CN204188565U - 在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在线检测设备，具体涉及一种在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备，包括气体在线远程采样系统、采样管路气体吹扫系统、有机标准气体配制标定系统、气体样品有机物前处理系统、质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统、数据传输及管理系统。本实用新型采样准确、采样管路无吸附且具有管路吹扫自洁功能、气体样品不冷凝液化、分析速度极快，可同时对十六路污染源废气在线检测、气体样品无需借助传统的气相色谱分离而是直接进质子转移反应飞行时间质谱进行实时检测，无需载气，有机物检测范围广，一旦有机污染物浓度超标及时报警。

Description

在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备

技术领域

本实用新型涉及一种在线检测设备，具体涉及一种在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备。

背景技术

国内化工医药企业众多，企业固定污染源排口排放的废气对周边环境空气造成影响，群众对化工异味反响大。废气排放没有固定时间，突发环境空气污染具有瞬时的特点，环境保护工作人员难以采集到污染最重的气体样品，此外环境保护管理及检测人员很难在现场利用传统的检测管、试剂盒、气体检测仪、红外光谱、气相色谱、气相色谱-质谱联用等手段对气体中的各有机污染物进行定性和定量并锁定污染源头。为了从源头上解决大气污染异味，掌握污染源废气中各有机污染物的排放及环保设施运行情况，需要在线检测大气及废气中各有机污染物浓度。通过在企业污染源废气排口安装有机污染物在线检测设备，实时分析废气排口的各有机污染物浓度，一旦超标，即时报警，环保人员立即采取有效措施，彻底解决化工异味。

就现阶段而言，具备在线检测不同有机污染物功能的设备较少，且多数仅仅用于工业园区环境空气中有机污染物的检测方面。受到污染源废气排口温度高、废气中有机物成分复杂且含水分、气体样品易冷凝液化、气样管路吸附严重等因素的制约，难以采集到富有代表性的样品，因此目前极少数设备能够用于在线检测企业污染源排口的废气中有机物浓度。此外，目前的在线检测设备多数属于在线气相色谱类仪器，受色谱柱和检测器等因素的影响检测的化合物种类及数量有限，局限于具有简单结构的碳氢化合物和恶臭类检测，难以获取气体样品中有机污染物较全面的信息。另外还存在分析时间长、载气消耗量大的缺点。

另外还有少量的气相色谱质谱联用类在线检测设备，虽然能够较全面分析气体成分，但分析一个样品至少半小时，容易给环保工作造成因为废气排放与仪器分析运行存在时间差的问题而留下遗憾。另外由于分析时间长和载气消耗量大，气相色谱质谱联用类设备难以长时间的有效实现一台设备同时在线检测多路污染源废气，因而无法真正实现有效在线监控和预警，难以满足一旦超标即时报警的需求。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题是：提供一种在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备，采样准确、采样管路无吸附且具有管路吹扫自洁功能、气体样品不冷凝液化、分析速度极快，可同时对十六路污染源废气在线检测、无需气相色谱分离直接进质子转移反应飞行时间质谱进行实时检测，无需载气，有机物检测范围广，一旦有机污染物浓度超标及时报警。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型所述的在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备，包括在线采样口、气体过滤器和除水器，在线采样口、气体过滤器、除水器和第一三通球阀通过远程气体采样传输伴热管线依次相连，远程气体采样传输伴热管线与温控仪相连，除水器通过第一三通球阀分别与针阀、大功率气体输送泵相连，针阀、第一压力表、第一减压阀与空气压缩机依次相连，大功率气体输送泵、气体稳压阀与质量流量计依次相连，质量流量计通过十六路自动切换进样阀分别与预浓缩仪、第二三通球阀相连，预浓缩仪分别与第四压力表、单向截止阀相连，第四压力表、排液阀与自增压式液氮罐依次相连，预浓缩仪上设置有氮气排口，十六路自动切换进样阀通过第二三通球阀分别与苏玛罐、进样口相连，苏玛罐与配气仪相连，配气仪分别与第二压力表、第三压力表相连，第二压力表、第二减压阀与有机标准气体钢瓶依次相连，第三压力表、第三减压阀与高纯氮气瓶依次相连，单向截止阀与进样口相连，进样口、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、离子探测器、控制器、数据传输平台、终端电脑报警器依次相连，质子转移反应离子源、漂移管滤质器和离子探测器设置在真空腔体内部，真空腔体与分子真空泵相连，第一三通球阀与进样口之间的管道外侧包覆有保温层。

