CN110007015A - 一种总挥发性有机物监测装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种总挥发性有机物监测装置。包括：样气采集单元、前处理单元、分析单元、校准单元、气源单元、电路单元，其中样气采集单元的输出端与前处理单元的输入端连接；分析单元的输入端分别与前处理单元输出端、校准单元的输出端、气源单元的第一输出端连接；校准单元的输入端与气源单元的第二输出端连接。本申请中，检测装置检测结果准确、设备成本低、维护方便。

Description

一种总挥发性有机物监测装置

技术领域

本发明涉及一种气体监测领域，特别涉及一种适用于在线总挥发性有机物的实时监测装置。

背景技术

随着我国对环境保护力度的加大，理念的增强，VOCs的实时监测以及治理工作受到广泛的关注。随着各种环保标准的出台，VOCs的监测细节逐渐趋于明朗化，总挥发性有机物作为监测因子在国标以及地方标准中被越来越多的提及。

总挥发性有机物(TVOC)是由一种或多种碳原子组成，容易在室温和正常大气压下蒸发的化合物的总称，是存在于大气环境中的无色气体。TVOC的产生途径很多，各类行业都有可能会产生此类物质，包括建筑材料、清洗剂、化妆品、蜡制品、表面喷涂等行业。一旦这些行业的TVOC暂时或持久的排放量超出正常的要求水平，就会引起空气质量问题。总挥发性有机物的含量过高，会对人体的中枢神经系统、肝脏、肾脏及血液有毒害影响。人体长期暴露在诸如苯，致癌物等化合物中存在致癌风险。基于上述原因对TVOC的监测以及治理是十分重要的。

当前监测TVOC的手段集中为使用PID的原理进行总量的监测，也就是使用了一个紫外灯(UV)光源将有机物打成可被检测器检测到的正负离子(离子化)。检测器测量离子化了的气体的电荷并将其转化为电流信号，电流被放大并显示出“PPM”或“mg/m3”浓度值。在被检测后，离子重新复合成为原来的气体和蒸气。PID是一种非破坏性检测器，它不会“燃烧”或永久性改变待测气体。因此离子化电位高于PID紫外灯能量的挥发性有机气体，无法被检测，甲烷、乙烷、丙烷等无法被检测得到。PID不是一种具有选择性的检测仪器，它区分不同化合物的能力比较差。由于PID针对不同的物质响应效率不一致，因此如果不知道待测对象是什么气体，或者待测对象并非为单一组分气体而是混合气体的情况下，PID的显示值往往并非是待测气体的实际浓度，不能用于对待测对象的浓度高低进行判断。

理想方法是使用GC-FID原理，也就是使用总烃柱与氢火焰检测器搭配的方式实现总量的测量。FID检测器它是典型的破坏性、质量型检测器，是以氢气和空气燃烧生成的火焰为能源，当有机化合物进入以氢气和氧气燃烧的火焰，在高温下产生化学电离，电离产生比基流高几个数量级的离子，在高压电场的定向作用下，形成离子流，微弱的离子流经过高阻放大，成为与进入火焰的有机化合物量成正比的电信号，因此可以根据信号的大小对有机物进行定量分析。但是目前市场上已有的该种方法测量总烃的设备，均采取分体式机柜，体积庞大，在一个机柜上存在多个U箱，分析仪为单独U箱，与PID原理设备相比，成本高很多，维护不便。

如何将市场上这两类设备做巧妙的结合，是此领域的关键。

发明内容

本发明提供了一种总挥发性有机物监测装置，以解决现有总烃监测设备在成本低、维护方便的情况下数据不准确，在数据准确的情况下设备成本高、维护不方便的问题。本发明方法是通过GC-FID原理，但是将分析单元与前处理单元整合为一个高温箱，并将气路单元、气源单元以及电路单元的集成，实现真正意义上的一体化。在结构紧凑的情况下，充分考虑到组装、运维便利性等因素。将监测软件与操作软件结合为一个统一的控制软件，在一个显示屏上进行显示，达到数据采集、处理、分析、上传的功能。该方法广泛的适用于GC-FID的分析仪器领域以及总烃监测领域。

为达到上述目的，本申请的实施例提供了一种总挥发性有机物监测装置，包括：样气采集单元、前处理单元、分析单元、校准单元、气源单元、电路单元，其中样气采集单元的输出端与前处理单元的输入端连接；分析单元的输入端分别与前处理单元输出端、校准单元的输出端、气源单元的第一输出端连接；校准单元的输入端与气源单元的第二输出端连接。

