周雪平　倪瑞龍　陳錫泉

摘要：

針對(duì)氣相色譜室因氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣集中且量大而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室局部溫度高的問(wèn)題，本文通過(guò)設(shè)計(jì)氣質(zhì)聯(lián)用儀廢氣排放系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境效果方面進(jìn)行了研究，著重分析實(shí)驗(yàn)室溫度及能量損耗情況。

關(guān)鍵詞：氣質(zhì)聯(lián)用儀；廢氣；實(shí)驗(yàn)室溫度；冷熱抵消

氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜組分的定性定量分析，因其具有氣相色譜高分辨率和質(zhì)譜高靈敏度的特點(diǎn)，成為現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)的有效工具。我院氣相色譜室承擔(dān)大量生態(tài)紡織品檢測(cè)業(yè)務(wù)，實(shí)驗(yàn)室安設(shè)眾多臺(tái)數(shù)的氣質(zhì)聯(lián)用儀，儀器檢測(cè)樣品完畢后會(huì)向外排放高溫廢氣，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室冷熱抵消現(xiàn)象嚴(yán)重，局部溫度過(guò)高影響設(shè)備正常使用。針對(duì)此現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)排放系統(tǒng)對(duì)氣質(zhì)聯(lián)用儀高溫?zé)釓U氣進(jìn)行收集和集中排放，降低實(shí)驗(yàn)室溫度及空調(diào)系統(tǒng)能耗，研究分析實(shí)驗(yàn)室環(huán)境并改善效果。

1 廢氣排放系統(tǒng)

1.1 設(shè)計(jì)背景

廣州纖檢院氣相色譜室是生態(tài)紡織品檢測(cè)大型實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)共設(shè)有53臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀。檢測(cè)樣品時(shí)，氣質(zhì)聯(lián)用儀的升溫系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)分別對(duì)儀器內(nèi)部檢測(cè)環(huán)境進(jìn)行加熱升溫、增壓，當(dāng)樣品檢測(cè)完畢時(shí)排氣口打開，儀器進(jìn)行泄壓，并直接向?qū)嶒?yàn)室排放廢氣，經(jīng)多次數(shù)據(jù)測(cè)量總結(jié)，確定每一臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣溫度范圍及排氣時(shí)長(zhǎng)基本一致，排氣溫度最高達(dá)115℃，且整個(gè)排氣時(shí)長(zhǎng)持續(xù)4min左右，排氣測(cè)量結(jié)果如圖1所示（以開始排氣作為時(shí)間起點(diǎn)）。

排氣風(fēng)速為4.56m/s，則每秒排氣體積為：

取排氣氣體密度ρ=1.205kg/m3時(shí)，每秒排氣質(zhì)量約為：

氣質(zhì)聯(lián)用儀排放熱廢氣與實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)產(chǎn)生熱量傳遞，即冷熱抵消，造成能量損耗。根據(jù)能量守恒定律，熱廢氣與實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)冷熱抵消損耗的能量等于熱量傳遞過(guò)程即排氣過(guò)程廢氣所釋放的熱量，可用公式（4）表示：

式中：c— 物體比熱，取空氣比熱 c=1012J/（kg·℃）；

m——質(zhì)量，kg；t——排氣溫度，℃；t0——實(shí)驗(yàn)室房間溫度，℃。

設(shè)時(shí)間為自變量，溫度為因變量，函數(shù)為，取時(shí)，根據(jù)積分原理，在排氣持續(xù)時(shí)間上對(duì)廢氣釋放熱量進(jìn)行定積分計(jì)算，氣質(zhì)聯(lián)用儀一次排氣損耗的能量為：

（5）

當(dāng)實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)集中時(shí)，多臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀產(chǎn)生大量高溫廢氣，冷熱抵消現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)業(yè)務(wù)情況，平均每天11時(shí)開始到15時(shí)結(jié)束共檢測(cè)400份樣品，16時(shí)開始到第二天2時(shí)結(jié)束共檢測(cè)500份樣品，兩時(shí)間段平均每小時(shí)損耗的能量分別為：

