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济南市科技发展计划可行性研究报告项目名称：多组分动态配气装置计划类别：金种子企业关键产品提升计划技术领域：资源与环境研发方向：环境应急处理处置技术与设备申请单位：济南市****有限公司填写说明1．本研究报告为济南市领军企业关键产品提升计划、小巨人企关键产品提升计划、金种子企业关键产品提升计划、科技创业企业支持计划、人才引进跟踪支持计划、临床医学科技创新计划立项评审和验收的主要依据。2．本研究报告由项目申报单位编写。3．编写要求：（1）总体目标完整、集中、明确、可考核，要充分考虑经济、技术等方面的可行性；（2）研究任务和内容重点突出，项目设置合理；（3）技术路线清晰、技术关键点与创新点明确；（4）配套条件落实，管理措施具体，组织实施条件完备就绪，项目承担单位的选择符合要求；（5）经费概算根据充分，经费筹措有保障，经费使用符合有关规定；（6）风险分析全面，对策措施完备；（7）相关证明文件等附件齐全。4．报告中涉及到外文缩写要注明全称。5．本报告文本采用A4幅面纸，4号仿宋体字。标题加黑。济南市科技发展计划可行性研究报告一、项目需求分析1．项目与年度计划指南，国家、省、市及所在地域重大项目（工程）建设等相关重点任务需求的结合程度。标准气体作为气体成分量值的计量标准，已广泛应用于科学研究、大气环境监测、仪器仪表的校准、化工产品的检验等领域。随着经济与科学技术的快速发展，标准气体的用途日渐广泛，需求量急剧增加。特别是在气体监测领域，标准气体是检验监测方法、分析仪器、监测仪器技术及进行质量控制的重要依据。在气体浓度的监测研究中，由于传感器的非线性，需要不同浓度的标准气体样本对监测系统进行标定。根据曲线拟结合理论，标定点越多，拟结合输入/输出曲线就越准确。但是，随着标定点的增多，需要配置的不同浓度的标准气体量一般都不大，而增加或选择不同标定点，就需要配制新的标准气体。专业厂家所配制的标准气体成本很高，非常不经济，还造成很大的浪费。另外，配制静态标准气体，往往很难得到一个准确的标称值，这些都给标定工作带来一定的困难。在对多组分气体监测系统进行标定时，这种情况尤其严重。针对这种需求，本公司制造一种基于高精度质量流量控制器的多组分动态配气系统，可连续配制并供给浓度值连续可调的多组分混合标准气体。系统精度高，不受环境温度与压力影响，具有很好的应用价值。该装置使用部门为计量、环保、石油化工、医药卫生、疾控中心、煤矿、检测仪分析仪制造厂家等，为检定气体分析仪、可燃、有毒、有害气体等仪器建立计量标准而提供的标准装置，为开展检定、校准和测试上述仪器而配制多种标准气体；用配制的标准气体标定、评价被检仪器线性和准确性；例如：用于煤矿矿井甲烷测试仪、用于一氧化碳和氧、冶金焦化化工、硫化氢检测仪及各种分析仪。2．项目预期成果对经济社会发展或行业技术进步的支撑作用，对企业发展成长的促进作用。本项目执行期为2年，自2016年至2017年，达产时实现年销售收入300万元，净利润为70万元。本项目由于其优良的性能和先进的技术，在市场上极有竞争力，所以产品市场发展前景良好，产品投产后销售收入和利润极大，完全可替代进口产品或出口创汇，为提高我市配气装置自主创新产品市场竞争力，增加国家和地方财政收入，增强我市科技创新型企业经济实力做出重大贡献。有利于增强企业的市场竞争力，将极大提高企业的自主创新能力，为企业的持续发展提供强有力的支撑。企业新产品研发和老产品更新换代的速度，会直接影响企业的竞争力。有利于增强企业的抗风险能力。公司产品涉及的行业，是国家十分重视的高新技术之一，市场前景十分广阔。高科技产品市场的竞争体现在技术的竞争，项目的建设将不断加强企业自主创新能力，提高产品和企业在行业中的地位。有利于提高国内配气装置技术应用的水平。本项目实施完成后，有利于解决我国配气装置共性基础问题，显著提高我国配气装置领域的技术水平，加强环境保护、节能减排，促进装备制造业智能化水平的提高，创造巨大的社会效益。