北方地区固定污染源烟气流速监测分析_夏嵩.pdf

2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT北方地区固定污染源烟气流速监测分析北方地区固定污染源烟气流速监测分析夏嵩1,21.大庆油田有限责任公司黑龙江大庆 1637122.中国石油集团安全环保技术研究院有限公司北京 102200摘要:污染源烟气流速是石油石化行业气体污染物监测的一项重要指标,对采用皮托管流速仪实际检测时流量突降、甚至归零的情况进行了分析。认为冬季气温较低,烟气与环境空气气流交汇,水汽液化形成小水珠甚至冻结成冰,堵塞金属管测头,导致实测异常,为此提出了相应的保护措施。此项研究有利于保障东北、西北地区固定污染源烟气流速监测工作的开展。关键词:固定污染源;烟气流速;监测;皮托管;冬季作者简介:夏嵩,男,大学本科学历,2010 年毕业于中南林业科技大学地理信息系统专业,工程师,目前从事环保工作。通讯地址:北京市昌平区沙河镇中国石油科技园区 A12 地块 A 座。当前,污染源在线监测数据已广泛应用于排污许可证申领、污染物减排、环境监督管理等领域,关系到排污企业排污税费缴纳和环保部门排污总量控制。流速或流量测量仪是烟气排放连续监测系统的重要组成部分,烟气流速和流量成正相关关系,流速越快,流量越大。因此,作为污染物排放速率和排放量的重要参数,固定污染源烟气流量计的运行状态至关重要。石油石化行业污染源类型较多,烟道气体具有高温、高湿、颗粒杂质较多等特点,在冬季测量烟道气体流量时,要尽量避免生产负荷和环境不确定性带来的干扰。在日常在线监测系统运行维护工作中,皮托管流速仪出现流速较为常见的异常现象即冬季低温导致的流速归零。本文以某石油石化企业为例,按照冬季环境温度划分出东北、西北、华北以及长江以南地区,分析烟气流速监测中冬季保温措施的必要性,提出避免流速异常的建议。1烟气流量测量原理按照测量原理区分,目前市场上应用比较广泛的烟气流速仪表有皮托管流速仪表、热式气体流量仪、热线风速仪以及超声流量仪。因皮托管流速仪价格低、易损件更换便捷、易于维护等优点,使其占有石油石化企业在线监测设备市场90%以上的份额。工业中常用于烟道气体流速测量的皮托管分为 L 型皮托管和 S 型皮托管,见图 1 和图 2。L 形皮托管也称作标准皮托管,为一直角折弯的金属管,头部形状有半圆形锥形或椭圆形,直角的一端为测头,另一端为支杆,测头端开两孔分别为总压孔和静压孔,支杆内部有定向空心杆,用于将测头开口与微压计连接;S 形皮托管是由 2 根外形完全相同的空心金属管背向焊接而成,2 根金属管测头部分向 2 个方向开孔,开孔截面平行1-2。1.总压孔;2.总压管;3.静压管;4.静压孔;5.测头;6.支杆;7.静压接头;8.总压接头;9.定向杆。图 1L 形皮托管图 2S 形皮托管16 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT进行气体流速测量时,朝向气体来流方向压力记为总压,背向气体来流方向压力记为静压孔。将皮托管的尾端与微压计相连,基于差压式流量测量原理测量烟道点的流速,当流体流经节流件时,在其两侧产生差压,而这一差压与流量的平方成正比3-4。应用伯努利方程,可推得流体中某点的流与差压关系,见式(1)。=K2P(1)式(1)中:P 微压计测得的总压孔与静压孔的差压,Pa;流体密度,kg/m3;K 皮托管系数,无量纲;v 当前管道皮托管处的气体流速,m/s。将皮托管压力变送器数据传入 CEMS 数据采集系统,该系统也同时采集温度、压力、湿度变送器输 入 的 温 度、压 力、湿 度 信 号,系 统 对 信 号 进行处理,然后由数据处理单元根据设置的流速计算公式计算并显示当前流速。2皮托管法流速监测影响因素由测量原理可知,压差可直接影响流速监测准确性。冬季气温较低,烟气与环境空气气流交汇,水汽液化形成小水珠甚至冻结成冰,堵塞皮托管管状金属测头,导致实测压差测量异常。以黑龙江省某燃煤电厂烟囱外排口为例,如图 3 所示。2023 年1 月 8 日至 1 月 18 日期间出现了 4 次流量突降甚至归零的情况,当地气温均为零下 10 以下。作为对比,对 2022 年 6 月至 8 月期间(夏季)流量监测数据进行了统计,结果见图 4。