罐真空采樣限流閥 (采樣恒流閥、恒流控制器) 使用說(shuō)明書(shū)

罐真空采樣限流閥 (采樣恒流閥、恒流控制器) 使用說(shuō)明書(shū)

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

產(chǎn)品簡(jiǎn)介

罐真空采樣限流閥（又稱(chēng)采樣恒流閥、恒流控制器等），是環(huán)境監(jiān)測(cè)中采集氣體時(shí)段平均樣時(shí)使用的一種專(zhuān)用設(shè)備。 用預(yù)先抽真空的采樣罐（蘇碼罐） 采集空氣樣，有瞬時(shí)樣和平均樣兩種方式。 瞬時(shí)樣的采集比較簡(jiǎn)單，操作時(shí)只需打開(kāi)采樣罐閥門(mén)，利用罐內(nèi)真空將空氣樣在短時(shí)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(kāi)閥門(mén)瞬間的周邊空氣污染狀況。平均樣（又稱(chēng)混合樣， 時(shí)段平均樣）的采集要復(fù)雜一些，在打開(kāi)閥門(mén)進(jìn)行采樣時(shí)，需控制氣樣進(jìn)入采樣罐的流速，使氣體在整個(gè)采樣期間以同樣等流量進(jìn)入采樣罐。這種方式采集的樣品代表周邊空氣在整個(gè)采樣過(guò)程期間的平均污染情況。在環(huán)境空氣 VOCs 監(jiān)測(cè)中，平均樣的采樣時(shí)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(jiàn)。

實(shí)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(zhì)量 流量控制器 （ Mass Flow Controller）來(lái)主動(dòng)控制流入采樣罐的氣體流速。這種方法需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，在整個(gè)采樣過(guò)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(jiān)測(cè)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(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)管路中一個(gè)小孔（限流孔）的泄漏進(jìn)行采樣，即所謂的被動(dòng)真空采樣法。它的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需電源支持，適合野外任何地點(diǎn)的采樣。問(wèn)題在于，隨著采樣過(guò)程的進(jìn)行，罐內(nèi)的氣體壓力會(huì)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(huì)逐漸降低，不能滿(mǎn)足平均樣的恒流采樣要求。本說(shuō)明中介紹的采樣限流閥，正是為解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)。這個(gè)限流閥的目的，是為保證罐內(nèi)壓力從- 30” Hg （初始真空）到- 3” Hg （終止弱真空）的上升過(guò)程中，從周邊空氣到采樣罐的氣體流速維持恒定（不因罐內(nèi)壓力的上升而變化， 或變化很小），從而滿(mǎn)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(guó)Parker 公司，后由美國(guó)Restek 公司進(jìn)行表面鈍化， 以 Veriflo? SC423XL 的型號(hào)推向環(huán)境監(jiān)測(cè)市場(chǎng)。 隨后，美國(guó) Entech 公司開(kāi)發(fā)出類(lèi)似結(jié)構(gòu)的Entech CS1200E 型采樣限流閥。 2017 年底，本公司利用具獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 InsertSi? 硅烷化表面鈍化技術(shù)，研發(fā)成功 SFV-100 型系列限流閥，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 SFV-100 型系列限流閥，繼承了此類(lèi)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理，但考慮到前兩家產(chǎn)品在實(shí)用中的缺點(diǎn)，采用大直徑、軟膜片、薄閥體的設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品在性能上大為提高（流量波動(dòng)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(chǎng)上最優(yōu)質(zhì)的罐采樣限流閥（恒流控制器）。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理

采樣限流閥的實(shí)物如圖 2 所示，主要部件包括顆粒物過(guò)濾器、彎道進(jìn)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(guò)濾器為采樣時(shí)氣體的進(jìn)口，內(nèi)部有孔徑為 2 μm 的不銹鋼燒結(jié)片過(guò)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(chǔ)過(guò)程中可能會(huì)釋放出VOCs 到氣體樣品中）。 氣樣經(jīng)采樣彎管后在限流孔受到初步限流， 然后進(jìn)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(nèi)的實(shí)時(shí)壓力可通過(guò)安裝到壓力表接口上的壓力表顯示。

采樣限流閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，主要部件包括噴嘴位置調(diào)節(jié)保護(hù)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(duì)氣體流量的恒流功能分兩步實(shí)現(xiàn)。 第一步，通過(guò)限流孔的大小來(lái)限定流量的大概范圍。第二步，通過(guò)膜片和噴嘴間的協(xié)同作用，對(duì)流量進(jìn)行補(bǔ)償，使其恒定在一個(gè)固定的設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)恒流。

