الكشف عن الغاز وأخذ العينات نظام المعالجة

أولاً - لمحة عامة عن النظام

الكشف عن الغاز وأخذ العينات نظام المعالجةهو حلقة وصل رئيسية بين نقطة أخذ العينات من الغاز و أداة تحليلية ، وظيفتها الرئيسية هي إجراء المعالجة الفيزيائية أو الكيميائية على الغاز الخام التي تم جمعها ، وإزالة المكونات المزعجة ، وضبط حالة الغاز ، وضمان أن الغاز يدخل أداة تحليلية يتوافق مع متطلبات الكشف عن الصك ، وبالتالي تحسين دقة وموثوقية واستقرار نتائج التحليل . هذا النظام يستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات ، مثل رصد البيئة ، ومراقبة العملية الصناعية ، والبحوث العلمية والتجربة الطبية والصحة ، وما إلى ذلك ، هو عنصر هام من عناصر ضمان جودة البيانات من تحليل الغاز .

مكونات النظام ووظائفه

( أ ) وحدة أخذ العينات

وحدة أخذ العينات هو جزء من النظام الذي هو في اتصال مباشر مع بيئة الغاز تحت الاختبار ، الذي هو المسؤول عن استخراج أو جمع الهدف الغاز من نقطة أخذ العينات في النظام .

1. أخذ العينات التحقيقوأخذ العينات أنبوباختيار المواد المناسبة ( مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، بولي تترافلوروإيثيلين ، والزجاج ، الخ . ) على سبيل المثال ، في درجة حرارة عالية من غاز المداخن أخذ العينات ، وأخذ العينات التحقيق مع تبريد سترة غالبا ما تستخدم . بسيطة الزجاج أو الكوارتز أنبوب أخذ العينات يمكن استخدامها في تنظيف الغاز أخذ العينات . تصميم العينات التحقيق ينبغي أن تقلل إلى أدنى حد من التدخل في تدفق الهواء ، وضمان الحصول على ممثل عينات الغاز .

2. أخذ العينات مضخةتوفير الطاقة لنقل عينات الغاز من نقطة أخذ العينات إلى وحدة المعالجة اللاحقة . اختيار نوع مناسب من مضخة أخذ العينات ، مثل مضخة الحجاب الحاجز ، مضخة تمعجية ، مضخة دوارة ، الخ . استقرار معدل التدفق و الضغط السلبي قدرة العينات مضخة هي مؤشرات الأداء الرئيسية التي تؤثر بشكل مباشر على كفاءة أخذ العينات ، عينة تمثيلية .

3. تدفق التحكم والقياستحكم تدفق الكتلة )MFCالدوار مقياس الجريان ، مقياس الجريان فيلم الصابون ، وما إلى ذلك تستخدم لمراقبة دقيقة وقياس تدفق الغاز أخذ العينات . ثابت معدل أخذ العينات هو عامل مهم لضمان تكرار نتائج التحليل ، وفي الوقت نفسه ، فإنه من السهل إجراء التحليل الكمي .

` 2 ` وحدة المعالجة المسبقة

وحدة المعالجة المركزية هي جوهر النظام ، الذي يهدف إلى خصائص مختلفة من عينات الغاز و متطلبات التحليل ، العديد من تقنيات المعالجة المعتمدة للقضاء على التدخل من العوامل .

1. جهاز تصفيةتستخدم لإزالة الجسيمات ( الغبار ، الهباء الجوي ، الخ ) من الغاز . الفلتر المشترك هو تلبد المعادن فلتر ، فلتر الألياف الزجاجية غشاء ، غشاء بولي تترافلوروإيثيلين ، وهلم جرا . اختيار مرشح يجب أن تأخذ في الاعتبار كفاءة الترشيح ، حجم المسام ، ومقاومة درجات الحرارة والتآكل المقاومة ، ينبغي استبدالها أو تنظيفها بانتظام لمنع انسداد يؤثر على معدل التدفق والترشيح .

2. التجفيفوجهاز التجفيفعندما محتوى الرطوبة في الغاز عالية جدا قد تتداخل مع أداة تحليلية أو نتيجة الاختبار ( على سبيل المثال ، تلف أجهزة الاستشعار ، مما تسبب في التكثيف ، مما يؤثر على امتصاص أو رد فعل بعض مكونات الغاز ) ، التجفيف العلاج المطلوب . وتشمل الأساليب الشائعة ما يلي :

أوتبريد التجفيفتبريد الغاز تحت نقطة الندى من خلال أشباه الموصلات التبريد أو التبريد ضاغط لتكثيف فصل المياه ، ومناسبة لارتفاع معدل تدفق الغاز ، وارتفاع الرطوبة ، ولكن قد يؤدي إلى فقدان جزء من مكونات الغاز للذوبان في الماء .