二、现有工作基础1．国内外相关技术、知识产权和技术标准现状与发展趋势分析标准气配制现状：标准气体作为气体成分量值的计量标准，在气体生产、贸易、石化等行业的应用中发挥着独特的规范和保证质量的作用，能够产生巨大的经济效益和社会效益。标准混合气体是用一种高纯气体作稀释气（又称平衡气或背景气）再添加一种或几种其它的高纯气体（又称组分气或掺杂气）配制而成的气体。标准混合气体中组分的含量可以从1ppm（百万分之一）到50%范围内任意选择，标准气体的配制方法主要有称量法、分压法、体积法、渗透法、饱和法、电解法、指数稀释法、流量比混合法等，大体可分为静态配气法和动态配气法。静态配气法是把一定量的原料气体加入已知容积的容器中，再充入稀释气体，混匀制得。这种配气法的优点是设备简单、操作容易，但因有些气体化学性质较活泼，长时间与容器壁接触可能发生化学反应，所以这种方法适用于活泼性较差且用量不大的标准气体的配制。动态配气法通过将已知浓度的原料气体与稀释气体按恒定比例连续不断地输入混合器混合，连续不断地配制并供给一定浓度的标准气体。这种方法所用仪器设备较静态配气法复杂，不适合配制高浓度的标准气体。标准气体属于标准物质，是量值测定的标准，具有复现、溯源、仲裁、保存和传递量值的作用，因此发达国家对标准气体的管理十分严格，为便于产品的质量检查和仲裁，他们都建有十分完善的标准传递体系。日本政府规定由东京工业试验所和计量研究院负责提供一级标准气，化学产品协会参照一级标准气配制二级标准气，标准气制备鉴定所再根据二级标准气配制实用标准气向各厂家和用户传递。美国政府则规定，由美国国家计量院（NIST）配制一级标准气，国家授权的各大著名气体公司中心实验室负责据此配制二级标准气，各生产厂家再根据二级标准气生产各种实用标准气向用户出售。同样，荷兰由国家计量研究院（NMI）负责基准标准气体的生产，其他的标准气体依据ISO6142,ISO6143等标准与NMI的基准进行比对,比对的结果(组分浓度及其不确定度)由荷兰实验室认可委员会认可。世界上规模大且实力雄厚的标准气体生产厂家有法国液化空气公司和CHEMGAS公司、美国的APCI和PRACAIR公司、德国LINDE公司,以及英国的BOC公司、日本的酸素公司等。上海计量测试研究院和大连光明化工研究院在20世纪的60年代,就先后开始从事标准气体与混合气体的制备与分析测试方法研究�现可以生产国家一、二级标准物质30多项,研究开发的标准气体和混合气体已在国内各部门得到了广泛的应用。目前,国内的气体校准仪分别采用了压力流量控制法(北京分析仪器厂、南京分析仪器厂)、喷嘴流量控制法(上海第二分析仪器厂)、电解配气法(太原化肥厂)等各种方法来产生校准气体。这都是基于动态配气法的原理配置校准气体,但是,这些方法得到的校准气体的浓度不够精确或不能实现连续的自动化配气。近年来,随着世界先进配气技术的引进,加之我国几代科研工作者的努力,我国在配制标准气体方面取得了飞速的发展,在常量和半微量浓度范围内气体的配制已形成计量溯源系统并能与国际上的标准物质比对。但我国标准气体配置存在标准气体生产资质审批较松、高纯原料气体难得到和分析检测仪器不足等问题。在低含量如10-8-10-5mol/L范围内的标准气体的配制方法�特别是活泼气体的配制及其包装技术方面还很欠缺,这还有待于科技工作者继续努力,早日形成我国此类气体的计量溯源系统,并与国际接轨。发展趋势分析：现行的标准气体配制方法可分为静态配气法和动态配气法。本装置使用动态配气法，动态配气法使己知浓度的原料气与稀释气按恒定比例进入混合器混合，从而连续不断地配制并供给一定浓度的标准气体，可根据稀释比计算得出标准气的浓度。动态配气法可以连续不断地得到浓度一定的标准气体，从各组分气体进入配气装置到标准气体制备和使用的整个过程中，标准气都处在连续流动状态，产生的标准气体无须充入容器中保存，避免了气体的吸附、解吸、化学反应等现象的发生，制备的标准气浓度较稳定。