項(xiàng)恩巖 王佳穎 鄧 皓* 孫 興

(1.北京航天益來電子科技有限公司，北京 100071；2.北京市氣環(huán)境監(jiān)測工程技術(shù)研究中心，北京 100071)

1 引 言

對人員相對集中的室內(nèi)有限空間進(jìn)行核生化監(jiān)測[1]，如廠房、車間、機(jī)場、火車站、地鐵站、指揮所等，由于這些場所相對密閉，室內(nèi)面積大，人員密集，各種設(shè)施繁多，要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測面積大、無死角，采用大密度設(shè)置監(jiān)測設(shè)備不現(xiàn)實(shí)。為了實(shí)現(xiàn)少量監(jiān)測設(shè)備的廣泛監(jiān)測，特研制了聯(lián)合采樣技術(shù)[2,3]，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)取樣，采樣點(diǎn)設(shè)置可根據(jù)面積大小、內(nèi)部布局、空間結(jié)構(gòu)等合理配備。本研究針對生產(chǎn)廠房開展試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，通過在直通空間合理布局，將監(jiān)測設(shè)備放置在廠房中間位置，采樣點(diǎn)布置在設(shè)備兩側(cè)的立柱上。經(jīng)過對模擬物質(zhì)的采樣、傳輸，得出相應(yīng)監(jiān)測設(shè)備的報警狀態(tài)和報警響應(yīng)時間，響應(yīng)時間包括管路傳輸時間和設(shè)備固有響應(yīng)時間，統(tǒng)稱為響應(yīng)時間。本研究將對這些方法和結(jié)果進(jìn)行分析和討論，試驗(yàn)結(jié)果將為室內(nèi)有限空間進(jìn)行核生化監(jiān)測提供技術(shù)依據(jù)。

2 聯(lián)合采樣技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 一體化機(jī)柜設(shè)計(jì)

為了滿足核生化監(jiān)測設(shè)備集中放置、統(tǒng)一控制的需要，將抽取裝置和核生化監(jiān)測設(shè)備集中裝配在一臺機(jī)柜里，機(jī)柜通過管路與不同采樣口連接，將遠(yuǎn)端被測試樣傳輸?shù)奖O(jiān)測設(shè)備。機(jī)柜分為上下兩層，上層為抽取裝置和內(nèi)部管線，下層為3臺核生化監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備取樣口與機(jī)柜內(nèi)部管線連接。機(jī)柜還配備PLC模塊和平板電腦，PLC控制氣路切換和采集模式，平板電腦顯示報警信息。為了快速低損耗抽取遠(yuǎn)端試樣，對有毒氣體和核、生氣溶膠分別采樣。

核、生監(jiān)測設(shè)備用氣量較大(≥50L/min)，選用無油旋片式真空泵，其特點(diǎn)是真空度高，流量大，流量大于100 L/min。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和核、生氣溶膠特點(diǎn)，設(shè)計(jì)1個真空泵，入口采用3個電磁閥來控制采樣口切換，可以監(jiān)測3個位置。管路采用低吸附的不銹鋼管，后端設(shè)計(jì)有流量監(jiān)測傳感器，監(jiān)控流量。核、生監(jiān)測氣路流程見圖1。

圖1 核、生監(jiān)測氣路流程圖

通過PLC編程可以控制各采樣泵的起停和氣路的切換，可實(shí)現(xiàn)手動采樣、定點(diǎn)采樣、循環(huán)采樣等多種模式，手動采樣一般為設(shè)備調(diào)試和人員值守時使用，定點(diǎn)采樣可根據(jù)局部人員密集程度以及氣流流動情況適時采用，循環(huán)模式一般為無人員值守或者24小時不間斷監(jiān)測時使用。平板電腦可以直觀顯示每個部件的工作狀態(tài)和各監(jiān)測設(shè)備的報警信息。

有毒有害氣體的化學(xué)監(jiān)測設(shè)備所需進(jìn)氣量不大(≤5L/min)，選用KNF公司的隔膜泵，具有可靠、不怕堵塞、體積小、噪聲低，不吸附等特點(diǎn)，流量大于9 L/min。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和化學(xué)有毒氣體的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了5個隔膜泵，配套5～10個采樣口，可以5路同時采集，每個隔膜泵出口接兩位三通電磁閥，用于控制氣體流經(jīng)方向，當(dāng)一路電磁閥狀態(tài)為向設(shè)備送氣時，其它路電磁閥為向排氣管送氣模式，可實(shí)現(xiàn)一路樣氣送給監(jiān)測設(shè)備，其它路排空。如此設(shè)計(jì)可以縮短響應(yīng)時間，快速報警。在流量計(jì)之前設(shè)置集氣罐，用來收集樣氣和穩(wěn)定流量，集氣罐出口設(shè)有流量監(jiān)測傳感器，用于流量監(jiān)控。各個部件均用聚四氟乙烯管連接?；瘜W(xué)監(jiān)測氣路流程見圖2所示。

圖2 化學(xué)監(jiān)測氣路流程圖

2.2 現(xiàn)場布置

根據(jù)試驗(yàn)地點(diǎn)的實(shí)際情況將機(jī)柜擺放在一般廠房靠近中央的立柱旁邊，機(jī)柜左右各有5根立柱，在第2、4、6、8、10號立柱設(shè)置化學(xué)采樣口，在第2、6、10設(shè)置氣溶膠采樣口。采樣口根據(jù)不同監(jiān)測物質(zhì)的特點(diǎn)，分別采用大口徑設(shè)計(jì)和小口徑設(shè)計(jì)，如圖3和圖4所示。

