工业气相色谱仪的工作原理

MODEL 6000Ex防爆工业气相色谱仪产品概述MODEL 6000Ex防爆工业气相色谱仪可测量气体混合物和部分可汽化的液体混合物，是基于2013年承担的科技部国家重大仪器开发专项技术研发以及20余年色谱技术应用的成果，是一款通用型在线气相色谱仪，在石油、化工、天然气、冶金、空分、环保等多个领域均适用。应用范围石油、化工、天然气、冶金、空分、环保等行业产品特点模块化设计，电、气分离，抗干扰能力强高精度、高稳定性的空气浴加热器EPC电子压力控制器，重复性好可搭载TCD、FID、FPD、PED、DID多种检测器壁挂式、大柱箱、大电气箱设计，方便操作色谱本体防爆设计，安全性高

一、工业防爆气相色谱仪的应用 随着社会经济的发展，大型现代化的石油化工、钢铁、煤炭等企业不断建成。在涉及爆炸性物质的储存、运输以及物料的生产、加工和处理工序的生产过程中，将不可避免地存在爆炸性危险物质。同时诸如选用、安装、检修、操作规范等人为因素也都构成了至关重要的防爆安全问题。使用工业防爆气相色谱仪目的、意义在工业生产，尤其是石化生产中，许多生产过程具有易燃、易爆、高温、高压和有毒等特点，许多工艺介质具有强烈的腐蚀性，有些介质易结晶和堵塞管道。测量仪表在这些特殊的场所中使用时必须采取相应的技术措施，解决仪表的防护问题。由于检测环境特殊性，要求检测仪器具备防爆功能和在线监测能力，使得在危险区域里对气体成分和含量做实时监测，为生产中控制气体含量提供数据参考。不仅具有对气体做在线检测的能力，同时具有在爆炸性危险环境里的防爆能力。而普通的正压防爆机柜虽然在防爆要求上能够达到现场的指标，但是与工业防爆气相色谱仪相比其集成度较低、现场操作调试复杂、耗气量大、能耗高，所以在使用上存在着局限性。一般的在线式色谱仪，只是在普通色谱仪的外部加装了防爆机柜，但是并没有从色谱仪本身应用的层面去考虑。色谱仪本身就会使用或测试易燃气体如氢气，有毒气体如磷烷、砷烷等，而防爆柜没有考虑这类组分的防范，一旦这类物质泄漏，防爆柜不能及时地向外界输出信号同时作出安全措施（电路、气路自动切断）。 二、 HA-9680工业防爆气相色谱仪防爆指标HA-9680工业防爆气相色谱仪于2022年2月通过仪表防爆安全监督检验站认证，获得产品的NEPSI防爆合格证书，防爆等级为EX d ib mb pxⅡCT4 Gb。 1、适用环境A、爆炸性气体混合物危险产所：1区、2区爆炸性气体环境 危险区别划分定义0区爆炸性气体连续出现或长时间存在的场所1区在正常运行时，可能出现爆炸性气体环境的场所2区在正常运行时，不太可能出现爆炸性气体环境的场所 B、爆炸性气体混合物：IIA、IIB、IIC级，HA-9680的防爆等级为IIC，适用于包含氢气、乙炔在内的所有气体组分。典型的危险性气体欧洲电工标准化委员会EN50014EC北 美NEC500条款CLASS1表气中 国GB-3836-1最小点燃能量（微 焦）乙 炔ⅡCAⅡC20氢 气ⅡCAⅡC20乙 烯ⅡBCⅡB60丙 烷ⅡADⅡA180 C、温度组别：T1-T4，这是与气体点燃温度有关的电气设备（假定环境温度为40℃时）的最高表面温度，点燃能量与点燃温度无关。最高表面温度（℃）温度组别IEC79-8常见爆炸性气体GB3836-1450℃T1氢气、丙烯腈等46 种300℃T2乙炔、乙烯等47 种200℃T3汽油、丁烯醛等36 种135℃T4乙醛、四氟乙烯等6 种 2、防爆模式A、预处理系统，隔爆型：所有的进样和载气减压系统均在隔爆型的左侧腔体内B、键盘，本安型：实现现场对色谱仪的调试以及测试C、电磁阀，浇封型：实现预处理的流路切换D、电路系统，正压型：对色谱仪易爆气体的进行有效的防控 u 适用且不仅限于以下国家标准：1、产品标准GB/T 3634.2-2011 《纯氢、高纯氢和超纯氢》 GB/T 14599-2008《纯氧、高纯氧和超纯氧》GB/T 8979-2008《纯氮、高纯氮和超纯氮》 GB/T 4842-2017《氩》GB/T 4844-2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》 GB/T 17873-2014《纯氖和高纯氖》GB/T 12022-2014 《工业六氟化硫》 GB/T 