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快速读懂FID检测原理和FTA检测技术在可燃气体LEL监测领域是如何实现测量的

在说原理前,先简单说一下这两种原理是干嘛的。

FID是一种检测器(氢火焰离子化检测器),通过火焰裂解,将有机物分解为CH(自由基),电离后变成CHO+离子,在高压电场下形成电流,可快速测出有机物含量。

FTA原理就是氢火焰温度法,通过不同物质的热值差异,燃烧时产生不同的温升,温升和爆炸下限成正比关系,从而计算出物质的爆炸下限百分比。


现在分别讲一下这两种原理是如何做到对含有可燃性气体的现场安全、可靠、稳定测量。

FID原理:

在FID中收集极和极化极之间有一高压电场,火焰喷嘴喷出的可燃气体被点燃后会在一定范围产生很高的温度,从色谱流出的有机物样品会在高温的作用下离子化,在高压电场的作用下正离子向收集极一侧流动,而电子和负离子向极化极一侧流动,正负离子的定向移动产生了很小的电流。微小电流信号首先通过高内阻取出,再经放大器进行放大处理,最后把放大后的信号传到分析仪进行数据处理从而计算出有机物浓度(HTC)。


FID在LEL监测领域如何实现LEL爆炸限测量:

基于FID具有结构简单、灵敏度高、响应快、稳定性好、死体积小等特点,FID在含有可燃气体现场,可以快速反应其总烃浓度变化。

由于FID测得是混合物质,如果测LEL浓度,需要气体组分中主要物质,通过此物质的爆炸下限,来进行对LEL分析仪表标定,从而计算出被测气体中的LEL%。


可燃气火焰温度检测器(FTA)

     

样品被吸入分析仪的火焰室中,样品中的可燃气体和蒸气在感应火焰中燃烧。位于感应火焰近上方的热电偶将产生的温升转换为电信号,温升与可燃气体0~100%燃烧下限(LEL)浓度成正比。在火焰室中,燃烧管末端喷发出一道小型“感应火焰”。样品通过采样管被射流泵产生的抽吸力连续吸入火焰室中,以恒定压力向火焰腔室进气, 样品中的可燃气体在感应火焰中燃烧并产生与燃烧下限成正比关系的温升,温升由位于火焰上方的热电偶测量。


FTA在LEL监测领域如何实现LEL爆炸限测量:

气体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式:Q=Vq

Q表示热量(J),V表示气体燃料的体积(m^3),q表示热值(J/kg)

由于燃烧后根本无法回到低温状态,因此本模拟计算均采用低热值

甲烷的低热值为:35807KJ/m3

甲醇的低热值为:32435KJ/m3

乙烯的低热值为:59440KJ/m3

甲苯的低热值为:174330KJ/m31

例如1:空间总体积100m3除了可燃气之外均为空气。

设计100%LEL状态的此空间只有甲烷一种可燃气,那么此时此空间有5m3甲烷95m3空气

此时甲烷燃烧产生的热量为

Q甲烷=Vq

Q甲烷=5m3×35807KJ/m3

Q甲烷=179035KJ

同理100%LEL状态下的甲醇乙烯甲苯的热量应该是如下

Q甲醇=194610KJ

Q乙烯=162865KJ

Q甲苯=209196KJ

假如2:空间总体积100m3除了可燃气之外均为空气。

设计25%LEL状态的此空间只有甲烷一种可燃气,那么此时此空间有1.25m3甲烷98.75m3空气

此时甲烷燃烧产生的热量为

Q25%甲烷=Vq

Q25%甲烷=1.25m3×35807KJ/m3

Q25%甲烷=44758KJ

同理100%LEL状态下的甲醇乙烯甲苯的热量应该是如下

Q25%甲醇=48652KJ

Q25%乙烯=40716KJ

Q25%甲苯=52299KJ

 

值得一提的是氢气的热值140000KJ/m3

FTA使用乙烯作为标气,氢气的热值作为基准点

即FTA输出0%LEL值的时候检测器热值为H2热值140000KJ

FTA输出100%LEL值的时候检测器热值为H2热值加100%LEL乙烯热值140000KJ+162865KJ=302865KJ

扣除氢气的热值(作为零点基准点)背景

即FTA输出0%LEL值的时候检测器热值为无热值0KJ

FTA输出100%LEL值的时候检测器热值为100%LEL乙烯热值162865KJ

 

综上所述:根据不同物质的热值不同,可以进行不同物质的校准,以满足不同现场的使用。


两种原理优劣势: