黃 科

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

1 引言

隨著動壓平衡采樣技術(shù)在煙塵采樣中的應(yīng)用，微電腦煙塵采樣儀(動壓平衡煙塵采樣儀)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域得到了廣泛的推廣。貴溪冶煉廠環(huán)境監(jiān)測站采用該技術(shù)進(jìn)行煙塵采樣多年，從2008年開始購進(jìn)一批TH8804型微電腦煙塵采樣儀，該儀器為主機與泵分離結(jié)構(gòu)，具有抽力大、奈腐蝕、響應(yīng)時間短等優(yōu)點。儀器通過微電腦程序跟蹤控制抽氣體積，實時保證等速采樣的進(jìn)行，有效避免了人工調(diào)節(jié)氣體流量的誤差，可以最大程度的提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。但是在幾年的應(yīng)用中流量故障是該儀器的主要問題，流量故障將導(dǎo)致采樣體積不受控制，使等速采樣無法進(jìn)行，最終影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本文對該設(shè)備的流量故障原因進(jìn)行分析并提出解決方案。

2 微電腦煙塵采樣儀介紹

2.1 設(shè)備組成

微電腦煙塵采樣儀由溫度測量系統(tǒng)、壓力測量系統(tǒng)、氣體采樣系統(tǒng)、微電腦數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和抽力系統(tǒng)組成［1］。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 微電腦煙塵采樣儀結(jié)構(gòu)圖

2.2 設(shè)備原理

動壓平衡等速采樣［2］是指進(jìn)入采樣嘴的氣體流速與煙道里煙氣流速保持相等的采樣過程。微電腦煙塵采樣儀的微處理測控系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器檢測到的靜壓、動壓、溫度及含濕量等參數(shù)，計算出煙氣流速，通過選擇采樣嘴直徑，控制電路調(diào)整抽氣泵的抽氣流量，達(dá)到控制進(jìn)氣口氣流速度的目的，從而保證了煙塵自動等速采樣。儀器工作原理以下列四個公式為基礎(chǔ)。

(1)煙氣靜壓計算公式:Ps=P-Pd×Kp×Kp式中Ps為煙氣靜壓，P為全壓，Pd為煙氣動壓，兩個參數(shù)都由圖1中部件5測得;式中Kp為S皮托管系數(shù)，數(shù)值為0.84。

3 微電腦煙塵采樣儀常見流量故障

微電腦煙塵采樣儀的采樣過程主要包括氣路連接、氣密性檢驗、煙塵采樣三部分，期間常見流量故障主要包括采氣顯示流量過低、采氣顯示流量過高、采氣顯示流量不穩(wěn)定三種類型，每種類型又有幾種不同的情況，以下將進(jìn)行逐一說明。

3.1 采氣顯示流量過低

這類故障主要出現(xiàn)在氣密性檢驗階段，以8號采樣嘴為例，儀器內(nèi)部整體氣路無漏氣的情況的下設(shè)置采氣流量為30L/min進(jìn)行測試，實際采氣流量達(dá)不到30L/min。在這種類型可能出現(xiàn)以下兩種現(xiàn)象:

(1)顯示流量小于30L/min，流量計前壓力顯示為8Kpa～42Kpa之間。

(2)顯示流量小于30L/min，跟蹤率不在0.9～1.1［4］之間。

微電腦煙塵采樣儀采設(shè)計采氣流量的范圍為5L/min～60L/min，30L/min為《煙氣采樣器技術(shù)條件》中規(guī)定的流量穩(wěn)定性測試流量。氣密性檢驗是在連接好設(shè)備并裝上干凈濾筒后以30L/min的流量抽潔凈空氣，流量計前壓力正常采樣情況下在7±1Kpa之間。表1為用8號采樣嘴多次試驗比對得出的各種流量下測試的流量計前壓力經(jīng)驗值。流量計前壓力由圖1中六號部件測得，儀器的流量計前壓力測量范圍為0～42Kpa［5］。流量計前壓力是流量計前端氣路阻力的一個判斷數(shù)值，當(dāng)顯示值大于正常范圍時，說明流量計(流量傳感器)前端的氣路出現(xiàn)堵塞。跟蹤率是進(jìn)入采樣嘴的氣體流速與煙道里煙氣流速的比值，是判斷等速采樣能力的一個重要指標(biāo)，正常情況在0.9～1.1之間。

