罐真空采樣限流閥 (采樣恒流閥、恒流控制器) 使用說明書

罐真空采樣限流閥 (采樣恒流閥、恒流控制器) 使用說明書

(2018 年 12 月 20 日首稿；2019 年 11 月 12 日更新)

產品簡介

罐真空采樣限流閥（又稱采樣恒流閥、恒流控制器等），是環境監測中采集氣體時段平均樣時使用的一種專用設備。 用預先抽真空的采樣罐（蘇碼罐） 采集空氣樣，有瞬時樣和平均樣兩種方式。 瞬時樣的采集比較簡單，操作時只需打開采樣罐閥門，利用罐內真空將空氣樣在短時間（通常小于 5 秒）吸入到采樣罐中。這種方式采集的樣品代表打開閥門瞬間的周邊空氣污染狀況。平均樣（又稱混合樣， 時段平均樣）的采集要復雜一些，在打開閥門進行采樣時，需控制氣樣進入采樣罐的流速，使氣體在整個采樣期間以同樣等流量進入采樣罐。這種方式采集的樣品代表周邊空氣在整個采樣過程期間的平均污染情況。在環境空氣 VOCs 監測中，平均樣的采樣時間通常為 0.5-h, 1-h, 3-h, 8-h, 24-h, 和一周， 其中又以 1-h ，3-h，和 24-h 平均樣最為常見。

實際操作中，平均樣的氣體采集流速控制有兩種方法， 一是利用質量 流量控制器 （ Mass Flow Controller）來主動控制流入采樣罐的氣體流速。這種方法需要專門的設備，在整個采樣過程必須有插

圖 1 安裝在采樣罐上的限流閥

座電源的支持，適合固定監測站中的氣樣采集。 另一種方法是利用罐本身的真空和周邊空氣間的壓差做為氣體流動的驅動力，通過管路中一個小孔（限流孔）的泄漏進行采樣，即所謂的被動真空采樣法。它的優點是無需電源支持，適合野外任何地點的采樣。問題在于，隨著采樣過程的進行，罐內的氣體壓力會逐漸升高（真空度減少），與周邊空氣間的壓差逐漸減少，因此氣樣流速會逐漸降低，不能滿足平均樣的恒流采樣要求。本說明中介紹的采樣限流閥，正是為解決這一問題而設計。這個限流閥的目的，是為保證罐內壓力從- 30” Hg （初始真空）到- 3” Hg （終止弱真空）的上升過程中，從周邊空氣到采樣罐的氣體流速維持恒定（不因罐內壓力的上升而變化， 或變化很小），從而滿足平均樣的流量恒定要求。

罐采樣中使用的采樣限流閥，最早源于美國Parker 公司，后由美國Restek 公司進行表面鈍化， 以 Veriflo? SC423XL 的型號推向環境監測市場。 隨后，美國 Entech 公司開發出類似結構的Entech CS1200E 型采樣限流閥。 2017 年底，本公司利用具獨立知識產權的 InsertSi? 硅烷化表面鈍化技術，研發成功 SFV-100 型系列限流閥，并實現產業化。 SFV-100 型系列限流閥，繼承了此類產品結構和工作原理，但考慮到前兩家產品在實用中的缺點，采用大直徑、軟膜片、薄閥體的設計，使產品在性能上大為提高（流量波動性大幅減少，并能維持流速恒定至更弱的真空度），成為目前市場上最優質的罐采樣限流閥（恒流控制器）。

產品結構和工作原理

采樣限流閥的實物如圖 2 所示，主要部件包括顆粒物過濾器、彎道進樣管、限流孔、主閥體、壓力表接口、及采樣罐接口（1/4 英寸管）。其中，顆粒物過濾器為采樣時氣體的進口，內部有孔徑為 2 μm 的不銹鋼燒結片過濾材料，其作用是去除氣樣中大于 2 μm 的顆粒，以防顆粒物堵塞下游的限流孔及污染已采集的氣樣（顆粒物在存儲過程中可能會釋放出VOCs 到氣體樣品中）。 氣樣經采樣彎管后在限流孔受到初步限流， 然后進入限流閥主閥體，在此受到二次流量控制，最后流入下游的采樣罐。采樣罐內的實時壓力可通過安裝到壓力表接口上的壓力表顯示。

