[实用新型]一种环境空气恒流自动采样装置

说明书

本实用新型公开了一种环境空气恒流自动采样装置，包括真空采样罐、缓冲容器和切换阀，缓冲容器通过切换阀分别与真空采样罐、大气环境相连通，通过切换阀的切换控制，缓冲容器交替与大气环境、真空采样罐接通以达到进样气体的气压平衡。本实用新型还公开了一种恒流环境空气采样方法。本实用新型打破了国外对高精度大气恒流采样装置的技术垄断，确保大气采样流量控制精度，保证整体气体流路的惰性化，具备灵活的流量控制和调节方式，使用常用工业化量产器件和材料，实现免耗材易维护，构建经济高效的全自动环境空气恒流自动采样装置，为国家的大气环境监测和治理贡献力量。

技术领域

本实用新型属于空气采样技术、具体涉及一种环境空气恒流自动采样装置。

背景技术

挥发性有机物VOCs是形成臭氧污染的重要前体物，为积极推进环境空气VOCs监测体系和能力建设，摸清生成臭氧的重点VOCs种类，掌握浓度水平和变化规律，有的放矢地开展臭氧污染防治工作，国家制定了环境空气VOCs监测工作方案，方案中明确规定了环境空气的采样模式：使用预真空处理的苏码罐，一天分8次(每次3小时)于设定时段内连续以恒定流量采集大气样本，每次负压封存一罐。非重点地区和时间段，每24小时连续恒流采集大气样本并负压封存。具体技术细节与背景请参考《环办监测函【2017】2024附件》2018年重点地区环境空气挥发性有机物监测方案。

为满足定时连续长时间大气采样的需求，目前有以下主流解决方案：

一、机械微孔限流气阻配合机械恒流阀，其具体实时方案包括人工和自动方式：

1、人工定时开启和关闭机械阀，配以微孔气体流量阻尼装置和机械恒流阀来控制采样流量。此方法极其消耗人工，采样时间控制误差大，多点多流量采样实施难度大，现已逐步被自动化采样装置取代。

2、带自动阀切换控制的自动采样装置。其采样恒流控制核心仍然是微孔气阻配合机械恒流阀，通过自动化系统切换多通道苏码罐来达到定时采样的目的。这是目前使用最广泛的采样方式。

为了达到不改变采样气体的组分这一核心目标，要求所有与样品气体接触部分全部使用惰性材料构成，所以此方案的微孔气阻一般由宝石材料加工而成，而恒流阀的所有金属表面必须进行硅烷化镀膜处理。以上两个核心器件的生产与加工工艺都没有实现国产化，由于国外垄断使得价格极其昂贵。微孔气阻本身容易被采样空气中的颗粒物堵塞，必须在前端添加多级惰性化处理过的气体过滤装置，保证最终气体中颗粒物小于2微米。这也增加了额外的耗材使用成本与维护开销。由于恒流核心是机械装置，每一组气阻和恒流阀的组合只能满足一种采样流量的需求，无法动态调节。机械装置本身也需要定期校准恒流流量，校准过程繁琐，人工操作容易引入额外的误差。运输与使用过程中必须避免过大物理震动，以免影响流量控制精度。

二、以电子气体质量流量控制器作为恒流控制核心，配合自动多路苏码罐阀切换的解决方案。

这种方案试图使用电子气体质量流量控制器来取代机械恒流装置，同时具有灵活调节采样流量的优势。但是目前没能成为主流的采样方案，主要的缺点是电子质量流量传感器本身无法使用惰性材料构成，硅烷化镀膜工艺也不适用于传感器的表面处理，所以此方案的整体惰性化程度无法于机械恒流装置比拟，对于诸如硫化物等活性较高的VOCs分析目标物有潜在的破坏可能性。与此同时流量控制器使用的比例阀不可避免的又用到了弹性密封材料，一般是氟橡胶，很难保证其本身在高真空环境下，不释放出额外的有机物气体，对采气体产生二次污染。高精度的电子质量流量控制器价格也比较昂贵，为了保证可靠性，必须使用惰性过滤器对采样气体经行前置过滤，耗材和维护成本高。此外电子质量流量计对使用环境和被测气体的温湿度变化敏感，所以在复杂气候条件下的采样流量精度控制会有所下降。在国家发布的采样方案中还要求所有采样管路可拆洗清洁，避免不同采样点之间的交叉污染，在这一点上，电子质量流量控制器作为气体流路的一部分显然也无法满足。

实用新型内容