一种硅烷化加热型环境空气采样总管系统的制作方法

本发明涉及气体取样与环境监测，更具体地说，本发明涉及一种硅烷化加热型环境空气采样总管系统。

背景技术：

1、环境空气监测通常需要对挥发性有机物、含硫气体、含氮气体、醛酮类气体以及臭氧前体物等多类环境空气气体样品进行连续或周期性分析，其采样过程广泛应用于城市环境空气质量监测、工业园区边界监测、厂界无组织排放监测以及碳封存、地下储气等封存监测技术中的环境空气或泄漏气体前端监测场景。2020年，吴曼曼在《质谱学报》期刊上发表的《在线超低温预浓缩－全二维气相色谱－飞行时间质谱联用系统在大气挥发性有机物监测中的应用》中公开了通过连续在线采集大气样品并对大气中c2～c12共100多种挥发性有机物进行富集和定性定量分析的研究，图2示出，说明大气挥发性有机物监测对样品采集、富集和传输过程具有较高要求。在上述监测过程中，采样总管通常作为多台分析仪器的共同前端，用于将外界环境空气引入监测站房，并分配至不同分析设备。

2、现有环境空气采样总管多采用普通金属管、塑料管或未经惰性化处理的管体。环境空气中的痕量环境空气气体样品在通过采样总管时，容易与管壁发生吸附、滞留或二次释放，导致后端分析仪器测得的浓度与真实环境空气状态存在偏差。同时，在低温、高湿或昼夜温差较大的监测环境下，采样总管内壁容易发生水汽冷凝。冷凝水会吸收、溶解或携带部分目标环境空气气体样品，使进入后端分析仪器的样品组成发生变化，影响连续监测数据的准确性和稳定性。特别是在封存监测技术相关场景中，若采样前端存在吸附损失、冷凝滞留或响应延迟，可能影响对异常气体释放或泄漏迹象的及时识别。2021年，张成龙在《中国地质调查》期刊上发表的《泄漏情景下碳封存项目的环境影响监测技术方法》中围绕地质封存中的二氧化碳泄漏监测及泄漏源识别问题进行了分析（图3示出），说明封存监测技术中存在对泄漏情景下环境影响监测和异常气体识别的实际需求。

3、此外，现有采样总管的加热方式多为简单伴热或单点恒温控制，难以准确反映采样总管入口段、中部段和出口段的真实温度状态。当入口段受外界低温空气影响、中部段受站房环境影响、出口段受抽气或排气影响时，单一测温点即使显示温度达标，局部管壁仍可能低于露点温度并产生冷凝。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种硅烷化加热型环境空气采样总管系统，是通过在采样总管本体内壁设置硅烷化惰性层，减少目标环境空气气体样品在管壁上的吸附和滞留，在采样总管本体上设置加热组件，通过保温层降低热量散失，使采样总管本体保持在预设温度范围内，减少内壁冷凝，采用采样总管分段加热反馈分析模型实时分析采样总管本体不同位置的温度状态，调节加热输出，减少局部低温冷凝和局部过热风险，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种硅烷化加热型环境空气采样总管系统，用于环境空气气体样品的取样、输送以及向环境空气分析仪器分配，包括引入待分析环境空气气体样品的环境空气采样入口，其与呈直管状的采样总管本体连接，所述采样总管本体的内壁设置有硅烷化惰性层，降低待分析环境空气气体样品在管壁上的吸附和残留，在所述采样总管本体的外侧设置有加热组件加热采样总管本体，减少水汽在采样总管本体内壁冷凝，在所述采样总管本体上还设置有温度检测组件，所述温度检测组件包括设置在采样总管本体不同轴向位置的多个温度检测件，用于检测采样总管本体的温度，所述加热组件和温度检测组件分别与温度控制模块电连接，所述温度控制模块基于多点温度场识别的采样总管分段加热反馈分析模型，分析所述温度检测组件的检测结果调节加热组件的加热输出，根据采样总管不同位置的温度状态动态调节加热输出，使采样总管本体在环境空气连续采样过程中保持稳定的防冷凝温度状态。

4、作为本发明进一步方案，所述温度检测组件包括入口温度检测件、中部温度检测件和出口温度检测件，所述入口温度检测件设置在靠近采样总管本体入口段的位置，所述中部温度检测件设置在采样总管本体中部段，所述出口温度检测件设置在靠近采样总管本体出口段的位置，所述温度检测组件还包括环境温湿度检测件，所述环境温湿度检测件设置在环境空气采样入口附近，检测采样点处的环境温度和环境湿度，并将检测结果传输至控制器。

5、作为本发明进一步方案，所述控制器根据环境温度和环境湿度确定环境空气露点温度，以常规采样模式下的控温下限作为基准温度，计算所述基准温度与环境空气露点温度之间的防冷凝温度裕量，确定采样总管的目标控温区间，然后多个温度检测件采集采样总管不同轴向位置的管段温度，构建采样总管轴向温度状态并识别关键温度特征，根据最低检测温度判断局部低温风险并确定升温对象，根据最高检测温度判断局部过热风险并确定降温和保护对象，根据相邻管段温度差判断轴向温度不均并执行分段补偿，生成分段加热控制指令并驱动加热组件执行，最后更新温度状态，记录运行数据并输出异常状态。

6、作为本发明进一步方案，所述根据最低检测温度判断局部低温风险并确定升温对象，包括：所述控制器将最低检测温度与控温下限进行比较，当最低检测温度低于控温下限时，所述控制器判定采样总管本体存在局部低温风险，确定最低检测温度所对应的管段位置，若入口段温度低于控温下限，则将入口加热段确定为优先升温对象；若中部段温度低于控温下限，则将中部加热段确定为优先升温对象；若出口段温度低于控温下限，则将出口加热段确定为优先升温对象。

7、作为本发明进一步方案，所述根据最高检测温度判断局部过热风险并确定降温和保护对象，包括：所述控制器将最高检测温度与控温上限进行比较，当最高检测温度高于控温上限时，所述控制器判定采样总管本体存在局部过热风险，并确定最高检测温度所对应的加热段，对于发生过热风险的加热段，所述控制器通过加热驱动单元降低其加热输出。

8、作为本发明进一步方案，在所述采样总管本体的侧壁上，设置有多个采样支路接口，每个采样支路接口均与采样总管本体的内腔连通，并从所述采样总管本体向外延伸，用于连接对应的环境空气分析仪器或其进样管路。

9、作为本发明进一步方案，在所述采样总管本体的末端，设置有流量控制组件，其用于维持采样总管本体内主气流稳定流动。

10、作为本发明进一步方案，在所述采样总管本体的外侧设置有保温层，所述保温层覆盖加热组件外侧区域，其降低热量向外界环境散失。

11、作为本发明进一步方案，在所述采样总管本体的出口段连通排气旁路，所述排气旁路的另一端与排气口连通。

12、作为本发明进一步方案，所述采样总管本体的内径为20mm至100mm，所述硅烷化惰性层（21）的厚度为0.05μm至5μm，所述保温层（80）的厚度为5mm至50mm。

13、本发明一种硅烷化加热型环境空气采样总管系统的技术效果和优点：本发明在采样总管本体内壁设置硅烷化惰性层，使环境空气中的目标环境空气气体样品在总管内输送时不易被管壁吸附和滞留，同时在采样总管本体上设置加热组件，并通过保温层降低热量散失，使采样总管本体保持在预设温度范围内，减少高湿或低温条件下的内壁冷凝。本发明采用采样总管分段加热反馈分析模型，实时掌握采样总管本体不同位置的温度状态，调节加热输出，减少局部低温冷凝和局部过热风险。