采樣限流閥的內部結構如圖 3 所示，主要部件包括噴嘴位置調節保護螺帽、316 不銹鋼主閥體、活塞式噴嘴、膜片密封 O 型圈、不銹鋼彈性膜片、和閥體后蓋。限流閥對氣體流量的恒流功能分兩步實現。 第一步，通過限流孔的大小來限定流量的大概范圍。第二步，通過膜片和噴嘴間的協同作用，對流量進行補償，使其恒定在一個固定的設定值，實現恒流。

圖 2 采樣限流閥部件

圖 4 3-升罐 3-小時采樣流量測定結果

圖 3 采樣限流閥內部結構示意圖

圖 4 顯示了使用 SFV-100 型限流閥后 3 升罐 3 小時采樣的全過程流量測量結果。在 3-小時的采樣時間內，SFV-100 型限流閥能將流量穩定地恒流在目標流量 14.4 mL/min 上下，真正滿

足恒流采樣的要求。 維持的采樣流量，可一直穩定到采樣開始后 200 分鐘，此時采樣罐已基本采滿，真空度只有 3 inHg 左右，流量才開始急速下降。

產品技術參數

閥體材料：惰硅 InertSi? 鈍化 316 不銹鋼

流量范圍：0.5～300 mL/min (ccm) 可調

進樣彎管：惰硅 InertSi?鈍化，開口朝下，

可防雨水霧水進入。 彎管外徑1/4 英寸，長度 10 cm 或 30 cm。進樣口配有銅保護蓋帽

顆粒物過濾器：內含 2-μm 孔徑的硅烷化

不銹鋼燒結濾片(可更換)

限流孔：材質紅寶石，有 6 個型號供選擇， 分別對應不同的流量范圍(表 1 )

表 1 不同孔徑寶石孔的適用流量范圍

下端接口：英制 1/4” Swagelok 內螺紋，兼容市場上所有采樣罐（蘇瑪罐）

5 采樣限流閥的使用

確定目標采樣流量 罐真空采樣中，所采的氣樣體積一般只能到罐容積的 90% 左右，再多時罐內的真空就不足以維持恒流采樣的要求。對于常見體積的采樣罐，理想的目標采樣流量見下表（表 2） ：

表 2   罐采樣常見目標采樣流量 (mL/min)

比如，用容積為 3L 的采樣罐，采集 3h 的平均樣，目標采樣流量為 14.4 mL/min；又如， 用容積為 6L 的采樣罐，采集 24h 的平均樣，目標采樣流量為 3.6 mL/min。 目標采樣流量的具體計算和采樣罐容積、采樣時長、最終采樣壓力、采樣點大氣壓、海拔高度等因素有關。 本公司的限流采樣流量評估儀軟件帶有自動計算目標采樣流量的功能。如有需要，請和本公司技術人員聯系。

請注意，目標采樣流量的計算需使用采樣罐的實際容積，而不是標稱容積。一些進口采 樣罐的標稱容積只是近似值，和實際容積并不一致，兩者間的差別有時可高達 10 % 以上。在選取限流閥的目標采樣流量時請依照實際容積進行計算，否則會造成采樣終止壓力低

（標稱容積過小時），或者采樣時長未到提前采滿（標稱容積過大時）的情況，影響所采氣樣的代表性。 我公司生產的采樣罐（aqitech? 品牌），嚴格執行實際容積 = 標稱容積的標準，在室溫下兩者間的差別不超過 1 % ，避免了這種情況的出現。

