Sistema de pré-tratamento de amostragem de detecção de gás

I. Visão geral do sistema

Sistema de pré-tratamento de amostragem de detecção de gásÉ a ligação fundamental entre o ponto de amostragem de gás e o instrumento de análise, cuja função principal é o tratamento físico ou químico do gás bruto coletado, a remoção de componentes de interferência, a regulação do estado do gás e a garantia de que o gás que entra no instrumento de análise atenda aos requisitos de teste do instrumento, melhorando assim a precisão, confiabilidade e estabilidade dos resultados da análise. Este sistema é amplamente utilizado em várias áreas como monitoramento ambiental, controle de processos industriais, experimentos de pesquisa científica e saúde, e é um componente importante para garantir a qualidade dos dados de análise de gases.

Composição do sistema e suas funções

a) Unidade de amostragem

A unidade de amostragem é a parte do sistema em contato direto com o ambiente do gás a medir e é responsável pela extração ou coleta do gás alvo do ponto de amostragem para o sistema.

1. Sonda de amostragem/Tubo de amostragemEscolha os materiais apropriados (como aço inoxidável, tetrafluoroetileno, vidro, etc.) e a estrutura de acordo com os diferentes ambientes de amostragem e propriedades do gás (como temperatura, umidade, teor de poeira, corrosividade, etc.). Por exemplo, na amostragem de gases de fumaça de alta temperatura, uma sonda de amostragem de metal com um casaco de resfriamento é frequentemente usada; Na amostragem de gases limpos, tubos simples de vidro ou de quartzo podem ser usados. A sonda de amostragem deve ser projetada para minimizar a interferência no fluxo de ar e garantir a coleta de amostras representativas de gás.

2. Bomba de amostragemFornece energia para transportar amostras de gás do ponto de amostragem para a unidade de tratamento posterior. Escolha o tipo de bomba de amostragem adequado de acordo com o fluxo, a pressão e as propriedades do gás necessários para o sistema, como bombas de diafragma, bombas perimóveis, bombas giratórias, etc. A estabilidade do fluxo e a capacidade de pressão negativa da bomba de amostragem são indicadores chave de desempenho que afetam diretamente a eficiência da amostragem e a representatividade da amostra.

3. Controle de fluxo e mediçãoControlador de fluxo de massa (MFC), medidor de fluxo de rotor, medidor de fluxo de membrana de sabão, etc., para controlar e medir com precisão o fluxo de gás de amostragem. Um fluxo estável de amostragem é um fator importante para garantir a repetitividade dos resultados da análise e facilitar a análise quantitativa.

b) Unidade de pré-tratamento

A unidade de pré-tratamento é o núcleo do sistema e utiliza várias técnicas de tratamento para remover os fatores de interferência para diferentes características e requisitos analíticos de amostras de gás.

1. Dispositivo de filtragemPara a remoção de partículas no gás (poeira, aerossóis, etc.). Os filtros comumente usados ​​são filtros de sinterização metálica, filtro de fibra de vidro, filtro de politetrafluoroetileno, etc. A escolha do filtro deve considerar a eficiência da filtração, o tamanho do abertura, a resistência à temperatura e à corrosão, e deve ser substituída ou limpa regularmente para evitar que o bloqueio afete o fluxo e o efeito da filtração.

2. Desumidificação/Dispositivo de secagemDesumidificação é necessária quando o teor excessivo de umidade no gás pode interferir com o instrumento de análise ou os resultados de teste (por exemplo, danificar o sensor, causar condensação, afetar a adsorção ou reação de certos componentes do gás). Os métodos mais utilizados incluem:

ouRefrigeração DesumidificaçãoA refrigeração do gás abaixo do ponto de orvalho por meio de refrigeração de semicondutores ou compressores para condensar a umidade é adequada para grandes fluxos de gás de alta umidade, mas pode levar à perda de componentes de gás parcialmente solúveis em água.

ouadsorção secaUtilize a adsorção de secantes (como silicone, peneira molecular, cloreto de cálcio, pentóxido de fósforo, etc.) para remover a umidade. Os adsorbentes têm uma certa capacidade de adsorção e precisam ser regenerados ou substituídos regularmente. Para requisitos de baixo ponto de orvalho, a secagem por adsorção de comutador de torre dupla é frequentemente usada para obter um trabalho contínuo.

