周雪平　倪瑞龍　陳錫泉

摘要：

針對氣相色譜室因氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣集中且量大而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室局部溫度高的問題，本文通過設(shè)計(jì)氣質(zhì)聯(lián)用儀廢氣排放系統(tǒng)，對該系統(tǒng)改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境效果方面進(jìn)行了研究，著重分析實(shí)驗(yàn)室溫度及能量損耗情況。

關(guān)鍵詞：氣質(zhì)聯(lián)用儀；廢氣；實(shí)驗(yàn)室溫度；冷熱抵消

氣質(zhì)聯(lián)用儀（GC-MS）被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜組分的定性定量分析，因其具有氣相色譜高分辨率和質(zhì)譜高靈敏度的特點(diǎn)，成為現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室分析檢測的有效工具。我院氣相色譜室承擔(dān)大量生態(tài)紡織品檢測業(yè)務(wù)，實(shí)驗(yàn)室安設(shè)眾多臺(tái)數(shù)的氣質(zhì)聯(lián)用儀，儀器檢測樣品完畢后會(huì)向外排放高溫廢氣，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室冷熱抵消現(xiàn)象嚴(yán)重，局部溫度過高影響設(shè)備正常使用。針對此現(xiàn)象，本文設(shè)計(jì)排放系統(tǒng)對氣質(zhì)聯(lián)用儀高溫?zé)釓U氣進(jìn)行收集和集中排放，降低實(shí)驗(yàn)室溫度及空調(diào)系統(tǒng)能耗，研究分析實(shí)驗(yàn)室環(huán)境并改善效果。

1 廢氣排放系統(tǒng)

1.1 設(shè)計(jì)背景

廣州纖檢院氣相色譜室是生態(tài)紡織品檢測大型實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)共設(shè)有53臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀。檢測樣品時(shí)，氣質(zhì)聯(lián)用儀的升溫系統(tǒng)和壓力控制系統(tǒng)分別對儀器內(nèi)部檢測環(huán)境進(jìn)行加熱升溫、增壓，當(dāng)樣品檢測完畢時(shí)排氣口打開，儀器進(jìn)行泄壓，并直接向?qū)嶒?yàn)室排放廢氣，經(jīng)多次數(shù)據(jù)測量總結(jié)，確定每一臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣溫度范圍及排氣時(shí)長基本一致，排氣溫度最高達(dá)115℃，且整個(gè)排氣時(shí)長持續(xù)4min左右，排氣測量結(jié)果如圖1所示（以開始排氣作為時(shí)間起點(diǎn)）。

排氣風(fēng)速為4.56m/s，則每秒排氣體積為：

取排氣氣體密度ρ=1.205kg/m3時(shí)，每秒排氣質(zhì)量約為：

氣質(zhì)聯(lián)用儀排放熱廢氣與實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)產(chǎn)生熱量傳遞，即冷熱抵消，造成能量損耗。根據(jù)能量守恒定律，熱廢氣與實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)冷熱抵消損耗的能量等于熱量傳遞過程即排氣過程廢氣所釋放的熱量，可用公式（4）表示：

式中：c— 物體比熱，取空氣比熱 c=1012J/（kg·℃）；

m——質(zhì)量，kg；t——排氣溫度，℃；t0——實(shí)驗(yàn)室房間溫度，℃。

設(shè)時(shí)間為自變量，溫度為因變量，函數(shù)為，取時(shí)，根據(jù)積分原理，在排氣持續(xù)時(shí)間上對廢氣釋放熱量進(jìn)行定積分計(jì)算，氣質(zhì)聯(lián)用儀一次排氣損耗的能量為：

（5）

當(dāng)實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)集中時(shí)，多臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀產(chǎn)生大量高溫廢氣，冷熱抵消現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室檢測業(yè)務(wù)情況，平均每天11時(shí)開始到15時(shí)結(jié)束共檢測400份樣品，16時(shí)開始到第二天2時(shí)結(jié)束共檢測500份樣品，兩時(shí)間段平均每小時(shí)損耗的能量分別為：

