CN209198396U - 挥发性有机物(VOCs)在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其属于挥发性有机物监测领域。它主要包括烟气采样探头、伴热管、预先处理系统、载气装置、电子流量控制系统、数据分析处理系统、上位机电脑、气相色谱分析仪和氢气零级空气发生器一体机，烟气采样探头通过伴热管与预先处理系统和气相色谱分析仪连接，上位机电脑通过信号控制与气相色谱分析仪连接，烟气采样探头、载气装置和氢气零级空气发生器一体机分别通过电子流量控制系统与气相色谱分析仪连接。本实用新型气相色谱分析仪具有双重预先处理效果，并在每套切换阀上都添加了反吹扫功能，保证了仪器分析数据无记忆效应，重复性好，使用寿命长。本实用新型主要用于挥发性有机物的监测。
Description
技术领域
本实用新型属于挥发性有机物监测领域，具体地说，尤其涉及一种挥发性有机物(VOCs)在线监测系统。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)是形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。随着我国工业化和城市化的快速发展以及能源消费的持续增长，以PM2.5为特征的区域性复合型大气污染日益突出，区域内空气重污染现象大范围同时出现的频次日益增多，严重制约社会经济的可持续发展，威胁人民群众身体健康。为了根本解决PM2.5、O3等污染问题，切实改善大气环境质量。但是，目前我国VOCs污染防治基础较为薄弱，存在排放基数不清、法规标准不健全、控制技术应用滞后、环境监管不到位等诸多问题。同时，由于VOCs排放来源复杂、排放形式多样、物质种类繁多，导致建立VOCs污染防治体系难度较大。现有的VOCs在线监测系统，集成复杂、体积大、仪器功能配置低、成本高，生产效率低，且无法分离特殊气体因子，功能性单一。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述缺陷，提供一种挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其集成度高，节省空间，气相色谱分析仪具有双重预先处理效果，并在每套切换阀上都添加了反吹扫功能，保证了仪器分析数据无记忆效应，重复性好，使用寿命长。
所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，包括烟气采样探头、伴热管、预先处理系统、载气装置、电子流量控制系统和数据分析处理系统，预先处理系统包括颗粒物金属过滤器和油水分离器；还包括上位机电脑、气相色谱分析仪和氢气零级空气发生器一体机，烟气采样探头通过伴热管与预先处理系统和气相色谱分析仪连接，上位机电脑通过信号控制与气相色谱分析仪连接，烟气采样探头、载气装置和氢气零级空气发生器一体机分别通过电子流量控制系统与气相色谱分析仪连接，气相色谱分析仪与数据分析处理系统连接。
进一步地，所述气相色谱分析仪包括甲烷色谱柱、总烃色谱柱、苯系物色谱柱、十通阀V1、六通阀V2、十通阀V3和氢火焰离子化检测器，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3分别通过定量环与烟气采样探头连接，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3分别设有反吹通道一，反吹通道一与载气装置连接，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3的反吹通道一分别通过甲烷色谱柱、总烃色谱柱和苯系物色谱柱与氢火焰离子化检测器连接。
进一步地，所述气相色谱分析仪还包括两个预处理色谱柱，十通阀V1和十通阀V3上设有反吹通道二，两预处理色谱柱分别与十通阀V1和十通阀V3的反吹通道二连接。
进一步地，所述氢气零级空气发生器一体机内设有零级空气发生器模块，所述零级空气发生器模块包括压缩机、储气罐、初级减压阀、干燥管和精密稳压阀和除烃装置，压缩机通过管路与储气罐连接，储气罐通过管路依次连接初级减压阀、干燥管、精密稳压阀和除烃装置，精密稳压阀分别与空气出口和驱动气出口连接，除烃装置与除烃出口连接。
进一步地，所述储气罐上设有控制储气罐中的水、油进行自动排空的延时控制器。
进一步地，所述储气罐上设有压力继电器和安全阀。
进一步地，所述除烃出口连接过滤装置，过滤装置包括硅胶、分子筛、活性炭。
进一步地，所述氢气零级空气发生器一体机内设有氢气发生器模块，所述氢气发生器模块包括电解槽与液位控制装置，液体回流装置与电解槽连接，电解槽与液位控制模块连接，液位控制模块通过补水泵与进水管连接，液位控制模块通过截止阀与排水管连接，液位回流装置通过单向止水阀分别连接电子控压模块、压力表和干燥管，干燥管与氢气出口连接。
进一步地，所述载气装置内设有高纯氮气。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、气相色谱分析仪增设预处理色谱柱，在原预先处理系统的基础上添加化学预处理，通过载气预先进入预处理色谱柱进行初步分析，把重组份和无用因子进行吸附过滤，剩下的气体再分别进入总烃色谱柱、甲烷色谱柱、苯系物色谱柱，每套色谱柱配置独立的切换阀，使得气体分析的流程步骤不互相干扰具有独立性；
