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固定污染源废气低浓度颗粒物监测实验室分析和常见故障分析

青岛崂山应用技术研究所专家就“固定污染源废气低浓度颗粒物监测实验室分析和常见故障分析”进行主题交流,现与大家分享。

固定污染源废气低浓度颗粒物监测实验室分析和常见故障分析

一 实验室分析

1、采样头的擦拭应在通风柜进行,注意擦拭方法。

采样头的擦拭要求是在通风柜进行,擦拭时候所用的试剂为丙酮,具有腐蚀性,一是要注意安全,二是密封铝箔有褶皱,应顺着褶皱的方向从下往上擦试。

2、称重:恒温恒湿环境、同一设备、同一个人。

称重是实验室分析中非常重要的环节。先对样品进行烘干,然后平衡,最后称重。称重时一定要保证采样前和采样后的样品,保持在相同温度和湿度的环境条件,最好是用同一台天平称重,人员最好是同一个人,会减少系统误差。

3、实验室空白

实验室空白在标准和规范未提到。样品出现负增重的情况,样品实际上采集的量比现场分析的要高。

实验室空白是该批样品前处理好之后,留一到两个样品放在实验室不带到现场。样品采集完之后,留在实验室的空白样,与样品同时烘干、平衡和称重处理,检查实验室空白样品的偏差,如果偏差超出0.5mg,那么该批采集的样品数据不可信。

固定污染源废气低浓度颗粒物监测实验室分析和常见故障分析

二 常见故障分析

固定污染源废气低浓度颗粒物监测实验室分析和常见故障分析

观察图1和图2用红线标识出两个界面不同之处。这两个界面是仪器正常工作的两个界面,其流速、烟温等参数基本一致,为什么计算流量、实测流量,计前压力不一样?因为这两个采样方式选择的采样嘴不同,图1选的φ10采样嘴。图2是φ6的采样嘴。

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1、泵不转:无流速、仪器故障现场采样时会遇到泵不转的情况,其中原因之一,采用等速采样的原理,当未监测到动压,没有流速,泵不会运转。

图3是没有动压,没有流速,泵不运转的情况。图4虽然动压为零,但计算流量为5L/min。这是因为仪器有防倒吸的功能。崂应的仪器当流速当计算流量低于5L/min时,会自动开启防倒吸功能。这防倒吸的功能可以根据现场实际情况和需求选择是否启动。

2、暂停保护:连接管折、采样嘴堵、滤膜湿、采样头装两张滤膜、采样嘴选择偏大

仪器暂停保护功能的作用是保护仪器在过载状态下强制运转而损坏仪器。所以当仪器运行过程中出现一些特殊情况达到仪器负载上限时,会自动暂停。导致仪器过载的原因,一是连接管折了,现场采样时空间较小,管路放在地上,有可能被踩了或是被东西压住,造成管路折的情况会出现负压突然增大;二是采样嘴堵了,有时用抹布堵采样孔,最外面的采样点,有可能泵的抽力把抹布或毛巾角吸到里面去,造成采样嘴堵塞;三是湿度比较大的情况,采样一段时长后滤膜或铝箔湿了,阻力变大,而导致仪器过载停机保护;四是低浓度采样头需要封装,将两张铝箔放在同一个采样头中,导致阻力非常大;五是采样嘴偏大。

固定污染源废气低浓度颗粒物监测实验室分析和常见故障分析

图5界面最左上角状态,出现红色暂停状态,界面中参数计压是-54kPa,计算流量要求58.5L/min,但实际采样流量仅为18.5L/min。该界面上功率为100%。即仪器功率达到100%,但采样流量还是无法跟踪计算流量,在这种状态下出现仪器暂停保护。

图6界面最左上角状态,也是出现红色暂停状态,界面中参数计压是-15.22kPa,仪器功率达到100%。计算流量已经达到了103.7L/min,实测流量100.9L/min,仪器功率达到100%,采样流量还是无法跟踪计算流量,在这个情况下仪器也会暂停。