所述的远程气体采样传输伴热管线包括气体传输管路、铂加热丝、石棉保温层、金属折叠保护网和绝缘保护外壳，气体传输管路外侧依次包覆有铂加热丝、石棉保温层、金属折叠保护网和绝缘保护外壳。

本实用新型包括以下六部分：气体在线远程采样系统、采样管路气体吹扫系统、有机标准气体配制标定系统、气体样品有机物前处理系统、质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统、数据传输及管理系统。

气体在线远程采样系统用于气体样品的采样传输，包括：在线采样口、气体过滤器、除水器、远程气体采样传输伴热管线、大功率气体输送泵、气体稳压阀、质量流量计、十六路自动切换进样阀、单向截止阀、保温层、第二三通球阀、温控仪。采样管路气体吹扫清洗系统用于清除在线采样口和采样管路中的积灰，包括：第一三通球阀、空气压缩机、第一减压阀、第一压力表、针阀。有机标准气体配制标定系统用于有机标准气体配制并通过建立校准曲线来标定质子转移反应飞行时间质谱在线分析设备，包括：有机标准气体钢瓶、第二减压阀、第二压力表、配气仪、高纯氮气瓶、第三压力表、第三减压阀、苏玛罐。气体样品有机物前处理系统用于低有机污染物浓度气体样品中有机化合物的浓缩，包括：预浓缩仪、自增压液氮罐、排液阀、第四压力表、氮气排口。质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统用于在线实时分析气体样品中有机污染物的种类及其浓度，包括：进样口、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、离子探测器、控制器、真空腔体、分子真空泵。数据传输及管理系统用于在线数据传输和管理、仪器参数设置以及有机污染物浓度超标报警，包括：数据传输平台、终端电脑、报警器。

1、气体在线远程采样系统：

所述的在线采样口采用陶瓷片加热且温度可调控，气体不冷凝液化，保证采样的准确性，可采集高温气体样品。

气体过滤器采用陶瓷过滤，除去细颗粒物，净化气体。

除水器选用渗透膜式气体干燥器，用于气体样品脱水，保证传输气体样品干燥，消除管道及仪器冰堵的风险，同时避免在线检测设备被酸雾等腐蚀，从而提高寿命并降低维护成本。渗透膜式气体干燥器相比传统的吸附式干燥器具有防止气体样品中水溶性有机污染物损失的优势。

所述的远程气体采样传输伴热管线内部结构包含五部分：最里面为特氟龙材质的气体传输管路，气体传输管路外面采用铂加热丝加热，铂加热丝外面配以石棉保温层，石棉保温层外面依次附有金属折叠保护网和绝缘保护外壳。远程气体采样传输伴热管线采取铂加热丝加热与石棉保温层保温的方式防止冷凝，管线传输温度由温控仪控制，远程气体采样传输伴热管线输送吸附少，耐腐蚀性好，气体输送量大，可靠耐用。

所述的大功率气体输送泵用于采集气体样品的传输，高密封性确保气体样品无泄漏、无稀释，可靠耐用，维护量低。

所述的质量流量计用于控制并准确计量进入十六路自动切换进样阀的气体样品的流量。

所述的十六路自动切换进样阀为不锈钢材质，由计算机软件控制，通过路采样气体的无损切换，可同时监控多个污染源。十六路自动切换进样阀支持十六路进样，通过在十六路自动切换进样阀上加设十六路相同的气体在线远程采样系统和采样管路气体吹扫系统，可以实现单台质子转移反应飞行时间质谱在线检测十六个污染源排放口的废气。

所述的单向截止阀一方面可以保证气体样品经预浓缩仪浓缩后顺利进入进样口，另一方面用于确保不经过预浓缩而通过十六路自动切换进样阀和第二三通球阀直接进样的气体样品全部进入进样口而不出现气体样品反向倒流到达预浓缩仪的情况，保证进样准确性。

所述的第一三通球阀与进样口之间的管道外侧包覆有保温层，防止气体冷凝，保证气体样品采样传输的准确性。

2、采样管路气体吹扫清洗系统：

所述的在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备还配有由第一三通球阀、空气压缩机、第一减压阀、第一压力表和针阀组成的采样管路气体吹扫清洗系统，用于高压空气反吹第一三通球阀与在线采样口之间的采样及传输组件的清扫维护和检修，定期自动清除在线采样口和采样管路中的积灰，保证设备连续正常运行。