2、气相色谱分析仪的每套切换阀上都添加了反吹扫功能，使得气体进入色谱柱分析后，切换阀动作，用高纯氮气进行反吹扫管路，保证了仪器分析数据无记忆效应，重复性好，大大延长了使用寿命；
3、改进氢气发生器模块和零级空气发生器模块的内部结构，使氢气、空气纯度提升，提高了工业在线仪器的使用寿命；
4、本实用新型采用上位机电脑代替了传统的继电器和连接线路，节省空间，模块化安装，维护便利，气源稳压采用电子流量控制系统(EPC)，电子流量控制系统(EPC)为现有技术，其解决了传统机械稳压阀的无法读取精准流量的缺点，保证了气源压力的稳定，而且电子流量控制系统(EPC)电路主板自带诊断功能，可以实时监测气体流量，如果出现系统状态异常，气源压力流量波动或者降低，系统会自动关闭电子流量控制系统(EPC)气源的输出，并发出报警信号，保证系统的安全。
附图说明
图1为本实用新型的原理图；
图2为气相色谱分析仪的注射流程图；
图3为气相色谱分析仪的分析流程图；
图4为零级空气发生器模块的气路图；
图5为零级空气发生器模块的电路图；
图6为氢气发生器模块的气路图；
图7为氢气发生器模块的电路图；
图8为液位控制模块的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
如图1所示，挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，包括烟气采样探头、伴热管、预先处理系统，载气装置、电子流量控制系统、数据分析处理系统、上位机电脑、气相色谱分析仪和氢气零级空气发生器一体机，烟气采样探头通过伴热管与预先处理系统和气相色谱分析仪连接，上位机电脑通过信号控制与气相色谱分析仪连接，烟气采样探头、载气装置和氢气零级空气发生器一体机分别通过电子流量控制系统与气相色谱分析仪连接，气相色谱分析仪与数据分析处理系统连接。
如图2和图3所示，所述气相色谱分析仪包括甲烷色谱柱、总烃色谱柱、苯系物色谱柱、十通阀V1、六通阀V2、十通阀V3和氢火焰离子化检测器，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3分别通过定量环与烟气采样探头连接，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3分别设有反吹通道一，反吹通道一与载气装置连接，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3的反吹通道一分别通过甲烷色谱柱、总烃色谱柱和苯系物色谱柱与氢火焰离子化检测器连接；气相色谱分析仪还包括两个预处理色谱柱，十通阀V1和十通阀V3上设有反吹通道二，两预处理色谱柱分别与十通阀V1和十通阀V3的反吹通道二连接。
如图4和图5所示，所述氢气零级空气发生器一体机内设有零级空气发生器模块，所述零级空气发生器模块包括压缩机、储气罐、初级减压阀、干燥管和精密稳压阀和除烃装置，压缩机通过管路与储气罐连接，储气罐通过管路依次连接初级减压阀、干燥管、精密稳压阀和除烃装置，精密稳压阀分别与空气出口和驱动气出口连接，除烃装置与除烃出口连接。
所述储气罐上设有控制储气罐中的水、油进行自动排空的延时控制器；储气罐上设有压力继电器和安全阀；所述除烃出口连接过滤装置，过滤装置包括硅胶、分子筛、活性炭。
如图6至图8所示，所述氢气零级空气发生器一体机内设有氢气发生器模块，所述氢气发生器模块包括电解槽与液位控制装置，液体回流装置与电解槽连接，电解槽与液位控制模块连接，液位控制模块通过补水泵与进水管连接，液位控制模块通过截止阀与排水管连接，液位回流装置通过单向止水阀分别连接电子控压模块、压力表和干燥管，干燥管与氢气出口连接；如图8所示，液位控制模块中K1为下水位探头，K2为上水位探头，K3和K4为中间继电器。
本实用新型在安装时，根据可安装在厂界边缘监测站房顶部的空气或安装在被测气体的烟道旁；使用时，载气装置内设有高纯氮气。
如图1所示，系统运行时，氢气零级空气发生器一体机向氢火焰离子化检测器FID提供纯净的空气和氢气，供其持续燃烧，氢火焰离子化检测器(FID)是一种高灵敏度通用型检测器，它几乎对所有的有机物都有响应，而对无机物、惰性气体或火焰中不解离的物质等无响应或响应很小。FID的灵敏度比热导检测器高100-10000倍，检测限达10-13g/s，对温度不敏感，响应快，适合连接开管柱进行复杂样品的分离，线性范围为10的7次方，是气体色谱检测仪中对烃类灵敏度最好的一种手段，广泛用于挥发性碳氢化合物和许多含碳化合物的检测，氢火焰离子化检测器(FID)的运行需要使用氢气燃烧，零级空气助燃，因此需要氢气和零级空气稳定的气源供给。
工作时，根据需要从站房顶部的采样口采集空气中的样品气或直接抽取烟道中的样品气进行监测，样品气通过烟气采样探头在伴热管的全程伴热下进入预先处理系统进行颗粒物过滤和油水分离处理，接着进入气相色谱分析仪通过十通阀V1、六通阀V2、十通阀V3的注射流程进入各个色谱柱进行分离，然后送入氢火焰离子化检测器FID检测，氢火焰离子化检测器为现有技术，检测的信号通过数据分析处理系统分析后，以数据的形式在工控机显示，测量后的气体进入大气。
如图2所示，第一步为气相色谱分析仪注射流程和反吹扫流程，此时十通阀未转动，内部连接关系为初始状态。