28125.1-2011 《空分工艺中危险物质的测定》GB/T 37244-2018《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》 GB/T 5829-2006《氪气》GB 1886.228-2016《食品国家安全标准 食品添加剂 二氧化碳》 GB/T 5828-2006《氙气》2、在线技术规范：EEMUA No.138《在线分析仪系统的设计和安装》 IEC61000《电磁兼容性》GB 3836-2000《爆炸性气体环境用电气设备》 IEC79《用于爆炸性气体环境中的电气设备》GB 50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》 IEC61779《可燃气体检测仪》IEC 60079《爆炸性气体环境用电气设备》 IEC/CENELEC《危险区域电缆外壳和安装规程》SH/T3082-2003《石油化工仪表供电设计规范》 SH/T3081-2003《石油化工仪表接地设计规范》 u 系统配置：（1）HA-9680工业防爆气相色谱仪 （5）换气自控系统（2）自动化预处理系统 （6）防爆报警系统（3）省气模式 （7）小方系统 （4）自动进样校正系统 （8）断气保护系统 u 仪器参数：仪器参数：尺寸：1300mm（W）×1800mm（H）×1000mm（D）1、产品使用环境温度范围-20℃-+40℃2、电气安全参数：220VAC ，最大功率为5kw3、用户供气气源压力范围：0.4Mpa-0.8Mpa，正压换气持续时间为30min，正压值为60Pa-200Pa4、检测器配置为TCD、FID、PDD、FPD任意一种或者多种5、4-20mA和modbus数据传输

1．1 气相色谱仪的工作原理 气相色谱分析技术是一种多组分混合物的分离、分析的技术。它主要利用样品中各组份的沸点、极性及吸附系数在色谱柱中的差异，使各组份在色谱柱中得到分离，并对分离的各组分进行定性、定量分析。气相色谱仪以气体作为流动相（载气），当样品被送入进样器并气化后由载气携带进入填充柱或毛细管柱，由于样品中各组份的沸点、极性及吸附系数的差异，使各组份在柱中得到分离，然后由接在柱后的检测器根据组份的物理化学特性，将各组份按顺序检测出来，*后将转换后的电信号送至色谱工作站，由色谱工作站将各组份的气相色谱图记录并进行分析，从而得到各组份的分析结果。其工作原理简图如下图所示： 气相色谱仪工作原理简图 由于该分析方法具有分离效能高、分析速度快、样品用量少等特点，已广泛应用于石油化工、生物化学、医药卫生、卫生检疫、食品检验、环境保护、食品工业、医疗临床等部门。气相色谱法在这些领域中较好地解决了工业生产的中间体和工业产品的质量检验、科学研究、公害检测、生产控制等问题。1．2 ****系列色谱仪的特点公司利用其强大的技术开发实力，采用了全新的工业造型、电子线路，并将当今的IP技术应用于气相色谱仪。仪器采用了*新的高集成度的工业级芯片、总线技术、以太网以及数据处理技术，优化了温控程序和气路控制，从根本上提高了仪器的可靠性和可维护性。 ****系列气相色谱仪有如下功能和特点（部分功能需选配专用工作站）： ★ 采用了技术先进的10/100M自适应以太网通信接口、并内置IP协议栈、使仪器可以轻松的通过企业内部局域网、互联网实现远距离的数据传输；方便了实验室的架设、简化了实验室的配置、方便了分析数据的管理。 ★ 仪器内部设计3个独立的连接进程，可以连接到本地处理（实验室现场）、单位主管（如质检科长、生产厂长等）、以及上级主管（如环保局、技术监督局等），可以方便地使单位主管和上级主管实时监控仪器的运行以及分析数据结果。★ 仪器选配的NetChromTM工作站可以同时支持多台色谱仪工作，实现数据处理以及控制，简化了文档管理，并*大程度的降低了用户的实验室投资以及运行费用。★ 系统具有中、英文操作系统，用户可根据需要自行切换。★ 控温区域可由用户自由命名，方便用户的使用。★ 仪器采用了多处理器并行工作方式，使仪器更加稳定可靠；可满足复杂样品分析，可选配多种高性能检测器，如FID、TCD、ECD、和FPD，*多可同时安装四个检测器。也可采用检测器追加方式，在仪器购入后很方便地选购、安装其它检测器。