优选的是，样气采集单元包括高温采样探头和高温伴热管线。

优选的是，前处理单元包括耐高温过滤器、气路切换阀、湿度检测仪和耐高温采样泵。

优选的是，分析单元包括分析阀组、定量环、总烃柱、FID检测器。

优选的是，校准单元包括标准气体发生器、标定电磁阀、标零电磁阀、单向截止阀。

优选的是，气源单元包括零气发生器、氢气发生器、压力调节阀、压力显示表。

优选的是，电路单元包括供电子单元、熄火检测单元、逻辑控制子单元、数据采集子单元。

优选的是，电路单元还包括监测主板、加热主板、加热元件、信号放大板、显示主机、空调。

本申请与使用GC-FID原理进行总烃的测定，与市面上的PID测量总烃的设备相比的有益效果为:做到了低碳组分的测试，保证总烃监测值的全面以及准确性。由于FID检测器的原理特性，几乎对所有烃类化合物均有响应，且相对响应值几乎相等。因此本系统测试的总烃不需要根据现场成分变化而调整相对响应系数，减少了监测组分变化带来的影响；

本申请使用的FID检测器的监测结果不受水分影响，且实用寿命较长，减少运维以及维护成本。避免了传统PID检测器需要与监测样气直接接触，使用寿命短且无法使用在高湿度的环境下的问题。

本申请所使用装置与市面上的常规GC-FID相比，体积小巧，理念先进。在保证系统单元化的同时做到结构紧凑。巧妙的使用三通阀组的搭配实现电动六通阀的作用，并且既节省了空间还降低了成本。

本申请先进的使用零气作为整个系统的助燃气的同时还作为载气将样品带入色谱柱进入检测器，此方法降低了现场样气中的氧峰影响，不需要进行算法去除即可以实现氧峰干扰，保证了系统的测量准确性。

本申请所述系统内置空调，且对外壳设计增加防雨设计。可直接应用至外部环境进行测量。且所述系统被设计为可同时应用于两个污染源的监测，增加系统应用范围。

附图说明

图1为总挥发性有机物监测装置组成图。

图2为总挥发性有机物监测装置工作流程图。

图3为电路单元组成图。

具体实施方式

使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

参阅图1，本发明实施例中总挥发性有机物监测装置包括样气采集单元1、前处理单元2、分析单元3、电路单元4、校准单元5、气源单元6，样气采集单元的输出端与前处理单元的输入端连接；分析单元的输入端分别与前处理单元输出端、校准单元的输出端、气源单元的第一输出端连接；校准单元的输入端与气源单元的第二输出端连接。

此外，还包括总挥发性有机物在线监测软件，用于进行系统参数设置以及显示，数据的采集处理以及显示。

参阅图2，样气采集单元1包括高温采样探头101和高温伴热管线102，用于将样气采集并输送至监测系统中。其中采样探头直接与排放源接触，采集所需监测样品，其输出端连接伴热管线。采样探头自带加热功能，通过固态继电器进行温度的设置以及控制。采样探头内部自带滤芯，可对采集样品进行简单除尘过滤。高温伴热管线输入端连接采样探头，输出端连接前处理单元。采样管线可根据现场条件选择长度，自带保温效果，通过固态继电器进行温度的设置以及控制，起到样气传递作用。

前处理单元2包括耐高温过滤器201、气路切换阀202、湿度检测仪203和耐高温采样泵204，用于对样品进行除尘处理以及气路通道选择。耐高温过滤器入口与伴热管线连接，出口与气路切换阀连接，负责将采集的样气进行二次精细过滤。气路切换阀入口连接高温过滤器出口连接湿度仪，起到气路选择的作用。湿度检测仪的入口与气路切换阀连接，出口采样泵连接，用于测量样品气体的湿度含量。耐高温采样泵入口与湿度仪连接，出口与分析阀样气进口连接，用于将样品气体以正压形式提供给分析阀。

分析单元3包括分析阀组301、定量环302、总烃柱303、FID检测器304，用于对样品进行分析检测的作用。分析阀组是由多个耐高温电磁阀组成，其入口与采样泵相连，出口与总烃柱相连。通过电磁阀的切换实现将样品进入定量环定量后进入分析柱。定量环是1ml的不锈钢管(惰性化处理)，用于样品气体定量使用。总烃柱的入口与电磁阀组相连，出口直接与检测器连接，用于组分分析使用。FID检测器是通过火焰燃烧法实现有机物电离产生电信号，用于定性以及定量分析的检测器。

电路单元4包括供电子单元401、监测主板402、加热主板403、加热元件404、逻辑控制子单元405、熄火检测子单元406、信号放大板407、数据采集子单元408、显示主机409、空调410。其中供电子单元，用于控制整个系统的供电。监控主板，与加热主板、逻辑控制子单元、熄火监测子单元、信号放大板、显示主机均有电路连接以及通讯，是控制整个系统正常工作的枢纽。加热主板，与监控主板和加热元件连接，根据主控板卡的命令控制加热元件的加热。加热元件，与加热板卡连接，进行实时温度调节。逻辑控制子单元，与显示主机、分析阀组、校准阀组连接，根据监测软件所下达指令控制分析阀组以及校准阀组的工作。熄火监测子单元，与监控主板相连，将所判断的点火信息传递给监控主板。信号放大板，与检测器信号输出端和显示主机相连，采集检测器输出的信号并进行放大处理后传递给显示主机进行计算处理并显示。数据采集子单元，用于采集系统外接设备参数值(样气温度、压力、流速)。显示主机，与监控主板、逻辑控制单元、信号放大板均有通讯关系，用于与各电路器件进行通讯控制。空调，用于调节系统内部温度，以保证设备无论是室外还是室内，内部关键器件始终处于最佳使用温度。

