一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统

技术领域

本发明属于废气处理技术领域，涉及一种采样分析系统，尤其涉及一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统。

背景技术

目前，VOCs采样分析系统主要利用多个管道电控开关以及通过管道依次连接的连通结构和采样动力单元，通过切换电控开关以实现多采样点采样检测分析，多采样点控制切换，在完成一个采样点的检测分析之后能够立刻切换到对下一个采样点进行采样检测分析。但现有系统存在如下问题：采样系统中间需要安装过滤器材；采集高浓度气样之后不能对分析仪器4进行吹扫，消除污染；不能对采样管路进行吹扫，消除采样系统污染；对于高浓度气体样品不能留存样品；检测样品耗时太长。

发明内容

本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，以克服现有技术的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，具有这样的特征：包括引流泵、若干采样单元、留样装置、分析仪器和吹扫气存储装置；所述采样单元包括采样头；所述引流泵通过若干管路与每一个采样单元的采样头连接；每个采样头与引流泵连接的管路上均设有采样三通阀；若干采样三通阀均通过管路与留样装置连接；留样装置通过管路与分析仪器连接；采样时，采样头通过引流泵的抽动进行采样，同时通过分析仪器的抽气，气样流经留样装置后被分析仪器检测；留样装置与分析仪器连接的管路上设有分析吹扫三通阀；分析吹扫三通阀与吹扫气存储装置通过管路连接；留样装置的前后两端还分别设有前短接三通阀和后短接三通阀，前短接三通阀和后短接三通阀之间通过管路连接；当分析仪器测定的VOCs的浓度高于设定值时，留样装置进行留样；同时，前短接三通阀和后短接三通阀将留样装置短接，吹扫气存储装置内的吹扫气通过分析吹扫三通阀的分流，一部分流入分析仪器对其进行吹扫，另一部分流经前短接三通阀和后短接三通阀及其之间的管路后流向采样三通阀，最后由引流泵排出；留样装置内有多个留样气袋，多个留样气袋之间切换与留样装置的入口和出口连接，切换后完成留样。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，所述留样装置的入口和出口均设有多通密封阀；多通密封阀具有第一气孔和多个第二气孔；设置在入口处的多通密封阀的第一气孔即为留样装置的入口，设置在出口处的多通密封阀的第一气孔即为留样装置的出口；第一气孔分别与多个第二气孔切换连接；两个多通密封阀的多个第二气孔一一对应，且与多个留样气袋一一对应；每个留样气袋的两个接口分别接在与其对应的两个多通密封阀的第二气孔上；当某一个留样气袋通过第二气孔与第一气孔连通时，该留样气袋与系统连通，第一气孔切换与下一个第二气孔连通时，该留样气袋与系统断开连通，完成留样。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，所述多通密封阀包括阀体、旋转阀芯和伺服电机；阀体具有半球形的凹槽，凹槽底部具有一贯穿孔；旋转阀芯具有半球部，半球部的两侧还分别具有旋转部和气孔延长部；旋转阀芯的半球部通过法兰设置在阀体的凹槽内；气孔延长部从法兰中伸出；旋转部从贯穿孔伸出，与所述伺服电机的输出轴连接，伺服电机可驱动旋转阀芯转动；所述多个第二气孔设置在阀体内，第二气孔的一端开设在阀体的外表面，另一端开设在凹槽表面；所述第一气孔设置在旋转阀芯内，第一气孔的一端开设在半球部的表面，另一端开设在气孔延长部的端部；第一气孔开设在半球部表面的孔口与第二气孔开设在凹槽表面的孔口位置相对应，通过旋转阀芯的旋转，第一气孔依次切换与多个第二气孔连通；两个多通密封阀的伺服电机同步旋转，完成一个留样气袋的留样。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，所述旋转阀芯与法兰的接触面设有第一密封圈，旋转阀芯与阀体接触的孔口设有第二密封圈。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，系统还包括标准气存储装置；分析吹扫三通阀与吹扫气存储装置之间的管路上设有吹扫校准三通阀，吹扫校准三通阀通过管路与标准气存储装置连接；校准时，标准气存储装置内的标准气经过吹扫校准三通阀、分析吹扫三通阀流入分析仪器，对分析仪器进行校准。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，所述分析吹扫三通阀与吹扫校准三通阀之间的管路上设有吹扫校准流量控制器，控制管路中吹扫气或标准气的流速；分析吹扫三通阀与分析仪器之间的管路上还设有分析前置三通阀；吹扫和校准时，分析前置三通阀处于半开状态，未进入分析仪器的多余气体由分析前置三通阀排出。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，所述采样单元还包括采样流量控制器；采样流量控制器设置在采样头与引流泵连接的管路上，控制相应管路中样气的流速，使其等于分析仪器的采样流速。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，所述采样单元还包括传感器；传感器设置在采样头与引流泵连接的管路上，检测相应管路中样气的温度和压力。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，系统还包括控制显示单元；控制显示单元包括控制器和显示器；控制器与分析仪器连接，控制分析仪器对于样品的采样时间，以及样品的定性和定量和数据保存；控制器与传感器连接，接收传感器的检测数据；控制器与采样三通阀、采样流量控制器、前短接三通阀、后短接三通阀、分析吹扫三通阀、吹扫校准三通阀、吹扫校准流量控制器、分析前置三通阀连接并对其进行控制；显示屏与控制器连接，控制器控制显示屏显示传感器、采样三通阀和采样流量控制器的状态；同时，控制器还通过分析仪器的检测结果绘制各个点位污染物浓度的时间曲线，并通过显示器展示。

