1、内嵌多路套管技术在空气自动监测系统中的应用摘要：通过多年空气自动监测实际经验，讨论了利用内嵌多路套管技术对空气自动监测采样总管的改进方法，用以解决原有系统中存在的多路相互影响、校准时间长、采样管路不能参与校准等问题，有效地提高空气自动监测系统的数据准确性及有效性。 关键词：内嵌多路套管；空气自动监测；采样总管 Abstract: Based on 20 years practical experiences, an improvement for the main air sampling tube of ambient air auto-monitoring system by applie
2、d embedded multi-branch tube was discussed in this paper, which can be used for solving the problems like interaction of separate analyzer, long response time, sample line cannot be calibrated etc. in existing system. And this improvement can also raise the data accuracy and effectiveness of ambient
3、 air auto-monitoring system effectively. Key words: embedded multi-branch tube；Air auto-monitor；main air sampling tube 中图分类号：F253.3 文献标识码：A 文章编号： 0、引言 2012 年 2 月 29 日，新的环境空气质量标准 （GB3095-2012）由环境保护部、国家质量监督检验检疫总局联合发布，同时环境空气质量指数（AQI）技术规定 （HJ633-2012）由环境保护部发布。按照新的国家标准，参与城市空气质量评价的三项污染物将增加为六项，其中新增加了臭氧及一氧化
4、碳二项气态污染物，使用原有的空气自动监测系统采样总管存在的问题更为突出地显现出来1，2，3。为了解决原有系统中存在的多路相互影响、校准时间长、采样管路不能参与校准等问题，西安市在建设大气综合实验室的过程中巧妙地使用内嵌多路套管的技术对空气自动监测采样总管进行了改进，有效地解决了上述问题。 1、原系统采样总管介绍及存在的问题 依据环境空气质量自动监测技术规范 （HJ/T193-2005） ，已建成的空气自动监测系统多使用垂直层流式采样总管或竹节式采样总管，其中竹节式采样总管最为常见。下图为美国 Thermo scientific 公司的采样总管的示意图，采样总管为内辅聚四氟乙烯材料的不锈管，其加
5、热温度一般设置为 40。仪器的采样口使用 Teflon 管材经过滤器与采样总管相连接，动态校准设备所产生的零空气及标准气体经由电磁阀与 Teflon管路相连接。 然而，在 20 年的实际工作中我们发现，这种采样系统存在系统性问题，继而影响到数据的有效性与准确性，同时对仪器的正常使用也有一定的影响，现对存在的问题进行阐述。 1.1 进气气流虹吸现象，影响样气流量 由于每台仪器只是连在的采样总管的主管道上，总管道的排气风机以及各仪器的样气进气泵会对其它气路产生虹吸现象，增加了仪器采样时的气泵负载。从而影响到数据的真实有效。 1.2 校准存在局限，采样系统整体准确性较差 现有的校准仅对从电磁阀到仪器
6、之间的管路进行校准，不能对采样系统进行整体性校准。如图以对 A 仪器进行准时的标气（零气）气流方向为例，当对仪器 A 进行校准时，电磁阀 A 打开，由于动态校准设备产生的标气（零气）压力相对较大，气体经过电磁阀 A 后进部分吸入仪器A 对仪器进行校准，多余的气体则排向采样总管进行溢气排放。由于此时标气（零气）仅经过的从电磁阀 A 到仪器 A 之间的管路，实际上也就是只对这部分管路进行校准，而采样总管的绝大部分并不在校准气路之中。但实际采样时室外空气又是经由采样总管进入仪器 A 的，这就使校准与采样存在着系统性的误差，从而影响到监测数据的准确性。 图 1：竹节式采样总管示意图 1.3 校准时溢气