平均一天因儀器排氣造成損耗的能量為：

如逢天氣炎熱，空調(diào)系統(tǒng)滿載運(yùn)行都不足以調(diào)節(jié)降低室內(nèi)溫度，尤其是廢氣集中排放位置高溫不退，影響實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)人員及設(shè)備工作環(huán)境，故針對氣質(zhì)聯(lián)用儀排放熱廢氣設(shè)計(jì)排放系統(tǒng)具有必要性。

1.2 系統(tǒng)概述

根據(jù)氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣口尺寸設(shè)計(jì)排氣罩，該系統(tǒng)在每臺(tái)氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣口增設(shè)排氣罩與排氣管道連接，管道通過地板架空層，分別與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的排風(fēng)機(jī)相連接，排風(fēng)機(jī)位于實(shí)驗(yàn)室天花頂。利用現(xiàn)有的排風(fēng)機(jī)進(jìn)行排放，可實(shí)現(xiàn)在不增加額外能耗的前提下對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行改造。系統(tǒng)能有效將廢氣進(jìn)行收集和集中排放，最大程度減少高溫廢氣與新風(fēng)的冷熱抵消，減緩冷熱不均現(xiàn)象，降低能量損耗。

2 廢氣排放系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)效果分析

2.1 降低實(shí)驗(yàn)室溫度

通過排風(fēng)機(jī)將熱廢氣引導(dǎo)至室外進(jìn)行排放，大大減少氣質(zhì)聯(lián)用儀廢氣與實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)的冷熱抵消，使實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)真正有“用武之地”，達(dá)到降低實(shí)驗(yàn)室溫度的目的。氣質(zhì)聯(lián)用儀高溫?zé)釓U氣排放系統(tǒng)安裝前后氣相色譜室溫度如表1所示。

從表1可看出安裝熱廢氣排放系統(tǒng)后，氣相色譜室房間溫度有了明顯改善，基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)室總體溫度降低2℃、廢氣集中排放位置溫度降低3℃的預(yù)期目標(biāo)，系統(tǒng)有效減緩了實(shí)驗(yàn)室冷熱不均的現(xiàn)象，使實(shí)驗(yàn)室溫度維持在空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

2.2 減少冷熱抵消能量損耗

排氣系統(tǒng)排氣罩出氣口橫截面為直徑的圓，面積為：

經(jīng)測量，氣質(zhì)聯(lián)用儀排氣時(shí)于排風(fēng)罩處風(fēng)速為，排氣系統(tǒng)廢氣收集率為：

按氣相色譜室一天共檢測900份樣品計(jì)算，排氣系統(tǒng)可減少實(shí)驗(yàn)室能量損耗約為：

2.3 改善實(shí)驗(yàn)室空氣質(zhì)量

氣質(zhì)聯(lián)用儀在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排放大量廢氣，高濃度廢氣會(huì)對工作人員的健康安全造成威脅，增設(shè)廢氣排放系統(tǒng)可以有效收集廢氣并進(jìn)行室外排放，新風(fēng)的補(bǔ)充進(jìn)一步降低房間廢氣濃度，提高實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部空氣質(zhì)量，為檢驗(yàn)人員創(chuàng)造一個(gè)更舒適、更安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

3 結(jié)論

本文針對氣相色譜室冷熱不均現(xiàn)象設(shè)計(jì)氣質(zhì)聯(lián)用儀高溫?zé)釓U氣排放系統(tǒng)，對改善實(shí)驗(yàn)室環(huán)境有明顯效果，滿足檢驗(yàn)人員及儀器設(shè)備對工作環(huán)境溫度的要求，過多的冷熱抵消意味著無謂的能耗損失，排放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了熱廢氣的室外排放，達(dá)到節(jié)能的目的，綜上所述表明了系統(tǒng)的可行性與經(jīng)濟(jì)性。

（作者單位：廣州纖維產(chǎn)品檢測研究院）