温室气体自动监测仪作业指导书.doc

温室气体自动监测仪作业指导书1、系统概述2007年由监测总站立项并拨付经费，由环境监测中心站承担温室气体自动监测课题，监测范围定为京都议定书中所规定的六种温室气体中的三种，即二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O），仪器选用的日本HORIBA公司生产的温室气体连续监测系统。2、温室气体自动监测仪的工作原理2.1 CO2浓度自动监测仪该仪器采用非分散红外线吸收的原理，这样的结构可以使它具有优良的稳定性和线性等技术特性，可以消除大气中复杂的干扰成分的影响。NDIR气体分析基本机理：当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光,其强度为I0,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯-比尔吸收定律: dI/I=-KdN，式中K为比例常数。经积分得:lnI=-KN+ (1) 式中:N为吸收气体介质的分子总数;为积分常数。显然有Ncl,c为气体浓度。则式(1)可写成: I=exp()exp(-KN)=exp()exp(-cL)=I0exp(-cL) (2)式(2)表明,光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性,各种气体的吸收系数互不相同。对同一气体,则随入射波长而变若吸收介质中含i种吸收气体,则式(2)应改为:I=I0exp(-li ci) (3) 因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。以 CO2分析为例，红外光源发射出120m的红外光，通过一定长度的气室吸收后，经过一个4.26m波长的窄带滤光片后，由红外传感器监测透过4.26m波长红外光的强度，以此表示CO2气体的浓度。2.2 CH4浓度自动监测仪2.2.1选择性燃烧技术 碳氢化合物的燃烧温度是与其分子中含有的碳原子的数量有关的，APHA-370通过控制具有催化剂的选择性燃烧室的温度，去除非甲烷烃，从而得到样气中CH4的浓度。 将样品气体通过选择性燃烧室后测得的烃浓度就是样气中CH4的浓度，将样品气体不通过选择性燃烧室后测得的烃浓度就是样气中THC的浓度；二者之差即是NMHC的浓度。2.2.2 火焰电离检测方法 碳氢化合物遇到氢火焰时，就会由于炉头喷嘴处燃烧产生的高温能量发生电离，氢火焰位于一对电极之间，当在这对电极上加电压就会产生一强度与碳氢浓度成比例的微小电流，对电流放大、进行测定，就可测得总碳氢的浓度。2.3 N2O浓度自动监测仪HORIBA GA-360E采用交替流动调制型非分散红外吸收原理，可实现长期测量稳定，检测下限：10ppb，实现高灵敏度的监测，操作便利，维护简单，仪器寿命长。NDIR气体分析基本机理：当红外光通过待测气体时,这些气体分子对特定波长的红外光有吸收,其吸收关系服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)吸收定律。设入射光是平行光,其强度为I0,出射光的强度为I,气体介质的厚度为L。当由气体介质中的分子数dN的吸收所造成的光强减弱为dI时,根据朗伯-比尔吸收定律: dI/I=-KdN，式中K为比例常数。经积分得:lnI=-KN+ (1) 式中:N为吸收气体介质的分子总数;为积分常数。显然有Ncl,c为气体浓度。则式(1)可写成: I=exp()exp(-KN)=exp()exp(-cL)=I0exp(-cL) (2)式(2)表明,光强在气体介质中随浓度c及厚度L按指数规律衰减。吸收系数取决于气体特性,各种气体的吸收系数互不相同。对同一气体,则随入射波长而变若吸收介质中含i种吸收气体,则式(2)应改为:I=I0exp(-li ci) (3) 因此对于多种混合气体，为了分析特定组分，应该在传感器或红外光源前安装一个适合分析气体吸收波长的窄带滤光片，使传感器的信号变化只反映被测气体浓度变化。