7、排入采样总管，对其它未参与校准的仪器形成影响 由于，此设计的电磁阀为单通断电磁阀，校准时溢出的气体是通过采样总管进行泄压的，因此对未参与校准的仪器造成影响。以一台仪器校准时间为 1h 为计（校零、校标各 0.5h） ，四台仪器校准完成校准共需要 4h。换而言之，这四个小时内的数据都是无法采信的无效数据，而环境空气质量指数（AQI）技术规定要求日均值的小时计数个数为 20个以上，因此很难保证校准当日的数据有效个数。 2、利用内嵌多路套管技术对采样总管的改进 显而易见的是，原有的采样总管从技术上已经不能满足新的环境空气自动监测工作的需要，结合 20 多年环境空气质量自动监测经验，我们在西安市大气综
8、合实验室的建设中实际应用中成功地使用内嵌多路套管技术对美国 Thermo scientific 公司的采样总管进行的改进，保留了原采样系统的防冷凝加热系统，增加了室外支路分离部分，从而解决了上述系统性问题。保证了监测数据的有效性和准确性。改进后的采样总管示意图如图二所示，与原系统相比主要做了一下改进。 1、使用了内嵌多路套管技术。每台监测设备的样气管路和校准气体均接到室外，从而使每台仪器的气路相对独立，消除互相之间的影响。 2、增加了室外采样支路连接部分。将原置于室内的三通改在室内进行连接，同时保持各支路采气口相距 30cm 以上，从而解决了校准时的相互影响问题。 3、保留原系统的防冷凝加热系
9、统。标（零）气首先经采样总管通向室外经过独立的支路三通再次返回室内仪器。溢气直接排到环境空气中。从而保证了样气与标（零）气在进行仪器之前的管路是相同的长度及相同的温度及湿度条件。 4、取消了原有的样气循环泵。由于改后的采样总管各支路是相对独立的系统，总管尽起到的是防冷凝加热作用，样气循环泵就失去了存在的必要。 图 2：内嵌多路套管采样总管示意图 3、改进后的采样总管的特点 按照环境空气质量自动监测技术规范 （HJ/T193-2005）相关要求，对采样总管的设计和安装主要有以下三个方面的要求，一是采样气路要使用不与被监测污染物发生化学反应和不释放有干扰物质的材料。二是要对管线外壁加装保温套或加热
10、器，加热温度一般控制在 3050。三是在监测仪器的采样入口与支管气路的结合部之间，安装孔径不大于5m 聚四氟乙烯过滤膜。四是采样气体滞留在采样管线内的时间应小于20 s。 比照以上要求，改进后的采样总管系统基本满足规范的有关要求，同时与原采样系统相比又增加了自己的特点，主要表现在： 3.1 采样气路相对独立，互不影响。 改进后的新型采样系统，由于采用的是内嵌多路套管技术，每台仪器所使用的采样气路完全是独立的个体系统，与其它仪器不发生相互作用，解决了管路虹吸现象。 3.2 标（零）气和样气所经过的管路相同，提高了仪器校准时的准确性与一致性。 改进后的采样总管系统将原来置于室内的三通接口改在了室处
11、进行连接，使标（零）气与样气所经过的管路保持相同，均由室外进入室内，通过 Teflon 过滤器进入仪器。保证了校准与采样的条件相一致。从而解决了原来存在的系统性误差。 3.3 保留了原系统的加热装置，使标（零）气和样气均经过相同温度环境的采样总管，保证了监测与校准的环境条件的一致。 改进后的系统，标（零）气需要进入采样总管平衡后才能进入仪器对仪器进行校准。由于采样总管处于 40恒温状态，这样经过总管的标（零）气和样气均以同样的环境状态进入仪器，从系统上提高了系统监测的准确性。 4、使用内嵌多路套管技术需要注意的问题 虽然使用内嵌多路套管技术后的采样总管，从系统上解决了原采样总管存在的许多问题，
12、但由于仪器出厂设计是按原系统进行设计等原因，改进后的系统也存在以下二个可能发生的问题。 （1）由于进气管路的加长，有可能增加了采样气体滞留在采样管线内的时间，增加了管路对样气的吸附时间。解决这一问题的方法就是在管道选材时要更为严格的选择对空气气态污染物影响最小的材料，从材料上入手解决吸附的问题。 （2）对进气流量可能造成影响。由于总管道加长，进气阻力增大，原仪器所配的样气泵有可能不能满足流量需要。解决方法是更换仪器气泵，使用动力大的进气气泵。 参考文献 1.HJ/T193-2005， 环境空气质量自动监测技术规范 S. 2.空气和废气监测分析方法（第四版） M.北京，中国环境科学出版社，2003. 3.师建中，周炎.O3 自动监测的技术要点J中国环境监测，2012年第一期：77-80.