أوالامتزاز والتجفيفالتجفيف وكيل ( مثل هلام السيليكا ، المنخل الجزيئي ، كلوريد الكالسيوم ، خامس أكسيد الفوسفور ، الخ . ) الممتزات لديها قدرة الامتزاز ، تحتاج إلى تجديد أو استبدال بانتظام . من أجل تلبية متطلبات انخفاض نقطة الندى ، برج مزدوج التبديل الامتزاز والتجفيف غالبا ما تستخدم لتحقيق العمل المستمر .

3. إزالة المياه ( الطريقة الكيميائية )و脱水في بعض الحالات ، قد يكون من الممكن استخدام الكواشف الكيميائية لامتصاص الرطوبة ، مثل حامض الكبريتيك المركز ( ولكن يجب الانتباه إلى تآكل قوي وامتصاص بعض الغازات ) .

4. تدخل جهاز إزالة مكونات الغازإذا كانت العينة تحتوي على مكونات الغاز الأخرى التي تتداخل مع الهدف analytes ، يجب إزالتها بشكل انتقائي . على سبيل المثال :

أوانتقائية الممتزاتعلى سبيل المثال : الكربون المنشط يمكن أن كثف الأبخرة العضوية ، وكيل يمكن إزالة الأكسجين ( في ظروف معينة ) ، ماصة القلوية ( على سبيل المثالNaOHإزالة الغازات الحمضية )CO₂وSO₂وHClحمض ماصة ( على سبيل المثالH₂SO₄يمكن إزالة الغازات القلوية )NH₃الخ .

أوالحفاز تحويل الجهازاستخدام محفز لتحويل الغاز إلى مادة غير ضارة أو غير مزعجة . على سبيل المثال ، باستخدام محولNO₂تحويللاأو بعض المركبات العضوية المتطايرة المؤكسدة فيCO₂و .H₂Oمنتدى

5. جهاز التدفئة والعزل الحراريفي عملية أخذ العينات والنقل ، من أجل منع ارتفاع درجة الغليان مكونات الغاز من التكثيف أو بعض من السهل أن يتفاعل مع مكونات التغيير بسبب انخفاض درجة الحرارة ، وأخذ العينات وخطوط المعالجة جزء من مكونات التدفئة والعزل الحراري . على سبيل المثال ، جمعمركبات فلوريةعادة ما تحتاج إلى أن تكون ساخنة في جميع أنحاء ( على سبيل المثال120℃أو180℃لمنع تكاثف الخسارة .

6. إثراء وتركيز الجهازعندما يكون تركيز مكونات الغاز تحت الاختبار أقل من تلك التي تم الكشف عنها بواسطة أداة تحليلية ، وتركيز المكونات المستهدفة المطلوبة . الصلبة الممتزات الامتزاز-الامتزاز الحراري ، وانخفاض درجة الحرارة الباردة فخ التركيز . على سبيل المثال ، تتبع في الغلاف الجويمركبات فلوريةالتحليل غالبا ما تستخدمتيناكسوغيرها من الممتزات .

` 3 ` وحدة الإرسال

تكون مسؤولة عن نقل الغاز النظيف بعد المعالجة إلى أداة تحليلية .

1. خط نقليجب اختيار المواد الكيميائية الخاملة ، والامتزاز الصغيرة ، وختم جيدة ، مثل بولي تترافلوروإيثيلين )PTFE) أنابيب ، أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ وهلم جرا . الأنابيب يجب أن تكون قصيرة قدر الإمكان ، والحد من حجم الميت ، وتجنب امتصاص الغاز في عملية النقل ، أو رد فعل . الحرارة تتبع خط أنابيب الغاز التي تحتاج إلى نقل الحرارة .

2. الجهد استقرار الجهاز الحاليفي بعض الأحيان المزيد من الاستقرار في ضغط الغاز و معدل التدفق المطلوب لضمان أن الصك يعمل تحت ظروف معينة قبل الدخول في أداة تحليلية .

` 4 ` وحدة المراقبة والرصد

مع زيادة درجة الأتمتة الحديثةأخذ العينات الغاز نظام المعالجةوعادة ما تكون مجهزة وحدات التحكم والرصد .

1. سنسرعلى سبيل المثال ، وأجهزة الاستشعار درجة الحرارة ، وأجهزة الاستشعار الرطوبة ، وأجهزة استشعار الضغط ، وأجهزة الاستشعار مستوى السائل ( للكشف عن الماء المكثف ) وهلم جرا ، في الوقت الحقيقي رصد أجزاء رئيسية من نظام تشغيل المعلمات .