利用同一套设备，能够很快地变更配制不同标准气，还可随时改变被测组分的浓度，产生不同浓度的标准气，特别适合于配制低浓度多品种的标准气体。而静态配气，在配置低浓度标准气时，常引起较大的误差，且配制的含量范围受到一定限制。根据配气仪设计要求：能连续不断地配制并供给一定浓度的标准气体，配置的标准气体（稀释比小于1:200时）不确定度小于2%。目前趋势是选用动态法进行标准气体的配制。该装置的动态配气使用质量流量控制法的配制技术。质量流量控制法：以质量流量的形式对每一路原料气进行单独控制，每一路气体的流量根据配气比例计算而来，适宜配置低浓度、小流量标准气体。由于是单独的流量控制，因而压力及温度等环境参数的变化对气体流量和配气比例产生影响很小，适合配制较高精度的低浓度标准气体。质量流量控制器由标准电压、电流或数字信号控制，适合与微微电脑组成自动控制系统，使整个配气装置的数据处理与管理的功能更强大，提高配气的精度。目前厂家所配制的标准气体成本很高，非常不经济，还造成很大的浪费。另外，配制静态标准气体，往往很难得到一个准确的标称值，这些都给标定工作带来一定的困难。在对多组分气体监测系统进行标定时，这种情况尤其严重。同时有些易燃易爆标准气的运输过程中存在安全隐患。而本公司的多组分动态配气装置体积小，便于运输，对于需要的标准气可随配随用，可连续配制并供给浓度值连续可调的多组分混合标准气体。系统精度高，不受环境温度与压力影响，不但节约了标准气的运输成本，并防止了有些易燃易爆标准气的运输过程中存在安全隐患，具有很好的应用价值。综上所述，可得出结论：多组分动态配气装置是配制使用标准气的发展趋势。2．项目实施已具备的基础（已开展的工作、已获得的支持、已取得的成果、产学研等研发力量组织情况与研究开发队伍现状、应用示范及产业化基础条件等）本公司集研、产、销、服于一体，是一家专业从事燃气输配、安全和环保设备的研究与开发的高新技术企业。主要产品有引进德国技术生产的燃气防爆电磁阀、管道紧急切断阀，自行研制开发的液体计量专用阀等系列阀门，有楼栋调压箱、区域调压站、用户专门站、城市门站等系列燃气调压装置以及液化石油气气化器、混合器、燃气过滤器、绝缘法兰、绝缘接头、磁化防垢除垢装置等环保节能产品。本项目采用智能软件控制系统及海量控制数据库配合来控制高精度质量流量计，达到准确控制的目的。公司先期开展的臭氧项目和二氧化氯项目中的质量流量计控制部分技术已经成熟，为本项目提供了足够的技术支持。公司一直保持着与中国计量科学研究院，青岛科技大学等科研机构的合作与技术交流，并促成了多个项目的产业化和市场销售。三、项目目标、任务与考核指标1．项目目标：简述项目预实现的总体目标。包括项目完成时可实现的年生产能力、年销售收入、年交税总额、年净利润、年创汇额等，单位资产规模和新增加就业人数，产品关键的技术、质量指标，以及知识产权方面的产出。本项目产品投产后，由公司设在全国各省、市的销售公司及办事处负责销售，其价格定位以国情为根本原则，预计比进口同类产品低45%左右。公司以现有销售网络为基础配合行业会议参展宣传并力争打入国际市场。项目结题验收时，预计获得1项实用新型专利，年新增销售收入300万元、年新增交税总额30万元、年新增利润70万元、年新增产值350万元，企业资产总额6000万元、营业收入4000万元、预计人员总数达到150人。产品关键的技术、质量指标：(1)常规稀释倍数为：1000:1，四路MFC流量控制；(2)流量范围、组分多少、最大稀释倍数等可根据用户要求随便设置及装配;(3)流量重复性：＜0.5%(4)流量线性误差：≤±0.3%(5)配气不确定度：＜1%(6)预热时间：30min(7)自动调零：预热结束后自动调整MFC的零点，或从预热调零页面重复调零(8)仪器电源：220VAC(9)使用环境：5℃～45℃2．主要任务：简述围绕完成项目目标需要完成的主要工作。选择合适的设备外壳，使之能在使用运输方面方便快捷。采用合适的设计工艺，使内部各部件放置合理，美观。人机界面的合理设