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(cè)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(guò)設(shè)計(jì)種SF6氣體檢測(cè)儀器尾氣回收裝置，在使用SF6氣體檢測(cè)儀器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，對(duì)檢測(cè)儀器所排出的尾氣進(jìn)行回收、儲(chǔ)存，減少了環(huán)境污染，同時(shí)避免了SF6氣體排放在實(shí)驗(yàn)室等密閉空間有可能對(duì)人體產(chǎn)生的傷害。

六氟化硫（SF6）氣體無(wú)色、無(wú)味、無(wú)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(dá)3200年以上，是《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》要求控制的非能源活動(dòng)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(duì)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(cè)儀器尾氣的回收。

而SF6氣體檢測(cè)儀器尾氣由于單次量小的特點(diǎn)，易被忽視而被直接排放到大氣中[4]。但是檢測(cè)儀器的使用為頻繁，累計(jì)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(shí)驗(yàn)室等密閉空間長(zhǎng)期使用SF6氣體檢測(cè)儀器時(shí)，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(shí)將直接影響人體健康[5-6]。

因此，研制SF6氣體檢測(cè)儀器尾氣回收裝置，回收SF6氣體檢測(cè)產(chǎn)生的尾氣，實(shí)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(jiàn)的SF6氣體檢測(cè)儀器般有水分儀、純度儀、分解產(chǎn)物測(cè)試儀、綜合測(cè)試儀等，尾氣回收裝置需要將這些檢測(cè)儀器的尾氣進(jìn)行回收，并且回收過(guò)程中不能影響檢測(cè)的結(jié)果。

而由于水分儀、純度儀、分解產(chǎn)物測(cè)試儀、綜合測(cè)試儀等檢測(cè)儀器的檢測(cè)結(jié)果受儀器測(cè)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(duì)尾氣進(jìn)行回收，會(huì)使儀器測(cè)試腔體的壓力、流量不穩(wěn)定，進(jìn)而造成檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，偏差較大[8]。因此，尾氣回收裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵就是要保證檢測(cè)儀器排氣口的壓力和流量，避免影響檢測(cè)儀器檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.1 設(shè)計(jì)要求

關(guān)于檢測(cè)儀器排氣口的壓力和流量要求，通過(guò)多家檢測(cè)儀器生產(chǎn)、計(jì)量單位的調(diào)研，大部分單位都沒(méi)有準(zhǔn)確測(cè)量過(guò)壓力的影響，憑經(jīng)驗(yàn)給出的要求比較寬泛，般要求在0.09MPa～0.11MPa（對(duì)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(zhǔn)確的壓力要求，設(shè)計(jì)如下系統(tǒng)，通過(guò)試驗(yàn)終確定。

如圖1所示正壓測(cè)試系統(tǒng)，借用SF6氣體回收裝置試驗(yàn)設(shè)備，檢測(cè)氣通過(guò)檢測(cè)儀器流入1m3儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐初始?jí)毫?.1MPa（對(duì)壓力）。當(dāng)檢測(cè)儀器檢測(cè)數(shù)據(jù)正常時(shí)，由于儲(chǔ)氣罐容積大，此時(shí)觀察精密壓力表，儲(chǔ)氣罐壓力即檢測(cè)儀器排氣壓力基本無(wú)變化，可認(rèn)為此時(shí)檢測(cè)儀器檢測(cè)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)值。

起動(dòng)小排量壓縮機(jī)，不斷將空氣壓入儲(chǔ)氣罐，提高儲(chǔ)氣罐壓力，觀察檢測(cè)儀器檢測(cè)結(jié)果，直到檢測(cè)結(jié)果偏差值達(dá)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(cè)試系統(tǒng)

同理，如圖2所示負(fù)壓測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)真空泵不斷降低儲(chǔ)氣罐壓力，直至得到排氣壓力要求的下限值。

圖2-負(fù)壓測(cè)試系統(tǒng)

分別對(duì)電解法水分儀、阻容法水分儀、熱導(dǎo)檢測(cè)法純度儀、電化學(xué)傳感器法分解產(chǎn)物測(cè)試儀進(jìn)行試驗(yàn)，取低的上限值和高的下限值，得出檢測(cè)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(jì)要求為：（1）保證裝置進(jìn)氣壓力控制在0.091MPa～0.108MPa；（2）保證裝置進(jìn)氣流量控制在檢測(cè)儀器進(jìn)氣流量的±10%。

1.2 工作流程

本文所設(shè)計(jì)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(chǔ)存容器組成，工作流程如圖3所示。

SF6氣體檢測(cè)儀器所排放的尾氣進(jìn)入尾氣回收裝置后，先經(jīng)過(guò)吸附裝置對(duì)尾氣中所含的水分、顆粒物、SF6氣體分解產(chǎn)物等進(jìn)行吸附[9，10]，吸附后的氣體進(jìn)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(chǔ)存在儲(chǔ)存容器中[11]。儲(chǔ)存容器儲(chǔ)存量達(dá)到上限后，可轉(zhuǎn)移到鋼瓶中，通過(guò)SF6氣體凈化處理設(shè)備進(jìn)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(jì)的尾氣回收裝置主要零部件包括進(jìn)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(jī)7、電磁閥8、儲(chǔ)氣罐9、排氣接口10。