圖3 大口徑采樣口

圖4 小口徑采樣口

傳輸管線采用上方線槽走線方式，一端連接采樣口，一端連接機(jī)柜。有毒氣體傳輸管線采用聚四氟乙烯管，氣溶膠傳輸管線采用不銹鋼管。采樣口布局圖見圖5。

圖5 采樣口布局圖

3 聯(lián)合采樣技術(shù)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

3.1.1氣溶膠試驗(yàn)方法

在調(diào)試核、生監(jiān)測設(shè)備和機(jī)柜采樣都工作正常后進(jìn)行試驗(yàn)。手動控制采樣氣路為第一路，在第2氣溶膠采樣口釋放核黃素，釋放時間10秒，釋放開始計(jì)時，到生物設(shè)備報警終止，記錄響應(yīng)時間。設(shè)備報警后要進(jìn)行潔凈空氣吹掃，待設(shè)備歸零后再更換第二路采樣氣路，并在第6采樣口釋放核黃素，依次類推，做完3路采樣實(shí)驗(yàn)，整理數(shù)據(jù)。切換至自動循環(huán)采樣，此時電磁閥由PLC自動控制，每間隔5分鐘切換一路，在隨機(jī)一處采樣口釋放核黃素，釋放時間30秒，記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于核氣溶膠沒有相應(yīng)替代物質(zhì)，故不做此類實(shí)驗(yàn)，但可以監(jiān)測背景氡氣數(shù)值以作參考。

3.1.2模擬毒劑試驗(yàn)方法

在調(diào)試化學(xué)監(jiān)測設(shè)備和機(jī)柜采樣都工作正常后進(jìn)行試驗(yàn)。手動控制采樣氣路為第一路，在第2毒氣采樣口分別釋放H型和G型模擬劑，釋放時間10秒，釋放開始計(jì)時，到化學(xué)設(shè)備報警終止，記錄響應(yīng)時間，每種實(shí)驗(yàn)做3次。設(shè)備報警后要用潔凈空氣吹掃，待設(shè)備歸零后再更換第2路采樣氣路，并在第4采樣口釋放模擬劑，依次類推，做完5路采樣實(shí)驗(yàn)，整理數(shù)據(jù)。切換至自動循環(huán)采樣，此時電磁閥由PLC自動控制，每間隔5分鐘切換一路，在隨機(jī)一處采樣口釋放模擬劑，釋放時間1分鐘，記錄各實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2 核生化監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果

核監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果見表1；生物監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果見表2；化學(xué)監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表1 核監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果

表2 生物監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果

表3 化學(xué)監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表3

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

核監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果見表1，即不同距離核設(shè)備報警的響應(yīng)時間和報警狀態(tài)，50米以內(nèi)的距離，設(shè)備能準(zhǔn)確測得背景氡氣溶膠的報警狀態(tài)，不同距離，不同采樣口測得的數(shù)值具有良好的一致性，增加采樣口可以擴(kuò)大監(jiān)測面積。

生物監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果見表2，即不同距離生物設(shè)備報警的響應(yīng)時間和報警狀態(tài)，在50米距離內(nèi)，各個采集點(diǎn)采集核黃素模擬劑都可以使設(shè)備報警，同樣也可增加采樣口，增加真空泵來擴(kuò)大監(jiān)測面積。采用特制不銹鋼管和后端抽取技術(shù)，使氣溶膠的流失率在可控范圍內(nèi)，能滿足低流失的傳輸要求。

化學(xué)監(jiān)測試驗(yàn)結(jié)果見表3，即不同距離化學(xué)設(shè)備報警的響應(yīng)時間和報警狀態(tài)，在50米距離內(nèi)，各個采集點(diǎn)采集H和G型模擬劑都可以使設(shè)備報警，只是響應(yīng)時間稍有區(qū)別，采用自動循環(huán)采樣，也能保證設(shè)備準(zhǔn)確監(jiān)測到有毒氣體，整個監(jiān)測面積大約8000m2。如果需要增大監(jiān)測面積和提高準(zhǔn)確性，可以增加采樣口數(shù)量(一個采樣泵配2-3個采樣口)，減小循環(huán)時間，理論上采樣口數(shù)量不設(shè)上限，從而保證廣泛空間實(shí)時準(zhǔn)確監(jiān)測到有毒氣體。采用的管線和隔膜泵能保證氣體有效快速傳輸，流失率極低。

4 結(jié) 論

通過在室內(nèi)有限空間開展核生化聯(lián)合采樣試驗(yàn)，證明采用聯(lián)合采樣技術(shù)在有限空間進(jìn)行核生化監(jiān)測，可以減少儀器設(shè)備的投入，減少場地占用面積和降低維護(hù)成本。氣溶膠遠(yuǎn)距離采樣也得到充分驗(yàn)證，采樣不銹鋼管加大彎頭設(shè)計(jì)可以減少氣溶膠流失，充分保證監(jiān)測設(shè)備報警的準(zhǔn)確性。核生化聯(lián)合采樣技術(shù)的驗(yàn)證，國內(nèi)尚屬首次。室內(nèi)人員健康防護(hù)以及防恐前提下的此類實(shí)驗(yàn)，國外也是不多見的。此項(xiàng)試驗(yàn)證明了聯(lián)合采樣技術(shù)的可行性和可推廣性。