3、有机标准气体配制标定系统：

所述的配气仪与有机标准气体钢瓶和高纯氮气瓶通过第二减压阀、第二压力表、第三压力表、第三减压阀相连。配气仪用于配制不同浓度的标准气体，内部样品流路以及接口经过硅烷化处理，无吸附。配气仪通过内置压力传感器压力测定及标准气体体积精确计量，利用高纯氮气瓶中的氮气将有机标准气体进行稀释并将配好的已知浓度的标准气体样品存储于苏玛罐中。

4、气体样品有机物前处理系统：

所述的预浓缩仪与十六路自动切换进样阀连接，预浓缩仪用于气体样品的富集和冷冻浓缩及进样。气体样品经过十六路自动切换进样阀进入到由自增压式液氮罐制冷的预浓缩仪内置的三级冷阱，去除气体样品中的氧气、氮气、水分、二氧化碳等组分的干扰，并进行气体样品的低温富集。

自增压式液氮罐与排液阀、第四压力表相连，开启自增压式液氮罐的增压阀，将容器中贮存的液氮少量气化，将容器中贮存的液氮气化并产生压力，第四压力表显示压力，接着开启排液阀，液氮自动排出，对预浓缩仪充注液氮冷却富集气体样品，充注液氮冷却利用后的氮气通过氮气排口放空。

5、质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统：

气体样品通过进样口进入质子转移反应离子源，在质子转移反应离子源内，通过阴极辉光放电使反应试剂离子H₃O⁺与待测气体样品的分子发生质子转移反应，电离生成产生带质子的特定分子离子。分子离子通过漂移管滤质器，漂移管滤质器是一种无磁动态质量分析器，根据不同质荷比的离子在无场分离区中的速度不同，引起漂移时间的差异来实现分离，离子的质量越小，运行时间就越短，越早到达离子探测器，再由控制器采集放大检测到的离子信号。质子转移反应离子源、漂移管滤质器和离子探测器位于真空腔体内部，真空腔体的高真空状态由分子真空泵不断抽真空来维持，高真空状态可以有效减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。

6、数据传输及管理系统：

离子探测器检测到的离子经过控制器进行采集处理及信号放大后，分析结果通过数据传输平台的数据传输到达终端电脑。多路污染源排放废气的实时在线检测数据及有机污染物浓度变化趋势同时在终端电脑显示。

终端电脑用于对十六路污染源排口在线检测数据进行管理、查询和对比分析，并将各污染源废气排口的实测结果及有机污染物浓度变化趋势标示在电子地图上，还可以控制及修改包括预浓缩仪、配气仪、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、离子探测器、控制器在内的仪器参数设置，以及控制十六路自动切换进样阀的自动切换。当企业污染源废气中有机污染物浓度超标时，报警器立即鸣响报警，实现对大气环境污染的预警。

工作原理及过程：

使用在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备前，首先利用有机标准气体配制标定系统(包括：有机标准气体钢瓶、第二减压阀、第二压力表、配气仪、高纯氮气瓶、第三减压阀、第三压力表、苏玛罐)对在线监控预警设备的质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统(包括：进样口、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、离子探测器、控制器、真空腔体、分子真空泵)进行标准气体样品的标定，确立标准气体中各有机标准物质的浓度与质谱图中对应的分子离子峰的峰面积之间的校准关系。首先打开有机标准气体钢瓶和高纯氮气瓶，调节第二减压阀、第三减压阀压力以及第二压力表、第三压力表示数，打开配气仪，利用配气仪内置压力传感器压力测定和标准气体体积的精确计量，将有机标准气体用高纯氮气瓶中高纯氮气进行稀释配制成已知浓度的标准气体样品并存储到苏玛罐中。开启单向截止阀，使其始终处于开启状态。开启分子真空泵电源使真空腔体始终维持高真空状态，接着开启质子转移反应离子源、漂移管滤质器、离子探测器、控制器和预浓缩仪，并通过终端电脑设置相关组件的仪器参数并准备就绪，为下面进行的通过建立校准曲线来标定质子转移反应飞行时间质谱在线分析设备做好准备。

