大氣自動監(jiān)測站運行中的常見故障及解決方法

陳 曦

（上海市寶山區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 200000）

引言

在實際工作中，空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)的運行維護工作可分為三類：預(yù)防性維護、定期例行維護和排除故障。采用科學(xué)、合理和成功的維護方法和技術(shù)對空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行維護，可以有力地保證監(jiān)測系統(tǒng)的正常運行，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和延長監(jiān)測儀器使用壽命。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障種類和原因

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個自動監(jiān)測系統(tǒng)的靈魂，是對外數(shù)據(jù)的門戶，因為其每天擔(dān)負(fù)著監(jiān)測儀器分析數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸至中心站的工作，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行的好壞，直接影響到當(dāng)天數(shù)據(jù)是否缺損，也中斷了中心平臺和該子站的一切監(jiān)控與聯(lián)系，所以當(dāng)某一時段突然在中心平臺查看不到該子站的數(shù)據(jù)時，除了子站停電或者中心平臺本生的軟件問題外，無外乎都是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障引起的，一般產(chǎn)生該狀況的原因主要有以下兩種：第一，死機現(xiàn)象：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)因硬件或者軟件故障產(chǎn)生。第二，通訊系統(tǒng)故障：由于路由器工作不穩(wěn)定或電話線物理損壞而產(chǎn)生的。

1.2 日常巡檢主要內(nèi)容

所以在日常的巡檢過程中，我們進(jìn)子站的首要任務(wù)就是檢查數(shù)據(jù)采集儀是否正常進(jìn)行工作，主要內(nèi)容有以下幾點。

（1）點擊鼠標(biāo)使用系統(tǒng)查看是否存在延時，系統(tǒng)反應(yīng)是否緩慢，如果存在，一般是由于硬盤數(shù)據(jù)過多冗余所導(dǎo)致，需清理硬盤，把數(shù)據(jù)拷貝到空閑磁盤下，重啟系統(tǒng)，一般故障即可解除。

（2）查看數(shù)采儀所采集的數(shù)據(jù)與儀器顯示的數(shù)據(jù)是否一致，如果不一致，需進(jìn)入數(shù)據(jù)采集儀系統(tǒng)維護菜單，查看通道設(shè)置是否正確，重新調(diào)整電壓輸出數(shù)值，這種情況一般出現(xiàn)在還在使用8816、8832等模擬量輸出的數(shù)據(jù)采集儀上，因為模擬量電壓輸出通過一段時間的運行會出現(xiàn)正漂或者負(fù)漂的現(xiàn)象，對于向使用數(shù)字量輸出的數(shù)據(jù)采集儀一般不存在此種情況。

（3）觸摸路由器外殼，查看是否有過熱現(xiàn)象，若有，則關(guān)閉路由器，待其冷卻，重啟使用，接聽電話確認(rèn)電話線路是否正常，條件允許的情況下可在系統(tǒng)中安裝定時重啟路由器軟件，避免因路由器的原因所造成的通訊線路故障。

2 SO2、NOx、CO、O3分析儀

現(xiàn)上海地區(qū)地面自動監(jiān)測站多采用API系列和TE系列的監(jiān)測分析儀，這兩類儀器的工作原理基本一致，均是通過樣品氣的采集，氣體進(jìn)入光室，在一定的波長范圍內(nèi)，產(chǎn)生相應(yīng)的光強， 將光信號調(diào)制成代表光束強度的電壓信號，從而得出相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)值，因為是光學(xué)儀器，所以在平常的運行和維護保養(yǎng)上，對運維者提出了更高的要求，以下在實際使用過程中針對API分析儀出現(xiàn)的問題和解決方法。

2.1 監(jiān)測數(shù)值偏大或偏小

監(jiān)測數(shù)值的偏大和偏小和儀器的零點和跨度是密不可分的，可通過零跨校準(zhǔn)來檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)零跨校準(zhǔn)也不在所要求的范圍內(nèi)，并相差很大一段距離時，這一般都是由于以下幾種情況所造成的。

