汽车尾气检测用标准气体的制备及质量控制_朱瑾.pdf

2023 年 第 2 期 化学工程与装备 2023 年 2 月 Chemical Engineering&Equipment 231 汽车尾气检测用标准气体的制备及质量控制 汽车尾气检测用标准气体的制备及质量控制 朱 瑾1，何 炜2，周剑平1，邵 涛2，刘 浩1（1皖西南产品质量监督检验中心，安徽 安庆 246052；2安徽达航科技有限公司，安徽 合肥 230093）摘 要：摘 要：随着我国对汽车尾气污染问题的不断关注和重视，国家对大气污染整治力度加大，对汽车尾气污染物检测工作提出了更高的要求，汽车尾气污染物检测是机动车检测中的一项重要指标，其检测过程中需使用标准气体对污染物进行定量，而标准气体的质量将直接影响检测结果的可靠性和有效性。本文建立了一套完整的汽车尾气检测用标准气体中多组分微量气体的制备和质量控制方法，为汽车尾气检测用标准气体的质量监测及环境空气质量的监测提供了技术依据。关键词：关键词：汽车尾气检测；标准气体；制备；质量控制 我国经济水平的不断提高和科学技术水平的不断进步，汽车逐渐走入了千家万户的生活中，导致汽车数量急剧上升，机动车尾气排放是流动的污染源，是影响城市大气环境质量的主要因素之一1-3。而相应的机动车检验机构的数量也不断增加，目前安徽省的机动车检验机构有400多家。随着我国对汽车尾气污染问题的不断关注和重视，国家对大气污染整治力度加大，对汽车尾气污染物检测工作提出了更高的要求，汽车尾气污染物检测是机动车检测中的一项重要指标，其检测过程中需使用标准气体对污染物进行定量，这就意味着混合标准气体的质量将直接影响检测结果的可靠性和有效性。汽车尾气污染物主要有CO、CxHy、NOx、CO24等，相应的标准气体的主要组分有C3H8、NO、CO、CO2等。安徽省这类标准气体的生产企业有6家，据初步市场调研，部分标准气体生产企业并未对生产的标气质量情况进行有效的检测和监控。目前，我国相关的国家标准中尚未建立汽车尾气污染物检测用标准气体的质量要求，文献中也鲜有报道。本文建立了一套完整的汽车尾气检测用标准气体中多组分微量气体分析和质量控制方法，为汽车尾气检测用标准气体产品质量、环境空气的质量监测数据的可靠性提供了技术依据。1 标准气体的制备 1 标准气体的制备 1.1 制备前准备 1.1.1 气瓶检查及处理 在钢瓶肩部，检查相关钢印信息，如制造厂、制造日期、气瓶型号、工作压力、气压试验压力、气压试验日期及下次送验日期等，确认气瓶在检验有效期，如超期则送检。瓶体整体检查有无破损，气瓶瓶体有缺陷、安全附件不全或已损坏，不能保证安全使用的，应送交有关单位检查。排空钢瓶内余气，根据钢瓶内气体种类选择合适的吸收试剂，对余气进行无害化处理。检查钢瓶阀是否有外观缺陷，阀门口是否有异物堵塞，阀门开闭是否正常，如异常则立即更换。检查钢瓶是否粘有污物或浮灰，如必须清洁则用高压气枪或干清洁布擦拭去除，以确保气瓶在后期移动过程中无异物掉落。1.1.2 气瓶清洗 气瓶清洗系统温度设定至 70 度，恒温半小时以上，待系统温度稳定。清洗需采用高纯氮气，进气压力调节至0.2MPa。清洗前需确认真空抽气泵可以抽真空读值至 10Pa，清洗装置无漏气，系统阀门关闭后 15min 内真空读值无改变。将待清洗气瓶接入清洗系统，气瓶充分加热 1 小时以上。开启真空抽气泵，将瓶内气体抽出至瓶内压力读值 100Pa，然后充入高纯氮气至 0.2MPa，并重复至少 4 次，最后再次开启真空泵，将瓶内高纯氮气抽净至压力读值 10Pa。清洗后的瓶需拧紧瓶阀，冷却至室温后待用。1.2 标准气体制备（称量法）根据称量法制备气体标准物质的要求，在钢瓶充气前后都使用精密天平对钢瓶精确称量，称量结果的差值就是加入的气体质量。称量过程中需考虑减少空气浮力等因素的影响。1.2.1 配制 空瓶质量测定：要求天平感量低于10 mg，记录空瓶质量。i组分气体充入：将组分气体按预算值充入已称量的钢瓶中。i组分气体质量计算：称量i组分气体与钢瓶的质量，计算出i组分气体质量。多组分气体质量计算：照上述步骤重复进行。平衡气体充入：根据组分气体额充入量计算平衡气体需要量，充入平衡气体。平衡气体质量计算：称量平衡气体、组分气体和钢瓶总重量，计算平衡气体质量。1.2.2 标准气体组分含量的计算 最终标准气体组分含繁的摩尔分数由式(1)计算：(1)DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.064232 朱 瑾：汽车尾气检测用标准气体的制备及质量控制 式中：yk所制备的混合气巾组分k的摩尔分数；r原料气的数量；xk.j原料气j中组分k的摩尔分数；mj原料气j的添加质量；xi.j原料气j中组分i的摩尔分数；Mi组分i的摩尔质量。