3、温室气体自动监测仪设备组成3.1日本HORIBA 公司，CO2 浓度自动监测仪，型号VIA-510。3.2日本HORIBA 公司，CH4 浓度自动监测仪，型号APHA-370。3.3日本HORIBA 公司，N2O 浓度自动监测仪，型号GA-360E。3.4研华科技，工控机，型号IPC-510。3.5青岛赛克赛斯氢能源公司，氢气发生器，型号QL-300。4、系统各监测仪器的主要技术指标VIA-510 测量范围：0-500ppm/0-1000ppm检出限：0.1ppm重复性：1.0%满量程零漂：1.0%满量程；2.0%满量程/day；跨漂：2%满量程/day； 3%满量程/week响应时间（T90）：180sAPHA-370测量范围：0-5ppm/0-10ppm/0-25ppm/0-50ppm检出限：量程5ppm时0.05ppm（2）量程5ppm时0.5%满量程（2）重复性：1.0%满量程线性：2%满量程零漂：2%满量程/day或0.1ppmC/day；4%满量程/week或0.2ppmC/day跨漂：2%满量程/day； 4%满量程/week响应时间（T90）：60sGA-360E测量范围：0-1ppm/0-2ppm/0-5ppm/0-10ppm检出限：0.01ppm重复性：2%满量程线性：2%满量程零漂：0.02ppm/day； 0.03ppm/week跨漂：2%满量程/day； 3%满量程/week响应时间（T90）：180s5、系统各监测仪器的单点校准 监测仪器的单点校准通常只对监测仪器的零点和标点进行的校准，标点通常在监测仪器满量程 70%90%之间任取一点。校准周期为每星期一次，此外在下述情况下也应对监测仪器进行单点校准。 仪器到货开箱调试及检查。 仪器维修或更换任何部件后。 仪器的零点和标点漂移超过规定的调节控制限。 仪器停机一段时间重新开机后。5.1校准程序： 5.1.1给仪器通入零气，零气的流量应超过仪器采样流量的10%以上，待仪器得到稳定的响应值。如果响应值超出规定范围，在仪器控制菜单中选择校零操作，直至仪器得到稳定的零响应值。5.1.2 给仪器通入满量程 70%90%之间任取的一个浓度的标气，直至达到稳定的响应值，如果响应值超出规定的范围，在仪器控制菜单中选择校标操作，直至得到稳定的标点响应值。5.1.3 检查校准结束，确保有关仪器设备恢复到通常的采样状态，监测仪器恢复到正常的采样工作状态。5.1.4将校准结果记录于质控手册中，并存档保存。5.2校准结果统计分析：5.2.1零点百分漂移：零点百分漂移由以下公式计算得到： ZD ZZ ZD = = URL URL 式中：ZD 零点百分漂移，%； ZD 零点漂移； Z 监测仪器不经校零对零气的响应值； Z 校准用零气的浓度值； URL 监测仪器的监测上限（量程）。 如果校准用零气的浓度为0，则： ZD = Z/URL5.2.2标点百分漂移：标点的百分漂移由以下公式计算得到： SZDS SD = 100 S 式中：SD 标点百分漂移，%； S 监测仪器不经校标对标气浓度的响应值； S 校准用标气浓度值。 如果监测仪器零点校准后为0，则：SS SD = 100 S5.3漂移控制限：监测仪器零点和标点漂移限值的确定对确保监测数据的质量相当重要，当仪器的零点和标点漂移超出一定范围，及时地对监测仪器的超限情况采取相应的措施，确保监测数据的质量。推荐使用的零点和标点漂移控制限值见系统各监测仪器的主要技术指标一节。6、温室气体自动监测仪的例行质量控制。为了确保温室气体连续自动监测监测系统所获数据的准确性，还必须对系统运行实施例行的质量控制，这是整个系统质量控制的重要内容之一。6.1 采样系统的例行检查采样系统是确保监测数据质量的第一环节，除采样管制作材料和安装应符合要求外，工作人员在对自动监测系统进行巡检时应检查采样管的连接是否有泄露、采样管内是否明显受污、采样泵是否有异常杂声，并及时采取清洗或更换的措施。检查结果应记录于巡检记录表，并作为采样系统检查档案给予保存。6.2 监测仪器零点和标点漂移的例行检查每次巡检时应根据质控手册需要对监测仪器进行零点和标点检查，并根据漂移控制限判定是否对监测仪器的零点、标点进行校准、是否对监测仪器维护保养