★ 仪器采用模块化的结构，设计明了、更换升级方便，保护了投资的有效性。★ 全新的微机温度控制系统，控温精度高，可靠性和抗干扰性能优越；具有六路完全独立的温度控制系统，可实现十六阶程序升温，使该设备能胜任更大范围的样品分析；具有柱箱自动后开门系统，使低温控制精度得到提高，升/降温速度更快。★ 仪器可选配先进的电子流量控制器（EFC）、电子压力控制器（EPC）实现了数字控制，可大大提高定性和定量结果的重现性。★ 仪器设计定时自启动程序，可以轻松的完成气体样品的在线分析（需配备在线自动进样部件）。★ 全微机控制键盘的操作系统，操作简单、方便；并设计检测器自动识别技术。具有故障诊断以及断电数据保护的功能，可自动记忆设定参数。★ 仪器内置低噪声、高分辨率24位AD电路，并具有基线存储、基线扣除的功能。 ★ 采集色谱信号及数据处理，适于WinXP 、Win2000、Windows7等操作系统。由符 合A/A（美国分析学会）标准的CDF文件读入采样数据，因此可与Agilent、Waters 等色谱工作站接轨。 ★ 具有完全自主知识产权的色谱系统，具有MODBUS/TCP的标准接口，可以和DCS 方便对接。 ★ 仪器可以和国内外多个厂家生产的自动进样器对接；如岛津的AOC-20i、意大利HTA公司的HT系列高效液体、气体自动进样器等。1．3 *****系列气相色谱仪的技术指标*****气相色谱仪由进样器、检测器、色谱柱箱、气体流量控制系统、电路控制检测系统及可选配专用工作站等组成。 可选配FID、TCD、ECD、FPD等检测器。可广泛应用于化工、制药、食品等领域的质量控制、产品检测。 1. 3.1主要技术指标： ●操作显示：192*64点阵汉化液晶 ●温控区域：6路 ●温控范围：室温＋5℃～400℃，增量：1℃， 精度：±0.1℃ ●程序升温阶数：16阶 ●程升速率：0.1～40℃/min ●气路控制：机械阀控制方式、电子压力流量控制方式任选 ●外部事件：4路 ●进样器种类：填充柱、毛细管、六通阀气体进样、自动顶空进样等任选 ●检测器数目：4个；FID、TCD、ECD、FPD（可选配） ●启动进样：手动、自动任选 ●通信接口：以太网：IEEE802.3 1.3.2 检测器技术指标 氢火焰离子化检测器（FID） ●检测限：≤2×10-11g/s （正十六烷/异辛烷）； ●基线噪声：≤5×10-14A ●基线漂移：≤1×10-13A/30min ●线性范围： ≥106 热导检测器（TCD） ●灵敏度：S≥2500mV• ml/mg(苯/甲苯)（放大1、2、4、8倍任选） ●基线噪声：≤20μV ●基线漂移：≤30μV/30min ●线性范围： ≥104 电子捕获检测器(ECD) ●检测限：≤1×10-13g/ml（丙体六六六/异辛烷） ●基线噪声：≤0.03mV ●基线漂移：≤0.2mV/30min ●线性范围：103 ●放射源：63Ni 火焰光度检测器(FPD) ●检测限： (S)≤5×10-11g/s 、(P)≤1×10-12g/s；甲基对硫磷/无水乙醇） ●基线噪声：≤3×10-13A ●基线漂移：≤2×10-12A/30min ●线性范围： 对硫≥102、对磷≥1031．4 *****主要配置说明1．4．1 气体流量控制系统1．4．1．1 气体流量控制系统简述*****气相色谱仪的气路控制系统可配置如下：☆ 机械阀、指针式压力表气路系统；☆ 机械阀、电子压力及流量气路系统（选配）；☆ 部分机械阀、部分电子压力及流量控制气路系统（选配）；☆ 全电子压力及流量控制气路系统（选配） 载气流路： 载气通过管道过滤器，由上游稳压阀提供稳定的输入气压（出厂时调至约0.35MPa），经三通分为双气路，一路供给压力保护部件，实现断气后系统保护；另一路载气分别经过稳流阀（或EPC、EFC模块）进行调节载气流量，进入进样器Ⅰ、Ⅱ。 氢气流路： 氢气通过管道过滤器，经三通分为双气路，双路氢气分别经过稳压阀（或EPC、EFC模块）和气阻进行调节氢气流量，若使用毛细管柱再并入尾吹气（载气），然后分别进入检测器。 空气流路： 空气通过管道过滤器，经三通分为双气路，双路空气分别经过稳压阀（或EPC、EFC模块）和气阻调节流量，进入检测器。 仪器流程图如右图示： 警告1: 载气初始稳压阀（在主机内部）出厂时已经过严格调试，不要自行改变气路稳压阀的输出压力，以免影响控制输出精度！