摘? 要：應用于工業(yè)固定污染源排放在線監(jiān)測的揮發(fā)性有機物在線分析系統(tǒng)多為單路檢測分析，為適用復雜現(xiàn)場工況，本文提出多路揮發(fā)性有機物監(jiān)測系統(tǒng)。其中溫度對測量精度有較大影響，尤其是多路同時測量，為了控制精度，從儀器的進樣壓力和恒溫系統(tǒng)兩方面進行設計，以此實現(xiàn)高精度的控制。同時開發(fā)出多路分析系統(tǒng)，進行實驗分析，結果表明該系統(tǒng)各項性能指標均達到規(guī)定標準，能夠很好地應用于復雜的工業(yè)環(huán)境。

關鍵詞：揮發(fā)性有機物;多路檢測分析;氣相色譜

中圖分類號：X84? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）20-0094-04

Research on Multi-channel Volatile Organic Compound Online Monitoring System

LU Zhiqiang

（Hefei Cement Research & Design Institute Corporation Ltd.，Hefei? 230051，China）

Abstract：Most of the VOC online analysis systems used in the online monitoring of industrial fixed pollution source emissions are single-channel detection and analysis. In order to adapt to complex field conditions，this paper proposes a multi-channel VOC monitoring system. Temperature has a great influence on the measurement accuracy，especially multi-channel simultaneous measurement. In order to control the accuracy，design from the two aspects of the instruments sampling pressure and constant temperature system to achieve high-precision control. At the same time，a multi-channel analysis system is developed，and the experimental results show that the performance indexes of the system meet the specified standards，and can be well applied to complex industrial environment.

Keywords：volatile organic compound;multi-channel detection analysis;gas chromatography

0? 引? 言

揮發(fā)性有機物不僅有刺激性，會導致人的種種不適反應，而大多具有毒性，在一定情況下會導致腎、肺、肝、神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)及消化系統(tǒng)病變，對人體健康具有較大影響;VOCs的成分極為復雜，容易引發(fā)光化學煙霧污染，部分VOCs，如鹵代烴類，會與臭氧發(fā)生循環(huán)鏈式反應，破壞臭氧層，破壞大氣環(huán)境[1]。有研究表明，目前所謂病態(tài)建筑綜合征（SBS）、建筑物關聯(lián)癥（BRI）、化學物質過敏癥（MCS）等也都與之有關?？梢姡琕OCs對人類的健康、生活和生產以及環(huán)境都有較大影響，實時監(jiān)測大氣環(huán)境中的VOCs非常重要。

在水泥廠協(xié)同處置、化工廠、噴涂廠等工廠內，生產的過程管控與最終固定污染源的揮發(fā)性有機物排放，對整個生產工藝和環(huán)境有重大影響。傳統(tǒng)揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測設備只能分析一路樣氣，面對目前復雜工業(yè)現(xiàn)場，或者需對比多處排放情況時，則需要多套設備，不僅增加成本，也會由于測量設備的不同導致精度和可靠性降低。因此，本文介紹的多路揮發(fā)性有機物監(jiān)測系統(tǒng)，可以解決該問題。該系統(tǒng)對現(xiàn)有的單路監(jiān)測系統(tǒng)進行創(chuàng)新和改進，對該多路揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測系統(tǒng)中的在線氣相色譜溫度控制進行深入研究[2-5]，實現(xiàn)多路實時精確監(jiān)測。由于多路氣相色譜需要更大空間的恒溫箱來放置色譜柱與膜閥，同時為了保證監(jiān)測的高精度，對恒溫系統(tǒng)的溫度控制就顯得尤為重要。我們在進行水泥廠設計的時候，需要提供相應的監(jiān)測設備，針對水泥窯協(xié)同處置產生的揮發(fā)性有機廢氣進行監(jiān)測，該系統(tǒng)的研究目的即研發(fā)一種適合工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的多路高精度實時監(jiān)測工業(yè)在線氣相色譜儀。根據(jù)環(huán)保要求，水泥窯協(xié)同處置產生的有機物進行處理后，才能排放到大氣之中。廢氣處理的效果如何，我們需要在廢氣處理前和廢氣處理后的排放口進行多路實時監(jiān)測，從而得到處理效率以及排放狀況，這也是我們研發(fā)該設備的主要目的。該設備不僅可用于水泥窯協(xié)同處置，還可用于化工、包裝、印刷、油漆車間等行業(yè)。

1? 多路結構系統(tǒng)設計

為實現(xiàn)單一設備多路揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測，需針對分流氣室及氣路重新設計，簡化氣室結構，實現(xiàn)多通道樣氣進入。

根據(jù)的十通閥和六通閥的工作原理，結合實際需求，通過巧妙利用十通閥和六通閥的設計完成多通道切換。多通道在線氣相色譜儀中的每個十通閥連接著一個單獨的采樣管線，分別采集不同采樣點的樣氣，通過兩個六通閥的狀態(tài)切換，選擇進入FID檢測器的通道，實現(xiàn)對多通道切換的控制。

這樣設計有效的隔絕了各個通道之間的氣路，防止樣氣的污染，同時又能夠通過編程，控制閥門的通斷，來精準控制檢測通道的切換，如圖1所示。

氣相色譜系統(tǒng)中的溫度和氣路控制精度直接影響分析的重復性，如果氣路和溫度控制不精確，會造成保留時間不重現(xiàn)而影響分析結果。為此，針對該多路在線監(jiān)測系統(tǒng)，研發(fā)了電子壓力和流量控制器（EPC）實現(xiàn)壓力和流量的控制，同時研發(fā)恒溫控制箱，保證溫度的穩(wěn)定性。