固定污染源废气低浓度颗粒物监测实验室分析和常见故障分析

图7界面在采样时什么都没接,包括汽水分离器,界面中参数计压是-32.08kPa,正常界面计压大约6kPa。如果不接后取样管和汽水分离器,那么计压约为1kPa。主机上有一个过滤芯,有可能过滤芯用一段时长之后继承太多阻力太大造成。

图8界面说明系统有漏气的地方,因为图1中采样流量55L/min,如果只连接上采样头取样管和汽水分离器,计压大约在6kPa左右。而该界面计压只有-1.75kPa,很明显系统漏气。

3、无流速:连接管折、连接管破裂、连接管堵塞、测点有涡流、主机故障

在监测时会遇到无流速的情况。一是连接皮托管的两个软管可能折了或连接管有破裂或连接管堵塞;二是测点采样嘴所处位置,可能存在涡流;三是主机出现故障。四是在现场采样时皮托管两个软管接反了,或取样管的方向反了,有可能出现流速是零的情况。

如何来判断没有流速是不是主机出现故障。把主机上△P皮托管的两个软管都拔下来,用手指堵住△P正接嘴,看一下动压是否有数值显示,如果有数值,说明仪器测量流速的功能是正常的。

还有一种可能就是,超低排放湿法脱硫除尘。皮托管两个软管里面的会有水冷凝。如果水聚积较多,会形成水滴把管堵了,以致出现无流速情况。

4、流速偏大:连接管折、连接管破裂、连接管堵塞、主机故障

出现流速偏大的情况,可能是由于连接软管折、连接软管破裂、连接软管堵塞、管路进水、主机故障。

除上述原因外,还有可能调零时两个接嘴没有悬空,或者调零时管子都接好了,取样管没有放到烟道里,但是调零时管子有折的情况,调灵调偏了也会出现没有流速,或是流速偏大的情况。因此仪器调零时,尽量把主机面板上两个软管拔下来,进行调零。调零结束确认后,再把软管插上,避免出现调零异常。如果在采样现场风比较大,应注意调零时,两个压力接嘴尽量在避风的方向,不要让风产生的压力给调零造成偏差。

5、烟尘浓度偏低(甚至负增重):漏气(采样气路系统、采样孔)、称量、取样管方向、跟踪率超差、滤膜破损、采样位置(或布点)不规范、流速偏差

烟尘浓度偏低甚至出现负增重情况。造成问题的原因有以下几点:

(1)系统漏气,现场采样气路连接好之后一定要检查气密性。

(2)实验室分析时,称重时可能有偏差。

(3)现场取样时,取样管的方向放置错误,采样嘴要求正对气流方向。

(4)滤膜有破损。在组装滤膜时未仔细观察滤膜有破损。再者就是烟道里湿度比较大,样品采集一段时长后,滤膜湿了,而仪器负载能力较大时可能将滤膜抽破。所以标准中要求,当烟道中气体的湿度达到一定程度应进行加热。

(5)采样点位置或是选点不规范,流速不均匀,颗粒物分布没有规律性,而造成烟尘浓度偏低或偏高。

6、烟尘浓度偏高:采样嘴刮壁、盐类、称量、采样位置(或布点)不规范、流速偏差、跟踪率超差、冷凝水倒灌、采样头擦拭不干净。

烟尘浓度测试偏高的原因,和烟尘的偏低基本相同。不同的是:

(1)冷凝水倒灌,在采样时取样管会有一部分冷凝水,当移动取样管或者取样管从烟道中取出来时,可能会不小心使取样投的方向向下倾斜,采样管中的水会倒灌,流到滤膜上。取样管中的杂质会凝结在滤膜上,导致烟尘浓度偏高。崂应的低浓度取样管已经改进,在取样管前段加了一个限肼,当取样管向下倾斜时,冷凝水不会倒灌到滤膜上。

