固定污染源废气监测过程中风量的衰减
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作者:史灵辉
摘要：固定源废气流量作为污染物排放速率计算的关键参數，因此准确测定尤为重要。而监测过程中的遇到废气流量衰减问题，给数据审核和监督管理带来一定的困难，本文主要通过理论分析介绍了几种前期解决措施以供参考。
关键词：固定源废气;废气流量;风量衰减
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）06-0-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.06.091
Analysis on the attenuation of air volume in the process of monitoring exhaust gas from fixed pollution sources
Shi Linghui
（Shaanxi Zexi Testing Service Co.，Ltd.，Xi’an Shaanxi 710100，China）
Abstract：As the key parameter of pollutant emission rate calculation，the flow rate of fixed source exhaust gas is very important.However，the problem of exhaust gas flow attenuation in the process of monitoring brings some difficulties to data audit and supervision management.This paper mainly introduces several preliminary solutions for reference.
Key words：Fixed source waste gas;Waste gas flow;Air volume attenuation
固定源监测过程中经常会遇到废气流量和额定风机风量出入较大或者严重超出合理范围内，甚至环保设备前后风量相差较大等风量问题，这些问题严重影响了数据的准确性，给数据审核和监督管理带来一定的困难。文献资料对于废气量监测过程中出现的问题涉及较少，本文主要就环境监测过程中废气流量（以下简称废气量）变化问题做一简单探讨。
1 废气量的影响因素
根据环境监测相关技术规范可知，固定源废气监测一般用S型皮托管的测量方法来测量排气参数，工况下废气量计算公式如下：
Q=Vs×F×3600 （1）
式中：Q——实测废气量，m3/h;
Vs——实测废气流速，m/s;
F——测点烟道截面积，m2。
Vs=KP×√（2Pd/Ps） （2）
式中：KP——皮托管修正系数，S型皮托管修正系数一般为0.84±0.01;
Pd——排气动压，Pa;
Ps——排气静压，Pa。
由以上公式可以看出，理论废气量主要与排气的动静压有直接关系，因此废气量的变化主要是集中在压力的变化上。
2 监测过程中存在的问题
（1）实测废气量与额定风量不符，一般超出风机额定风量范围。
（2）环保设施前后废气量相差大于10%，导致污染物去除效率计算失真。
3 浅析产生原因
在保证手动监测设备正常的情况下，污染企业废气量变化较大的原因可能是由以下几方面因素导致的，具体情况还需要具体分析。
（1）监测点位设置不合理，监测点如果设置在湍流区那极有可能导致测量结果不准确，没有代表性，出现废气量急剧变化的可能。
（2）企业所选风机不能满足实际运行需要，风机的安装位置对废气量也有一定的影响。
（3）排气管线布局不合理，冗余太多，变径、弯头、三通太多。
（4）净化设备前后监测孔距离太远。
（5）净化设备选型不合理。
4 废气量衰减理论分析
废气量主要是由风机来提供的，通过排气管道来输送到大气环境。本次主要以风机本身的风量衰减和管道系统本身的风量衰减为主要分析对象来对排气管道风量变化做一简单探讨。
4.1 风机本身风量的衰减分析
根据风机压力计算公式，风机的压力与风机的转速、直径和空气密度有关：
（3）
式中：P1——为标准状态下的风机压力（Pa）;
n1——为标准状态下的风机转速（r/min）;
ρ1——为标准状态下的空气密度（kg/m3）;
P2——为温度变化后的风机运行压力（Pa）;
n1——温度变化后风机的转速（r/min）;
ρ1——为温度变化后的空气密度（kg/m3）;
d1——为标准状态下风机的直径（m）;
d2——为温度变化后风机的直径（m）。
对于同一台且转速相同风机而言，应该有d1=d2，联系气体状态方程及查阅文献可知，风量越小且全压越大的风机，温度变化越大，风量的变化越大，因此风机本身风量的衰减与温度变化较大。
4.2 管道系统风量变化分析
4.2.1 管道的沿管摩擦阻力
根据流体力学原理，空气在管道内流动时，单位长度管道的摩擦阻力按下式计算：
（4）
式中：Rm——单位长度摩擦阻力，Pa/m;
ν——风管内空气的平均流速，m/s;
ρ——空气的密度，kg/m3; λ——摩擦阻力系数;
Rs——風管的水力半径，m。
由上式可知，在管道一定的情况下，摩擦阻力的大小与气体的流速的二次方成正比，而流速又与压力有一定的关系。
4.2.2 管道局部阻力
为适应多变的布局，企业排气管道经常会安装弯头、三通等配件。气体经过这类配件时，由于边壁或流量的改变，引起了流速的大小、方向或分布的变化，由此产生的能量损失，称为局部损失，也称局部阻力。局部阻力主要可分为两类：（1）流量不改变时产生的局部阻力，如空气通过弯头、渐扩管、渐缩管等;（2）流量改变时所产生的局部阻力，如空气通过三通等。局部阻力可按下式计算：
（5）
式中：Z——局部阻力，Pa;
ξ——局部阻力系数;
υ——气体平均流速，m/s;
ρ—空气密度，kg/m3。
上式表明，局部阻力与气体平均流速的平方成正比，当材料、配件数量一定的情况下局部阻力系数通常都是通过实验确定的常数。
4.2.3 其他阻力
（1）污染企业必须加装净化设备，因此必须考虑净化设备的安装带来的风量损失。由于企业类型不同，净化设备的类型也不尽相同，引进的阻力也不相同，可依净化设备前后实际测量的压力差为依据来判定，本文不再详述。
（2）生态环境标准对于污染源的排气筒高度有明确要求，而企业排气管道实际安装过程中不能保证百分百不漏气，因此难免在实际运行过程中存在管道漏风影响，该处应考虑5%～10%直接压力损失。
5 建议
综上分析可知，固定源排气管线中的废气量损失来自四方面，即风机本身、沿管阻力、局部阻力、其他阻力，其内在表现主要集中在排气管线中压力的间接损失和直接损失上，要全面准确的解决该问题，需从以下几个方面考虑：（1）风机的选型时需要充分考虑企业的实际情况，计算相关阻力，设计压力时要有一定的余量，以满足压力损失所带来的风量衰减;（2）排气管道的设计是否合理，尽量减少冗余的管道和配件，以减小摩擦阻力和局部阻力带来压力损失;（3）监测孔设置的合理性也是导致废气量失真的一种重要因素，因此在设置监测孔时一定要考虑在满足监测规范的同时是否合理有效，使误差尽可能降到最低;（4）选用合适的管线材料，对排气管线的连接处进行密封，尽可能地减少直接压力的损失。
参考文献
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[5]陈海宁，潘李奎，余桢，等.空调离心式风机风量衰减分析[J].制冷与空调，2017（3）：32-34.
收稿日期：2020-05-07
作者简介：史灵辉（1990-），男，汉族，本科学历，助理工程师，研究方向为环境监测与管理。
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