Sistema de pré-tratamento de amostragem de gás

I. Visão geral do sistema

Sistema de pré-tratamento de amostragem de gásÉ a ligação essencial entre o ponto de amostragem de gás e o instrumento de análise, com o objetivo de remover os componentes de impurezas (como partículas, umidade, gases corrosivos, condensados, etc.) da amostra de gás original que interferem com os resultados da análise ou danificam o instrumento, garantindo ao mesmo tempo a representatividade, a estabilidade e a integridade da amostra durante a transmissão, garantindo que o instrumento de análise funcione com precisão, confiabilidade e a longo prazo e forneça dados reais e eficazes. Este sistema é amplamente utilizado em áreas como monitoramento ambiental, controle de processos industriais, testes de segurança, pesquisas e experimentos científicos e é um componente essencial do processo de análise de gases.

Funções e objetivos principais

1. Recolha e transferência de amostrasAmostras representativas de gás são extraídas do ambiente alvo ou do tubo de processo por meio de uma sonda de amostragem ou bomba de amostragem e transportadas para a unidade de pré-tratamento e para o instrumento de análise posterior por meio de um tubo de transferência dedicado. O processo de transferência deve minimizar a perda da amostra, a adsorção, a difusão e as mudanças de temperatura para manter as características originais da amostra.

2. Remoção de partículasUtilize filtros (como filtros metálicos sinterizados, filtros de elemento de filtro, etc.) para remover eficazmente partículas sólidas como poeira, fumaça, aerossóis e outros gases, evitando que bloqueiem o fluxo do instrumento, peças de desgaste ou sensores de poluição, garantindo que o canal de análise seja fluido.

3. Remoção de água: uso de refrigeração desumidificação (por exemplo, refrigeração de semicondutores, refrigeração de compressores), secagem por adsorção (por exemplo, silicone, peneira molecular,NafionReduza a umidade do gás da amostra e evita que a umidade afete a precisão da detecção dos instrumentos de análise (como analisadores de infravermelhos, sensores eletroquímicos) para evitar que a condensação cause bloqueio de tubulação ou danos ao instrumento.

4. Eliminação de componentes de interferênciaPara componentes específicos de gás de interferência que possam estar presentes na amostra, através de absorção química (por exemplo, absorvente seletivo), conversão catalítica (por exemplo, forno de conversão seráNOxConverter paraNãoRemoção ou transformação seletiva de meios técnicos como separação de membrana de penetração para eliminar a interferência com a determinação do analítico alvo.

5. Controle de temperatura e pressãoDe acordo com os requisitos do instrumento de análise e as características da amostra, o regulamento da temperatura do gás pré-tratado da amostra (por exemplo, isolamento de aquecimento para evitar a condensação, resfriamento) e a estabilidade da pressão (por exemplo, válvula de regulação da pressão, placa de limite de fluxo) para garantir que a amostra entre no instrumento de análise no estado adequado.

6. Controle e regulação de fluxoAtravés de componentes como medidores de fluxo, controladores de fluxo, controle preciso do fluxo de gás da amostra no instrumento de análise para atender aos requisitos do fluxo do instrumento e garantir a precisão e repetibilidade dos resultados da análise.

7. Proteção do sistema e monitoramento do estadoAlguns sistemas avançados também possuem funções de autoproteção (como proteção contra sobretensão, proteção contra sobretemperatura) e funções de monitoramento de estado operacional (como alarme de bloqueio de filtro, alarme de fluxo anormal, alarme de temperatura e pressão anormal), para que o operador detecte e trate de problemas em tempo útil para garantir o funcionamento contínuo e estável do sistema.

III. Principais componentes

1. Sonda de amostragem/Pistola de amostragemInserir diretamente o ponto de amostragem para coletar amostras de gás, geralmente com um dispositivo de filtragem primário (como filtro cerâmico, filtro metálico) para remover grandes partículas de poeira, alguns ambientes de alta temperatura com a sonda de amostragem também tem função de aquecimento para evitar a condensação da amostra.

2. Bomba de amostragemFornece energia para o fluxo de gás da amostra, especialmente quando a pressão no ponto de amostragem é baixa ou a transmissão de longas distâncias é necessária. De acordo com os requisitos de amostragem, diferentes tipos de bomba de membrana, bomba periférica e bomba de turbo podem ser escolhidos.

3. Tubos de transmissãoConectando a sonda de amostragem com a unidade de pré-tratamento, os materiais geralmente são escolhidos com materiais inertes (como tetrafluoroetileno, aço inoxidável) para reduzir a adsorção da amostra. Para amostras fáceis de condensar ou reagir, os tubos de transmissão geralmente necessitam de isolamento térmico.

4. Filtro primário/Filtro finoRemove ainda mais partículas finas do gás para proteger os componentes de precisão subsequentes. O material e a precisão do filtro são escolhidos de acordo com as propriedades das partículas.