(2)采样头擦拭不干净,擦采样头时可能没注意,擦拭用的纸巾上的纤维可能沾附在采样头上。或擦拭时方向不对,把采样头外面的颗粒擦插到密封铝箔里边了。再就是采样头的外表面没有擦拭干净,尤其是一些特殊的工况,盐类的杂质较多,可能会沾附在采样头上,且还比较硬,导致浓度偏高。

7、关于全程空白样品

全程空白的目是给整个采样过程质量控制的参考。

DB37/T 2537-2014中对全程空白有要求。当在采全程空白高于1mg/m3时,本次采集的样品是无效的。在数据处理时全程空白是不参与计算的。实际检测浓度值不需要减去全程空白浓度值。

三 质量保证和质量控制

1、属于国家强制检定目录内的工作计量器具以及分析天平、皮托管系数等其他仪器设备必须按期送计量部门检定,经检定合格并取得检定证书后方可用于监测工作。

用于监测的仪器属于强检,必须有检定的合格证。否则获取的数据是无效的,没有法律效应。

2、监测仪器的温度、压力、流量,皮托管系数,分析天平等应定期进行校准。

对于监测仪器的温度、压力、流量等参数以及皮托管系数,还有分析天平,要进行定期的校准,即对仪器进行自校。

建议每台仪器建一个校准维护档案,把仪器的校准时长、维护时长、检定时长及相关的参数数据记录下来。

3、采样系统气密性检验

气密性检验分为两部分,一是在实验室对整套设备进行检验。二是现场对整个系统进行检验。因为烟尘采样器采用的采样泵大多是刮板泵,刮板泵是不密封的,现场采样检查气密性时,重点检主机外的球连接系统就可以。

4、应严格检查皮托管和采样嘴,发现变形或损坏者不能使用。

皮托管和采样嘴是现场监测时等速跟踪非常重要的两个部件,一旦发现皮托管前端变形或采样嘴变形,不能继续使用。此外应注意,运输采样管过程中,要把标配的皮托管橡胶帽盖好。