（1）連續(xù)的監(jiān)測造成光室中濾光片的污染。這種情況一般，出現(xiàn)在SO2，NOx分析儀上，因為此兩種儀器在24小時連續(xù)監(jiān)測過程中，光室內(nèi)的濾光片會隨著時間的推移遭到污染，一層硝酸鹽類物質(zhì)會覆蓋在濾光片的表面，造成紫外光強無法完全穿透進(jìn)入光室，從而造成監(jiān)測數(shù)據(jù)的零點偏大，所以我們有的時候能看到在下雨天，有的監(jiān)測點位為何SO2的監(jiān)測數(shù)值比別的點位相對較高，就是此情況所造成的零點偏大，從而影響實際監(jiān)測數(shù)值的偏高，對于這種情況，一般就是在平時巡檢維護的過程中，定期對SO2、NOx分析儀光路進(jìn)行維護，清洗并更換老化濾光片，重新校準(zhǔn)儀器，使儀器恢復(fù)正常。

（2）SO2紫外燈（Uv Lamp）燈壓低、O3燈檢測信號偏低。SO2紫外燈有一個燈的檢測范圍，SO2允許范圍在2000MV-4000MV內(nèi)都可以使用，但是在實際的應(yīng)用過程中，當(dāng)SO2燈壓低于2200MV時，SO2分析儀的監(jiān)測值會明顯小于在3000MV左右的數(shù)值，這是由于當(dāng)燈壓跌到一定程度時，同時會帶來SO2跨度的降低，此時，當(dāng)校準(zhǔn)SO2跨度，會發(fā)現(xiàn)跟本達(dá)不到所以規(guī)定指標(biāo)的跨度范圍（如要求標(biāo)點是450PPB，通常這種情況只能走到370左右），從而造成對日常監(jiān)測數(shù)據(jù)的不正確，這種情況一般是由于SO2燈使用時間過長，燈衰減所致，通常可以相應(yīng)的調(diào)節(jié)紫外燈的位置，或者通過調(diào)節(jié)紫外檢測器的電位器，達(dá)到提高紫外燈的燈壓（一般調(diào)節(jié)到3500即可），從而提高檢測信號，再通過跨度的校準(zhǔn)，達(dá)到數(shù)值的正常。

O3燈同樣有個檢測范圍，允許在2500MV到4800MV之內(nèi)，當(dāng)燈檢測信號在2500至2600這個區(qū)間時，O3儀器在校準(zhǔn)跨度時也會出現(xiàn)達(dá)不到跨度所要求的范圍內(nèi)，當(dāng)小于2500MV，O3分析儀便不再顯示數(shù)據(jù)，故在平時的巡檢過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)O3燈信號處于2500這個臨界點時，及時轉(zhuǎn)動O3燈的位置，觀察O3MEAS的變化情況，至3000左右，等其穩(wěn)定，在進(jìn)行校準(zhǔn)。此外，O3分析儀的剔除器的老化同樣會引起O3分析儀監(jiān)測數(shù)值偏低，這種情況較先前的O3燈信號偏低更為明顯，跨度校準(zhǔn)也比實際所要求的跨度相差更大，所以當(dāng)出現(xiàn)這種情況，應(yīng)及時更換剔除器。

（3）分析儀內(nèi)置泵抽力不夠或管路漏氣。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)出現(xiàn)持續(xù)的偏低或者變化相對較小的情況，一般都是由于分析儀采樣泵的抽力不足所造成的，拿NOx分析儀為例，NOx分析儀正常的反應(yīng)室壓力（RECL PRESS）在＜10 in-Hg-A時均可使用，所以當(dāng)壓力＞10 in-Hg-A甚至更高時，相對應(yīng)的NOx分析儀監(jiān)測數(shù)據(jù)會相比偏低。此時，應(yīng)及時更換內(nèi)置泵膜，同時檢測負(fù)壓是否在規(guī)定的范圍內(nèi)（小于-20PSI即可），并同時做好儀器的校準(zhǔn)工作。

管路漏氣也是長期數(shù)字偏低，變化不大的主要原因之一，通常檢查儀器內(nèi)管路是否漏氣需同時用流量計輔助來檢查?？梢韵扔檬职醋∵M(jìn)氣口，同時查看儀器顯示流量是否歸零或者小于10CC/M，來查看儀器是內(nèi)部管路漏氣還是儀器以外的采樣系統(tǒng)漏氣，如流量未歸零或還保持在一定量的數(shù)值范圍上，可確準(zhǔn)是儀器內(nèi)部管路存在漏氣的情況。此時應(yīng)配合流量計，查看儀器結(jié)構(gòu)線路圖，逐步儀器管路進(jìn)行排漏檢查。