圖4-尾氣回收裝置結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖

裝置的電氣控制由PLC結(jié)合觸摸屏控制，通過(guò)壓力傳感器傳遞信號(hào)來(lái)控制壓縮機(jī)、電磁閥等零部件的開斷，同時(shí)在觸摸屏上進(jìn)行電子流量控制器流量設(shè)定。

工作時(shí)，裝置進(jìn)氣接口1與檢測(cè)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(cè)儀器進(jìn)氣流量致，起動(dòng)尾氣回收裝置。尾氣回收裝置的自動(dòng)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(duì)壓力）之間，控制系統(tǒng)控制壓縮機(jī)7起動(dòng)、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(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)自身閥門開啟幅度大小來(lái)保證流量與設(shè)定流量致，所以壓縮機(jī)的進(jìn)氣流量與檢測(cè)儀器的進(jìn)氣流量保持致，同時(shí)也保證了緩沖容器內(nèi)的壓力即檢測(cè)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(duì)壓力），控制系統(tǒng)將控制電磁閥2開啟，氣體從檢測(cè)儀器排出后進(jìn)入緩沖容器5。當(dāng)緩沖容器5中的壓力達(dá)到0.1MPa（對(duì)壓力），控制系統(tǒng)控制壓縮機(jī)7起動(dòng)、電磁閥8開啟，開始回收。此時(shí)，由電子流量控制器控制壓縮機(jī)的進(jìn)氣流量與檢測(cè)儀器的進(jìn)氣流量保持致，同時(shí)也保證了緩沖容器內(nèi)的壓力即檢測(cè)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(duì)壓力）時(shí)，控制系統(tǒng)將控制壓縮機(jī)7起動(dòng)、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(cè)儀器進(jìn)氣流量，開始回收。當(dāng)緩沖容器5中的壓力達(dá)到0.1MPa（對(duì)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(fù)位，與檢測(cè)儀器進(jìn)氣流量保持致，繼續(xù)回收。此時(shí)，由電子流量控制器控制壓縮機(jī)的進(jìn)氣流量與檢測(cè)儀器的進(jìn)氣流量保持致，同時(shí)也保證了緩沖容器內(nèi)的壓力即檢測(cè)儀器排氣壓力保持在0.1MPa不變。

考慮到壓力傳感器、檢測(cè)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(jì)要求的0.091MPa～0.108MPa嚴(yán)格，更能保證檢測(cè)儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

通過(guò)以上3種狀態(tài)的控制，終達(dá)到檢測(cè)儀器的流量與進(jìn)入壓縮機(jī)的氣體流量致，并且檢測(cè)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(duì)壓力）之間。這樣，就保證了檢測(cè)儀器排氣口壓力和同檢測(cè)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(jì)需求，達(dá)到了對(duì)檢測(cè)儀器的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性無(wú)影響的效果[12，13]。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 驗(yàn)證方法

水分儀：使用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器生成不同濕度的氣體，對(duì)SF6水分儀在連接尾氣回收裝置的情況下進(jìn)行檢測(cè)，并記錄檢測(cè)結(jié)果，與未連接尾氣回收裝置的高精度水分儀（標(biāo)準(zhǔn)器）檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

純度儀：在連接尾氣回收裝置的情況下對(duì)濃度不同的SF6標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢測(cè)，并記錄檢測(cè)結(jié)果，與標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)比。

分解產(chǎn)物測(cè)試儀：在連接尾氣回收裝置的情況下對(duì)不同含量的H2S、SO2、CO標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢測(cè)，并記錄檢測(cè)結(jié)果，與標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)比。

2.2 驗(yàn)證結(jié)果

經(jīng)過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)結(jié)果偏差均在儀器誤差允許范圍內(nèi)。試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表1、表2、表3。通過(guò)對(duì)水分儀、純度儀和分解產(chǎn)物測(cè)試儀等不同檢測(cè)儀器進(jìn)行驗(yàn)證，證明尾氣回收裝置能夠在不影響檢測(cè)儀器檢測(cè)結(jié)果的情況下，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)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(yàn)結(jié)果

表2-阻容法水分儀連接尾氣回收裝置試驗(yàn)結(jié)果

表3-熱導(dǎo)檢測(cè)法純度儀連接尾氣回收裝置試驗(yàn)結(jié)果

表4-電化學(xué)傳感器法分解產(chǎn)物測(cè)試儀連接尾氣回收裝置試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)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(shí)現(xiàn)了流量和壓力的控制，研制出檢測(cè)儀器尾氣回收裝置。該裝置的研制成功，實(shí)現(xiàn)了在不影響SF6氣體檢測(cè)儀器檢測(cè)結(jié)果的情況下，完成檢測(cè)儀器所排放尾氣的回收。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)每年通過(guò)檢測(cè)儀器直接排放的SF6試驗(yàn)尾氣在5000kg以上[14]，如果通過(guò)尾氣回收裝置將所排放的尾氣進(jìn)行回收，相當(dāng)于每年減排CO2氣體11.95萬(wàn)噸。因此，裝置的推廣應(yīng)用，對(duì)減少溫室氣體的排放，保護(hù)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(jìn)：是目前裝置已對(duì)電解法水分儀、阻容法水分儀、熱導(dǎo)檢測(cè)法純度儀、電化學(xué)傳感器法分解產(chǎn)物測(cè)試儀等進(jìn)行驗(yàn)證，但對(duì)冷鏡原理的水分儀是否適用仍需進(jìn)步驗(yàn)證；二是在保證回收功能穩(wěn)定的情況下，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)步化，提高裝置的便攜性。