样气预处理系统：概述与优化

（1）样气预处理系统特性

以前在线红外线系统设计和开发过程中相对比较重视红外线系统设计和开发，但从实际工程施工以及CEMS整体性能的角度上来看，样气预处理系统的质量至关重要，可以说再怎么样强调其重要性都不为过。样气预处理系统具有如下几个重要特点：

分析过程瓶颈特性：实际工况环境相对比较复杂，直接取样被测气体的温度、湿度、粉尘含量等等技术一般都无法达到分析仪的需要。而且很多分析仪自身对工作环境要求较高、设备昂贵，非常“娇气”，需要预处理系统事先对样气进行处理，可以这样说在线红外线气体分析是否能正常工作很多时候并不是由分析仪好坏决定，而在于样品预处理系统的质量；所有送入传感器的样气实际上都是经过预处理系统处理过的，因此在线红外线系统的整体精度以及准确性，不仅仅来自于分析仪的精度，也来自预处理系统对样气的预处理性能。

工艺复杂性：有些要求较高或者比较复杂的工况环境中样品组成复杂，存在各种干扰组分，无法直接分析测试，必须通过预处理和分离过程，将被分析组分与干扰组分加以分离。这将涉及各种各样的处理技术，比如：浮选分离技术、固相萃取、电泳分离技术、流量调节、压力调节、温度调节、除尘、除水、除湿、去除有害物质以及气液分离等多种技术。

所涉及的学科种类繁杂、设备材质种类繁杂，对样品采样系统设计以及工程人员的施工的要求较高。

定制特性：几乎所有的样品处理系统都是根据实际环境定制的，由于气象、实际应用环境很复杂（比如高温、高湿、地理位置等），往往样品处理系统在设计时会有很多比较特殊的设计。因此所有的样品处理系统均需要单独的安装，对样品处理箱的结构、制作、配管、部件等均根据不同设计有不同的要求，基本无相对固定的模式或类型。每一个样品处理系统也需要单独的检验测试，不同工况环境的样品处理系统测试要求也并非完全一致。几乎所有的样品预处理系统都是“定制”的，无批量性可言。

（2）样气预处理系统功能概述

绝大多数的样品预处理系统都是根据实际情况定制研发的，由此涉及到的实施以及运行管理维护的重点及流程也不尽相同。一般认为样品预处理系统的基本功能可简要归纳为：

①样品提取：即所谓的“取样”，从源流体中提取所需样品流的功能。通常取样点的选取与送入分析的样品质量至关重要。在样品提取时需充分考虑有可能引起分析误差的干扰组分、不利于分析仪器的阻碍组分、和分析测量不相关的不相干组分以及实际工况环境中的取样点周边环境等多种因素。

②样品传输：样品从取样点到分析仪器入口即完成样品传输。此时需要充分考虑到样品管路质量是否符合实际工况环境、样品流以旁通流设计是否能满足样品处理及排放需要。

③样品处理：这一功能应该是样品预处理系统的核心功能。其关键是要在不改变待测组分的前提下，对提取的样品进行“加工”，在最短的滞后时间内改变其物理和化学特性，以达到配套分析仪的要求。

④样品排放：包括废流和旁通流排放。其中废流排放指完成分析以后的样品废流到排放点的排放；旁通流指的是为了减少样品处理系统的滞后时间另外设置的样品流，本身也存在分析完成后到排放点的处理。

⑤样品性能的监测和控制：配合成套系统中的监测和控制单元，对分析仪以及样品处理系统进行检测、维护以及重置的功能，该功能的自动化程度与成套系统功能设置有关。

⑥其他功能：根据实际需要一些样品预处理系统能够提供一些类似于冷却水、加热蒸汽等类似公用设施功能；有的可以手动或者自动地将分析仪器连接到不同的样品流管路上配合实现更复杂的检测功能。(www.xing528.com)

（3）样气预处理系统性能概述

样品预处理系统或者其中的部件能达到预定功能的程度被称为样品处理系统的性能特性。大体上可以分为关键性能参数、影响量以及规范范围、规定值三个大类。

关键性能参数指范围、允许误差、数值等方式衡量样品预处理系统及其部件必须达到的关键技术指标要求，是决定样品预处理系统设计的核心依据；

影响量指周围外部环境对样品预处理系统及其部件性能影响的量（比如环境温度、压力等），在很多情况下指的是样品预处理系统的工作环境，有时候也指样品预处理系统及其部件对其外部环境造成的影响。

规范范围、规定值多用于描述被测量、被监测量、被提供量或者允许设置等等的值或者范围。

不同工况环境所需要的样品预处理系统功能不尽相同，且受到各种因素的制约（有的甚至包含当地的气象、大气条件），很多性能参数需要根据实际环境以及实际样品来确定，主要为：

①滞后时间：指样品从取样点传动到分析仪器入口所需要经过的时间，也就是样品传送滞后时间。

②体积误差：指在样品预处理系统中将不需要的组分（非被测组分）去除后导致的样品流中待测组分与取样口组分之间的误差。

③稀释误差：指在样品预处理系统中样品流流量或者稀释流流量变化，导致的样品流中待测组分与取样口组分之间的误差。

④综合误差：即样品经过预处理以后的失真程度衡量，为了达到分析仪器要求，样品预处理系统会改变样气物理和化学性能参数，在处理过程中的稀释、提纯、渗透、吸附以及样品组分成分之间的相互影响都将导致处理样品流和取样点被测组分的差异。

⑤泄漏率：即样品处理系统的性能。指在规定的工作压力范围内，单位时间样品预处理系统渗漏出的流体量。

更多、更详细的样品预处理系统性能分析，可查阅参考文献[13]。