主题：【原创】大气自动站在日常运行中容易出现的问题和解决方法

自动监测作为一项新的技术引入大气监测以来，一改以往人工采样、分析，出数据这样既费时又费力的状况，极大的提高了大气监测的工作效率。但是由于大气自动监测站纯粹是靠自动监测仪器二十四小时不间断运行分析得出数据，所以如何保证自动监测仪器的正常运行是大气自动站日常工作中的重点。虽然我站大气自动站建设并且运行的时间不算长，但是遇到的问题却不少。我站使用的是Thermo(原美国热电）42i(氮氧化物分析仪）、43i(二氧化硫分析仪）、146i(动态较准系统）、FH62c14(PM10分析仪）。在咨询热点工程师和查阅相关资料后，不少问题都得到了解决。本文就在日常运行中出现的主要问题，结合查阅资料后得出产生的原因及解决方法提出自己的一些看法。
一、自动监测仪器较零系统的问题
在大气自动站运行过程中，SO2读数出现了负值。出现负值的原因是零点产生了漂移，而零点产生漂移的原因很多，我们查阅了很多资料，分析得出以下几点会导致负值产生的原因及解决方法：
1、由于零气是由空压机抽取空气通过活性炭吸附和高锰酸钾球氧化后得到的，所以活性炭的吸附和脱附问题会影响较零，产生假零点。活性炭在不同温度下的吸附性不一样，随着温度的升高，吸附量降低，这是物理吸附叫典型的特征，温度升高，被吸附物活性炭表面作用力降低，脱附速度加快，达到吸附平衡时间偏短，平衡吸附量降低。如果第一次的吸附温度比第二次的吸附温度低，那么在第二次吸附时第一次的吸附就会有部分脱附现象产生造成假零点。解决方法是尽量保持每次较零的温度都在恒定范围内，不要出现每次教零时温差过大。【1】
2、活性炭过少或者是已吸附饱和。解决的方法是活性炭应当取合适的量并且及时更换。
3、当室内外温差较大时空气湿度大，SO2遇水产生了荧光猝灭现象，此情况在北方冬季出现较多。解决的方法是在零气回路中增设恒温装置，以除掉空气中的水分，并选择当日环境空气较好的时候进行校准。【2】
4、室内空气的洁净。因为产生零气的气源是从室内空气抽取，所以保证室内空气的洁净是很重要。如果室内废弃长时间聚集过多，会导致活性炭和高锰酸钾球的过负荷工作，很容易使零气中含有SO2成分，在教零过程中产生假零点，导致零点漂移。解决的方法是保持室内的空气的清洁，每隔一段时间开窗换气一次，另外最好能在大气自动站安装换气扇。
5、仪器电零点漂移。这个原因是无法消除的，唯一的解决方法就是定期检查出来并且及时消除。
6、空气压缩机压强设置过低，当上限压强设置过低时，空气压缩机再次启动前会使下限压强更加低，造成零气流量不足，从而造成稀释后的标准气不足。但是过高的压强设置又会造成压缩机符合过重，磨损大，易缩短压缩机使用寿命。解决的方法是空压机根据实际情况选择合适的压强设置。【3】
我们联系了售后并且对上述可能产生的原因进行了分析排查，得出的结论是仪器电零点发生了漂移。由于零点向下发生了漂移，所以在天气非常好，或者风力达到一定级别以后，在空气中检测出的SO2含量很少，很容易测出负值。
二、FH62c14（PM10分析仪）在玻璃纤维滤纸上残留样品尘粒对数据的影响。
FH62c14的工作原理是尘粒落到玻璃纤维滤带上在比例探测器和14c ß源之间定位。β气流通过滤带上方并在尘粒层堆积。随装载质量增加β气流强度减弱，导致探测器的计数率减少。由于有一个连续完整的计数率，故滤带上的质量是可以测量的，流速的连续测量决定样品的体积。有完整的样品体积和质量探测，就可以得出尘粒浓度。工作原理参见下图


1、比例探测器
2、尘粒收集玻璃纤维滤带
3、垂直移动真空膛板
4、14c ß源<100µCi

   