此外，定期半年更換零氣發(fā)生器內(nèi)的活性碳和氧化劑，能確保儀器零點準(zhǔn)確有效。

2.2 監(jiān)測數(shù)值變化過大

日常監(jiān)測過程中，有時會出現(xiàn)一小時數(shù)值處于一個低濃度范圍，下一小時便達(dá)到了一個相對的高點，循環(huán)往復(fù)，小時數(shù)據(jù)呈鋸齒狀態(tài)，這一般是由儀器的硬件故障所造成的，主要分以下幾種情況。

（1）紫外檢測器故障。這種情況多發(fā)生在SO2分析儀和O3分析儀上，因紫外檢測器對光信號處于檢測不穩(wěn)定狀態(tài)，故對檢測的讀數(shù)做出持續(xù)的波動，這一般是固件使用年限長，老化所造成的遇到這種情況，應(yīng)立即更換新的紫外檢測器。

（2）光室漏光。此種情況主要發(fā)生在SO2分析儀和NOx分析儀上，一般多為上次維修過后光室未完全安裝好所致，因可見光透進(jìn)光室，造成散射光（STR LGT讀數(shù)）太高、PMT暗電壓讀數(shù)太高（DRK PMT讀數(shù)）、紫外燈暗電流太高（DRK LMP讀數(shù)），并在氣路切換時造成光路波動，從而產(chǎn)生忽高忽低的數(shù)值；故應(yīng)立即重新安裝光室，并做好檢光測試。

（3）光電倍增管故障。光電倍增管的主要功能是將儀器的光信號轉(zhuǎn)換成電信號的一個重要元件，故當(dāng)光電倍增管因使用期限過長而老化時，會使轉(zhuǎn)換成的電信號產(chǎn)生波動，從而造成PMT讀數(shù)不穩(wěn)定，影響儀器數(shù)值的監(jiān)測。此外，在巡檢過程中如發(fā)現(xiàn)PMT暗電壓讀數(shù)太高（DRK PMT讀數(shù)）的情況，或者儀器SLOPE（斜率）因每次校正而造成明顯偏高，均可能是光電倍增管老化，需及時更換。

2.3 監(jiān)測數(shù)值存在明顯異常

當(dāng)中心平臺出現(xiàn)明顯異常的數(shù)值時，如一臺分析儀持續(xù)數(shù)小時出現(xiàn)一個較大的負(fù)值或者一個正值并無變化時，即可診斷現(xiàn)場儀器出現(xiàn)了故障，以下例舉了部分儀器產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)及故障原因。

（1）SO2分析儀持續(xù)出現(xiàn)較高的數(shù)值主要由以下兩個原因：第一，SO2采樣電磁閥堵塞，采樣流量報警，造成數(shù)值長時間偏高，應(yīng)立即清洗電磁閥；第二，SO2制冷單元故障，制冷片無法將光室溫度保持在正常工作所要求的范圍內(nèi)（7℃ ± 2℃），造成儀器數(shù)值偏高，應(yīng)及時更換制冷片。

（2）CO分析儀出現(xiàn)極高負(fù)值的原因。CO紅外光源報警，紅外光源損壞，需立限更換紅外光源。

（3）O3分析儀持續(xù)出現(xiàn)負(fù)值的原因。冷凝水進(jìn)入吸收管，造成監(jiān)測數(shù)據(jù)干擾，應(yīng)立即關(guān)閉儀器， 重新清洗并安裝吸收管，并做泄漏檢查（此故障常見于夏天）。

3 PM10、PM2.5顆粒物分析儀

上海地區(qū)的自動監(jiān)測站多安裝的是1405系列大氣顆粒物監(jiān)測儀，是名副其實的重量法儀器，其主要原理是將室外空氣（加熱后）抽入機內(nèi)，并以恒定速度通過一張濾膜，持續(xù)稱量濾膜的質(zhì)量并通過一定的計算公式實時測量質(zhì)量濃度。此外，新型的PM2.5 FDMS監(jiān)測儀還增加了對揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機物進(jìn)行計算的補償系統(tǒng)，更加貼近了實際的監(jiān)測數(shù)據(jù)。以下是在實際運行過程中遇到的問題及解決方法。

