[發(fā)明專(zhuān)利]一種環(huán)境空氣恒流自動(dòng)采樣系統(tǒng)及其采樣方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810379775.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108333001A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 凌偉佳
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海磐合測(cè)控技術(shù)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N1/22
• 分類(lèi)號(hào): G01N1/22;G01N1/24;G05D7/06
• 代理公司: 上海遠(yuǎn)同律師事務(wù)所 31307
• 代理人: 張堅(jiān)

本發(fā)明公開(kāi)了一種環(huán)境空氣恒流自動(dòng)采樣系統(tǒng)及其采樣方法，系統(tǒng)包括真空采樣罐、緩沖容器和切換閥，緩沖容器通過(guò)切換閥分別與真空采樣罐、大氣環(huán)境相連通，通過(guò)切換閥的切換控制，緩沖容器交替與大氣環(huán)境、真空采樣罐接通以達(dá)到進(jìn)樣氣體的氣壓平衡。本發(fā)明還公開(kāi)了一種恒流環(huán)境空氣采樣方法。本發(fā)明打破了國(guó)外對(duì)高精度大氣恒流采樣裝置的技術(shù)壟斷，確保大氣采樣流量控制精度，保證整體氣體流路的惰性化，具備靈活的流量控制和調(diào)節(jié)方式，使用常用工業(yè)化量產(chǎn)器件和材料，實(shí)現(xiàn)免耗材易維護(hù)，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的全自動(dòng)環(huán)境空氣恒流自動(dòng)采樣系統(tǒng)，為國(guó)家的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理貢獻(xiàn)力量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空氣采樣技術(shù)、具體涉及一種環(huán)境空氣恒流自動(dòng)采樣系統(tǒng)及其采樣方法。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機(jī)物VOCs是形成臭氧污染的重要前體物，為積極推進(jìn)環(huán)境空氣VOCs監(jiān)測(cè)體系和能力建設(shè)，摸清生成臭氧的重點(diǎn)VOCs種類(lèi)，掌握濃度水平和變化規(guī)律，有的放矢地開(kāi)展臭氧污染防治工作，國(guó)家制定了環(huán)境空氣VOCs監(jiān)測(cè)工作方案，方案中明確規(guī)定了環(huán)境空氣的采樣模式：使用預(yù)真空處理的蘇碼罐，一天分8次(每次3小時(shí))于設(shè)定時(shí)段內(nèi)連續(xù)以恒定流量采集大氣樣本，每次負(fù)壓封存一罐。非重點(diǎn)地區(qū)和時(shí)間段，每24小時(shí)連續(xù)恒流采集大氣樣本并負(fù)壓封存。具體技術(shù)細(xì)節(jié)與背景請(qǐng)參考《環(huán)辦監(jiān)測(cè)函【2017】2024附件》2018年重點(diǎn)地區(qū)環(huán)境空氣揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)方案。

為滿(mǎn)足定時(shí)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間大氣采樣的需求，目前有以下主流解決方案：

一、機(jī)械微孔限流氣阻配合機(jī)械恒流閥，其具體實(shí)時(shí)方案包括人工和自動(dòng)方式：

1、人工定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉機(jī)械閥，配以微孔氣體流量阻尼裝置和機(jī)械恒流閥來(lái)控制采樣流量。此方法極其消耗人工，采樣時(shí)間控制誤差大，多點(diǎn)多流量采樣實(shí)施難度大，現(xiàn)已逐步被自動(dòng)化采樣裝置取代。

2、帶自動(dòng)閥切換控制的自動(dòng)采樣裝置。其采樣恒流控制核心仍然是微孔氣阻配合機(jī)械恒流閥，通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)切換多通道蘇碼罐來(lái)達(dá)到定時(shí)采樣的目的。這是目前使用最廣泛的采樣方式。

為了達(dá)到不改變采樣氣體的組分這一核心目標(biāo)，要求所有與樣品氣體接觸部分全部使用惰性材料構(gòu)成，所以此方案的微孔氣阻一般由寶石材料加工而成，而恒流閥的所有金屬表面必須進(jìn)行硅烷化鍍膜處理。以上兩個(gè)核心器件的生產(chǎn)與加工工藝都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，由于國(guó)外壟斷使得價(jià)格極其昂貴。微孔氣阻本身容易被采樣空氣中的顆粒物堵塞，必須在前端添加多級(jí)惰性化處理過(guò)的氣體過(guò)濾裝置，保證最終氣體中顆粒物小于2微米。這也增加了額外的耗材使用成本與維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)。由于恒流核心是機(jī)械裝置，每一組氣阻和恒流閥的組合只能滿(mǎn)足一種采樣流量的需求，無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。機(jī)械裝置本身也需要定期校準(zhǔn)恒流流量，校準(zhǔn)過(guò)程繁瑣，人工操作容易引入額外的誤差。運(yùn)輸與使用過(guò)程中必須避免過(guò)大物理震動(dòng)，以免影響流量控制精度。

二、以電子氣體質(zhì)量流量控制器作為恒流控制核心，配合自動(dòng)多路蘇碼罐閥切換的解決方案。

這種方案試圖使用電子氣體質(zhì)量流量控制器來(lái)取代機(jī)械恒流裝置，同時(shí)具有靈活調(diào)節(jié)采樣流量的優(yōu)勢(shì)。但是目前沒(méi)能成為主流的采樣方案，主要的缺點(diǎn)是電子質(zhì)量流量傳感器本身無(wú)法使用惰性材料構(gòu)成，硅烷化鍍膜工藝也不適用于傳感器的表面處理，所以此方案的整體惰性化程度無(wú)法于機(jī)械恒流裝置比擬，對(duì)于諸如硫化物等活性較高的VOCs分析目標(biāo)物有潛在的破壞可能性。與此同時(shí)流量控制器使用的比例閥不可避免的又用到了彈性密封材料，一般是氟橡膠，很難保證其本身在高真空環(huán)境下，不釋放出額外的有機(jī)物氣體，對(duì)采氣體產(chǎn)生二次污染。高精度的電子質(zhì)量流量控制器價(jià)格也比較昂貴，為了保證可靠性，必須使用惰性過(guò)濾器對(duì)采樣氣體經(jīng)行前置過(guò)濾，耗材和維護(hù)成本高。此外電子質(zhì)量流量計(jì)對(duì)使用環(huán)境和被測(cè)氣體的溫濕度變化敏感，所以在復(fù)雜氣候條件下的采樣流量精度控制會(huì)有所下降。在國(guó)家發(fā)布的采樣方案中還要求所有采樣管路可拆洗清潔，避免不同采樣點(diǎn)之間的交叉污染，在這一點(diǎn)上，電子質(zhì)量流量控制器作為氣體流路的一部分顯然也無(wú)法滿(mǎn)足。

發(fā)明內(nèi)容