圖 2 采樣限流閥部件

圖 4 3-升罐 3-小時(shí)采樣流量測(cè)定結(jié)果

圖 3 采樣限流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖 4 顯示了使用 SFV-100 型限流閥后 3 升罐 3 小時(shí)采樣的全過(guò)程流量測(cè)量結(jié)果。在 3-小時(shí)的采樣時(shí)間內(nèi)，SFV-100 型限流閥能將流量穩(wěn)定地恒流在目標(biāo)流量 14.4 mL/min 上下，真正滿(mǎn)

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

產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

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(diào)

進(jìn)樣彎管：惰硅 InertSi?鈍化，開(kāi)口朝下，

可防雨水霧水進(jìn)入。 彎管外徑1/4 英寸，長(zhǎng)度 10 cm 或 30 cm。進(jìn)樣口配有銅保護(hù)蓋帽

顆粒物過(guò)濾器：內(nèi)含 2-μm 孔徑的硅烷化

不銹鋼燒結(jié)濾片(可更換)

限流孔：材質(zhì)紅寶石，有 6 個(gè)型號(hào)供選擇， 分別對(duì)應(yīng)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(nèi)螺紋，兼容市場(chǎng)上所有采樣罐（蘇瑪罐）

5 采樣限流閥的使用

確定目標(biāo)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(shí)罐內(nèi)的真空就不足以維持恒流采樣的要求。對(duì)于常見(jiàn)體積的采樣罐，理想的目標(biāo)采樣流量見(jiàn)下表（表 2） ：

表 2   罐采樣常見(jiàn)目標(biāo)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(biāo)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(biāo)采樣流量為 3.6 mL/min。 目標(biāo)采樣流量的具體計(jì)算和采樣罐容積、采樣時(shí)長(zhǎng)、最終采樣壓力、采樣點(diǎn)大氣壓、海拔高度等因素有關(guān)。 本公司的限流采樣流量評(píng)估儀軟件帶有自動(dòng)計(jì)算目標(biāo)采樣流量的功能。如有需要，請(qǐng)和本公司技術(shù)人員聯(lián)系。

請(qǐng)注意，目標(biāo)采樣流量的計(jì)算需使用采樣罐的實(shí)際容積，而不是標(biāo)稱(chēng)容積。一些進(jìn)口采 樣罐的標(biāo)稱(chēng)容積只是近似值，和實(shí)際容積并不一致，兩者間的差別有時(shí)可高達(dá) 10 % 以上。在選取限流閥的目標(biāo)采樣流量時(shí)請(qǐng)依照實(shí)際容積進(jìn)行計(jì)算，否則會(huì)造成采樣終止壓力低

（標(biāo)稱(chēng)容積過(guò)小時(shí)），或者采樣時(shí)長(zhǎng)未到提前采滿(mǎn)（標(biāo)稱(chēng)容積過(guò)大時(shí)）的情況，影響所采氣樣的代表性。 我公司生產(chǎn)的采樣罐（aqitech? 品牌），嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)際容積 = 標(biāo)稱(chēng)容積的標(biāo)準(zhǔn)，在室溫下兩者間的差別不超過(guò) 1 % ，避免了這種情況的出現(xiàn)。

校準(zhǔn)限流閥采樣流量 在確定好目標(biāo)采樣流量后，根據(jù)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(biāo)采樣流量，可選擇 R007 孔（流量可調(diào)范圍 10 — 25 mL/min）。 然后，通過(guò)限流閥背后的流量調(diào)節(jié)螺絲，通過(guò)觀察流量計(jì)或限流采樣流量評(píng)估儀（圖 5）將實(shí)際流量調(diào)節(jié)至目標(biāo)值，并蓋好保護(hù)螺帽。 流量校準(zhǔn)的具體操作程序和過(guò)程，請(qǐng)參考本公司的恒流采樣器測(cè)試平臺(tái)軟硬件說(shuō)明。

