六氟化硫氣體檢測儀器尾氣回收裝置，有力有利于環(huán)保減排
河南平高電氣股份有限公司的研究人員張建飛、張衛(wèi)星等，在2017年第9期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，六氟化硫（SF6）氣體檢測儀器尾氣直接排放存在污染環(huán)境、影響人體健康等危害。
本文通過設(shè)計種SF6氣體檢測儀器尾氣回收裝置，在使用SF6氣體檢測儀器進行檢測時，對檢測儀器所排出的尾氣進行回收、儲存，減少了環(huán)境污染，同時避免了SF6氣體排放在實驗室等密閉空間有可能對人體產(chǎn)生的傷害。
六氟化硫（SF6）氣體無色、無味、無害，具有良的緣性能和滅弧性能，被廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備中。但是，SF6氣體也是種溫室氣體，其地球溫度化系數(shù)GWP是CO2氣體的23900倍，自然壽命高達3200年以上，是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》要求控制的非能源活動溫室氣體[1-3]。因此， SF6氣體的回收處理工作十分重要。
目前，關(guān)于SF6氣體的回收處理技術(shù)比較成熟，但SF6氣體回收裝置大多是基于對電氣設(shè)備內(nèi)SF6氣體回收處理而研制的，并不適用于SF6氣體檢測儀器尾氣的回收。
而SF6氣體檢測儀器尾氣由于單次量小的特點，易被忽視而被直接排放到大氣中[4]。但是檢測儀器的使用為頻繁，累計排放的尾氣數(shù)量大，直接排放大氣，污染不容忽視。
而且，在實驗室等密閉空間長期使用SF6氣體檢測儀器時，如果氣體直接排放在室內(nèi)，SF6氣體累積較多或者尾氣中包含分解產(chǎn)物等有害氣體時將直接影響人體健康[5-6]。
因此，研制SF6氣體檢測儀器尾氣回收裝置，回收SF6氣體檢測產(chǎn)生的尾氣，實現(xiàn)SF6氣體的零排放及循環(huán)使用，具有重要意義[7]。
1 尾氣回收裝置的研制
目前常見的SF6氣體檢測儀器般有水分儀、純度儀、分解產(chǎn)物測試儀、綜合測試儀等，尾氣回收裝置需要將這些檢測儀器的尾氣進行回收，并且回收過程中不能影響檢測的結(jié)果。
而由于水分儀、純度儀、分解產(chǎn)物測試儀、綜合測試儀等檢測儀器的檢測結(jié)果受儀器測試腔體的壓力、流量影響較大，如果直接使用普通的SF6氣體回收裝置對尾氣進行回收，會使儀器測試腔體的壓力、流量不穩(wěn)定，進而造成檢測結(jié)果數(shù)據(jù)不準確，偏差較大[8]。因此，尾氣回收裝置的設(shè)計關(guān)鍵就是要保證檢測儀器排氣口的壓力和流量，避免影響檢測儀器檢測結(jié)果的準確性。
1.1 設(shè)計要求
關(guān)于檢測儀器排氣口的壓力和流量要求，通過多家檢測儀器生產(chǎn)、計量單位的調(diào)研，大部分單位都沒有準確測量過壓力的影響，憑經(jīng)驗給出的要求比較寬泛，般要求在0.09MPa～0.11MPa（對壓力）。而關(guān)于流量，基本都有確切的要求，般要求在±10%。為得到準確的壓力要求，設(shè)計如下系統(tǒng)，通過試驗終確定。
如圖1所示正壓測試系統(tǒng)，借用SF6氣體回收裝置試驗設(shè)備，檢測氣通過檢測儀器流入1m3儲氣罐，儲氣罐初始壓力0.1MPa（對壓力）。當檢測儀器檢測數(shù)據(jù)正常時，由于儲氣罐容積大，此時觀察精密壓力表，儲氣罐壓力即檢測儀器排氣壓力基本無變化，可認為此時檢測儀器檢測結(jié)果為標準值。