进一步，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，还可以具有这样的特征：其中，所述采样头为带有旋风切割装置的采样。

本发明的有益效果在于：本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，采样口设计旋风装置，可以减少装置的故障率；采样系统具有吹扫功能，利用干洁气体吹扫采样管路，可以降低高浓度样气对于采样系统和仪器的冲击，提高数据分析的准确性；采样系统中设有留样装置，可以对高浓度样气进行留样，为环境执法留下证据；使用先进的分析仪器，可以快速高效的给出样气的成分和含量信息；利用多组电磁阀的联动，可以利用一台分析仪器分析多个点位的VOCs的信息，节省了人力资源、降低了分析成本，实现高时空分辨率的气体样品的采集和分析。

附图说明

图1是高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统的示意图；

图2是多通密封阀的结构示意图；

图3是多通密封阀的剖面图。

具体实施方式

以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明提供一种高时空分辨率的多点位VOCs采样分析系统，包括引流泵1、若干采样单元2、留样装置3、分析仪器4、吹扫气存储装置5、标准气存储装置6和控制显示单元7。

采样单元2包括采样头21。优选的，采样头21为带有旋风切割装置的采样，可以减少装置的故障率。引流泵1通过若干管路与每一个采样单元2的采样头21连接。每个采样头21与引流泵1连接的管路上均设有采样三通阀22。若干采样三通阀22均通过管路与留样装置3连接。留样装置3通过管路与分析仪器4连接。分析仪器4为高分辨率质谱仪。

采样时，采样头21通过引流泵1的抽动进行采样，同时通过分析仪器4的抽气，气样流经留样装置3后被分析仪器4检测。采样三通阀22用于控制样气的流向，分析仪器4一次分析一路样气，达到规定时间后，控制器71控制三通阀切换至下一路样气。

优选的，采样单元2还包括采样流量控制器23。采样流量控制器23设置在采样头21与引流泵1连接的管路上，控制相应管路中样气的流速，使其等于分析仪器4的采样流速，以确保本系统采样数据的稳定性。

采样单元2还包括传感器24。传感器24设置在采样头21与引流泵1连接的管路上，检测相应管路中样气的温度和压力。

留样装置3与分析仪器4连接的管路上设有分析吹扫三通阀51。分析吹扫三通阀51与吹扫气存储装置5通过管路连接。留样装置3的前后两端还分别设有前短接三通阀31和后短接三通阀32，前短接三通阀31和后短接三通阀32之间通过管路连接。

当分析仪器4测定的VOCs的浓度高于设定值时，留样装置3进行留样。同时，前短接三通阀31和后短接三通阀32将留样装置3短接，吹扫气存储装置5内的吹扫气通过分析吹扫三通阀51的分流，一部分流入分析仪器4对其进行吹扫，另一部分流经前短接三通阀31和后短接三通阀32及其之间的管路后流向采样三通阀22，将整个采样气路吹扫干净，最后由引流泵1排出。即此时，气路中分析吹扫三通阀51处于半开状态，起到气流分流的作用。

留样装置3内有多个留样气袋，多个留样气袋之间切换与留样装置3的入口和出口连接，切换后完成留样。

具体的，如图2和3所示，留样装置3的入口和出口均设有多通密封阀33。多通密封阀33具有第一气孔331和多个第二气孔332。设置在入口处的多通密封阀33的第一气孔331即为留样装置3的入口，设置在出口处的多通密封阀33的第一气孔331即为留样装置3的出口。第一气孔331分别与多个第二气孔332切换连接。两个多通密封阀33的多个第二气孔332一一对应，且与多个留样气袋一一对应。每个留样气袋的两个接口分别接在与其对应的两个多通密封阀33的第二气孔332上。当某一个留样气袋通过第二气孔332与第一气孔331连通时，该留样气袋与系统连通，第一气孔331切换与下一个第二气孔332连通时，该留样气袋与系统断开连通，完成留样。