凡在我公司購(gòu)買(mǎi)的采樣限流閥，技術(shù)人員會(huì)根據(jù)客戶(hù)的具體采樣應(yīng)用場(chǎng)景選配好相應(yīng)的紅寶石限流孔，并校準(zhǔn)采樣流量。 客戶(hù)拿到產(chǎn)品后，如果采樣應(yīng)用場(chǎng)景（采樣罐容積， 采樣時(shí)長(zhǎng)、大氣壓等）沒(méi)有變化，可直接使用。

限流閥的流量校準(zhǔn)后，受運(yùn)輸震動(dòng)、溫度變化等因素的影響，可能會(huì)發(fā)生小幅度的變化。為確保采樣質(zhì)量，一般來(lái)說(shuō)，每個(gè)項(xiàng)目采樣開(kāi)始時(shí)，以及隨后每隔 3   個(gè)月，應(yīng)對(duì)限流閥的設(shè)定流量進(jìn)行一次核準(zhǔn)或調(diào)節(jié)，并打印記錄，留存?zhèn)洳椤?/span>

采 樣 采樣罐預(yù)先抽真空，然后將限流閥安裝于采樣罐的閥門(mén)之上，取下進(jìn)氣口的保護(hù)銅蓋帽，打開(kāi)采樣罐閥門(mén)即可開(kāi)始采樣（圖 6）。 限流閥上的真空表，指示采樣罐內(nèi)的實(shí)際壓力，隨著采樣過(guò)程的進(jìn)行，會(huì)逐漸上升至接近一個(gè)大氣壓的狀態(tài)。 如果使用采樣定時(shí)器，請(qǐng)連接于采樣罐和限流閥之間。

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

清潔和保養(yǎng) 限流閥為被動(dòng)采樣設(shè)備，除彈性膜片外內(nèi)部無(wú)活動(dòng)部件，因此很少需要定期保養(yǎng)。 為避免限流閥存儲(chǔ)時(shí)不受環(huán)境污染，在每次采樣后，請(qǐng)將進(jìn)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(shí)，為避免樣品、限流閥、采樣罐、以及采樣線(xiàn)路受空氣中顆粒物的污染，請(qǐng)經(jīng)常更換限流閥前端顆粒物過(guò)濾器中的不銹鋼

燒結(jié)過(guò)濾片（耗材）。 通常使用的是為有效孔徑 2-μm 的過(guò)濾片 （圖 7 和圖 8）。 濾片安裝時(shí)，粗網(wǎng)格一側(cè)為支撐層，對(duì)著彈簧安裝。

圖 7 顆粒物過(guò)濾器    圖 8 不銹鋼燒結(jié)過(guò)濾片

如有需要對(duì)限流閥進(jìn)行清洗，可將潔凈的氮?dú)饣虺裏N空氣接于采樣彎管（標(biāo)準(zhǔn) 1/4 英寸Swagelok 接口），同時(shí)去掉限流閥下端出口的堵塞，進(jìn)行內(nèi)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(guò) 0.3 個(gè)大氣壓（絕對(duì)壓力不超過(guò) 1.3 個(gè)大氣壓）。 一

般沖洗 2 ~ 5 分鐘即可。

請(qǐng)勿將限流閥放入清罐儀內(nèi)進(jìn)行加熱清洗。加熱可能導(dǎo)致膜片彈性受損，影響流量恒定功能。

6. 質(zhì)量保證

本公司生產(chǎn)的采樣限流閥，質(zhì)量保證期為壹年，自用戶(hù)收到產(chǎn)品之日開(kāi)始計(jì)算。采樣限流閥出廠(chǎng)前，每一只均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的流量性能檢驗(yàn)和潔凈度檢驗(yàn)，保證成品合格率 100％。 如您在正常使用過(guò)程中遇到產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，請(qǐng)及時(shí)與我公司聯(lián)系。 質(zhì)保期內(nèi)，我公司將為您提供免費(fèi)維修或更換。 質(zhì)保期后，我公司對(duì)產(chǎn)品提供終身跟蹤服務(wù)，如需維修或維護(hù)將收取適當(dāng)費(fèi)用。

請(qǐng)注意，以下情況不屬于質(zhì)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(jiàn)的如鏈接不當(dāng)造成閥門(mén)螺紋損傷；顆粒物進(jìn)入閥門(mén)而造成閥門(mén)損壞； 使用壓力過(guò)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(zhì)（如油污類(lèi)）的氣樣而造成限流閥內(nèi)壁污染。（4）因不可抗拒因素（如自然災(zāi)害、社會(huì)公害、環(huán)境公害等）造成的損壞。

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