校准单元5包括标准气体发生器501、标定电磁阀502、标零电磁阀503、单向截止阀504，用于实现整个系统的浓度以及零点校准功能。标准气体发生器优选为标准气瓶，标准气体储存在标准气瓶内并放置在机柜内，用于浓度校准。标定电磁阀，常闭电磁阀，用于控制标准气体的通断。标零电磁阀，常闭电磁阀，用于控制零点气体的通断。

气源单元6包括零气发生器601、氢气发生器602、压力调节阀603、压力显示表604，用于支持FID检测器304正常工作的同时作为载气将样气输送至色谱柱以及检测器中。零气发生器，给系统提供载气的同时还作为检测器燃烧的助燃气。氢气发生器，用于向检测器燃烧提供稳定连续的燃气。压力调节阀，用于稳定氢气气路以及零气气路的气体压力。压力显示表，用于显示当前通过的气体压力。

参阅图3，电路单元可以实现温度控制实现、监测数据处理分析两种功能。

温度控制实现：监控主板402将根据操作员在监控主机410上的温度设置，给加热主板403下达加热指令，加热主板403根据加热指令控制加热元件404进行加热

监测数据处理分析：显示主机409给逻辑控制子单元405下达采样指令，逻辑控制子单元405控制系统执行采样、进样动作，由FID检测器304燃烧得到的电信号经过信号放大板407放大转换后，通过信号线传递至显示主机409进行实时曲线的显示，并结合数据采集子单元408采集的样气参数进行计算并显示最终折算值的同时进行数据存储。在整个分析过程中熄火监测子单元406始终对FID检测器304进行火焰燃烧状态的监控。

监测装置可以处在监测、校准、校零三种工作状态。

监测装置在监测状态时，样气先经过样气采集单元1中的高温采样探头101后由高温伴热管线102传输至前处理单元2中，经过耐高温过滤器201的过滤后经过气路切换阀202选择进入分析单元的气路通道，后经过湿度检测仪203检测样气湿度参数，耐高温采样泵204适用于提供样气进入系统的整体抽力；经过前处理单元中的样气被送入分析单元3中的定量环302中定量后经过分析阀组301切换进入总烃柱303最后进入FID检测器304进行分析检测，在监测过程中，由气源单元6的零气发生器601以及氢气发生器602给FID检测器304提供燃烧所需气体，零气发生器601以及氢气发生器602的气体流量控制是通过压力调节阀603实现的，并通过压力显示表604进行显示；前处理单元2与分析单元3同处于一个共温层中进行加热以及控温，实现真正意义上的全程高温无冷点。

监测装置在校准状态时，校准气体由校准单元5中标准气体发生器501提供，当启动校准流程后，由电路单元4控制标定电磁阀502打开进入分析单元3执行标定动作。

监测装置在校零状态时，由气源单元6的零气发生器601提供零点气体，当启动校零流程后，由电路单元4控制标零电磁阀503打开进入分析单元3执行校零动作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种总挥发性有机物监测装置，包括：

样气采集单元、前处理单元、分析单元、校准单元、气源单元、电路单元，其中：

所述样气采集单元的输出端与所述前处理单元的输入端连接；

所述分析单元的输入端分别与所述前处理单元输出端、所述校准单元的输出端、所述气源单元的第一输出端连接；

所述校准单元的输入端与所述气源单元的第二输出端连接。

2.如权利要求1所述的监测装置，其中所述样气采集单元包括高温采样探头和高温伴热管线。

3.如权利要求1所述的监测装置，其中所述前处理单元包括耐高温过滤器、气路切换阀、湿度检测仪和耐高温采样泵。

4.如权利要求1所述的监测装置，其中所述分析单元包括分析阀组、定量环、总烃柱、FID检测器。

5.如权利要求1所述的监测装置，其中所述校准单元包括标准气体发生器、标定电磁阀、标零电磁阀、单向截止阀。

6.如权利要求1所述的监测装置，其中所述气源单元包括零气发生器、氢气发生器、压力调节阀、压力显示表。

7.如权利要求1所述的监测装置，其中所述电路单元包括供电子单元、熄火检测单元、逻辑控制子单元、数据采集子单元。

8.如权利要求7所述的监测装置，其中所述电路单元还包括监测主板、加热主板、加热元件、信号放大板、显示主机、空调。