2. تحكممثلشركة PLC( برمجة المنطق المراقب المالي ) ، رقاقة واحدة الحواسيب الصغيرة ، التحكم الصناعي الكمبيوتر ، وما إلى ذلك ، وفقا للمعلومات المرتدة من أجهزة الاستشعار ، التحكم الآلي في كل عنصر التنفيذية ( مثل بدء وإيقاف مضخة أخذ العينات ، وتنظيم تدفق تحكم ، التبديل من جهاز التدفئة ، الزناد من جهاز إنذار ، الخ . )

3. عرض جهاز إنذارتستخدم لعرض حالة تشغيل نظام المعلمات ( معدل التدفق ، درجة الحرارة ، الضغط ، الرطوبة ، وما إلى ذلك ) و فشل المعلومات ، و في حالة غير طبيعية ( مثل تدفق أكثر من الحد ، انسداد فلتر ، درجة الحرارة غير طبيعية ، وعدم كفاية ضغط الهواء ، وما إلى ذلك ) عند إرسال إشارات إنذار الصوت والضوء لتذكير المشغلين في وقت المعالجة .

مبادئ تصميم النظام

1. عينة تمثيليةتصميم النظام يجب أن تضمن أن عينات الغاز التي تم جمعها يمكن أن تعكس حقا تكوين وتركيز الغاز في نقطة أخذ العينات ، وتجنب التلوث ، وفقدان أو تغيير في عملية أخذ العينات .

2. مستهدفوفقا لخصائص الغاز تحت الاختبار ( التكوين ، والتركيز ، درجة الحرارة ، الرطوبة ، الضغط ، محتوى الغبار ، والتآكل ، وما إلى ذلك ) و متطلبات أدوات التحليل ، واختيار المناسب قبل تجهيز التكنولوجيا والمعدات لتحقيق الهدف .

3. كفاءة عاليةعملية المعالجة يجب أن تكون قادرة على إزالة عوامل التدخل بسرعة وفعالية ، وتقصير وقت المعالجة وتقليل عينة من الاحتفاظ في النظام .

4. الاستقرار والموثوقيةجميع مكونات النظام يجب أن تختار نوعية موثوق بها المنتجات ، وتصميم عملية معقولة ، لضمان عملية مستقرة على المدى الطويل ، والحد من الصيانة .

5. الأتمتة والذكاءإذا سمحت الظروف ، وتحسين درجة الأتمتة قدر الإمكان ، لتحقيق غير المراقب ، التلقائي أخذ العينات ، المعالجة التلقائية ، التلقائي تسجيل البيانات ونقلها ، وتحسين كفاءة العمل وموثوقية البيانات .

6. الأمنأخذ العينات من الغازات السامة والضارة القابلة للاشتعال والمتفجرة ، يجب أن يكون نظام جيد ضيق و تدابير السلامة لمنع تسرب الغاز مما تسبب في إصابات أو تلوث البيئة .

7. سهولة الصيانةهيكل النظام ينبغي أن يكون من السهل تشغيل وصيانة وإصلاح المكونات الرئيسية ينبغي استبدالها بسهولة .

رابعاً - مجالات التطبيق

1. رصد نوعية الهواء المحيطعلى الغلاف الجويSO₂وأكسيد النيتروجينوكووO₃ومركبات فلوريةوPM2.5وPM10أخذ العينات وتجهيزها .

2. رصد غازات العادم من مصادر التلوث الثابتةمثل محطات توليد الطاقة ، ومصانع المواد الكيميائية ، ومصانع الصلب وغيرها من انبعاثات غازات المداخن من الملوثات الرصد .

3. تحليل الغاز في العمليات الصناعيةفي عملية إنتاج البتروكيماويات والمعادن وأشباه الموصلات والمواد الغذائية التخمير ، على الخط رصد عملية تكوين الغاز لتحسين عملية الإنتاج ، وضمان جودة المنتج وسلامة الانتاج .

4. رصد نوعية الهواء في الأماكن المغلقةرصد الفورمالديهايد والبنزين في الهواء في الأماكن المغلقةTVOCوCO₂الخ .

5. تجربة البحث العلميتقديم عينات من الغاز إلى مختبر أدوات تحليل الغاز .

6. المجال الطبيعلى سبيل المثال : رصد غاز التخدير ، تحليل غازات الزفير ، الخ .

7. رصد حالات الطوارئأخذ العينات والتحليل السريع من الغازات السامة والضارة في حالات الطوارئ من التلوث البيئي أو موقع الحادث .

الكشف عن الغاز وأخذ العينات نظام المعالجةولذلك ، في عملية التصميم ، واختيار نوع ، وتركيب وتشغيل وصيانة جميع أنواع العوامل المؤثرة يجب أن تؤخذ في الاعتبار الكامل ، التكوين الأمثل يجب أن تتم وفق سيناريوهات محددة وتحليل الاحتياجات ، وذلك لضمان أن النظام يمكن أن تعمل بشكل مطرد وموثوق بها على المدى الطويل .