警告2: 气路调节稳压阀、稳流阀和针型阀旋钮关闭时不宜旋到底，以免造成阀件损坏！！1．4．1．2 电子气体压力、流量测量系统 （选配）当采用机械阀（稳流阀、稳压阀）进行气体的流量、压力控制时可采用传统的压力表测量方式，亦可采用电子气体压力、流量测量系统，可以实时显示气体的流量，方便使用。当采用选配全电子气体压力、流量测量系统时，需要配置电子气体压力、流量测量模块。该模块采用了具有温度补偿的高品质压力传感器、流量传感器及高分辨率的数字电路设计制造，具有测量准确、性能稳定，同时内部集成了多种气体的压力--流量计算算法（毛细管载气控制），可使仪器压力、流量一目了然。1．4．1．3 EPC、EFC控制系统（选配）EPC、EFC控制系统是采用高精度的比例阀、压力传感器、流量传感器而设计制造的气体微流量控制系统。相比于传统的机械阀控制方式，大大提高了气体的压力、流量控制精度，提高了仪器的自动化水平，消除了传统的机械阀无法温度补偿的不足，从而提高了仪器的整体性能。*****可搭载单路或三路EPC、EFC控制模块。仪器*多可配置24路气体压力、流量控制。EPC、EFC控制模块的操作全部于仪器键盘或选配专用工作站上实现。1．4．2 色谱柱箱 *****气相色谱仪的柱箱容积大，可方便安装填充柱或毛细管柱；内置大功率加热丝并具有后开门结构，使升/降温速度大为提高；柱箱控温保护采用双重保护（见键盘设定部分），以确保色谱柱的安全；柱箱加热丝隐藏在网板后面，以避免热辐射引起弹性石英毛细管柱的峰形分裂。柱箱采用低噪声电机及优质不锈钢风页加速柱箱内温度平衡，仪器运行平稳且机器震动小。1．4．3 进样器******气相色谱仪的进样器安装在柱箱顶部左前侧，其结构如下图所示。由微机控制器设置并控制其温度。进样器的*上部是一个散热帽，散热帽的下部嵌装有硅橡胶进样垫。进样器的载气进口和气路控制系统中的稳流阀输出口相连接。 *****气相色谱仪填充柱进样器结构示意图 注：1.*****气相色谱仪可配备多个进样器，可以同时安装多根填充色谱柱。 2. *****气相色谱仪的进样器可以直接安装外径为Φ3、Φ4mm的填充柱。3. *****气相色谱仪的进样器亦可通过安装不分流衬管，组成不分流进样器， 这样色谱仪的进样器就可安装各种不同口径的不锈钢、玻璃或柔性石英玻璃毛细 管柱。4. *****气相色谱仪可以安装专用的毛细管隔膜吹扫分流进样器来实现毛细管 分流/不分流进样。如下图所示。 *****气相色谱仪毛细管进样器结构示意图 注：从示意图看出，毛细管进样器比填充柱进样器多出一路分流气路，其他结构大致 相同，即填充柱进样器也具备隔膜吹扫功能。 1．4．4 热导池检测器（TCD）*****气相色谱仪可配备热导检测器（TCD）。TCD检测器结构如下图所示。 1 外壳盖 2 上盖 3 TCD盒 4 TCD检测器 5 导热体 6 底座 7 螺钉 8 压片 9 感温元件10 加热器件 11 螺母 12 石棉垫片 13 池体 14 螺母 15 垫圈 16 热敏元件 17 保温棉 TCD检测器结构示意图 其结构及工作原理是：在一个导热体中加工四个对称的腔室，每个腔室中各放一个热敏元件。其中，两个腔室是测量池，另外两个是参比池。测量池和参比池内的热敏元件组成了惠斯登电桥的四个臂。该电桥接入热导池检测器信号处理板以控制电桥的工作及信号的输出。在热导池检测器内还装有加热器件和感温元件，与温度控制系统相接以控制其所需温度。TCD参比池仅通过载气，从色谱柱流出的组份同载气一起进入测量池。当参比池和测量池只流过载气时，同一气体其导热系数相同，此时电桥平衡，仪器输出基线信号至工作站；当进样后，样品被分离，由载气携带进入测量池，由于载气的导热系数和组份的导热系数不同，造成电桥的平衡被破坏，仪器将此差值信号输出至工作站。1．4．5 氢火焰离子化检测器（FID）FID检测器属于质量型检测器，不仅具有灵敏度高、线形范围宽的特点，而且对操作条件变化相对不敏感，稳定性好。特别适合做常量或微量的常规分析，因为响应快所以与毛细管分析技术配合使用可完成痕量的快速分析，是气相色谱仪器中应用*广泛的检测器之一。*****气相色谱仪可配备两个独立的氢火焰离子化检测器。下图为FID检测器结构示意图。