第一部分：一个多流路采样探头及管路系统：根据可能泄露点确定采样探头位置，采样探头采用配备有防雨罩的烧结塑料过滤芯，过滤颗粒物的样品通过滤芯进入采样管路，管路采用一体化伴热管缆，管缆中样品管线采用不吸附氟化物的PFA塑料管，并电伴热到30度，避免了因为温度变化而造成管壁吸附、脱附和冷凝。
第二部分：一个多流路样品处理系统，此系统配备快速的回路泵，提供所有被测流路气体的吸入动力，所有被测流路上配备快速回路流量计，流量计按要求设定流量，以确定滞后时间在设计范围内；由PLC驱动流路切换阀，分别对各采样点进行循环采样，系统配备采样真空泵，从快速流量计前抽取样品送至色谱分析仪进行分析，分析结果报告给可编程逻辑控制器。
样品在进入色谱分析仪之前，通过半透膜干燥管对样品进行干燥，半透膜干燥管为管中管结构，干燥介质走外管，被干燥介质走内管。样品经过干燥管被干燥后再经过带低流量报警的二级旁路流量计，再被引入半透管干燥器的外管，作为干燥器的干燥气。
第三部分：一个由PLC程序控制的流路切换系统，系统配备阀岛用于流路切换，通过Profibus总线与PLC系统、人机控制界面通讯，在人机界面可以进行各流路采样频率的设定，从而驱动相应的阀岛，阀岛输出气动信号，控制相应的气动流路切换阀。
第四部分：一个信号对应系统，PLC程序控制器通过以太网与色谱分析仪相连，从色谱分析仪读取分析结果，并与PLC程序分析仪记录的流路信号进行标识，标识后的结果通过Modbus TCP/IP协议传输给集散控制系统。
上述过程实现了多流路、多组分、微量氟化物的完成测量过程，测量准确，系统可靠。
下面以一个具体的实施例进行说明。
如图1所示，本实施例提供的在线空气检测样品采样干燥及控制系统，根据样品流向和信号传输顺序，由采样探头1、样品伴热管缆2、流路切换阀岛3、主旁路流量计4、采样泵5、半透膜干燥管6、次级旁路流量计7、进样流量计8、标气切换阀9、大气平衡阀10、色谱分析仪11、真空度调节阀12、回路泵13、人机界面14、可编程逻辑控制器(PLC)15、阀岛控制器16、以太网网关17等组成。
可根据不同的流路要求和滞后时间要求设计不同数量的流路。本实施例为32流路系统，图1只画出4个流路，所有流路硬件配置均相同，包括采样探头1、样品伴热管缆2、主旁路流量计4，流路切换阀岛3中对应每根流路分别设置一个流路切换阀门。采样探头1通过卡套接头与样品伴热管缆2一端相连，样品伴热管缆2另一端与流路切换阀岛3中对应的流路切换阀门连接，流路切换阀门还与对应的主旁路流量计4及采样泵5连接。流路切换阀门打开时，样品伴热管缆2另一端与采样泵5联通；流路切换阀门关闭时，样品伴热管缆2另一端与主旁路流量计4联通。
采样泵5、半透膜干燥管6、进样流量计8、标气切换阀9、大气平衡阀10、色谱分析仪11依次连接。半透膜干燥管6出口还通过旁路连接半透膜干燥管6的干燥介质入口。主旁路流量计4与回路泵13连接。
设流路切换阀岛3中的流路一的阀门处于常开状态，其它流路的阀门均处于常闭状态。流路一的样品被采样泵5吸入加压输出到半透膜干燥管6，通过半透膜干燥管6的干燥空气被分为两部分，其中大部分流入次级旁路流量计7，作为半透膜干燥管6的干燥介质，最后排到大气中，另一小部分流入进样流量计8，再依次经标气切换阀9、大气平衡阀10，最后到达色谱分析仪11，进行样品组分分析。其它流路的样品依次流过主旁路流量计4、回路泵13，用于保持所有等待流路始终处于流动状态，符合滞后时间要求。
结合图2，流路切换阀岛3连接阀岛控制器16，可编程逻辑控制器(PLC)15通过以太网网关17连接人机界面14、色谱分析仪11、阀岛控制器16及集散控制系统(DCS)。
色谱分析仪11进行样品组分分析，并将分析结果报告给可编程逻辑控制器(PLC)15进行信号的对应，其逻辑关系如图3，对应后的结果通过网络通讯传输给集散控制系统(DCS)，并通过人机界面14进行相应的显示。同时按照预先设定的流路顺序发送命令给阀岛控制器16，打开流路切换阀岛中其它相应流路切换阀，其他流路分析过程同理类推。
根据可编程逻辑控制器(PLC)15的设置，在一定的时间间隔后激发色谱分析仪11和标气切换阀9，色谱分析仪11运行验证程序，已知浓度的标气被引入色谱分析仪进行分析，分析完毕后，分析结果被传输到可编程逻辑控制器(PLC)15进行比对，可编程逻辑控制器(PLC)15对比对结果进行识别，最终显示验证通过与否，并将比对结果送至集散控制系统(DCS)，并通过人机界面14进行相应的报警显示。