该监测点在夏季监测数据较平稳,数据未出现突降或者归零的情况,这也侧面验证了冬季皮托管存在低温导致的测值异常问题。图 3S 形皮托管监测流量与温度变化图图 4夏季测试数据图3流量计运行情况分析石油石化行业烟气污染源主要为催化裂化装置外排烟气、硫磺回收装置外排烟气、锅炉外排烟气、加热炉外排烟气,不同生产工艺配备的尾气处理设施与外排气烟温均有差异。参考中石油26 2023 年第 5 期CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT石化企业分布区域、冬季气温情况,将监测点划分为 4 个片区,分别为东北地区、西北地区、华北地区和长江以南地区。在以上 4 个片区分别选择一定数量的已配备皮托管流速在线监测仪的设备进行了流量异常监测情况分析。在 4 个片区共选取监测点 50 个(其中:硫磺监测点 4 个、催化监测点4 个、锅炉监测点 20 个、加热炉监测点 22 个),查阅每个监测点的运行维护记录,选取年度温度较低的 时 段(2022.12.12023.2.13)进 行 异 常点和异常次数统计,结果分别见表 1、表 2。表 1流量异常监测点数统计表单位:个区域硫磺催化锅炉加热炉总计东北地区1191122西北地区108918华北地区00123长江以南00000表 2流量异常次数统计表单位:次区域硫磺催化锅炉加热炉总计东北地区11141632西北地区10121225华北地区00145长江以南00000通过表 1 和表 2 数据可知,对于出现异常的监测点,东北地区 22 个异常监测点出现了共计 32 次流量异常,西北地区 18 个异常监测点出现了 25 次流量异常,华北地区 3 个异常监测点出现了 5 次异常,长江以南地区无监测点出现流量异常。以上结果表明,东北和西北地区容易出现冬季流量异常情况,应提前做好保温措施;华北地区偶尔会出现流量异常情况,长江以南地区不易出现流量异常情况。4建议(1)冬季风雪较大地区的企业,可以在采样平台 搭 建 简 易 站 房。按 照 固 定 污 染 源 烟 气(SO2、NOX、颗粒物)排放连续监测技术规范(HJ 752017)7.1.1.7 中要求:“采样或监测平台长度应2 m,宽度应2 m 或不小于采样枪长度外延1 m”;固定污染源自动监控(监测)系统现场端建设技术规范(T/CAPI 112017)要求:“监测设备采样孔距平台底面距离应在 0.5 m 1.3 m 之间”。根据上述标准,结合采样平台实际的长度、宽度和采样孔高度,可根据平台走向建造规格为4 m 2 m 2 m 的 采 样 平 台 简 易 站 房(长 方 形 或 圆弧形),搭建范围应包含粉尘仪监测设备及其电力设施。现场搭建的采样平台简易站房如图 5 所示,经实测,该站房可保证在室外-30 的低温气候时,房内温度仍可在-10 以上。图 5简易站房现场图(2)降温期间,加强 4 20 mA 电流信号检查。一般来说,低温会导致电子设备输出信号发生漂移或电子设备停止工作。烟气流速监测数据是通过模拟信号传输至工控机进行存储的,考虑系统中电子元件在环境温度变化期间可能无法保持稳定工作,产生的 4 20 mA 电流信号发生异常波动,影响监测结果,可采用万用表法对其进行检测和校核,并在低温时适当增加检测频次,以及时发现故障和实施修复。(3)冬季来临前,应提前做好管线保温工作。东北地区和西北地区时常有秋季突然降温的案例,黑龙江地区有过“十一”期间气温直降至-18 的记录。因此,运维单位应提前做好冬季保温计划,保温材料可根据实际情况选择聚氨酯泡沫塑料、聚丙乙烯泡沫塑料、泡沫石棉、泡沫玻璃等,采用粘贴法、绑扎法和涂抹法进行保温结构施工。参考文献1 武洁,赵全中,李浩杰.某地区火电厂环保系统烟气流 量 计 运 行 情 况 调 研 J.设 备 管 理 与 维 修,2019,40(19):160-162.2 宋敬虎.烟气 CEMS 在炼化企业应用过程中存在问题探讨 J.石 油 化 工 安 全 环 保 技 术,2020,36(3):63-66.3 毕晓霖.伯努利原理及其应用 J.中学物理教学参考,2020,49(10):61-63.4 许淑惠.流 体 力 学 M .中 国 建 材 工 业 出 版社,2013.36