5. Unidade de Desumidificação：

ouRefrigerador/CondensadorSeparar a condensação de água no gás por refrigeração, como desumidificador de refrigeração de compressor, desumidificador de refrigeração de semicondutores.

ouSecadorUtilizando um secador (como silicone decolorado, peneira molecular) para absorver a água, há secadores em linha com duas torres alternadas e tubos de secagem descartáveis.

ouNafionTubo de secagemUtilizar o princípio de penetração seletiva para remover a umidade sem perder a composição do gás alvo, especialmente para a análise de traços.

6. Módulo de pré-tratamento de gásMódulos de tratamento específicos para indústrias específicas ou poluentes específicos, como dispositivos de remoção de hidrocarbonetos, dispositivos de absorção de óxidos de enxofre, geradores de ozônio (para o tratamento de certos gases redutores), etc.

7. Unidade de controle de temperatura: incluindo fitas de aquecimento, camadas de isolamento, termocontroladores, etc., para isolamento térmico de tubos de amostragem, sondas, alguns componentes de pré-tratamento.

8. Unidade de controle de fluxo e pressão: por válvula de redução de pressão, válvula de regulação de pressão, válvula de agulha, medidor de fluxo de massa (MFC), medidor de fluxo de rotor, placa de orifício limite e outras composições para regular e estabilizar a pressão e o fluxo do gás da amostra.

9. Válvulas e interruptores: tais como válvulas eletromagnéticas, válvulas pneumáticas, etc., para realizar a comutação de fluxo (como calibração automática, contrasopro, bypass).

10. Unidades de controle e visualização：do PLCControladores, telas táctiis, medidores digitais, etc., para definir parâmetros, monitorar o estado de funcionamento do sistema, alarmes, etc.

Princípios de design e seleção

1. Representatividade da amostraO projeto do sistema de pré-tratamento deve primeiro garantir a coleta de amostras originais representativas, a escolha do ponto de amostragem e o design do método de amostragem são essenciais.

2. Orientação e AplicabilidadeProjeto específico do sistema de pré-tratamento e seleção de componentes de acordo com as propriedades do gás da amostra (composição, concentração, umidade, temperatura, pressão, corrosividade, teor de poeira, etc.), alvo de análise e requisitos de propriedades do instrumento de análise escolhido.

3. Eficiência e confiabilidadeA unidade de pré-tratamento deve ser capaz de remover os interferentes de forma eficiente, evitando a perda do analítico alvo. Os componentes do sistema devem escolher produtos de qualidade confiável e desempenho estável para garantir a confiabilidade de operação a longo prazo.

4. Baixa manutenção e fácil operaçãoSob a premissa de atender aos requisitos de desempenho, a estrutura do sistema deve ser simplificada ao máximo, reduzir a carga de trabalho de manutenção e a interface de operação deve ser simples e intuitiva para facilitar a operação e manutenção diárias.

5. SegurançaPara ocasiões de amostragem que contêm gases tóxicos, perigosos e inflamáveis ​​e explosivos, o projeto do sistema deve levar em consideração os fatores de segurança, como o design à prova de explosão, a detecção de vazamentos, o tratamento de gases de escape, etc.

6. EconomiaCom base no atendimento aos requisitos técnicos, considere integralmente os custos de aquisição de equipamentos, custos operacionais (como substituição de consumíveis, consumo de energia) e custos de manutenção para escolher um esquema econômico.

7. Compatibilidade e escalabilidadeO sistema de pré-tratamento deve ser bem compatível com os instrumentos de análise subsequentes e considerar possíveis necessidades de expansão funcional no futuro.

V. Aplicações

1. Monitoramento automático do ar ambiente: na atmosferaSO₂、NO₂、CO、O₃、PM₂.₅、COVpré-tratamento de amostragem de outros poluentes.

2. Monitoramento de gases de escape de fontes de poluição fixasEmissões de poluentes em gases de fumaça, como usinas elétricas, fábricas de cimento, fábricas químicas, fábricas de aço, etc. (poeira,SO₂、NOx、CO、HCl、HF、COVetc.) antes da análise da amostra.

3. Análise de gases de processos industriaisMonitoramento on-line da composição dos gases de processo durante a produção industrial química, petróleo, metalurgia e eletrônica para otimizar os parâmetros do processo, garantir a qualidade do produto e a produção segura.

4. Monitoramento da qualidade do ar interiorformaldeído no ar interior,TVOCO pré-tratamento de amostragem de benzo.

5. Detecção de gases de escape de automóveisAmostragem e pré-tratamento de poluentes nos gases de escape de veículos.

6. Experiência científica: pré-tratamento de amostras em vários estudos de análise de gases de laboratório.

7. Monitoramento de emergência e detecção de vazamentosAmostragem e pré-tratamento rápidos de gases no local de eventos ambientais ou vazamentos industriais para apoiar a tomada de decisões de emergência.

Sistema de pré-tratamento de amostragem de gásO desempenho está diretamente relacionado com a qualidade dos dados de análise de gás, e um sistema de pré-tratamento bem projetado e operacional é uma premissa e garantia para obter resultados de análise precisos e confiáveis. Em aplicações práticas, é necessário um planejamento detalhado e uma rigorosa integração de sistemas de acordo com as circunstâncias específicas.