表1 幾種流量下流量計前壓力經(jīng)驗值

現(xiàn)象 (1)說明流量計前端的氣路出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致流量計前壓力顯示偏高。排除方法為，在儀器運行的情況下對流量計前端氣路逐段進(jìn)行排查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某段管路連接上以后流量計前壓力顯示值有明顯升高時，可確定該段管路為故障點，將其更換后若流量計前壓力顯示值和流量顯示值恢復(fù)正常，故障排除。

現(xiàn)象(2)流量計前壓力顯示值正常，說明流量計前端氣正常，由于采氣流量偏低導(dǎo)致跟蹤率小于0.9，可判斷故障點在流量計后到真空泵之間。首先確認(rèn)真空泵抽氣量是否達(dá)到設(shè)計要求，設(shè)計要求真空泵的最大抽力不小于60L/min。取一個量程為60L/min的轉(zhuǎn)子流量計接在真空泵進(jìn)氣口，若流量計顯示最大值小于60L/min，說明是真空泵抽力不夠?qū)е碌墓收?，對真空泵進(jìn)行維修后方可將故障排除。若流量計顯示最大值大于60L/min，說明流量計出口到真空泵進(jìn)口之間的管路出現(xiàn)堵塞或者漏氣。在泵開啟的情況下對各段管路逐一排查，注意流量顯示值，當(dāng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致流量值明顯下降的管路時將其更換，更換后若流量顯示正常，故障排除。

3.2 采氣顯示流量過高

這類故障常出現(xiàn)在氣密性檢驗和煙塵采樣過程中，設(shè)置采氣流量為30L/min并裝好濾筒進(jìn)行測試，期間采氣顯示流量過高這種故障類型常見情況有以下兩種現(xiàn)象:

(1)儀器剛啟動，采氣流量由低迅速升至60L/min后流量不再下降，或者開機流量直接顯示為60L/min，跟蹤率大于1.1。

(2)儀器剛啟動，采氣流量直接顯示為60L/min，流量計前壓力大于8Kpa，跟蹤率大于1.1。

儀器的流量控制是通過流量控制模塊完成的，流量控制模塊由控制電路板、電磁馬達(dá)和流量閥組成。控制電路板通過控制電磁馬達(dá)的轉(zhuǎn)動方向來控制流量閥的開啟和關(guān)閉。

現(xiàn)象(1)的原因有兩種，一種是由于位于控制電路板上的SDN-401模塊損壞，導(dǎo)致電磁馬達(dá)雙向流量控制失靈，這時電磁馬達(dá)只向閥開啟的方向轉(zhuǎn)動，這種情況更換SDN-401模塊便可使故障排除;另一種是由于電磁馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動，使閥栓被打到最大開啟位置，導(dǎo)致流量達(dá)到最大值。這種情況可能為控制電路板故障或者電磁馬達(dá)故障所致，在確定故障部位后將其更換便可使流量恢復(fù)正常。

圖2 進(jìn)嘴剖面圖

圖3 進(jìn)嘴俯視圖

儀器進(jìn)氣口為直徑1cm的圓形鋼管(圖2)，氣體流量計(流量傳感器)位于儀器進(jìn)氣口溫度傳感器下端。在流量控制模塊正常的情況下若出現(xiàn)流量計前壓力偏大，再去除進(jìn)氣口前所有連接管路后流量計前壓力仍偏大，則說明進(jìn)氣口內(nèi)被異物堵塞，常見異物為硅膠?，F(xiàn)象(2)由于硅膠在進(jìn)氣管內(nèi)會導(dǎo)致該處的截面積變小(圖3)，在采樣流量不變的情況下，截面積變小會導(dǎo)致進(jìn)氣口內(nèi)流速增加和流量計前壓力增大，因此氣體流量計感應(yīng)到的流量變大。該情況下只需將堵塞異物取出，儀器顯示值便恢復(fù)正常。