校準限流閥采樣流量 在確定好目標采樣流量后，根據表 1 中的流量范圍，選擇合適的紅寶石限流孔。 比如，3L 罐 3h 采樣的 14.4 mL/min 目標采樣流量，可選擇 R007 孔（流量可調范圍 10 — 25 mL/min）。 然后，通過限流閥背后的流量調節螺絲，通過觀察流量計或限流采樣流量評估儀（圖 5）將實際流量調節至目標值，并蓋好保護螺帽。 流量校準的具體操作程序和過程，請參考本公司的恒流采樣器測試平臺軟硬件說明。

凡在我公司購買的采樣限流閥，技術人員會根據客戶的具體采樣應用場景選配好相應的紅寶石限流孔，并校準采樣流量。 客戶拿到產品后，如果采樣應用場景（采樣罐容積， 采樣時長、大氣壓等）沒有變化，可直接使用。

限流閥的流量校準后，受運輸震動、溫度變化等因素的影響，可能會發生小幅度的變化。為確保采樣質量，一般來說，每個項目采樣開始時，以及隨后每隔 3   個月，應對限流閥的設定流量進行一次核準或調節，并打印記錄，留存備查。

采 樣 采樣罐預先抽真空，然后將限流閥安裝于采樣罐的閥門之上，取下進氣口的保護銅蓋帽，打開采樣罐閥門即可開始采樣（圖 6）。 限流閥上的真空表，指示采樣罐內的實際壓力，隨著采樣過程的進行，會逐漸上升至接近一個大氣壓的狀態。 如果使用采樣定時器，請連接于采樣罐和限流閥之間。

圖 5 采樣限流閥流量校準    圖 6 限流閥采集平均樣(1-升和 6-升采樣罐)

清潔和保養 限流閥為被動采樣設備，除彈性膜片外內部無活動部件，因此很少需要定期保養。 為避免限流閥存儲時不受環境污染，在每次采樣后，請將進氣口的銅蓋帽，以及下端出氣口的堵塞安裝回原位（手緊即可）。 同時，為避免樣品、限流閥、采樣罐、以及采樣線路受空氣中顆粒物的污染，請經常更換限流閥前端顆粒物過濾器中的不銹鋼

燒結過濾片（耗材）。 通常使用的是為有效孔徑 2-μm 的過濾片 （圖 7 和圖 8）。 濾片安裝時，粗網格一側為支撐層，對著彈簧安裝。

圖 7 顆粒物過濾器    圖 8 不銹鋼燒結過濾片

如有需要對限流閥進行清洗，可將潔凈的氮氣或除烴空氣接于采樣彎管（標準 1/4 英寸Swagelok 接口），同時去掉限流閥下端出口的堵塞，進行內部腔體和膜片沖洗。 為防止膜片受損，接入氣體的表壓不可超過 0.3 個大氣壓（絕對壓力不超過 1.3 個大氣壓）。 一

般沖洗 2 ~ 5 分鐘即可。

請勿將限流閥放入清罐儀內進行加熱清洗。加熱可能導致膜片彈性受損，影響流量恒定功能。

6. 質量保證

本公司生產的采樣限流閥，質量保證期為壹年，自用戶收到產品之日開始計算。采樣限流閥出廠前，每一只均經過嚴格的流量性能檢驗和潔凈度檢驗，保證成品合格率 100％。 如您在正常使用過程中遇到產品質量問題，請及時與我公司聯系。 質保期內，我公司將為您提供免費維修或更換。 質保期后，我公司對產品提供終身跟蹤服務，如需維修或維護將收取適當費用。

請注意，以下情況不屬于質保范圍：（1）限流閥閥體或部件受外力碰撞而損壞損傷。（2）因誤操作引起的損壞。常見的如鏈接不當造成閥門螺紋損傷；顆粒物進入閥門而造成閥門損壞； 使用壓力過高造成壓力表或膜片損壞等。（3）因采集了含有難清洗的物質（如油污類）的氣樣而造成限流閥內壁污染。（4）因不可抗拒因素（如自然災害、社會公害、環境公害等）造成的損壞。

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