起動小排量壓縮機，不斷將空氣壓入儲氣罐，提高儲氣罐壓力，觀察檢測儀器檢測結(jié)果，直到檢測結(jié)果偏差值達到儀器所要求的上限。觀察精密壓力表讀數(shù)，即可得出排氣壓力要求的上限值。
圖1-正壓測試系統(tǒng)
同理，如圖2所示負壓測試系統(tǒng)，通過真空泵不斷降低儲氣罐壓力，直至得到排氣壓力要求的下限值。
圖2-負壓測試系統(tǒng)
分別對電解法水分儀、阻容法水分儀、熱導檢測法純度儀、電化學傳感器法分解產(chǎn)物測試儀進行試驗，取低的上限值和高的下限值，得出檢測儀器排氣壓力的上限值為0.108MPa和下限值為0.091MPa。因此，尾氣回收裝置設(shè)計要求為：（1）保證裝置進氣壓力控制在0.091MPa～0.108MPa；（2）保證裝置進氣流量控制在檢測儀器進氣流量的±10%。
1.2 工作流程
本文所設(shè)計的尾氣回收裝置主要由吸附裝置、緩沖容器、流量控制器、增壓裝置、儲存容器組成，工作流程如圖3所示。
SF6氣體檢測儀器所排放的尾氣進入尾氣回收裝置后，先經(jīng)過吸附裝置對尾氣中所含的水分、顆粒物、SF6氣體分解產(chǎn)物等進行吸附[9，10]，吸附后的氣體進入緩沖容器，經(jīng)流量控制器控制氣體流速，增壓裝置加壓后儲存在儲存容器中[11]。儲存容器儲存量達到上限后，可轉(zhuǎn)移到鋼瓶中，通過SF6氣體凈化處理設(shè)備進行凈化處理，去除各種雜質(zhì)后循環(huán)再利用。
圖3-尾氣回收裝置流程示意圖
1.3 結(jié)構(gòu)原理
如圖4所示，本文所設(shè)計的尾氣回收裝置主要零部件包括進氣接口1、電磁閥2、吸附裝置3、壓力傳感器4、緩沖容器5、電子流量控制器6、壓縮機7、電磁閥8、儲氣罐9、排氣接口10。
圖4-尾氣回收裝置結(jié)構(gòu)原理簡圖
裝置的電氣控制由PLC結(jié)合觸摸屏控制，通過壓力傳感器傳遞信號來控制壓縮機、電磁閥等零部件的開斷，同時在觸摸屏上進行電子流量控制器流量設(shè)定。
工作時，裝置進氣接口1與檢測儀器排氣接口連接，并設(shè)定電子流量控制器6流量與檢測儀器進氣流量致，起動尾氣回收裝置。尾氣回收裝置的自動控制狀態(tài)分三種情況：
（1）緩沖容器5中的壓力在0.095MPa～0.105MPa（對壓力）之間，控制系統(tǒng)控制壓縮機7起動、電磁閥2、電磁閥8開啟，開始回收。由于電子流量控制器能夠通過自動調(diào)節(jié)自身閥門開啟幅度大小來保證流量與設(shè)定流量致，所以壓縮機的進氣流量與檢測儀器的進氣流量保持致，同時也保證了緩沖容器內(nèi)的壓力即檢測儀器排氣壓力維持在初始值不變。
（2）緩沖容器5中的壓力低于0.095MPa（對壓力），控制系統(tǒng)將控制電磁閥2開啟，氣體從檢測儀器排出后進入緩沖容器5。當緩沖容器5中的壓力達到0.1MPa（對壓力），控制系統(tǒng)控制壓縮機7起動、電磁閥8開啟，開始回收。此時，由電子流量控制器控制壓縮機的進氣流量與檢測儀器的進氣流量保持致，同時也保證了緩沖容器內(nèi)的壓力即檢測儀器排氣壓力保持在0.1MPa不變。