根据污染源排气筒废气中有机物浓度高低不同，分别选择标准气体样品先经预浓缩后再进样或者是直接进样的两种不同的进样方式进而分别得到适用于检测有机物浓度较低的污染源废气样品的校准曲线一和检测有机物浓度较高污染源废气样品的校准曲线二用于质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的标定，并将校准曲线一和二存储于终端电脑中。当需检测污染源废气中有机物浓度较低情况下的气体样品时，旋转第二三通球阀使苏玛罐仅与十六路自动切换进样阀相通，标准气体样品依次通过第二三通球阀和十六路自动切换进样阀，进入到液氮制冷的预浓缩仪进行标准气体样品的富集浓缩后，经单向截止阀进入质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的进样口，依此经质子转移反应离子源发生质子转移反应进行离子化、漂移管滤质器根据漂移时间不同进行分离、离子探测器检测、控制器进行信号采集处理及放大得到对应分子离子峰质谱图，标准气体样品的质谱图信息及分析结果在终端电脑上面显示，利用终端电脑对标准气体样品各标准物质的进样浓度与分子离子峰面积进行线性方程回归，得到适用于检测待测污染源废气较低浓度情况下的标准气体样品中各有机化合物的校准曲线一，并存储于终端电脑中，为有机污染物浓度较低的污染源废气在线检测的定量分析做好准备。当需检测污染源废气中有机物较高浓度情况下的气体样品时，旋转第二三通球阀使苏玛罐仅与进样口相通，标准气体样品由苏玛罐不经过预浓缩仪和十六路自动切换进样阀，而直接进入进样口、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、离子探测器、控制器，利用终端电脑对各有机标准物质的进样浓度与对应的分子离子峰面积进行线性方程回归，得到适用于检测待测污染源废气较高浓度条件下的标准气体样品中各物质的校准曲线二，并存储于终端电脑中，为接下来的有机污染物浓度较高的污染源排气筒废气的在线检测的定量分析做好准备。

在线采集分析污染源废气样品前，将在线采样口安装固定在企业污染源的排气筒上，并保持在线采样口与排气筒垂直。接通电源，将在线采样口和远程气体采样传输伴热管线加热升温至合适温度，并利用温控仪精确加热控温，避免采样过程中气体冷凝液化，降低气体样品输送时的管路吸附，保证采样的准确性。

旋转第一三通球阀使得在线采样口、气体过滤器、除水器、远程气体采样传输伴热管线所在的气体样品采样管路与大功率气体输送泵相通。开启大功率气体输送泵电源抽气，在线采集企业污染源排气筒的废气，气体样品依此经过：气体过滤器净化除尘、除水器脱水、大功率气体输送泵输送、气体稳压阀稳定压力、质量流量计精确计量控制流量后，气体样品接着进入十六路自动切换进样阀实现十六路污染源排放气体的无损切换。十六路自动切换进样阀的进出口管路切换由终端电脑精确控制，有效消除切换过程中可能出现的残气、延迟的影响。

十六路自动切换进样阀同时与第二三通球阀及气体样品有机物前处理系统的预浓缩仪相连。气体样品可以由十六路自动切换进样阀进入预浓缩仪完成气体样品富集浓缩后再经单向截止阀进入进样口，也可以不经浓缩通过第二三通球阀直接进入进样口。具体根据污染源排气筒气体样品中有机污染物浓度的高低来选择以下两种进样方式：

当检测有机污染物浓度较低的污染源废气样品时，开启自增压式液氮罐的增压阀，将容器中贮存的液氮气化并产生压力，第四压力表显示压力，接着开启排液阀，液氮自动排出，对预浓缩仪充注液氮冷却富集气体样品中的有机物，充注液氮冷却利用后的氮气通过氮气排口放空。通过终端电脑控制，使气体样品经过十六路自动切换进样阀进入到由自增压式液氮罐制冷的预浓缩仪内置的三级冷阱，去除气体中的氧气、氮气、水分、二氧化碳等的干扰，同时在预浓缩仪完成气体样品的富集浓缩，接着进入质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的进样口。

当检测有机污染物浓度较高的污染源废气样品时，切换第二三通球阀使十六路自动切换进样阀出口与进样口直接相通，同时通过控制终端电脑切换十六路自动切换进样阀，使气体样品由十六路自动切换进样阀经过第二三通球阀而不经过预浓缩仪，直接进入到质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的进样口。