5、采样时皮托管的全压孔和采样嘴要正对气流方向,偏差不得超过10度。

采样时皮托管的方向非常重要,如果方向偏差较大,测的流速偏差就很大,达不到等速跟踪要求。

6、皮托管中的冷凝水会造成流速测量偏差,连接颗粒物采样器的软管管路中的冷凝水会造成采样系统阻力大,需随时观察,冬季采样时更需注意,防止结冰。

建议每次采完一个样品后,把软管里的水轻轻甩一甩。

7、采样前采样嘴应先背向气流方向插入管道,开始采样的同时旋转采样嘴使其正对准气流方向。采样结束,应先将采样嘴背向气流,迅速抽出管道,防止管道负压将尘粒倒吸。

(1)在采样即将结束时,就可以把取样管先从烟道里往外取。

(2)建议采样时从最里边的点一个一个往外侧,最后一个点那就隔着采样孔比较近,取出来的时候速度就会加快一些。

(3)如果负压比较大,建议启动防倒吸功能。

8、采样前后不得直接用手接触采样头,采样结采样头从取样管上取下后,装上保护帽并放入专用袋中,采样嘴朝上放入样品箱中,运送过程中不可倒置,尽量避免震动。

采样嘴朝上放置,防止采集到采样头中的颗粒物倾斜或倒置,造成样品的损失。

9、采用整体称重时,称量结束后应检查滤膜是否破碎现象,如果有,样品作废。

10、等速率的平均值应控制在92 %~108 %。

DB37/T 2537-2014中对等速率的的要求,是控制在92~108%。在有些行业标准上,规定是90~110%。

采样数据报表上,有等速率或跟踪率的指标,作为数据质控的一个指标。如果等速率或跟踪率小于92%,或大于108%,采样数据是无效的。

11、当排气中含有水滴、水气接近饱和或饱和,滤膜托架应加热,保持温度在105 ℃~110 ℃。

加热功能在低浓度采样时是非常关键的。使用加热功能就能保证在湿度较大的工况下正常的采集完成样品。

之前采样时,很多工况会遇到样品采集一段时长之后,仪器停机保护。如果取样管选择加热功能,就会避免出现这种情况。

12、采样体积不小于1m3

山东地标中要求采样体积不能小于1m3,特别强调对于执行颗粒物排放限值低于20mg/m3的固定污染源。这里的采样体积是标况采样体积。

问题汇总

(1)对采样滤膜的要求有哪些。

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(2)采样前采样嘴应先背向气流方向插入管道,开始采样的同时旋转采样嘴使其正对准气流方向。如果一开始就正对气流方向,对数据影响大吗?或者什么情况下影响大?

如果采样一开始就正对气流,颗粒物就会撞击进入采样嘴,测量结果会产生正偏差。对结果的影响程度,跟工况等有关系。还有就是操作的时长问题,如果在开始采样之前放入烟道内时长越长,对测量结果影响越大。

(3)山东省地标要求万分之一的天平,而国标(未发布)使用的的十万分之一的天平。如果一直要用万分之一的天平称量,系统误差是否就可以消除,不用再考虑天平所带来的误差?

如果国家标准一旦发布,就尽量选用十万分之一的天平,目前国标正式稿暂未发布,用地方标准要求得万分之一天平是可以满足的。在山东省地标的编制说明里有对称量偏差数据总结的表格,如果能够满足相关的条件要求,万分之一的天平还是可以的。

(4)因为是整体称重,整体质量远大于滤膜的增重,是否有措施保障整体采样器对增重的影响?

天平的称量都可以满足,所以在制定山东省地标时,包括国家标准时都考虑到了这个问题。山东省地标对采样头整体重量有一个控制,要求不超过20g。

崂应的采样头选用的是纯钛材质,这种材质的优点,是耐腐蚀性特别好,而且密度比不锈钢低了很多,整体重量也就低很多。崂应的整体采样头总重量不超过15g。崂应之前的采样头,就是前段是焊接的那种,整体重量不超过18g。

(5)有个新的天然气锅炉,使用崂应的3012 H-D仪器,检测二氧化硫5000+,这个是不是考虑有CO影响?CO值在多少会对二氧化硫产生影响?

定单位电解法由于交叉干扰,比如CO对二氧化硫的正干扰、二氧化氮对二氧化硫的负干扰等问题都存在。仪器在选配了相应的传感器会对干扰进行补偿,但不会完全消除。因受每个传感器自身的特性和各个工况干扰气体浓度的大小不一样,有可能补偿不够或补偿过了,造成所测试的各种气体浓度偏离真值。这是定点位电解法传感器目前的弊端。

由于现在大部分燃煤锅炉都改造成燃气锅炉,会出现燃气锅炉燃烧不充分,而产生一氧化碳,如果现场监测仪器没配置一氧化碳传感器,那仪器显示的二氧化硫浓度会较高或很高,影响监测结果,建议在用的定点位电解法仪器加装一氧化碳传感器,消除一氧化碳对二氧化硫的正干扰影响,防止被检单位说:我没烧煤怎么会产生那么高的二氧化硫?

要完全消除这种交叉干扰的问题,最好的方法是用光学仪器,因光学仪器是用光的波段来判断烟气成分的大小,不会存在交叉干扰的问题,测试的结果是比较准确的。用光学仪器测烟气成分,目前国标是非分散红外法,山东省根据目前检测的瓶颈而领先于国标的紫外差分法。

在目前光学仪器测污染源的有毒气体:二硫、一氮、二氮,针对红外(简称)和紫外(简称)都比定点位电解法测得更准确。因为国标中定点位电解法的检出限是15mg,而光学仪器的检出限是1mg。

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