3. Remoção de água (química)/脱水Em algumas ocasiões específicas, pode ser usado um reagente químico para absorver a água, como o ácido sulfúrico concentrado (mas é necessário prestar atenção à sua forte corrosividade e absorção de certos gases).

4. Dispositivos de componentes de gás sem interferênciaSe a amostra contém outros componentes de gás que interferam com o analítico alvo, a remoção seletiva é necessária. Por exemplo:

ouAdsorbentes seletivosSe o carvão ativo pode adsorber vapor orgânico, o agente de Hogarth pode remover o oxigênio (em condições específicas), o absorvente alcalino (comoNaOHeliminação de gases ácidos)CO₂eSO₂eHClabsorvente ácido (comoH₂SO₄eliminação de gases alcalinos)NH₃etc.).

ouDispositivo de conversão catalíticaUtilização de catalisadores para converter gases de interferência em substâncias inofensivas ou não interferentes. Por exemplo, o uso de um forno de conversãoNO₂Converter paraNãoou oxidar certos interferentes orgânicos sob a ação de um catalisador específico paraCO₂eH₂O- É.

5. Aquecimento e isolamentoDurante o processo de amostragem e transmissão, para evitar a condensação de componentes de alto ponto de ebulição no gás ou alterações de certos componentes reativos devido à diminuição da temperatura, é necessário aquecer e isolar a tubulação de amostragem e alguns componentes de pré-tratamento. Por exemplo, a coleta de fumoCOVGeralmente é necessário aquecimento completo (por exemplo,120℃ou180℃para evitar a perda de condensação.

6. Equipamento de enriquecimento e concentraçãoQuando a concentração do componente do gás a medir é inferior à detecção do instrumento de análise, a concentração enriquecida do componente alvo é necessária. Métodos comuns têm adsorção de adsorentes sólidos-Desadesão térmica, concentração de armadilha fria a baixa temperatura, etc. Traços na atmosfera, por exemplo.COVA análise é frequentemente utilizadaTenaxEnriquecimento com adsorentes.

3) Unidade de transmissão

Responsável pelo transporte estável e sem perdas do gás limpo pré-tratado para o instrumento de análise.

1. Tubos de transmissão: deve escolher materiais de boa inercia química, pequena adsorção e boa vedação, como politetrafluoroetileno (PTFEtubos, tubos de aço inoxidável, etc. Os tubos devem ser o mais curtos possível, reduzindo o volume morto e evitando a adsorção, análise ou reação do gás durante a transmissão. Para os gases que necessitam de transferência de aquecimento, devem ser usados tubos de aquecimento acompanhados.

2. Dispositivo de regulação de pressãoAntes de entrar no instrumento de análise, às vezes é necessário estabilizar ainda mais a pressão e o fluxo de gás para garantir que o instrumento funcione sob as condições.

Unidades de controle e monitoramento

Com o aumento da automação, o modernoSistema de pré-tratamento de amostragem de gásGeralmente equipados com unidades de controle e monitoramento.

1. sensorSensores de temperatura, sensores de umidade, sensores de pressão, sensores de nível de líquido (para a detecção de água condensada), etc., monitoram em tempo real os parâmetros operacionais de todas as partes-chave do sistema.

2. ControladorComo:do PLC(Controlador lógico programável), máquina de um único chip, computador de controle industrial, etc., de acordo com a informação do feedback do sensor, controlar automaticamente os componentes executivos (como arranque e parada da bomba de amostragem, ajuste do controlador de fluxo, interruptor do dispositivo de aquecimento, acionamento do dispositivo de alarme, etc.), para realizar a operação automatizada do sistema e a resolução de problemas.