（3）緩沖容器5中的壓力高于0.105MPa（對壓力）時，控制系統(tǒng)將控制壓縮機7起動、電磁閥2、8開啟，并調(diào)節(jié)電子流量控制器流量設(shè)定值高于檢測儀器進氣流量，開始回收。當緩沖容器5中的壓力達到0.1MPa（對壓力），控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)電子流量控制器流量設(shè)定值復位，與檢測儀器進氣流量保持致，繼續(xù)回收。此時，由電子流量控制器控制壓縮機的進氣流量與檢測儀器的進氣流量保持致，同時也保證了緩沖容器內(nèi)的壓力即檢測儀器排氣壓力保持在0.1MPa不變。
考慮到壓力傳感器、檢測儀器、電子流量控制器等的誤差累積，將設(shè)定壓力定在0.095MPa～0.105MPa，較設(shè)計要求的0.091MPa～0.108MPa嚴格，更能保證檢測儀器測量結(jié)果的準確性。
通過以上3種狀態(tài)的控制，終達到檢測儀器的流量與進入壓縮機的氣體流量致，并且檢測儀器排氣口壓力即緩沖容器5中的壓力，保持在0.095MPa-0.105MPa（對壓力）之間。這樣，就保證了檢測儀器排氣口壓力和同檢測儀器的流量與不使用尾氣回收裝置基本保持致，滿足了設(shè)計需求，達到了對檢測儀器的檢測結(jié)果準確性無影響的效果[12，13]。
2 試驗驗證
2.1 驗證方法
水分儀：使用標準濕度發(fā)生器生成不同濕度的氣體，對SF6水分儀在連接尾氣回收裝置的情況下進行檢測，并記錄檢測結(jié)果，與未連接尾氣回收裝置的高精度水分儀（標準器）檢測結(jié)果進行對比。
純度儀：在連接尾氣回收裝置的情況下對濃度不同的SF6標準氣體進行檢測，并記錄檢測結(jié)果，與標準氣體對比。
分解產(chǎn)物測試儀：在連接尾氣回收裝置的情況下對不同含量的H2S、SO2、CO標準氣體進行檢測，并記錄檢測結(jié)果，與標準氣體對比。
2.2 驗證結(jié)果
經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，檢測結(jié)果偏差均在儀器誤差允許范圍內(nèi)。試驗驗證結(jié)果見表1、表2、表3。通過對水分儀、純度儀和分解產(chǎn)物測試儀等不同檢測儀器進行驗證，證明尾氣回收裝置能夠在不影響檢測儀器檢測結(jié)果的情況下，實現(xiàn)檢測儀器所排放尾氣的回收。
表1-電解法水分儀連接尾氣回收裝置試驗結(jié)果
表2-阻容法水分儀連接尾氣回收裝置試驗結(jié)果
表3-熱導檢測法純度儀連接尾氣回收裝置試驗結(jié)果
表4-電化學傳感器法分解產(chǎn)物測試儀連接尾氣回收裝置試驗結(jié)果
3 結(jié)論
通過緩沖容器、壓力傳感器和電子流量控制器組成的緩沖控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了流量和壓力的控制，研制出檢測儀器尾氣回收裝置。該裝置的研制成功，實現(xiàn)了在不影響SF6氣體檢測儀器檢測結(jié)果的情況下，完成檢測儀器所排放尾氣的回收。
據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國每年通過檢測儀器直接排放的SF6試驗尾氣在5000kg以上[14]，如果通過尾氣回收裝置將所排放的尾氣進行回收，相當于每年減排CO2氣體11.95萬噸。因此，裝置的推廣應(yīng)用，對減少溫室氣體的排放，保護環(huán)境具有重要意義。
裝置雖然研制成功，但在以下方面仍需改進：是目前裝置已對電解法水分儀、阻容法水分儀、熱導檢測法純度儀、電化學傳感器法分解產(chǎn)物測試儀等進行驗證，但對冷鏡原理的水分儀是否適用仍需進步驗證；二是在保證回收功能穩(wěn)定的情況下，對結(jié)構(gòu)進步化，提高裝置的便攜性。
