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高精度大氣氨排放車載巡檢系統
大氣氨車載巡檢系統介紹:
圖1(a) 產品系統組成簡介
圖1(b) 海爾欣大氣氨車載巡檢系統照片
海爾欣公司自主研發的大氣氨激光開路分析儀采用紅外激光吸收光譜技術(LDIR)，結合開路式多次反射氣體池，使得測量有效光程達數十米，實現了對大氣氨分子進行10Hz，亞ppb精度的高速測量。 此外，該大氣氨開路分析儀采用車輛移動平臺搭載的形式，形成一整套車載巡檢系統，如上圖1所示：車載大氣氨開路車載系統主要包括有：海爾欣大氣氨激光開路分析儀、坎貝爾公司CR3000數據采集、GPS模塊、超聲三維風速儀、實時云數據運算處理模塊。外場檢測中，激光開路分析儀可通過旅行架搭建在SUV車頂實時采集10Hz高速濃度數據，同時GPS實時采集經緯度坐標數據，超聲風速儀可記錄該區域瞬時風向、風速，海量數據由4G或5G網絡傳回海爾欣數據服務中心的超級工作站，進行云端數據的提取、運算、分析、存儲，同時將運算結果實時傳回PC端，坎貝爾的CR3000數據采集模塊用于實時數據備份。海爾欣的整套方案結合新的紅外激光光譜分析技術，4G或5G網絡傳輸，云端數據運算分析，為用戶提供準確的氨排放溯源及監控結果。
在分析儀方面，海爾欣具備以下兩點突破性的優勢：
1、避開了傳統的閉路氨分析儀器由于采樣管路的傳輸時間和吸附效應，響應速度很慢的缺點，創新性的采用開路測量方案，無需采樣，響應速度非常快，尤其適合車載平臺高速運動中收集到瞬時濃度變化，避免漏檢氨排放源；
2、開路分析儀無需采樣泵，依靠大氣的自然流動經過光路分析，大大降低了整機功耗(50W)和質量(5kg)，因此可使用小型車載電源或電池供電，適合多種巡檢車型。海爾欣的分析儀甚至結合太陽能電池板可在無電網覆蓋區域部署，提高了用戶選擇測量點的自由度。
外場測試結果及數據說明:
2019年5月24日，海爾欣工程師們利用自主研發的車載巡檢系統，分別對寧波市北侖區小港鎮惠民生豬養殖場、鎮海區駱駝鎮馮記家禽養殖場、鎮海石化經濟技術開發區，三個目標地點及周邊進行了大氣氨濃度的車載巡檢測試，測試結果分別見圖2-圖4所示。
圖2 小港惠民養豬場測試結果
如圖2所示，顯示的是北侖區小港鎮惠民生豬養殖場及周邊的大氣氨濃度測試結果。圖2以Google衛星地圖為背景，其中紅色圓球地理標識就是惠民生豬養殖場的所在地，圖中帶顏色標記的為測試路線。獲得大氣氨濃度值的高低由從紅到藍的顏色標記區分，如圖中右邊的顏色標尺所示。測到大氣氨濃度大為349.3ppb。圖2顯示有2個片區濃度值都超過了200ppb，一處為養豬場正門口，另一處為豬糞便堆積處，表明養豬場確實有大量的氨氣產生，同時隨著與養豬場的距離增加氨濃度值逐漸下降。
圖3(a) 駱駝馮記家禽養殖場測試結果
圖3(b)鎮海大道上測試結果
如圖3(a)所示，顯示的是鎮海區駱駝鎮馮記家禽養殖場及周邊的大氣氨濃度測試結果。圖3(a)以Google衛星地圖為背景，其中紅色圓球地理標識就是馮記家禽養殖場的所在地，圖中帶顏色標記的為測試路線，車載大氣氨開路分析儀的測試現場見小圖。獲得大氣氨濃度值的高低由從紅到藍的顏色標記區分，如圖中右邊的顏色標尺所示。測到大氣氨濃度大為137.0ppb，表明養雞廠確實有大量的氨氣產生和排放。圖3(b)顯示的是測試過程中儀器在鎮海大道上來回經過養雞廠4次的濃度數據。圖3(b)顯示，該儀器在距離養雞廠直線距離約為900m處仍能檢測到20-30ppb的大氣氨濃度，表明該儀器具有極低的檢測下限。
圖4(a) 石化經濟技術開發區測試結果
圖4(b) 上圖紅圈局部放大結果
圖4(a)所示的是鎮海區石化經濟技術開發區中一家液氨充裝工廠周邊的大氣氨濃度測試結果。同樣以Google地圖為背景，其中紅色圓球標識的為飛翔液氨充裝站工廠。圖中帶顏色標記的為測試路線，獲得大氣氨濃度值的高低由從紅到藍的顏色標記區分，如圖中右邊的顏色標尺所示。測到大氣氨濃度high值為760.4ppb，表明液氨充裝站可能存在一定程度的氨氣泄漏，應當引起安監部門的重視。如圖4(a)所示，該儀器在離液氨充裝站直線距離約為900m的新琦新型建材公司附近也檢測到了明顯高于大氣本底濃度的氨，詳細濃度值分布見圖4(b)。由圖4(a)和(b)所示，高濃度所在位置點與液氨充裝站基本處于一條直線上，而且距離液氨充裝站直線距離越遠氨濃度越低，說明測試過程中大氣氨從液氨充裝站朝新琦新型建材公司擴散，這剛好為當天的風向吻合。此結果再一次證明了海爾欣大氣氨激光分析儀具有探測范圍廣、靈敏度高的優異性能。
測試結果總結:
采用海爾欣自主研發的車載式大氣氨激光開路分析儀，分別對寧波市北侖區小港鎮惠民生豬養殖場、鎮海區駱駝鎮馮記家禽養殖場、鎮海石化經濟技術開發區，三個目標地點及周邊進行了大氣氨濃度的測試，氨大濃度值分別為349.3ppb、139.4ppb、760.4ppb，遠高于大氣本底濃度，表明畜牧業存在著大量氨排放的現象，應當引起有關部門的充分重視。
在鎮海馮記家禽養殖場、石化經濟技術開發區分別對距離目標地養雞廠和液氨充裝站直線距離900m處進行了車載巡檢，均有高濃度數據顯示，表明分析儀具有探測靈敏度高，檢測下限極低的優良特性。經過車載一天幾百公里的長途奔波，該分析儀未出現質量問題，表明儀器穩定可靠、環境適應能力強、抗震能力強。
應用前景:
隨著國人消費升級和生活水平的上升，家禽家畜養殖業的高速發展，畜牧業的氨氣污染問題會越來越突出。氨氣的產生易對圈舍內的雞、豬、牛等造成呼吸道感染，從而對畜牧業造成經濟損失。其次，農業、林業等存在大量使用含氮肥料及家禽糞便的現象，也是氨氣產生的重要原因。另外在工業上，燃煤燃氣鍋爐在SCR或SNCR脫硝過程中；硝酸、尿素等化學肥料及醫藥和農藥的原料化工廠生產過程中；大型冷庫，機械設備冷凍媒制備過程中，液氨也無處不在，易產生氨泄漏事故。因此，大氣氨的排放及泄漏檢測和方案以畜牧業應用為主，在農業種植、工業煙氣脫硝、含氮肥料和原料生產的化工廠、制冷及冷鏈運輸行業等領域，都將有很好的應用前景。為工業農業的氨氣無組織排放控制及監管，提供了一種全新的解決方案。