CN109709274A - 一种氮气动态配气法抽查系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对烟气在线监测系统进行远程抽查、监控的自动抽查系统，属于环保监测技术领域。本发明包括零气供应装置、一组以上的标气供应装置、三通阀以及配气装置和储气装置，所述零气供应装置包括氮气瓶，所述氮气瓶的输出端依次通过第一减压阀、第一单向阀、第一电磁阀与三通阀的第一端口相连通，所述标气供应装置包括标气瓶，所述标气瓶的输出端依次通过第二减压阀、第二单向阀、第二电磁阀与三通阀的第一端口相连通，所述配气装置包括配气水箱以及量筒，所述量筒内设置有液位计，所述储气装置包括储气水箱，所述储气水箱内液体区域内设置有气囊限位装置。本发明标气不必频繁更换、标气用量大幅度减小且标气浓度可在0~QB间随意设定，使抽查浓度无规律可循，真正实现随机抽查。

Description

一种氮气动态配气法抽查系统

技术领域

本发明涉及一种对烟气在线监测系统进行远程抽查、监控的自动抽查系统，属于环保监测技术领域。

背景技术

环保主管部门为了监控污染源企业，通常在污染源企业安装烟气在线监测系统（简称CEMS，即Continuous Emission Monitoring System 的缩写），CEMS 包括烟气预处理子系统，烟气监测子系统和数据处理与通信子系统；

烟气监测子系统完成气态污染物监测、颗粒物检测和烟气参数监测。气态污染物监测主要用于监测气态污染物SO2、NOX 等的浓度和排放量；颗粒物检测主要用来测烟尘的浓度和排放总量；烟气参数监测主要用来测量烟气流速、烟气温度、烟气压力、烟气含氧量、烟气湿度等，用于排放总量的计算和相关浓度的折算；数据采集处理与通信子系统由数据采集器和计算机构成，实时采集各项参数，生成各浓度值对应的干基、湿基及折算浓度，生成日、月、年的累积排放量，完成丢失数据的补偿并将报表实时传输到环保主管部门。

污染源企业为了隐瞒排污的真实情况，往往通过作弊手段在CEMS上动手脚，是CEMS上传的排污量数据不超标，从而逃避环保主管部门的检查和处罚。

针对上述问题，公开号CN 104237473A的专利给出解决方案，但其所提方案中的标气为静态浓度的气体，如此衍生出如下问题：

1） 标气更换不便；因标气浓度在购买标气瓶时已经设定，如果排污厂家所装的CEMS参数或者排放标准发生变化，需要重新设定抽查参数时，则必须到现场更换标气瓶；

2） 标气使用量大；在标气未过期的情况下，标气使用的时长主要与气瓶容量有关；

3） 标气使用不便；在气瓶未更换的情况下，环保部门只能使用标气所规定的浓度进行抽查，随机性不大；且排污厂家在得知标气浓度后，完全可以修正已经篡改参数的CEMS参数，使其在标气浓度值附近输出真实值，如此便降低了执法的效率。

本发明解决上述技术问题采用技术方案如下：

本发明包括零气供应装置、一组以上的标气供应装置、三通阀以及配气装置和储气装置，

所述零气供应装置包括氮气瓶，所述氮气瓶的输出端依次通过第一减压阀、第一单向阀、第一电磁阀与三通阀的第一端口相连通，

所述标气供应装置包括标气瓶，所述标气瓶的输出端依次通过第二减压阀、第二单向阀、第二电磁阀与三通阀的第一端口相连通，

所述配气装置包括配气水箱以及量筒，所述量筒内设置有液位计，所述配气水箱与量筒底端相连通，所述配气水箱与三通阀的第二端口相连通，

所述储气装置包括储气水箱，所述储气水箱内液体区域内设置有气囊限位装置，所述储气水箱的两侧分别设置有出气端和进气端，所述储气水箱的进气端与三通阀的第三端口相连通，所述储气水箱的出气端分别与标气输出口以及排空口相连通，所述储气水箱的出气端与标气输出口之间设置有第三电磁阀，所述储气水箱的出气端与排空口之间设置有第四电磁阀。