注射流程如下：样品气通过三通分别进入十通阀V1的1-9号通道口流经定量环1(SAMPLE LOOP1)最终从10号通道口排出；六通阀V2的1-5号通道口号流经定量环2(SAMPLELOOP2)最终从6号通道口排出；十通阀V3的1-9号通道口流经定量环3(SAMPLE LOOP2)最终从10号通道口排出，此时为注射流程，使得样品气实时流经各个定量环，从而使定量环里注射满样品气，作分析前的准备。
反吹扫流程如下：十通阀V1的载气1通过7号通道口进入，载气2通过4号通道口进入，分别对甲烷色谱柱和预处理色谱柱进行吹扫；六通阀V2的载气3通过3号通道口进入，对总烃色谱柱进行吹扫；十通阀V3的载气4通过7号通道口进入，载气5通过4通道号通道口进入，分别对苯系物色谱柱和预处理色谱柱进行吹扫，该工作状态下的载气为高纯氮气，高纯氮气作为清扫气源，对5套色谱柱进行反吹清扫工作，将上次分析时残留的气体组分完全吹扫干净，保证下次分析数据的稳定性和准确性；
如图3所示，第二步为气相色谱分析仪分析流程，此时驱动气源驱动十通阀转动，改变内部连接关系。
分析流程如下：
样品气由原注射状态切换为排口状态：样品气从十通阀V1的1-9号通道口进入，从10号通道口排出；六通阀V2的1-5号通道口进入，从6号通道口排出；十通阀V3的1-9号通道口进入，从10号通道口排出；
载气由原反吹清扫状态切换为驱动样品气进入分析流程状态：十通阀V1的载气1通过7号通道口进入，流经8号通道口驱动定量环1内的样品气依次进入预处理色谱柱先过滤掉空气中的重分析物质和杂质，然后剩下相对纯净的甲烷气体再次进入甲烷色谱柱进行吸附分离，最终将纯净的甲烷气体进入氢火焰离子化检测器FID进行分析，六通阀V2和十通阀V3工作原理同上。当分析完成后，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3分别被驱动气源驱动转动，从第二步分析状态恢复到第一步注射流程和反吹扫流程，如此周而复始的进行注射-反吹扫-分析的工作。
Claims (9)
1.一种挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，包括烟气采样探头、伴热管、预先处理系统、载气装置、电子流量控制系统和数据分析处理系统；其特征在于：还包括上位机电脑、气相色谱分析仪和氢气零级空气发生器一体机，烟气采样探头通过伴热管与预先处理系统和气相色谱分析仪连接，上位机电脑通过信号控制与气相色谱分析仪连接，烟气采样探头、载气装置和氢气零级空气发生器一体机分别通过电子流量控制系统与气相色谱分析仪连接，气相色谱分析仪与数据分析处理系统连接。
2.根据权利要求1所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述气相色谱分析仪包括甲烷色谱柱、总烃色谱柱、苯系物色谱柱、十通阀V1、六通阀V2、十通阀V3和氢火焰离子化检测器，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3分别通过定量环与烟气采样探头连接，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3分别设有反吹通道一，反吹通道一与载气装置连接，十通阀V1、六通阀V2和十通阀V3的反吹通道一分别通过甲烷色谱柱、总烃色谱柱和苯系物色谱柱与氢火焰离子化检测器连接。
3.根据权利要求2所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述气相色谱分析仪还包括两个预处理色谱柱，十通阀V1和十通阀V3上设有反吹通道二，两预处理色谱柱分别与十通阀V1和十通阀V3的反吹通道二连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述氢气零级空气发生器一体机内设有零级空气发生器模块，所述零级空气发生器模块包括压缩机、储气罐、初级减压阀、干燥管和精密稳压阀和除烃装置，压缩机通过管路与储气罐连接，储气罐通过管路依次连接初级减压阀、干燥管、精密稳压阀和除烃装置，精密稳压阀分别与空气出口和驱动气出口连接，除烃装置与除烃出口连接。
5.根据权利要求4所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述储气罐上设有控制储气罐中的水、油进行自动排空的延时控制器。
6.根据权利要求5所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述储气罐上设有压力继电器和安全阀。
7.根据权利要求6所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述除烃出口连接过滤装置，过滤装置包括硅胶、分子筛、活性炭。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述氢气零级空气发生器一体机内设有氢气发生器模块，所述氢气发生器模块包括电解槽与液位控制装置，液体回流装置与电解槽连接，电解槽与液位控制模块连接，液位控制模块通过进水管与补水泵连接，液位控制模块通过截止阀与排水管连接，液位回流装置通过单向止水阀分别连接电子控压模块、压力表和干燥管，干燥管与氢气出口连接。
9.根据权利要求1所述的挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，其特征在于：所述载气装置内设有高纯氮气。
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