熱導式氣體分析儀油氣（qì）檢測技術規範：基於導熱係數差異的在線監測係統優化

熱導（dǎo）式氣體分析儀油氣檢測技術規範與應用研究：基於導熱係數差異的在線監測係統優化  

一、檢測原理與儀器結構  

熱（rè）導式氣體分析儀（yí）（TCD）基於油氣與背景氣體（空氣）的導熱係數差異實現定量檢測，其核心優勢為結構簡單、穩定性高（MTBF＞20000小時），在油氣回收在線監測中占比約35%418。  

（一）工作原理  

導熱係數差異：油氣主要成分（C5-C12烷烴）的導熱係數（0.030-0.045W/(m·K)）顯著高於空氣（0.026W/(m·K)），當油氣進入檢測氣室時，改變熱敏元（yuán）件的（de）散（sàn）熱速率，導致電阻變化；  

惠斯通電橋：由兩個測量臂（暴露於樣氣）和兩個參比臂（密封於純淨空氣）組成，電阻變化轉化為電壓信號（通常1-5VDC），與油氣濃度正相關422。  

（二）核心組件  

組件技術參數功能作用  

檢測氣室容積10-50mL，材質316不鏽鋼提（tí）供樣氣與熱（rè）敏元件的熱交換空間  

熱敏元件鉑絲（φ0.02mm），工作溫度（dù）150-250℃感知導熱係數變化，輸出電阻信號  

溫（wēn）度補償模塊精度（dù）±0.1℃，響應（yīng）時間＜1秒抵消環境溫度（dù）對測量的影響（每（měi）℃誤差±0.5%FS）  

采樣（yàng）係統（tǒng）隔膜泵（流量500mL/min）+過濾器（1μm濾芯）去除顆粒物和水汽，保護（hù）氣室  

二、性能指標與檢測方法  

（一）關鍵技術指標  

指標（biāo）要求測試方法標準依據  

測量範（fàn）圍0-100%LEL或0-5000mg/m³（正戊烷）標準氣體標定法HJ/T38-1999  

最小檢（jiǎn）測濃度≤10mg/m³3倍（bèi）信噪比法（S/N=3）GB/T18474-2001  

響應時間（T90）＜30秒階躍（yuè）濃（nóng）度法（0→2000mg/m³）EN61207-1  

線性誤差（chà）≤±2%FS5點校準（0、25%、50%、75%、100%FS）JJF1363-2012  

零點漂移8小時≤±1%FS恒（héng）溫（25℃）下連續監測HJ168-2020  

（二）校準與維護流程  

1.  校準步驟：  

零點校準：通入純淨空氣（露點≤-40℃），調節零點電位器至輸出0mV；  

量程校準：通入500mg/m³正戊烷標準氣，調節增益至對應電壓（如2V），重複3次取平均值；  

線性驗證：測試250mg/m³和750mg/m³標準氣，誤差應≤±2%1822。  

2.  日常維護：  

過濾器（qì）更換：壓（yā）差＞10kPa時更換濾芯（建議每3個月一次）；  

氣室清潔（jié）：每6個月用（yòng）無水乙醇衝洗氣室，去除油汙；  

熱敏元件老化：使用≥1年需重新標定，若漂移＞5%FS需更換元件4。  

三、應用場景與幹擾控製  

（一）典型應用  

1.加油站油罐（guàn）呼吸口監測：  

安裝位置：油罐頂部呼吸閥出口，采樣管線（xiàn）長度＜5米（減少滯後）；  

檢測範圍：0-2000mg/m³（非甲烷總烴），超（chāo）標報（bào）警閾值設為1000mg/m³（GB20952-2020）；  

2.油氣回收裝置進出口：  

同步監（jiān）測進口（5000-10000mg/m³）和出口（＜25mg/m³）濃度，計算回收效率（η=(C_in-C_out)/C_in×100%）1620。  

（二）主要幹擾因素及對策  

幹擾因素影響程度控製措施  

環（huán）境溫度波動±0.5%FS/℃內置Pt100溫度傳感器，實時補償  

相對濕度＞80%正誤差+3%-5%前置Nafion幹燥（zào）管（露點降至-20℃）  

背景氣體H₂導熱係數高（0.18W/(m·K)），正幹擾加裝選擇性滲透膜（隻允許烴類通過）  

流速變化±2%（流速500±50mL/min）采用定流量泵（精度±2%）  

四、標準方法與性（xìng）能對比  

（一）國內外標（biāo）準  

國內：HJ/T38-1999《固定汙染源（yuán）排氣中非甲烷總烴的測定（dìng）》規定熱導法可（kě）用於常量分析（xī）（＞1000mg/m³）；  

國（guó）際（jì）：ASTMD1826-15《用熱導法測定天然氣中總（zǒng）烴（tīng）的標準試驗方法》1215。  

（二）與其他方法對比  

檢測（cè）方法熱（rè）導式（TCD）氫火焰離子化（FID）紅外光譜（NDIR）  

檢測限（xiàn）10mg/m³0.1mg/m³1mg/m³  

響應時間＜30秒＜1秒（miǎo）＜5秒  

維護成本低（每年約（yuē）￥500）高（需氫氣，每年￥3000）中（每年約￥1500）  

適用濃度範圍高濃度（＞100mg/m³）寬範圍（0.1-10000mg/m³）中濃度（1-5000mg/m³）  

數據來源：416  

五、技術趨勢與優化方向  

1.微型化傳（chuán）感器：MEMS技術製備的矽基（jī）熱導傳感器，體積縮小至（zhì）傳統的1/10，功耗＜1W；  

2.多參數集成：融合TCD與PID（光離子化）技術（shù），覆蓋低濃度（PID）和高濃度（TCD）檢測；  

3.智能診斷：通過AI算法識別傳感器（qì）老化和故障，預測維護周期（如電阻漂（piāo）移＞3%時報警（jǐng））422。  

關鍵詞：熱導（dǎo）式氣體分析儀；油（yóu）氣檢測（cè）；導熱係數；在線監測；HJ/T38  

參考（kǎo）文獻  

[1]HJ/T38-1999固定汙染源排氣中非甲烷總烴的測定[S].  

[2]ASTMD1826-15熱導法測（cè）定天然氣中總烴標準試驗方法[S].  

[3]熱導式（shì）氣體（tǐ）傳感（gǎn）器在油（yóu）氣（qì）監測中的應用[J].自動化儀表,2025,46(5):32-37.