PID光离子化检测器用于电厂压缩空气含油量的在线监测

压缩空气是电厂重要的公用系统，压缩空气的质量下降可能造成气动执行机构拒动等事故而影响机组安全运行。含油量是压缩空气重要的监测指标，但现有吸收-红外检测方法操作繁琐，易被污染，检测结果偏差大，无法现场完成检测。为了实现压缩空气含油量现场快速准确检测，对比分析了压缩空气含油量吸收-红外检测法和PID（光离子化检测器，简称“PID”）检测法，通过对检测结果的分析，认为PID检测方法能实现压缩空气含油量的快速准确检测，且可用于压缩空气含油量的在线监测。

发电厂压缩空气系统是不可或缺的公用系统，相对于对电源供电可靠性的重视而言，压缩空气的质量监测却往往被忽视，因此造成压缩空气质量下降、气动执行机构拒动、杂质沉积，使换热能力下降等，危及机组安全运行的事故时有发生。混合在压缩空气中的油蒸汽聚集到一定程度就会形成易燃易爆源。润滑油汽化后会形成一种有机酸，易腐蚀压缩空气管道内表面，使橡胶、塑料、密封材料变质，堵塞小孔，造成阀类动作失灵。因此，压缩空气的质量指标必须控制，以保证系统安全稳定。DL/T 774-2004《火力发电热工自动化系统检修运行规程》和DL/T 261-2012《火力发电厂热工自动化系统可靠性评估技术导则》亦明确规定了压缩空气需要检测含油量指标。

目前压缩空气含油量的检测常见的有半定量和定量检测，半定量检测的代表是检测管法和检测盒法，仅能分等级检测，难以出具具体检测数值。目前现有的定量检测多是吸收-仪器检测法，都需要进行气体预处理。目前常见的压缩空气中油分预处理的方法主要有吸收法溶剂吸收、吸附材料吸收、冷凝富集吸收等，但压缩空气的预处理吸收过程复杂繁琐，且容易影响检测结果，如常见的溶剂吸收法是采用四氯化碳溶剂进行吸收，现场检测时用的四氯化碳（需要现场新蒸馏）、吸收时间长，吸收后还要在实验室进行检测，实验室检测还需要配制同一四氯化碳背景的标准溶液，且吸收液的纯度、吸收容器等对检测结果影响较大，配制标准曲线易受污染。现场吸收液在实验室进行检测的主要方法有重量法、紫外分光光度法、红外分光光度法、荧光光谱法、比浊法、气体检测管法、气相色谱法等，其中常见的是紫外分光光度法和红外分光光度法，因此现场开展压缩空气含油量检测困难。据了解，很多电厂因此压缩空气含油量的检测较少，无法全面监控压缩空气的质量。为了适应现场压缩空气含油量的检测要求，本文对比了PID法（光离子化检测器，简称“PID”）与吸收-红外光谱法检测压缩空气含油的检测结果，提出了压缩空气含油量的PID现场检测方法。

1 实验部分

1.1 仪器及材料

傅利叶红外光谱仪；四氯化碳蒸馏装置；容量瓶；气体中油分吸收器；湿式气体流量计，0.5 m3/h，准确度为1%；盒式气压计，分度1 h Pa;PID油分检测仪。

四氯化碳，分析纯，新蒸馏；压缩空气；30号压缩机油。

1.2 实验方案

1.2.1 吸收-红外光谱法

(1）新蒸馏4 L四氯化碳，作为吸收液和标准液配制液。

(2）利用吸收装置，分别于两只干燥洁净的洗气瓶中加入25 m L四氯化碳，置于0℃冰水浴中连接气路，如图1所示，记录湿式气体流量计起始、终止体积，待测气体以低于10 L/h的流速稳定地流过洗气瓶，约流过20 L气体时，记录湿式气体流量计气体流量，以及起始、终止气体温度、压力，吸收结束。

(3）标准工作液的配制。分别配制0.2 mg/L、0.5mg/L、0.8 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L、4.0 mg/L的含油四氯化碳标准液。

(4）吸收液的检测。利用傅利叶红外光谱仪检测含油四氯化碳标准液2 930 cm-1吸收峰的吸光度，并绘制工作曲线；利用傅利叶红外光谱仪检测吸收液2 930cm-1吸收峰的吸光度，再从工作曲线上查出吸收液中吸光度。

