气质联用仪废气排放系统的设计研究和效果分析

　　针对气相色谱室因气质联用仪排气集中且量大而导致实验室局部温度高的问题，本文通过设计气质联用仪废气排放系统，对该系统改善实验室环境效果方面进行了研究，着重分析实验室温度及能量损耗情况。 
　　关键词：气质联用仪；废气；实验室温度；冷热抵消 
　　气质联用仪（GC-MS）被广泛应用于复杂组分的定性定量分析，因其具有气相色谱高分辨率和质谱高灵敏度的特点，成为现代化实验室分析检测的有效工具。我院气相色谱室承担大量生态纺织品检测业务，实验室安设众多台数的气质联用仪，仪器检测样品完毕后会向外排放高温废气，导致实验室冷热抵消现象严重，局部温度过高影响设备正常使用。针对此现象，本文设计排放系统对气质联用仪高温热废气进行收集和集中排放，降低实验室温度及空调系统能耗，研究分析实验室环境并改善效果。 
　　1 废气排放系统 
　　1.1 设计背景 
　　广州纤检院气相色谱室是生态纺织品检测大型实验室，现共设有53台气质联用仪。检测样品时，气质联用仪的升温系统和压力控制系统分别对仪器内部检测环境进行加热升温、增压，当样品检测完毕时排气口打开，仪器进行泄压，并直接向实验室排放废气，经多次数据测量总结，确定每一台气质联用仪排气温度范围及排气时长基本一致，排气温度最高达115℃，且整个排气时长持续4min左右，排气测量结果如图1所示（以开始排气作为时间起点）。 
　　排气风速为4.56m/s，则每秒排气体积为： 
　　取排气气体密度ρ=1.205kg/m3时，每秒排气质量约为： 
　　气质联用仪排放热废气与实验室新产生热量传递，即冷热抵消，造成能量损耗。根据能量守恒定律，热废气与实验室新风冷热抵消损耗的能量等于热量传递过程即排气过程废气所释放的热量，可用公式（4）表示： 
　　式中：c― 物体比热，取空气比热 c=1012J/（kg℃）； 
　　m――质量，kg；t――排气温度，℃；t0――实验室房间温度，℃。 
　　设时间为自变量，温度为因变量，函数为，取时，根据积分原理，在排气持续时间上对废气释放热量进行定积分计算，气质联用仪一次排气损耗的能量为： 
　　（5） 
　　当实验室业务集中时，多台气质联用仪产生大量高温废气，冷热抵消现象严重。根据实验室检测业务情况，平均每天11时开始到15时结束共检测400份样品，16时开始到第二天2时结束共检测500份样品，两时间段平均每小时损耗的能量分别为： 
　　平均一天因仪器排气造成损耗的能量为： 
　　如逢天气炎热，空调系统满载运行都不足以调节降低室内温度，尤其是废气集中排放位置高温不退，影响实验室检验人员及设备工作环境，故针对气质联用仪排放热废气设计排放系统具有必要性。 
　　1.2 系统概述 
　　根据气质联用仪排气口尺寸设计排气罩，该系统在每台气质联用仪排气口增设排气罩与排气管道连接，管道通过地板架空层，分别与实验室现有的排风机相连接，排风机位于实验室天花顶。利用现有的排风机进行排放，可实现在不增加额外能耗的前提下对实验室进行改造。系统能有效将废气进行收集和集中排放，最大程度减少高温废气与新风的冷热抵消，减缓冷热不均现象，降低能量损耗。 
　　2 废气排放系统改进设计及实现效果分析 
　　2.1 降低实验室温度 
　　通过排风机将热废气引导至室外进行排放，大大减少气质联用仪废气与实验室新风的冷热抵消，使实验室空调系统真正有“用武之地”，达到降低实验室温度的目的。气质联用仪高温热废气排放系统安装前后气相色谱室温度如表1所示。 
　　从表1可看出安装热废气排放系统后，气相色谱室房间温度有了明显改善，基本达到实验室总体温度降低2℃、废气集中排放位置温度降低3℃的预期目标，系统有效减缓了实验室冷热不均的现象，使实验室温度维持在空调系统调节范围内。 
　　2.2 减少冷热抵消能量损耗 
　　排气系统排气罩出气口横截面为直径的圆，面积为： 
　　经测量，气质联用仪排气时于排风罩处风速为，排气系统废气收集率为： 
　　按气相色谱室一天共检测900份样品计算，排气系统可减少实验室能量损耗约为： 
　　2.3 改善实验室空气质量 
　　气质联用仪在实验室内排放大量废气，高浓度废气会对工作人员的健康安全造成威胁，增设废气排放系统可以有效收集废气并进行室外排放，新风的补充进一步降低房间废气浓度，提高实验室内部空气质量，为检验人员创造一个更舒适、更安全的实验环境。 
　　3 结论 
　　本文针对气相色谱室冷热不均现象设计气质联用仪高温热废气排放系统，对改善实验室环境有明显效果，满足检验人员及仪器设备对工作环境温度的要求，过多的冷热抵消意味着无谓的能耗损失，排放系统实现了热废气的室外排放，达到节能的目的，综上所述表明了系统的可行性与经济性。