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)相比其它點位出現(xiàn)明顯的偏低

這種情況一般是由于顆粒物監(jiān)測儀的主流量偏低、顆粒物真空泵的抽力不足或者是采樣系統(tǒng)存在漏氣所造成，具體解決方法如下。

（1）先進(jìn)入監(jiān)測儀界面SYSTEM STATUS菜單，查看VACLUM PUMP PRESS（真空泵壓力），若數(shù)值小于0.4atm，證明該真空泵壓力處于可用范圍內(nèi)，若高于0.4，應(yīng)立即更換真空泵。

（2）若真空泵無問題，則用電子流量計對粒顆物監(jiān)測儀的主流量進(jìn)行實際測量，查看其實際流量是否處于質(zhì)控所規(guī)定的范圍之內(nèi)，根據(jù)測量結(jié)果決定對其是否校準(zhǔn)。

（3）如以上兩項指標(biāo)均正常，可對儀器的采樣系統(tǒng)進(jìn)行氣密性檢查。通過儀器屏幕的Service菜單下的Verification中的氣路撿漏（Leak Check）按鈕向?qū)硗瓿桑瑱z漏結(jié)果會在儀器檢漏完畢后顯示出來。如未通過，則需要對采樣系統(tǒng)整體進(jìn)行一步的檢查。

3.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)波動過大

出現(xiàn)此情況一般都是由于顆粒物采樣濾膜在振蕩過程中出現(xiàn)松動，導(dǎo)致Frequency（振蕩頻率）波動劇大，Noise（噪音）時大時小，從而使得監(jiān)測數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)波動態(tài)勢，故因及時重新安裝采樣濾膜，采樣儀重新啟動計數(shù)。

3.3 PM2.5 FDMS出現(xiàn)異常數(shù)值

該情況問題相對復(fù)雜，一般由以下幾種情況所導(dǎo)致。

（1）PM2.5切換閥停止工作，原因是切換閥電機故障引起無法正常工作，導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，還有可能是切換閥內(nèi)部結(jié)塵，導(dǎo)致切換模塊無法正常切換，引起異常，所以定期清潔切換閥變的相當(dāng)重要，如污染相對嚴(yán)重的地區(qū)應(yīng)1月定期清洗一次，并做好相應(yīng)的氣密性檢查。

（2）PM2.5制冷單元溫度（COOLER TEMP）報警，造成問題的原因是散熱風(fēng)扇損壞，使得制冷器不停的制冷，造成過濾單元結(jié)霜，從而使補償值異常，通過計算，使得監(jiān)測數(shù)值異常，故立即更換散熱風(fēng)扇。

結(jié)語

綜上可知，引起空氣自動檢測系統(tǒng)故障的因素種類繁多，對故障的判斷在一定程度上影響著數(shù)據(jù)的發(fā)布，為此，必須加強空氣自動檢測系統(tǒng)操作人員的技能培訓(xùn)，對故障能進(jìn)行及時準(zhǔn)確的判斷，從而制定相應(yīng)的補救措施來減少損失?？諝庾詣訖z測系統(tǒng)操作人員也應(yīng)該在日常工作中做好經(jīng)驗總結(jié)，以便發(fā)現(xiàn)并處理故障。

[1]國家環(huán)境保護部.《中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ 654—2013).2013年7月.

[2]美國賽默飛世爾科技公司.《TEOM1405-F顆粒物分析儀說明書》.

[3]美國賽默飛世爾科技公司.《TEOM1405顆粒物分析儀說明書》.

[4]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MoDEL 100E紫外熒光法S02分析儀說明書》.

[5]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MODEL 200E化學(xué)發(fā)光法N0/NO2/NOX分析儀說明書》.

[6]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MODEL 300E非分光紅外法CO分析儀說明書》.

[7]聚光科技(杭州)股份有限公司.《API MODEL 400E紫外吸收法O3分析儀說明書》.