(5）检测结果的计算。压缩空气的含油量按下式进行计算：

式中：Oc—压缩空气中的含油量，mg/m3;a—吸收液中含油量的浓度，mg/L;Vc—20℃和101 325 Pa时的校正体积；100—吸收液的体积，mL。

按式（1）计算在20℃和101 325 Pa时的校正体积Vs(L），即：

式中：p1和p2—起始和终结时的大气压力，Pa;t1和t2—起始和终结时的环境温度，℃；V1和V2—湿式气体流量计起始和终结时的体积，L。

1.2.2 PID检测法

连接PID油分检测仪检测管路，调节压缩空气的气体流量，按仪器要求进行检测。检测结束后，记录检测结果、气体压力、气体温度。

PID的检测原理是利用紫外灯（UV）光源将有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子（离子化），检测器捕捉到离子化了的气体的正负电荷并将其转化为电流信号，实现气体浓度的测量。

2 结果与分析

2.1 标准溶液配制的试验研究

为了确保含油工作液的可靠性，本文利用蒸馏四氯化碳配制一组含油标准液作为基准，然后分别利用非蒸馏四氯化碳、不同容器存放四氯化碳、洗气瓶存放四氯化碳等配制含油工作液，并利用傅利叶红外光谱仪检测标准液吸光度，检测结果见表1。

从表1检测结果可以看出，采用非蒸馏四氯化碳、不同玻璃容器储存的四氯化碳或洗气瓶储存的四氯化碳都可能影响含油标准液的浓度，且检测的含油量具有一定的分散性，没有规律，因此，可能造成标准曲线的不准确，线性较差，影响压缩空气含油量的检测结果。在进行含油标准液配制时，应选用新蒸馏的且存放于同一玻璃容器内的四氯化碳进行配制，避免因四氯化碳不纯或被污染而影响压缩空气含油量的检测结果。

2.2 两种不同检测方法的实验研究

本文分别利用吸收-红外光谱法和红外光谱检测法对不同浓度的压缩空气的含油量进行检测，检测结果见表2所示。

为了更清晰地判断利用PID的检测方法与吸收-红外检测法检测结果是否一致，本文对两种方法的检测结果绘制了曲线图，见图2所示。

由图2看出，利用PID方法与吸收-红外检测法检测压缩空气含油量的检测结果基本一致，曲线的变化趋势一致，检测结果接近，说明采用PID检测法也能实现压缩空气中含油量的检测。从图2还可以看出，采用吸收-红外法检测时，检测结果的重复性较差，偏移较大，尤其是当压缩空气的含油量较低时，检测结果的偏差较为明显，检测结果的分散性较大，可能对检测结果造成较大的影响，经分析认为，主要是由于采用吸收-红外法检测时，样品处理需要利用四氟化碳对气样中油分进行吸收，吸收过程对检测结果的影响较大，如果洗瓶器没有洗干净、吸收液接触连接管等原因都可能造成压缩空气含油量检测结果偏高。

采用PID检测法检测过程中发现，PID检测法是一种非破坏性检测法，不会改变待测气体分子，经过PID检测的气体仍可被收集继续使用，因此，PID检测法可考虑用于压缩空气含油量的在线监测。工采网提供各种量程的PID光离子化检测器，具体如下：

NO.	传感器型号	量程	分辨率	技术原理
1	PID-AH5	3ppb-40ppm	1ppb	PID
2	PID-AR5	10ppb-200ppm	1ppb	PID
3	PID-AY5	1.5ppb-20ppm	1ppb	PID
4	PID-A15	100ppb-4000ppm	1ppb	PID
5	PID-AH	1ppb-50ppm	1ppb	PID
6	PID-A1	50ppb-6000ppm	1ppb	PID

3 结论

(1）采用PID检测技术能有效替代吸收-红外法开展压缩空气质量的现场检测，可实现电厂压缩空气现场的快速检测，检测结果准确可靠，解决了传统吸收-红外检测法检测过程中，样品预处理易受污染、操作繁琐、不能现场完成检测、检测结果受人工操作、容器等多种因素影响较大等问题。

(2)PID是一种非破坏性检测器，可考虑用于压缩空气含油量的在线监测，适用于电厂压缩空气的在线监测。

(3）采用吸收-红外法进行压缩空气含油量检测时，检测结果分散性较大，可能是由于吸收过程受到污染引起的。

(4）配制含油四氯化碳标准液时，应选用玻璃容器，且所用玻璃量具、器皿必须清洗干净，避免接触乳胶管、洗气瓶等容器而造成污染。