气体样品通过进样口进入质子转移反应离子源，通过阴极辉光放电使反应试剂离子H₃O⁺与待测气体样品的分子发生质子转移反应，电离生成产生带质子的特定分子离子。分子离子通过加速电场作用下的漂移管滤质器，对不同质荷比的离子按漂移时间差异进行分离，离子质量越小，越早到达离子探测器。

离子探测器检测到的信号由控制器采集放大离子信号，分析结果通过数据传输平台将数据传输到达终端电脑。多路污染源排放废气的实时在线检测数据及有机污染物浓度变化趋势同时在终端电脑显示。

通过操作终端电脑，利用适于检测有机物含量较低的污染源废气样品的校准曲线一，计算机自动定量分析先经预浓缩仪富集浓缩后再进入进样口的废气样品中各污染物浓度，利用适于检测有机物含量较高的污染源废气样品的校准曲线二，计算机自动计算不经预浓缩直接进入进样口的废气样品的各有机污染物浓度。通过终端电脑还可以控制及修改包括预浓缩仪、配气仪、质子转移反应离子源、漂移管滤质器、离子探测器、控制器在内的仪器参数设置，控制十六路自动切换进样阀的进出口切换、以及对十六路污染源排口在线检测数据进行管理、查询和对比分析，并将各路污染源废气排口的实测结果及各种有机污染物浓度变化趋势标示在电子地图上，一旦企业污染源废气中有机污染物浓度超标，报警器立即鸣响报警，第一时间发现固定污染源废气污染事件并及时采取措施，避免大气污染，从源头上遏制化工异味，实现在线监控预警。

根据实际情况，每隔三个月左右时间对采样管路进行吹扫清洗防治管路及阻塞。停止在线采样口和远程气体采样传输伴热管线的加热并冷却至室温。旋转第一三通球阀，使在线采样口、气体过滤器、除水器所在的采样管路仅与空气压缩机所在的吹扫管路相通，打开空气压缩机，调节第一减压阀及第一压力表示数，打开针阀，用于高压空气吹扫第一三通球阀与在线采样口之间的采样及传输组件的清扫维护和检修，定期自动清除在线采样口和采样管路中的积灰，保证设备连续正常运行。

本实用新型所具有的有益效果是：

1.本实用新型可采集高温气体样品，在线采样口陶瓷片加热设置使得气体不冷凝液化，保证采样的准确性。透膜式气体干燥器设置相比传统的吸附式干燥器具有防止气体样品中水溶性有机污染物损失的优势，确保采样准确且有代表性。远程气体采样传输伴热管线采取加热保温防止气体样品输送的管路吸附和冷凝，特氟龙材质耐高温耐腐蚀，金属折叠保护网设置，坚固耐用，可以弯折成圆捆状，铺设及改装方便。

2.本实用新型配有采样管路气体吹扫系统(包括第一三通球阀、空气压缩机、第一减压阀、第一压力表和针阀)，具有自洁功能，借助高压空气吹扫采样气路的方式自动清除在线采样口和采样管路中的积灰，使得采集到的气体样品更具代表性。

3.本实用新型的样品分析速度快，分析一个气体样品仅需几毫秒，采集数据点密集，几近实现瞬时原位监测，十六路自动切换进样阀支持十六路进样，通过在十六路自动切换进样阀上加设十六路相同的气体在线远程采样系统和采样管路气体吹扫系统，可以实现单台质子转移反应飞行时间质谱在线检测十六个污染源废气排放口。气体样品无需借助传统的气相色谱分离而是直接进质子转移反应飞行时间质谱进行分子离子化分析检测，避免了色谱柱种类等因素的影响，因而具有检测的有机污染物种类及数目多、污染物信息全面、无需载气的优点。

4.实时传输各污染源的不同有机污染物在线检测数据，随时掌握污染源排放的各有机污染物的成分及其浓度，不给环保工作因为废气排放与仪器采样运行存在时间差的问题而留下遗憾。一旦有机污染物浓度超标，及时报警显示从而实现大气环境污染的有效预警，便于环保人员采取相应措施。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是远程气体采样传输伴热管线结构示意图；