平均一天因儀器排氣造成損耗的能量為：

如逢天氣炎熱，空調(diào)系統(tǒng)滿載運(yùn)行都不足以調(diào)節(jié)降低室內(nèi)溫度，尤其是廢氣集中排放位置高溫不退，影響實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)人員及設(shè)備工作環(huán)境，故針對(duì)氣質(zhì)聯(lián)用儀排放熱廢氣設(shè)計(jì)排放系統(tǒng)具有必要性。

1.2 系統(tǒng)概述

根據(jù)氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣口尺寸設(shè)計(jì)排氣罩，該系統(tǒng)在每臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣口增設(shè)排氣罩與排氣管道連接，管道通過(guò)地板架空層，分別與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的排風(fēng)機(jī)相連接，排風(fēng)機(jī)位于實(shí)驗(yàn)室天花頂。利用現(xiàn)有的排風(fēng)機(jī)進(jìn)行排放，可實(shí)現(xiàn)在不增加額外能耗的前提下對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造。系統(tǒng)能有效將廢氣進(jìn)行收集和集中排放，最大程度減少高溫廢氣與新風(fēng)的冷熱抵消，減緩冷熱不均現(xiàn)象，降低能量損耗。

2 廢氣排放系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)效果分析

2.1 降低實(shí)驗(yàn)室溫度

通過(guò)排風(fēng)機(jī)將熱廢氣引導(dǎo)至室外進(jìn)行排放，大大減少氣質(zhì)聯(lián)用儀廢氣與實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)的冷熱抵消，使實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)真正有“用武之地”，達(dá)到降低實(shí)驗(yàn)室溫度的目的。氣質(zhì)聯(lián)用儀高溫?zé)釓U氣排放系統(tǒng)安裝前后氣相色譜室溫度如表1所示。

從表1可看出安裝熱廢氣排放系統(tǒng)后，氣相色譜室房間溫度有了明顯改善，基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)室總體溫度降低2℃、廢氣集中排放位置溫度降低3℃的預(yù)期目標(biāo)，系統(tǒng)有效減緩了實(shí)驗(yàn)室冷熱不均的現(xiàn)象，使實(shí)驗(yàn)室溫度維持在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

2.2 減少冷熱抵消能量損耗

排氣系統(tǒng)排氣罩出氣口橫截面為直徑的圓，面積為：

經(jīng)測(cè)量，氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣時(shí)于排風(fēng)罩處風(fēng)速為，排氣系統(tǒng)廢氣收集率為：

按氣相色譜室一天共檢測(cè)900份樣品計(jì)算，排氣系統(tǒng)可減少實(shí)驗(yàn)室能量損耗約為：

2.3 改善實(shí)驗(yàn)室空氣質(zhì)量

氣質(zhì)聯(lián)用儀在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排放大量廢氣，高濃度廢氣會(huì)對(duì)工作人員的健康安全造成威脅，增設(shè)廢氣排放系統(tǒng)可以有效收集廢氣并進(jìn)行室外排放，新風(fēng)的補(bǔ)充進(jìn)一步降低房間廢氣濃度，提高實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部空氣質(zhì)量，為檢驗(yàn)人員創(chuàng)造一個(gè)更舒適、更安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3 結(jié)論

本文針對(duì)氣相色譜室冷熱不均現(xiàn)象設(shè)計(jì)氣質(zhì)聯(lián)用儀高溫?zé)釓U氣排放系統(tǒng)，對(duì)改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境有明顯效果，滿足檢驗(yàn)人員及儀器設(shè)備對(duì)工作環(huán)境溫度的要求，過(guò)多的冷熱抵消意味著無(wú)謂的能耗損失，排放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了熱廢氣的室外排放，達(dá)到節(jié)能的目的，綜上所述表明了系統(tǒng)的可行性與經(jīng)濟(jì)性。

（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測(cè)研究院）