辽宁省环境监控中心 辽宁沈阳 110161
摘要：2018年1月1日，《中华人民共和国环境保护税法》正式施行。按照文件要求，应税污染物排放量的计算顺序第一位为：纳税人安装使用符合国家规定和监测规范的污染物自动监测设备的，按照污染物自动监测数据计算。因此污染源自动监测数据的排放量尤为重要。流速是计算废气排放量的重要参数，目前辽宁省应用最多的主要有S型皮托管法和超声波法流量计，本文就两种流量计的工作原理及优缺点进行分析，为污染源自动监测流量计检查提供技术支持。
关键词：污染源自动监测；排放量；影响因素
1 引言
根据《中华人民共和国环境保护法》第六十条要求，企业事业单位和其他生产经营者超过污染物排放标准或者超过重点污染物排放总量控制指标排放污染物的，县级以上人民政府环境保护主管部门可以责令其采取限制生产、停产整治等措施；情节严重的，报经有批准权的人民政府批准，责令停业、关闭。新环保法不但对浓度值做出了要求，同时对排放量也做出了要求，因此污染源自动监测排放量尤为重要。
CEMS是英文Continous Emission Monitoring System的缩写，即烟气连续排放监测系统。【1】该系统对固定污染源颗粒物浓度和气态污染物浓度以及污染物排放总量进行连续自动监测，并将监测数据和信息传达到用户和环保主管部门，以确保用户对需的设备运行情况进行监控、管理和环保部门所要求的污染物浓度和排放总量达标。
2 排放量计算
按照标准规范要求，排放量为流量与浓度、时间的乘积，其中流量的计算如下：
Q=3600×F×V
式中：Q——工况下湿烟气排放量m3/h；
F——测定烟道截面积m2
V——流速m/s
最后，根据如下公式计算出排放量
Q= V×A×3600×273/（273+t）×（PD+Px）/101325×（1-X%）
式中：Q——被测气体折算到标准状况（0℃，273K，一个标准大气压）下的干烟气体积流量，单位Nm3/h；
V——被测气体的流速，单位m/s；
A——通流面积，单位 m2；
PD——当地大气压力，单位Pa；
Px——被测气体管内的压力（静压），单位Pa；
X%——净烟气中水蒸气的体积百分比；
3 S型皮托管流量计
（1）工作原理及计算方法
S型皮托管流量计是由两根相同的金属管并联组成，测量端有方向相反的两个开口，测定时，面向气流的开口测得的压力为全压，背向气流开口测得的压力小于静压。【2】因此一般的皮托管修正系数Kp在0.84±0.01。根据伯努利方程计算出流速。
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V=K×ΔP（273+t）/（PD + Px）（m/s）
式中：V——被测气体的流速，单位m/s；
K—— 风速、风量测量装置流量系数；
ΔP——风速、风量测量装置输出差压，单位Pa；
t——被测气体温度，单位 ℃。
PD——当地大气压力，单位Pa；
Px——被测气体管内的压力，单位Pa；
（2）影响因素及现场检查要点
S皮托管流量计是目前废气流速测量方面应用最广的技术，目前使用较多，但由于其开放式测量口的原因，因此容易产生一定误差，一是测量点气流不稳定，产生涡流，应注意安装位置要避开管道弯头处；二是采样点位置不具备代表性，不能反映整体气流流动，应注意采样点位要符合标准规范；三是经过湿法脱硫后，烟道内湿度普遍较大，易堵塞，应定时反吹，及时维护。现场检查时应注意一下几点：
(a)采样管全压和静压管道内应保持干燥，不堵塞
(b)全压与静压与压差传感器连接应一一对应，不要接反。
(c)根据经验，压差大概在200Pa左右时，流速应为13m/s左右。
4 超声波流量计
（1）工作原理及计算方法
超声波流量计是利用速度差法进行测量。超声波流量计两支流量探头相对发射不同频段的超声波信号，由于烟道内烟气介质流动的原因，造成两个超声波信号在相同路径下传输时，发生传输速度不同的现象。测量不同的传输速度，即可计算出管道内介质的流动速度。
顺流传播时间：tdown=L/（Cf + VmcosΦ）
逆流传播时间：tup =L/（Cf – VmcosΦ）
其中：
tup – 超声波在流体中逆流传播的时间；
tdown – 超声波在流体中顺流传播的时间；
L – 声道长度；
Cf – 声波在流体中传播的速度；
Vm – 流体的轴向平均速度；
Φ – 声道角。
利用以上公式得出流速Vm
通常情况下皮托管是和微压力传感器联用进行流速测定的，由传感器将压差信号转化为电信号输出。而当前最灵敏的微压力传感器其精度仅为1m/s（换算成标准状态下的空气流速约为1.25m/s），因此皮托管无法准确测定低于此速度的烟气流速。考虑到自身测量误差，皮托管法的推荐最低测定风速为4m/s。因此皮托管压差法流速测量技术需要解决的是在线校准问题、低流速（＜5m/s）时准确度问题、直管段不能充分满足要求的情况下如何客观反映现实的问题。
超声波视差法流量计采用非接触式安装方式，这种非接触式在线连续线测量式的测量方法，有效避免了含湿、含尘环境以及气流湍流等因素对流速测定造成的不利影响，克服了S型皮托管测低流速不准的问题。
（2）影响因素及现场检查要点
超声波流量计的温度测量范围不高，一般只能测量温度低于200℃的流体；抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度；直管段要求严格，为前20D，后5D。否则离散性差，测量精度低；安装的不确定性，会给流量测量带来较大误差；测量管道因结垢，会严重影响测量准确度，带来显著的测量误差，甚至在严重时仪表无流量显示；价格较高。现场检查时应注意一下几点：
（a）监测点位附近是否有异常声源。
（b）安装角度是否与设定的角度一致。
5 总结
S型皮托管流量计性能稳定，抗干扰性强，是比对监测的重要方法，但测量水汽较大的烟气时，易堵塞，且只能测定流速大于5m/s的烟气。超声波流量计，不会改变流体的流动状态，不会产生压力损失，且便于安装；可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量；超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度及密度等热物性参数的影响。
参考文献：
【1】孙显雷，张春明，伊佳，等. 浅谈烟气连续排放监测系统（CEMS）应用与维护[J]. 文摘版：工程技术：260-261.
【2】毛新业. 什么是影响均速管流量计精确度的主要因素?——探询插入式流量计精确度之二[J]. 世界仪表与自动化，2004（7）：42-44.
论文作者:王金雷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：流速论文; 测量论文; 排放量论文; 流量计论文; 烟气论文; 污染物论文; 流体论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;