所述氮气瓶的输出端设置有第一压力传感器，所述标气瓶的输出端设置有第二压力传感器。

所述气囊限位装置为隔板。

所述气囊限位装置为粘接剂，所述粘接剂设置于储气水箱内壁上。

本发明的积极效果如下：

（1） 标气不必频繁更换；不用再因排污厂家的原因去现场更换气瓶；

（2） 标气用量大幅度减小；因基准标气浓度（设定为：QB）为所需标气浓度的十几倍甚至几十倍，在使用环境相同的情况下，其用量也会成比例的减小；

（3） 标气浓度可在0~QB间随意设定，使抽查浓度无规律可循，真正实现随机抽查。

附图说明

附图1为本发明的结构框图。

具体实施方式

如附图1所述，本发明采用两瓶高浓度的污染物气体作为实施例，

本发明包括零气供应装置1、一组以上的标气供应装置2、三通阀3以及配气装置4和储气装置5，

所述零气供应装置1包括氮气瓶1-1，所述氮气瓶1-1的输出端依次通过第一减压阀1-3、第一单向阀1-4、第一电磁阀1-5与三通阀3的第一端口相连通，

所述标气供应装置2包括标气瓶2-1，所述标气瓶2-1的输出端依次通过第二减压阀2-3、第二单向阀2-4、第二电磁阀2-5与三通阀3的第一端口相连通，

所述配气装置4包括配气水箱4-1以及量筒4-2，所述量筒4-2内设置有液位计4-3，所述配气水箱4-1与量筒4-2底端相连通，所述配气水箱4-1与三通阀3的第二端口相连通，

所述储气装置5包括储气水箱5-1，所述储气水箱5-1内液体区域内设置有气囊限位装置，所述储气水箱5-1的两侧分别设置有出气端和进气端，所述储气水箱5-1的进气端与三通阀3的第三端口相连通，所述储气水箱5-1的出气端分别与标气输出口5-3以及排空口5-4相连通，所述储气水箱5-1的出气端与标气输出口5-3之间设置有第三电磁阀5-2，所述储气水箱5-1的出气端与排空口5-5之间设置有第四电磁阀5-4。

所述氮气瓶1-1的输出端设置有第一压力传感器1-2，所述标气瓶2-1的输出端设置有第二压力传感器2-2。

所述气囊限位装置为隔板5-2或设置于储气水箱5-1内壁上的粘接剂。

所述储气水箱（储气水箱里面固定一个气囊），分别为配气箱A和配气箱B，其中配气箱A用于配气，其应为密闭形式，留有一个气路接口和一个水路接口；储气箱B用于储气，其为半封闭形式，留有两个气路接口和储气箱B的气体容量应比储气水箱A大；

所述量筒，其容量应不小于2L，底部留有接口，形状要求规则圆柱体或者长方体，细长型为佳；

所述液位计，该液位计应能够输出4~20mA信号，能够置于量筒内，且不影响量筒的均匀度；

所述微型真空泵，要求输出压力至少为1.2Bar（能够支撑2米水柱）；

所述空气过滤装置，能够过滤空气中的水分和粉尘。

其电路部分与专利公开号CN104237473 A的专利实质相同。

本发明的工作原理如下：

配气水箱的水路接口与量筒的接口连接，气路接口与三通电磁阀的公共口连接，三通阀的常闭口为进气口，常开口为放气口。当气囊充气时，气囊膨胀，将配气水箱内的水挤压至量筒内，因量筒是规则的圆柱体或长方体，故储气水箱内气体的体积与量筒内的液位成正比，且所计算的气体的体积仅与量筒的均匀度和液位计的精度有关。因流体在受到压力灌装入容器时，会形成涡流，可利用此效应实现不同流体的混匀。充气完毕后，可切换三通阀，配气水箱内的气体会被量筒内的液体挤压到储气水箱内，在这个过程中，流体会进行第二次混匀。储气水箱内的气体会被储气水箱内的水挤压，通过口排出，经过标气控制器，到达CEMS的进气口。

基于上述工作过程，产品精准度主要受量筒的均匀度、液位计的精度以及水的压力几方面有关：

1) 量筒的均匀度；除选择均匀度好的量筒外，还可以通过分段校准来降低均匀度带来的影响；

2) 液位计的精度；因本方案是依靠液位的高度来控制通气量的，故液位计的精度及灵敏度对浓度的影响是最大的，在精度和灵敏度已经是最优的情况下，灵敏度可以通过程序进行校正，而精度带来的影响可通过下式计算：

设定液位计的精度为Jmm，配气前后的液位差为Hmm，标气液位差为Hb mm，稀释倍数为XB，则最大误差发生在通标气时走了正偏差，而通零气时走了负偏差，这时总高度差依然是H，而真实的浓度变成了：

