热导式气体分析仪油气检测技术规范与应用研究：基于导热系数差异的在线监测系统优化  

一、检测原理与仪器结构  

热导式气体分析仪（TCD）基于油气与背景气体（空气）的导热系数差异实现定量检测，其核心优势为结构简单、稳定性高（MTBF＞20000小时），在油气回收在线监测中占比约35%418。  

（一）工作原理  

导热系数差异：油气主要成分（C5-C12烷烃）的导热系数（0.030-0.045W/(m·K)）显著高于空气（0.026W/(m·K)），当油气进入检测气室时，改变热敏元件的散热速率，导致电阻变化；  

惠斯通电桥：由两个测量臂（暴露于样气）和两个参比臂（密封于纯净空气）组成，电阻变化转化为电压信号（通常1-5VDC），与油气浓度正相关422。  

（二）核心组件  

组件技术参数功能作用  

检测气室容积10-50mL，材质316不锈钢提供样气与热敏元件的热交换空间  

热敏元件铂丝（φ0.02mm），工作温度150-250℃感知导热系数变化，输出电阻信号  

温度补偿模块精度±0.1℃，响应时间＜1秒抵消环境温度对测量的影响（每℃误差±0.5%FS）  

采样系统隔膜泵（流量500mL/min）+过滤器（1μm滤芯）去除颗粒物和水汽，保护气室  

二、性能指标与检测方法  

（一）关键技术指标  

指标要求测试方法标准依据  

测量范围0-99%LEL或0-5000mg/m³（正戊烷）标准气体标定法HJ/T38-1999  

最小检测浓度≤10mg/m³3倍信噪比法（S/N=3）GB/T18474-2001  

响应时间（T90）＜30秒阶跃浓度法（0→2000mg/m³）EN61207-1  

线性误差≤±2%FS5点校准（0、25%、50%、75%、99%FS）JJF1363-2012  

零点漂移8小时≤±1%FS恒温（25℃）下连续监测HJ168-2020  

（二）校准与维护流程  

1.  校准步骤：  

零点校准：通入纯净空气（露点≤-40℃），调节零点电位器至输出0mV；  

量程校准：通入500mg/m³正戊烷标准气，调节增益至对应电压（如2V），重复3次取平均值；  

线性验证：测试250mg/m³和750mg/m³标准气，误差应≤±2%1822。  

2.  日常维护：  

过滤器更换：压差＞10kPa时更换滤芯（建议每3个月一次）；  

气室清洁：每6个月用无水乙醇冲洗气室，去除油污；  

热敏元件老化：使用≥1年需重新标定，若漂移＞5%FS需更换元件4。  

三、应用场景与干扰控制  

（一）典型应用  

1.加油站油罐呼吸口监测：  

安装位置：油罐顶部呼吸阀出口，采样管线长度＜5米（减少滞后）；  

检测范围：0-2000mg/m³（非甲烷总烃），超标报警阈值设为1000mg/m³（GB20952-2020）；  

2.油气回收装置进出口：  

同步监测进口（5000-10000mg/m³）和出口（＜25mg/m³）浓度，计算回收效率（η=(C_in-C_out)/C_in×99%）1620。  

（二）主要干扰因素及对策  

干扰因素影响程度控制措施  

环境温度波动±0.5%FS/℃内置Pt100温度传感器，实时补偿  

相对湿度＞80%正误差+3%-5%前置Nafion干燥管（露点降至-20℃）  

背景气体H₂导热系数高（0.18W/(m·K)），正干扰加装选择性渗透膜（只允许烃类通过）  

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

四、标准方法与性能对比  

（一）国内外标准  

国内：HJ/T38-1999《固定污染源排气中非甲烷总烃的测定》规定热导法可用于常量分析（＞1000mg/m³）；  

国际：ASTMD1826-15《用热导法测定天然气中总烃的标准试验方法》1215。  

（二）与其他方法对比  

检测方法热导式（TCD）氢火焰离子化（FID）红外光谱（NDIR）  

检测限10mg/m³0.1mg/m³1mg/m³  

响应时间＜30秒＜1秒＜5秒  

维护成本低（每年约￥500）高（需氢气，每年￥3000）中（每年约￥1500）  

适用浓度范围高浓度（＞100mg/m³）宽范围（0.1-10000mg/m³）中浓度（1-5000mg/m³）  

数据来源：416  

五、技术趋势与优化方向  

1.微型化传感器：MEMS技术制备的硅基热导传感器，体积缩小至传统的1/10，功耗＜1W；  

2.多参数集成：融合TCD与PID（光离子化）技术，覆盖低浓度（PID）和高浓度（TCD）检测；  

3.智能诊断：通过AI算法识别传感器老化和故障，预测维护周期（如电阻漂移＞3%时报警）422。  

关键词：热导式气体分析仪；油气检测；导热系数；在线监测；HJ/T38  

参考文献  

[1]HJ/T38-1999固定污染源排气中非甲烷总烃的测定[S].  

[2]ASTMD1826-15热导法测定天然气中总烃标准试验方法[S].  

[3]热导式气体传感器在油气监测中的应用[J].自动化仪表,2025,46(5):32-37.