配制精度控制标准：单组份标气 1%，多组分标气 2%。数据处理：按照实际值给出标准值，保留三位有效数字。对配制号的气体标准物质产品，放置在滚瓶机上滚动，使气体充分混匀，放置在“产品”区域存放，等待检验，检测方法按GB/T 5274.1-2018 气体分析校准用混合气体的制备第1部分称量法制备一级混合气体5进行。2 标准气体的质量控制 2 标准气体的质量控制 2.1 充气过程质量控制 充气设备应可耐受工作范围为0-20 MPa，系统管路应对组分气无吸附。所用充气设备应每日使用前试压捡漏，确保系统在工作压力范围的气密性。典型工作压力范围为0-15 MPa。充气前应使用高纯氮气将充气阀门，管路，接头等内部空间反复冲洗置换，置换完成后将管路抽成真空状态。使用原料气对充气系统再次冲洗多次，之后开始充气。充气完成后应先关紧瓶阀，然后系统泄压。2.2 称量误差及控制 天平的不确定度包括最大允许误差、零点不正确度、漂移、气流不稳、气瓶在天平托盘的位置等均会对测量结果造成印象。测试操作注意事项如下：天平最大量程10 kg，称量精度优于10 mg。定期校准，每日采用10 kg标准重量称量读值偏差小于20 mg。每次气体组分添加，最小充入量5g。天平周围加挡风围栏，放置气瓶时轻拿轻放，不对天平造成冲击，且气瓶放置于托盘中间。称量时将气瓶放置于天平上做初次读值，然后轻微敲击瓶阀再次读值，如读值无明显变化，则记录读值。如有显著改变，则排查原因重新称量。气体充入后，如气瓶发热，则需等待气瓶冷却至室温后测量，避免空气浮力改变对读值的影响。称量时天平2米范围内无人员走动；空调，风扇等送风设备出风口远离天平5米以上距离。2.3 原料气质量控制和在线处理 所用丙烷，一氧化碳，二氧化碳，一氧化氮，氮气和氧气等原料气至少为高纯气，电子级更佳。原料气供应商应提供质检报告。高纯氮气在必要时应做在线净化，将微量氧和微量水分去除，以避免与一氧化氮反应。原料气应分类管理存放，存放库房应强制通风，并安装泄露报警器。2.3.1 氮气中丙烷，一氧化碳，二氧化碳和一氧化氮标准气体的配制注意事项 使用普通气瓶配铜材质瓶阀。气瓶处理要求无氧，70度加热清洗。一氧化氮与环境中的氧气反应生成二氧化氮，操作应避免引入氧气，充气过程应充分清洗管理并避免漏气。二氧化碳充装时应严格控制充入速度，以避免管路外水汽冷凝结霜，必要时需使用加热装置去除冷凝水。2.3.2 氮气总二氧化氮标准气体配制注意事项 二氧化氮气体标准物质是由一氧化氮纯气开始，经过氮气逐级稀释并于一定量的氧气反应得到二氧化氮标准气体。瓶阀需使用不锈钢瓶阀，气瓶需做内壁抛光钝化处理。瓶清洗需要90以上高温下进行，充分去除瓶内残留水分。氧的添加量应严格控制，以高于二氧化氮目标浓度100010-6 为宜。充气完成后需将瓶阀保护螺母拧紧，避免长期暴露于空气中。2.3.3 制备后检查 气瓶制备后应逐只进行检查。检查内容至少应包括：制备量（压力或质量）是否符合安全技术规范及相关标准的要求；瓶阀及其与瓶口连接的密封是否良好；气瓶制备后是否出现鼓包变形或泄漏等严重缺陷；瓶体的温度是否有异常升高的迹象；气瓶的安全附件是否完整齐全；气瓶的合格证、警示标签是否完整。如发现不符合要求时，应迅速查明原因，制定纠正措施。3 结 语 3 结 语 本文建立了一套完整的汽车尾气检测用标准气体中多组分微量气体制备和质量控制方法，为汽车尾气检测用标准气体的质量监测、环境空气质量的监测提供了技术依据。对加强汽车尾气检测工作，提高机动车检验检测机构的检测能力和标准气生产企业的产品质量，有效地降低机动车质量风险，减少大气环境污染问题，严格的控制大气环境污染物的实际排放量具有重要意义。参考文献 参考文献 1 曹永杰,平眯,张珍.汽车尾气检测用气体标准物质的研制(上)J.低温与特气,2018,3(36):38-44.2 张一龙.三组分汽车尾气浓度传感器的研制M.杭州:中国计量学院,2013:1-2.3 杨虹.环境监测治理技术在大气污染中的应用J.化学工程与装备,2021(11):263-264.4 崔海滨.CO/CO2/NO 的可调谐激光吸收光谱遥测方法研究及其在汽车尾气道边检测的应用D.杭州:浙江大学,2021:1-2.5 中国石油和化学工业协会.气体分析校准用混合气体的制备第1部分称量法制备一级混合气体：GB/T 5274.1-2018S.北京:中国标准出版社,2018:1-10.