Nz=(Hb+J)/H; （5-1）

理论浓度应为：

Nl=Hb/H; （5-2）

标气浓度偏差为：

Pb=(Nz-Nl)/Nl=Nz/Nl-1=(Hb+J)/Hb-1=J/Hb; （5-3）

由此可见，精度还与标气量的映射液位差Hb有关，而Hb与稀释倍数XB、量筒截面积S成反比，因此浓度偏差Pb与XB、S成正比，故要求：量筒以细长型为佳，稀释倍数不能太大；假定稀释倍数为10，配气前后的液位差为500mm，则：

Pb=J/50; （5-3）

即：每增加1mm偏差，将会带来2%的误差。而受设备体积的限制，500mm的液位差已经接近极限了，且液位差越大，液体压力造成的误差也会越大。为了保证线性区间尽可能的大，故要求：液位计的精度必须在1mm以内；

3) 水的压力：以标准大气压对应10米高的水柱计算，500mm的液位差大约相当于0.05个大气压。

配气流程是先通标气，后通零气，通标气时水压低，通零气时水压高。故水压理论上会造成负偏差，因水位的变化量可测，故该偏差可用程序进行修正；

修正依据：根据理想气体状态方程pV=nRT，压强与体积成反比。

在本例中，气体的体积是用量筒来衡量的，故气体状态方程演变如下：

pHS=nRT；

pH=nRT/s；

进一步的，因配气过程一般小于一分钟，在这个过程中温度可以认为是不变的，而且标气中主要成分是氮气，而零气也采用氮气的话，nRT/s就可以看做一个常数C，则压强与液位差的关系如下：

pH=C;

设定通标气前后的液位差为HCs，气囊承受的压强为Ps。在通零气时，液位继续升高，气囊承受的压强越来越大，也就是说其内标气的体积在逐渐减小，其在通完零气后的折算高度可按照下式计算：

HCr*Pr=HCs*Ps

即：HCr*（Ps+HCa/10000）=HCs*Ps

故：Hr=HCs*Ps/（Ps+HCa/10000）

上式中，HCa为计算的零气的液位差，假设标气的稀释倍数为X，则；

(HCa+Hr)/Hr=X

即：HCa/Hr=X-1

即：HCa/(HCs*Ps/(Ps+HCa/10000))=X-1

即：HCa2/10000+Ps*HCa-(X-1)(HCs*Ps)=0 （5-4）

求解该一元二次方程可得HCa的值，也就能够在通完标气后，确定通零气的终止液位值；

同样的，上式也可以用于配比混合标气的计算中，只需将后通的标气当成零气对待，计算两种标气间的配比常数，代入上式的X中即可得出结果。

Claims (4)

1.一种氮气动态配气法抽查系统，其特征在于其包括零气供应装置（1）、一组以上的标气供应装置（2）、三通阀（3）以及配气装置（4）和储气装置（5），

所述零气供应装置（1）包括氮气瓶（1-1），所述氮气瓶（1-1）的输出端依次通过第一减压阀（1-3）、第一单向阀（1-4）、第一电磁阀（1-5）与三通阀（3）的第一端口相连通，

所述标气供应装置（2）包括标气瓶（2-1），所述标气瓶（2-1）的输出端依次通过第二减压阀（2-3）、第二单向阀（2-4）、第二电磁阀（2-5）与三通阀（3）的第一端口相连通，

所述配气装置（4）包括配气水箱（4-1）以及量筒（4-2），所述量筒（4-2）内设置有液位计（4-3），所述配气水箱（4-1）与量筒（4-2）底端相连通，所述配气水箱（4-1）与三通阀（3）的第二端口相连通，

所述储气装置（5）包括储气水箱（5-1），所述储气水箱（5-1）内液体区域内设置有气囊限位装置，所述储气水箱（5-1）的两侧分别设置有出气端和进气端，所述储气水箱（5-1）的进气端与三通阀（3）的第三端口相连通，所述储气水箱（5-1）的出气端分别与标气输出口（5-3）以及排空口（5-4）相连通，所述储气水箱（5-1）的出气端与标气输出口（5-3）之间设置有第三电磁阀（5-2），所述储气水箱（5-1）的出气端与排空口（5-5）之间设置有第四电磁阀（5-4）。

2.根据权利要求1所述的一种氮气动态配气法抽查系统，其特征在于所述氮气瓶（1-1）的输出端设置有第一压力传感器（1-2），所述标气瓶（2-1）的输出端设置有第二压力传感器（2-2）。

3.根据权利要求1或2所述的一种氮气动态配气法抽查系统，其特征在于所述气囊限位装置为隔板（5-2）。

4.根据权利要求1或2所述的一种氮气动态配气法抽查系统，其特征在于所述气囊限位装置为粘接剂，所述粘接剂设置于储气水箱（5-1）内壁上。