值得说明的是，可根据流量和滞后时间要求，采样泵可使用文丘里抽吸泵。此外，还可根据维护周期和安全考虑，提供冗余设计。
Claims (10)
1.一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：包括多个采样通道，每个采样通道分别包括采样探头(1)、样品伴热管缆(2)、主旁路流量计(4)，流路切换阀岛(3)中对应每个采样通道分别设置一个流路切换阀门，采样探头(1)通过样品伴热管缆(2)与流路切换阀岛(3)中对应的流路切换阀门连接，各流路切换阀门分别与对应的主旁路流量计(4)连接；所有流路切换阀均与同一采样泵(5)连接；
采样泵(5)、半透膜干燥管(6)、进样流量计(8)、标气切换阀(9)、大气平衡阀(10)、色谱分析仪(11)依次连接；主旁路流量计(4)与回路泵(13)连接，回路泵(13)出口放空；
流路切换阀岛(3)连接阀岛控制器(16)，可编程逻辑控制器PLC(15)连接阀岛控制器(16)、色谱分析仪(11)和人机界面(14)。
2.如权利要求1所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：所述采样探头(1)设有具有防雨罩的烧结塑料过滤芯。
3.如权利要求1所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：所述样品伴热管缆(2)中的样品管线采用不吸附氟化物的PFA塑料管。
4.如权利要求1所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：所述半透膜干燥管(6)包括用于流通干燥介质的外管和用于流通被干燥介质的内管，内管出口连接进样流量计(8)及次级旁路一端，次级旁路另一端连接所述外管，次级旁路上设有次级旁路流量计(7)。
5.如权利要求4所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：某采样通道的流路切换阀门打开时，该采样通道与采样泵(5)联通；反之，流路切换阀门关闭时，该采样通道与主旁路流量计(4)联通。
6.如权利要求5所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：某采样通道工作时，该采样通道的流路切换阀门处于常开状态，其它采样通道的流路切换阀门均处于常闭状态；该采样通道的采样探头(1)所采样品经过样品伴热管缆(2)后，被采样泵(5)吸入加压并输出到半透膜干燥管(6)，通过半透膜干燥管(6)的干燥空气被分为两部分：其中大部分流入次级旁路流量计(7)，作为半透膜干燥管(6)的干燥介质，最后排到大气中；另一小部分流入进样流量计(8)，再依次经标气切换阀(9)、大气平衡阀(10)，最后到达色谱分析仪(11)，进行样品组分分析；其它流路的样品依次流过主旁路流量计(4)、回路泵(13)，用于保持所有等待流路始终处于流动状态，符合滞后时间要求。
7.如权利要求6所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：通过阀岛控制器(16)控制流路切换阀岛(3)中各采样通道的流路切换阀门的状态切换，对各采样通道进行循环采样。
8.如权利要求6或7所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：所述色谱分析仪(11)进行样品组分分析，并将分析结果发送给可编程逻辑控制器PLC(15)，并通过人机界面(14)进行相应的显示。
9.如权利要求8所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：在设定的时间间隔后，激发色谱分析仪(11)和标气切换阀(9)，色谱分析仪(11)运行验证程序，已知浓度的标气被引入色谱分析仪(11)进行分析，分析完毕后，分析结果传输到可编程逻辑控制器PLC(15)进行比对，可编程逻辑控制器PLC(15)对比对结果进行识别，判断验证通过与否，并通过人机界面(14)进行相应的报警显示。
10.如权利要求9所述的一种在线空气检测样品采样干燥及控制系统，其特征在于：所述可编程逻辑控制器PLC(15)还将比对结果送至集散控制系统DCS。
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