使用電子壓力流量控制器可以精確控制載氣流量，通過軟件對載氣進行壓力編程操作，使儀器具有很高的重現(xiàn)性。同時，EPC可以自動檢測載氣的壓力及泄露情況，當出現(xiàn)壓力不足或泄露時會自動切斷相關氣體或所有氣體，同時輸出報警信號，使儀表具有很高的安全性。

為了保證多路進樣的情況下，EPC能夠具有很高的精準度，我們?yōu)镋PC的標定開發(fā)了一套標定軟件，可實現(xiàn)EPC的線性進行準確快速標定，如圖2所示。

恒溫箱即色譜柱存放的色譜柱箱，恒溫箱的溫度控制效果直接關系設備分析結果的準確性，色譜分析中每一組分的保留時間都和其中色譜柱的溫度有著密切關系，因此保證溫度才能保證分析的穩(wěn)定性與準確性。根據(jù)以上所述，設計出恒溫箱的結構如圖3所示，采用循環(huán)空氣浴連續(xù)均勻的加熱方式，以較小的熱慣性，對其中的壓縮空氣進行加熱，使其快速升溫并可控，以此可保證測量的精度。

2? 實驗對比

在恒溫箱溫度精準控制的前提下，該多路揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測系統(tǒng)分別以單第一通道、單第二通道、雙通道同時進樣，如圖4所示，系統(tǒng)實物圖如圖5所示。按照中國國家環(huán)境保護標準進行實驗室性能檢測，包括示值誤差、分析周期、檢出限、重復性、線性誤差、24 h漂移。

2.1? 標準物質要求

為了保證測量標準物質的穩(wěn)定性與可靠性，要求其中標準氣物質應符合生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的HJ 1013—2018《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》中的要求[6]：

（1）標準氣體：市售有國家合格證的標準氣體，不確定度≤2.0%;

（2）零氣（零點氣體）可使用氮氣或潔凈空氣，其中碳氫化合物不得高于0.3 mg/m3;

（3）量程標準氣體（量程標氣）采用甲烷或丙烷標氣，其濃度在（80%～100%）滿量程范圍內。較低濃度的標準氣體可以使用高濃度的標準氣體采用稀釋的方法獲得，稀釋裝置的精密度應在1.0%以內。

2.2? 一般要求

實驗過程中，為了保證測量的精度和可靠性，我們對實驗進行了具體的要求，具體為：

（1）檢測期間除進行系統(tǒng)零點和量程校準外，不允許對系統(tǒng)進行計劃外的維護、檢修和調節(jié)。

（2）如果因供電問題造成測試中斷，在供電恢復正常后，繼續(xù)進行檢測，已經(jīng)完成的測試指標和數(shù)據(jù)有效。

（3）如果因系統(tǒng)故障造成測試中斷，在系統(tǒng)恢復正常后，重新開始檢測，已經(jīng)完成的測試指標和數(shù)據(jù)作廢;檢測期間，每臺（套）系統(tǒng)故障次數(shù)≤2次。

（4）各技術指標檢測數(shù)據(jù)均采用系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理單元存儲記錄的最終結果。

2.3? 實驗結果與示值誤差、分析周期、量程漂移

在不同的標氣濃度下，我們對通道1進行單獨測試，測試結果如表1所示，分析周期為90 s，零點漂移為0.400%，量程漂移為0.860%。

在不同的標氣濃度下，我們對通道2進行單獨測試，測試結果如表2所示，分析周期為90 s，零點漂移為0.730%，量程漂移為0.870%

在不同的標氣濃度下，我們對通道1和通道2同時進行進樣測試，測試結果如表3所示，通道1分析周期為90 s，零點漂移為0.250%，量程漂移為0.028%;通道2分析周期為90 s，零點漂移為0.350%，量程漂移為0.460%。單通道與多通道對比結果如圖6所示。

檢出性，重復性：依據(jù)中國國家環(huán)境保護標準，對多路揮發(fā)性有機物（VOCs）在線氣相色譜監(jiān)測儀進行單通道與多通道單獨實驗，得到分析儀的檢出限為0.15 mg/m3，測定下限為0.20 mg/m3。重復性為0.7%，上限1.2%。

3? 結? 論

通過對該多路揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測系統(tǒng)實驗室性能檢測分析，包括示值誤差、分析周期、檢出限、重復性、線性誤差、24 h漂移。在恒溫箱精準控溫的前提下，分別對通道1通道2單獨檢測與雙通道同時檢測對比發(fā)現(xiàn)，該多路揮發(fā)性有機物檢測系統(tǒng)的驗證結果均達到中國國家環(huán)境保護標準針對在線監(jiān)測設備的要求，可將該多路揮發(fā)性有機物在線監(jiān)測系統(tǒng)應用于復雜的現(xiàn)場工況環(huán)境。

參考文獻：

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[6] 生態(tài)環(huán)境部.固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法：HJ 1013—2018 [S].北京：中國環(huán)境出版社，2018.

作者簡介：蘆志強（1982—），男，漢族，黑龍江北安人，高級工程師，碩士，研究方向：環(huán)境在線監(jiān)測設備。