3.3 采樣顯示流量不穩(wěn)定

在設(shè)置采氣流量為30L/min并裝好濾筒進(jìn)行測試的情況下，采樣顯示流量不穩(wěn)定這種故障類型常見的現(xiàn)象有:

(1)采氣顯示流量不能穩(wěn)定在30L/min，圍繞設(shè)置值做等值上下跳動，有一定的規(guī)律，但跟蹤率不在0.9～1.1之間。

(2)采氣顯示流量跳動過大，無規(guī)律，跟蹤率不在0.9～1.1之間且變化過大。

圖4 流量閥剖面圖

圖5 正常閥嘴和腐蝕閥嘴剖面圖

流量閥(圖4)是通過控制閥栓在閥嘴中的進(jìn)出來調(diào)節(jié)兩部件之間的間隙大小，從而達(dá)到控制流量的作用。在閥嘴完好的情況下(圖5)，流量的大小與閥栓在閥嘴中的深淺程度呈正比關(guān)系，因此能準(zhǔn)確的控制流量。但閥嘴易被腐蝕，在設(shè)備使用一段時間后，閥嘴內(nèi)部會出現(xiàn)不規(guī)則的腐蝕(圖5)，會使流量與兩部件的位置無法成線性關(guān)系，導(dǎo)致不能準(zhǔn)確的控制流量，從而出現(xiàn)現(xiàn)象(1)這種情況。解決此故障可以請生產(chǎn)廠家直接換一個新的閥嘴，但是由于材質(zhì)原因，使用幾個月后又會出現(xiàn)同樣的故障。為解決這個問題，嘗試使用幾種材料自行加工閥嘴并裝配使用，通過對比后發(fā)現(xiàn)用四氟乙烯加工的閥嘴不會被腐蝕。經(jīng)過兩年的檢驗，裝配過此種閥嘴的流量閥沒有再出現(xiàn)類似故障。

現(xiàn)象(2)出現(xiàn)的顯示流量無規(guī)律跳動，這種情況多數(shù)是出現(xiàn)在設(shè)置不符合監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［6］要求的采樣點，因監(jiān)測管段的氣流不斷改變方向，流速不穩(wěn)定，波動過大。微電腦煙塵采樣儀的響應(yīng)速度無法跟上氣流的改變，導(dǎo)致跟蹤率不在0.9～1.1之間且波動過大。要解決此類故障應(yīng)該按照監(jiān)測技術(shù)規(guī)范的要求重新選擇合適管段進(jìn)行監(jiān)測。例如2009年以前貴冶干燥電收塵出口的取樣點選擇不符合監(jiān)測技術(shù)規(guī)范的要求，儀器經(jīng)常出現(xiàn)現(xiàn)象(2)的故障，在從新選擇合適管段以后該現(xiàn)象沒有再才出現(xiàn)，以下是取樣點改造前后的設(shè)備跟蹤率對比數(shù)據(jù)見表2。

表2 貴冶干燥電收塵監(jiān)測點變更前后設(shè)備跟蹤率對比

4 結(jié)語

以上幾種情況是微電腦煙塵采樣儀最常見的流量故障，通過本文采取的措施基本能解決遇到的流量故障。在戶外監(jiān)測現(xiàn)場，儀器隨時都可能發(fā)生各種故障，只有了解儀器的結(jié)構(gòu)，熟悉各種故障的特點，才能夠幫助監(jiān)測人員準(zhǔn)確的找到故障原因，快速的解決故障，同時也保障了環(huán)境監(jiān)測工作的順利開展和數(shù)據(jù)質(zhì)量的準(zhǔn)確。

［1］國家環(huán)境保護(hù)總局編.空氣和廢氣監(jiān)測分析方法［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2003.353-354.

［2］奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境監(jiān)測［M］.北京:高等教育出版社，2004.7.

［3］HJ/T 48-1999，煙塵采樣器技術(shù)條件［S］.

［4］HJ/T 373-2007，固定源監(jiān)測質(zhì)量保證與控制技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］TH-8805型微電腦煙塵平行采樣儀使用說明書［K］.武漢市天虹儀表有限公司.

［6］HJ/T 397-2007，固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范［S］.