图中：1、在线采样口；2、气体过滤器；3、除水器；4、第一三通球阀；5、远程气体采样传输伴热管线；6、温控仪；7、针阀；8、第一压力表；9、第一减压阀；10、空气压缩机；11、大功率气体输送泵；12、气体稳压阀；13、质量流量计；14、十六路自动切换进样阀；15、预浓缩仪；16、氮气排口；17、第四压力表；18、排液阀；19、自增压式液氮罐；20、第二三通球阀；21、苏玛罐；22、配气仪；23、第二压力表；24、第二减压阀；25、有机标准气体钢瓶；26、第三压力表；27、第三减压阀；28、高纯氮气瓶；29、单向截止阀；30、进样口；31、质子转移反应离子源；32、漂移管滤质器；33、离子探测器；34、控制器；35、数据传输平台；36、终端电脑；37、真空腔体；38、分子真空泵；39、保温层；40、报警器；41、气体传输管路；42、铂加热丝；43、石棉保温层；44、金属折叠保护网；45、绝缘保护外壳。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

如图1所示，本实用新型包括在线采样口1、气体过滤器2和除水器3，在线采样口1、气体过滤器2、除水器3和第一三通球阀4通过远程气体采样传输伴热管线5依次相连，远程气体采样传输伴热管线5与温控仪6相连，除水器3通过第一三通球阀4分别与针阀7、大功率气体输送泵11相连，针阀7、第一压力表8、第一减压阀9与空气压缩机10依次相连，大功率气体输送泵11、气体稳压阀12与质量流量计13依次相连，质量流量计13通过十六路自动切换进样阀14分别与预浓缩仪15、第二三通球阀20相连，预浓缩仪15分别与第四压力表17、单向截止阀29相连，第四压力表17、排液阀18与自增压式液氮罐19依次相连，预浓缩仪15上设置有氮气排口16，十六路自动切换进样阀14通过第二三通球阀20分别与苏玛罐21、进样口30相连，苏玛罐21与配气仪22相连，配气仪22分别与第二压力表23、第三压力表26相连，第二压力表23、第二减压阀24与有机标准气体钢瓶25依次相连，第三压力表26、第三减压阀27与高纯氮气瓶28依次相连，单向截止阀29与进样口30相连，进样口30、质子转移反应离子源31、漂移管滤质器32、离子探测器33、控制器34、数据传输平台35、终端电脑36与报警器40依次相连，质子转移反应离子源31、漂移管滤质器32和离子探测器33设置在真空腔体37内部，真空腔体37与分子真空泵38相连，第一三通球阀4与进样口30之间的管道外侧包覆有保温层39。

如图2所示，远程气体采样传输伴热管线5包括气体传输管路41、铂加热丝42、石棉保温层43、金属折叠保护网44和绝缘保护外壳45，气体传输管路41外侧依次包覆有铂加热丝42、石棉保温层43、金属折叠保护网44和绝缘保护外壳45。

使用在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备前，首先利用有机标准气体配制标定系统对在线监控预警设备的质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统进行标准气体样品的标定，确立标准气体中各有机标准物质的浓度与质谱图中对应的分子离子峰的峰面积之间的校准关系。首先打开有机标准气体钢瓶25和高纯氮气瓶28开关，调节第二减压阀24、第三减压阀27压力以及第二压力表23、第三压力表26示数，打开配气仪22，利用配气仪22内置压力传感器压力测定和标准气体体积的精确计量，将有机标准气体用高纯氮气瓶28中高纯氮气进行稀释配制成已知浓度的标准气体样品并存储到苏玛罐21中。开启单向截止阀29，使其始终处于开启状态。开启分子真空泵38电源使真空腔体37始终维持高真空状态，接着开启质子转移反应离子源31、漂移管滤质器32、离子探测器33、控制器34和预浓缩仪15，并通过终端电脑36设置相关组件的仪器参数并准备就绪，为下面进行的通过建立校准曲线来标定质子转移反应飞行时间质谱在线分析设备做好准备。