3. Dispositivos de exibição e alarmeUtilizado para exibir os parâmetros do estado operacional do sistema (fluxo, temperatura, pressão, umidade, etc.) e informações de falha, e quando ocorrer uma situação anormal (como excesso de fluxo, bloqueio do filtro, temperatura anormal, pressão insuficiente da fonte de gás, etc.), emite um sinal de alarme de som e luz para alertar o operador para o tratamento oportuno.

Princípios de Design do Sistema

1. Representatividade da amostraO projeto do sistema deve garantir que as amostras de gás coletadas refletam verdadeiramente a composição e a concentração de gás no ponto de amostragem, evitando poluição, perdas ou alterações de composição durante o processo de amostragem.

2. DirecionamentoDe acordo com as propriedades do gás a medir (composição, concentração, temperatura, umidade, pressão, teor de poeira, corrosividade, etc.) e os requisitos do instrumento de análise, escolha a técnica e o dispositivo de pré-tratamento adequados para alcançar o objetivo.

3. Alta eficiênciaO processo de pré-tratamento deve ser capaz de remover os fatores de interferência de forma rápida e eficaz, reduzindo o tempo de processamento da amostra o mais curto possível e reduzindo a retenção da amostra no sistema.

4. Estabilidade e confiabilidadeCada componente do sistema deve escolher produtos de qualidade e confiabilidade, projetar um processo razoável, garantir uma operação estável a longo prazo e reduzir a quantidade de manutenção.

5. Automação e InteligênciaSempre que as condições o permitirem, maximizar o grau de automação do sistema, alcançar amostragem automática, processamento automático, registro e transmissão automáticos de dados, melhorar a eficiência do trabalho e a confiabilidade dos dados.

6. SegurançaPara amostragem de gases tóxicos, perigosos e inflamáveis ​​e explosivos, o sistema deve ter uma boa vedação e medidas de proteção de segurança para evitar vazamentos de gás causando danos pessoais ou poluição ambiental.

7. Facilidade de manutençãoA estrutura do sistema deve ser fácil de operar, manter e reparar, e os componentes-chave devem ser fáceis de substituir.

Área de aplicação

1. Monitoramento da Qualidade do Ar Ambiental: na atmosferaSO₂eNOxeCOeO₃eCOVePM2,5ePM10amostragem e pré-tratamento de outros poluentes.

2. Monitoramento de gases de escape de fontes de poluição fixasMonitoramento de poluentes em gases de fumo emitidos por usinas elétricas, fábricas químicas e fábricas de aço.

3. Análise de gases de processos industriaisEm petroquímica, metalurgia, semicondutores, fermentação de alimentos e outros processos de produção industrial, a composição de gás de processo é monitorada on-line para otimizar o processo de produção, garantir a qualidade do produto e a produção segura.

4. Monitoramento da qualidade do ar interiorMonitoramento de formaldeído e benzeno no ar interiorTVOCeCO₂Esperem.

5. Experiência científicaFornecer amostras de gás adequadas para instrumentos de análise de gás de laboratório.

6. Área médicaComo monitoramento de gás anestésico, análise de gás de expiração, etc.

7. Monitoramento de emergênciaAnálise rápida de amostragem e pré-tratamento de gases tóxicos e perigosos no local de um incidente de poluição ambiental ou acidente.

Sistema de pré-tratamento de amostragem de detecção de gásO desempenho está diretamente relacionado com a qualidade dos dados de análise de gás, portanto, vários fatores de influência devem ser levados em consideração durante o projeto, seleção, instalação e manutenção operacional, e configurações otimizadas de acordo com cenários de aplicação específicos e requisitos de análise para garantir que o sistema funcione de forma estável e confiável a longo prazo.