玻璃纤维滤带
   
                      FH62c14工作原理示意图

FH62c14运行初期玻璃纤维滤纸上遗留的样品尘粒是一个完整的圆形。在我站FH62c14实际运行中发现玻璃纤维滤带上的样品尘粒和仪器运行初期玻璃纤维滤带上的样品尘粒相比较不够完整，有明显的缺损，缺损达圆面积的1/5。当我们停止仪器运转并打开垂直移动真空膛板后发现真空膛板上残留有细小的碎纸屑。正是这碎纸屑挡住了少许样品尘粒，使每次更换出来的样品尘粒都不完整。从理论上来说，碎纸屑挡住并遗留下的样品尘粒会额外减弱一部分β气流强度，导致探测器的计数率减少，滤带上的质量增加。在样品体积不变的情况下，样品质量增加那么样品浓度也随之增加，那么监测数据也随之偏高。对于每次残留的样品是否会对下一次样品尘粒的分析有影响，我们联系了热电的工程师。得出的结论是不受影响。首先在更换玻璃纤维滤带后，仪器会对玻璃纤维滤带上的采样点进行基准测试。在分析时对每次在基准上的增加量进行计算，得出PM10浓度。因为每次采样时计算的样品尘粒质量是增加量，和玻璃纤维滤带上是否有样品尘粒，有多少样品尘粒没有关系。
对玻璃纤维滤纸的使用寿命有没有影响我们也做了分析。玻璃纤维滤纸的更换条件有很多，其中有每隔24小时自动更换、自上次滤带更换后增加超过1500μg和由于潜在的限制性尘粒沉积导致通过滤带速度低于5%时。如果空气中的PM10非常少的情况下，仪器工作每隔24小时换一个点，滤带上的样品尘粒不一定满1500μg。如果空气中PM10含量非常高的情况下，滤带上的采样点满足质量大于1500μg时就自动进行更换，但是时间不一定有24小时，有可能才18小时。假设玻璃纤维滤带上本身有样品尘粒残留，在空气中PM10浓度不高的情况下，采样24小时，浓度仍然有可能没有达到1500μg，那么滤带更换是按照间隔24小时更换。分析得出影响玻璃纤维滤带更换条件的因素很多，当其中一个条件满足后，滤带就会自动更换。所以，我们得出的结论是样品尘粒的残留对滤纸寿命的影响可以忽略不计。
三、断电导致仪器工作恢复延迟。
停电是不可避免的，短时间的断电后仪器能够自动恢复工作，但是长时间的停电会导致仪器工作恢复的延迟。例如长时间停电后，42i氮氧化物测定仪的墨炉温度会降低，冷却堆温度会升高。而仪器正常分析时墨炉温度为300℃-350℃，冷却堆温度为-5℃至-1℃。当来电后温度达不到工作要求，所以不能立即工作，必须要等仪器稳定后，墨炉、冷却堆温度等一系列条件达到要求才能正常工作。另外我站FH62c14在来电后等待了近三个小时才开始正常工作，也是由于仪器恢复工作需要稳定这个原因。所以如果停电以后要将电源总开关关闭，等来电后再开启，来电时电压过大对仪器造成损坏。另外来电后仪器还没有能恢复正常工作时，需要等待观察一段时间，不能因为仪器没有工作而擅自修改仪器设置或者对仪器进行平凡的操作，这样都会对分析数据及仪器本身造成影响。
大气自动站的实时分析数据极大的提高我们对环境空气指标的监控，但是出现问题后如果不能及时解决，就会中断正常的监测工作。要能保证大气自动站的正常运行就需要我们首先对整套系统的运行原理做到了解，其次出了问题以后要根据仪器的报警参数进行排查，最终找到问题的根源并加以解决。做好预防措施也是很重要的条件之一，比如室内温度的恒定、工作电压的稳定、定时清理采样总管和气路管道、及时更换滤膜等等，这样可以减少或者避免仪器运行中故障的产生，保证大气自动站的连续在线监测的运行。