根据污染源排气筒废气中有机物浓度高低不同，分别选择标准气体样品先经预浓缩后再进样或者是直接进样的两种不同的进样方式进而分别得到适用于检测有机物浓度较低的污染源废气样品的校准曲线一和检测有机物浓度较高污染源废气样品的校准曲线二用于质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的标定，并将校准曲线一和二存储于终端电脑36中。当需检测污染源废气中有机物浓度较低情况下的气体样品时，旋转第二三通球阀20使苏玛罐21仅与十六路自动切换进样阀14相通，标准气体样品依次通过第二三通球阀20和十六路自动切换进样阀14，进入到液氮制冷的预浓缩仪15进行标准气体样品的富集浓缩后，经单向截止阀29进入质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的进样口30，依次经质子转移反应离子源31发生质子转移反应进行离子化、漂移管滤质器32根据漂移时间不同进行分离、离子探测器33检测、控制器34进行信号采集处理及放大得到对应分子离子峰质谱图，标准气体样品的质谱图信息及分析结果在终端电脑36上面显示，利用终端电脑36对标准气体样品各标准物质的进样浓度与分子离子峰面积进行线性方程回归，得到适用于检测待测污染源废气较低浓度情况下的标准气体样品中各有机化合物的校准曲线一，并存储于终端电脑36中，为有机污染物浓度较低的污染源废气在线检测的定量分析做好准备。当需检测污染源废气中有机物较高浓度情况下的气体样品时，旋转第二三通球阀20使苏玛罐21仅与进样口30相通，标准气体样品由苏玛罐21不经过预浓缩仪15和十六路自动切换进样阀14，而直接进入进样口30、质子转移反应离子源31、漂移管滤质器32、离子探测器33、控制器34，利用终端电脑36对各有机标准物质的进样浓度与对应的分子离子峰面积进行线性方程回归，得到适用于检测待测污染源废气较高浓度条件下的标准气体样品中各物质的校准曲线二，并存储于终端电脑36中，为接下来的有机污染物浓度较高的污染源排气筒废气的在线检测的定量分析做好准备。

在线采集分析污染源废气样品前，将在线采样口1安装固定在企业污染源的排气筒上，并保持在线采样口1与排气筒垂直。接通电源，将在线采样口1和远程气体采样传输伴热管线5加热升温至合适温度，并利用温控仪6精确加热控温，避免采样过程中气体冷凝液化，降低气体样品输送时的管路吸附，保证采样的准确性。

旋转第一三通球阀4使得在线采样口1、气体过滤器2、除水器3、远程气体采样传输伴热管线5所在的气体样品采样管路与大功率气体输送泵11相通。开启大功率气体输送泵11电源抽气，在线采集企业污染源排气筒的废气，气体样品依此经过：气体过滤器2净化除尘、除水器3脱水、大功率气体输送泵11输送、气体稳压阀12稳定压力、质量流量计13精确计量控制流量后，气体样品接着进入十六路自动切换进样阀14实现十六路污染源排放气体的无损切换。十六路自动切换进样阀14的进出口管路切换由终端电脑36精确控制，有效消除切换过程中可能出现的残气、延迟的影响。

十六路自动切换进样阀14同时与第二三通球阀20及气体样品有机物前处理系统的预浓缩仪15相连。气体样品可以由十六路自动切换进样阀14进入预浓缩仪15完成气体样品富集浓缩后再经单向截止阀29进入进样口30，也可以不经浓缩通过第二三通球阀20直接进入进样口30。具体根据污染源排气筒气体样品中有机污染物浓度的高低来选择以下两种进样方式：

当检测有机污染物浓度较低的污染源废气样品时，开启自增压式液氮罐19的增压阀，将容器中贮存的液氮气化并产生压力，第四压力表17显示压力，接着开启排液阀18，液氮自动排出，对预浓缩仪15充注液氮冷却富集气体样品中的有机物，充注液氮冷却利用后的氮气通过氮气排口16放空。通过终端电脑36控制，使气体样品经过十六路自动切换进样阀14进入到由自增压式液氮罐19制冷的预浓缩仪15内置的三级冷阱，去除气体中的氧气、氮气、水分、二氧化碳等的干扰，同时在预浓缩仪15完成气体样品的富集浓缩，接着进入质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的进样口30。

当检测有机污染物浓度较高的污染源废气样品时，切换第二三通球阀20使十六路自动切换进样阀14出口与进样口30直接相通，同时通过控制终端电脑36切换十六路自动切换进样阀14，使气体样品由十六路自动切换进样阀14经过第二三通球阀20而不经过预浓缩仪15，直接进入到质子转移反应飞行时间质谱在线分析系统的进样口。

气体样品通过进样口30进入质子转移反应离子源31，通过阴极辉光放电使反应试剂离子H₃O⁺与待测气体样品的分子发生质子转移反应，电离生成产生带质子的特定分子离子。分子离子通过加速电场作用下的漂移管滤质器32，对不同质荷比的离子按漂移时间差异进行分离，离子质量越小，越早到达离子探测器33。