进一步具体的，多通密封阀33包括阀体333、旋转阀芯334和伺服电机335。阀体333具有半球形的凹槽，凹槽底部具有一贯穿孔。旋转阀芯334具有半球部，半球部的两侧还分别具有旋转部和气孔延长部。旋转阀芯334的半球部通过法兰336设置在阀体333的凹槽内；气孔延长部从法兰336中伸出；旋转部从贯穿孔伸出，与伺服电机335的输出轴连接，伺服电机335可驱动旋转阀芯334转动。多个第二气孔332设置在阀体333内，第二气孔332的一端开设在阀体333的外表面，另一端开设在凹槽表面。第一气孔331设置在旋转阀芯334内，第一气孔331的一端开设在半球部的表面，另一端开设在气孔延长部的端部。第一气孔331开设在半球部表面的孔口与第二气孔332开设在凹槽表面的孔口位置相对应，通过旋转阀芯334的旋转，第一气孔331依次切换与多个第二气孔332连通。设有第一气孔331的旋转阀芯334通过O圈和直通与和留样装置3连接的管路连接。两个多通密封阀33的伺服电机335同步旋转，完成一个留样气袋的留样。

样气通过留样装置3入口的旋转阀芯334上的第一气孔331流入阀体333上的第二气孔332，再流经留样气袋，从留样气袋另一个接口流出至留样装置3出口的阀体333上对应的第二气孔332，最后从旋转阀体333上的第一气孔331流出至后面的分析仪器4。留样装置3中的两个伺服电机335同步运行。当系统留样时，两个伺服电机335同步旋转切换至至下一个留样气袋，使得样气被保留在上一个留样气袋中。

优选的，旋转阀芯334与法兰的接触面设有第一密封圈337，旋转阀芯334与阀体333接触的孔口设有第二密封圈338，用以确保多通密封阀33的密封。

分析吹扫三通阀51与吹扫气存储装置5之间的管路上设有吹扫校准三通阀61，吹扫校准三通阀61通过管路与标准气存储装置6连接。校准时，标准气存储装置6内的标准气经过吹扫校准三通阀61、分析吹扫三通阀51流入分析仪器4，对分析仪器4进行校准。此时，各采样单元2中的采样三通阀22为直通状态。

分析吹扫三通阀51与吹扫校准三通阀61之间的管路上设有吹扫校准流量控制器52，控制管路中吹扫气或标准气的流速。

分析吹扫三通阀51与分析仪器4之间的管路上还设有分析前置三通阀41。吹扫和校准时，分析前置三通阀41处于半开状态，未进入分析仪器4的多余气体由分析前置三通阀41排出。

控制显示单元7包括控制器71和显示器72。

控制器71与分析仪器4连接，控制分析仪器4对于样品的采样时间，以及样品的定性和定量和数据保存。控制器71与传感器24连接，接收传感器24的检测数据。控制器71与采样三通阀22、采样流量控制器23、前短接三通阀31、后短接三通阀32、分析吹扫三通阀51、吹扫校准三通阀61、吹扫校准流量控制器52、分析前置三通阀41连接并对其进行控制。

显示屏与控制器71连接，控制器71控制显示屏显示传感器24、采样三通阀22和采样流量控制器23的状态。同时，控制器71还通过分析仪器4的检测结果绘制各个点位污染物浓度的时间曲线，并通过显示器72展示。

控制器71还控制留样装置3中的两个伺服电机335同步运行。

工作时，引流泵1开始抽动样气从采样头21进入管道，然后通过传感器24、采样三通阀22，采样流量控制器23在第一控制器71的控制下，使得管路中样气的流速等于分析仪器4的采样流速。此时标准气通过吹扫校准三通阀61、吹扫校准流量控制器52、分析吹扫三通阀51和分析前置三通阀41，最后进入分析仪器4，使得分析仪器4被标定。前短接三通阀31和后短接三通阀32处于直连状态。

当系统达到稳定，分析仪器4标定完成后，开始进行采样。采样管路中有一路采样三通阀22进行切换，使得样气分别流经前短接三通阀31、留样装置3、后短接三通阀32、分析吹扫三通阀51以及分析前置三通阀41、最后进入分析仪器4。分析仪器4对于样品的采样时间，样品的定性和定量和数据保存由控制器71控制。显示器72展示点位污染物浓度的时间曲线。完成一路样气分析后，另采样单元2的采样三通阀22进行切换，当前采样三通阀22切换为上一个状态。

当分析仪器4测定的VOCs的浓度高于某一浓度时，留样装置3会将气样进行留存。留样装置3中设置了多个留样气袋，通过切换到下一个留样气袋进行留样，具体是在控制器71的控制下使得两个伺服电机335同步旋转实现留样气袋的切换。同时，前短接三通阀31和后短接三通阀32使得留样装置3被短接，零空气(吹扫气)依次通过吹扫校准三通阀61、吹扫校准流量控制器52、分析吹扫三通阀51、分析前置三通阀41、后短接三通阀32和前短接三通阀31，将整个采样气路和分析仪器4吹扫干净。此时，气路中分析吹扫三通阀51处于半开状态，起到气流分流的作用。吹扫干净管路之后，管路中分析吹扫三通阀51、分析前置三通阀41、后短接三通阀32和前短接三通阀31以及采样管上的采样三通阀22进行切换，使得另一路采样气通过留样装置3进入分析仪器4被分析检测。

在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。

需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。