离子探测器33检测到的信号由控制器34采集放大离子信号，分析结果通过数据传输平台35将数据传输到达终端电脑36。多路污染源排放废气的实时在线检测数据及有机污染物浓度变化趋势同时在终端电脑36显示。

通过操作终端电脑36，利用适于检测有机物含量较低的污染源废气样品的校准曲线一计算机自动定量分析先经预浓缩仪15富集浓缩后再进入进样口30的废气样品中各污染物浓度，利用适于检测有机物含量较高的污染源废气样品的校准曲线二计算机自动计算不经预浓缩直接进入进样口30的废气样品的各有机污染物浓度。通过终端电脑36还可以控制及修改包括预浓缩仪15、配气仪22、质子转移反应离子源31、漂移管滤质器32、离子探测器33、控制器34在内的仪器参数设置，控制十六路自动切换进样阀14的进出口切换、以及对十六路污染源排口在线检测数据进行管理、查询和对比分析，并将各路污染源废气排口的实测结果及各种有机污染物浓度变化趋势标示在电子地图上，一旦企业污染源废气中有机污染物浓度超标，报警器40立即鸣响报警，第一时间发现固定污染源废气污染事件并及时采取措施，避免大气污染，从源头上遏制化工异味，实现对大气环境污染的预警。

根据实际情况，每隔三个月左右时间对采样管路进行吹扫清洗防治管路及阻塞。停止在线采样口和远程气体采样传输伴热管线的加热并冷却至室温。旋转第一三通球阀4，使在线采样口1、气体过滤器2、除水器3所在的采样管路仅与空气压缩机10所在的吹扫管路相通，打开空气压缩机10，调节第一减压阀9及第一压力表8示数，打开针阀7，用于高压空气吹扫第一三通球阀4与在线采样口1之间的采样及传输组件的清扫维护和检修，定期自动清除在线采样口1和采样管路中的积灰，保证设备连续正常运行。

Claims (2)

1.一种在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备，包括在线采样口(1)、气体过滤器(2)和除水器(3)，其特征在于在线采样口(1)、气体过滤器(2)、除水器(3)和第一三通球阀(4)通过远程气体采样传输伴热管线(5)依次相连，远程气体采样传输伴热管线(5)与温控仪(6)相连，除水器(3)通过第一三通球阀(4)分别与针阀(7)、大功率气体输送泵(11)相连，针阀(7)、第一压力表(8)、第一减压阀(9)与空气压缩机(10)依次相连，大功率气体输送泵(11)、气体稳压阀(12)与质量流量计(13)依次相连，质量流量计(13)通过十六路自动切换进样阀(14)分别与预浓缩仪(15)、第二三通球阀(20)相连，预浓缩仪(15)分别与第四压力表(17)、单向截止阀(29)相连，第四压力表(17)、排液阀(18)与自增压式液氮罐(19)依次相连，预浓缩仪(15)上设置有氮气排口(16)，十六路自动切换进样阀(14)通过第二三通球阀(20)分别与苏玛罐(21)、进样口(30)相连，苏玛罐(21)与配气仪(22)相连，配气仪(22)分别与第二压力表(23)、第三压力表(26)相连，第二压力表(23)、第二减压阀(24)与有机标准气体钢瓶(25)依次相连，第三压力表(26)、第三减压阀(27)与高纯氮气瓶(28)依次相连，单向截止阀(29)与进样口(30)相连，进样口(30)、质子转移反应离子源(31)、漂移管滤质器(32)、离子探测器(33)、控制器(34)、数据传输平台(35)、终端电脑(36)与报警器(40)依次相连，质子转移反应离子源(31)、漂移管滤质器(32)和离子探测器(33)设置在真空腔体(37)内部，真空腔体(37)与分子真空泵(38)相连，第一三通球阀(4)与进样口(30)之间的管道外侧包覆有保温层(39)。

2.根据权利要求1所述的在线检测污染源废气中有机污染物浓度的监控设备，其特征在于所述的远程气体采样传输伴热管线(5)包括气体传输管路(41)、铂加热丝(42)、石棉保温层(43)、金属折叠保护网(44)和绝缘保护外壳(45)，气体传输管路(41)外侧依次包覆有铂加热丝(42)、石棉保温层(43)、金属折叠保护网(44)和绝缘保护外壳(45)。