CN112649560A - 一种气体排放模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气体排放模拟系统，包括：控制单元与质量流量控制器组中的各质量流量控制器电路连接，用于生成控制各质量流量控制器阀门开度的控制指令和获取质量流量控制器的数据信息；储气罐组中的各储气罐与质量流量控制器组中的各质量流量控制器的输入口可拆卸连接；质量流量控制器的输出口与气体混合腔可拆卸连接；与气体混合腔可拆卸连接的气体释放管路的多个预设位置设有喷嘴。本发明可以模拟不同类型排放源和不同排放成分的无组织排放在不同的气象条件和工况条件时，根据监测装置所获得的监测数值和气体排放模拟系统的实际排放数据来确定监测装置的不确定度和修正系数，从而实现对监测装置进行有效性进行验证和合理的修正。
Description
技术领域
本发明涉及环保领域，特别涉及一种气体排放模拟系统。
背景技术
VOCs人为排放源包括有组织排放和无组织排放两类，有组织排放主要为固定排放源，监测、控制与治理相对容易，已逐步纳入在线监控体系(CEMS)；无组织排放具有点多面广量大、排放无规则不稳定的特点，且能够与气象条件复合形成复杂的面源或体积源污染，是大气污染监控的重点和难点。
以石化企业为例，其VOCs排放主要源于无组织排放源，包括设备与管阀件的随机泄漏、各类贮罐的大小呼吸与泄漏、污水处理系统等开放空间逸散、轻质油品装车过程油气挥发、停工检修气排放、换热器渗漏的轻物料经由循环水冷却塔逸散排放、焦化装置的切焦、冷焦及其它放空工艺尾气等。这些无组织排放源数量多而分散，部分无规则排放口，部分为非稳态和随机泄漏排放，导致污染物排放的时间和空间分布波动较大，监测与控制非常困难和复杂。
目前已有一些成套化技术可以监测VOC无组织排放，但现有技术中至少存在以下缺陷：
真实的排放往往情况比较复杂，比如，厂界和厂区为开放空间，且VOCs排放随时间、空间、气象条件和生产工况的变化波动较大，现有监测技术难以确定监测结果的准确程度并对其进行有效的验证与修正。
发明内容
本发明的主要目的是评估VOC无组织排放监测技术监测结果的准确性并对其进行验证和修正。
为实现上述目的，本发明公开了一种气体排放模拟系统，包括：储气罐组、质量流量控制器组、气体混合腔、气体释放管路和控制单元；
所述控制单元与所述质量流量控制器组中的各质量流量控制器电路连接，用于生成控制各所述质量流量控制器阀门开度的控制指令，以及，用于获取所述质量流量控制器的数据信息；
所述储气罐组中的各储气罐与所述质量流量控制器组中的各质量流量控制器的输入口可拆卸连接；所述质量流量控制器的输出口与所述气体混合腔可拆卸连接；
与所述气体混合腔可拆卸连接的所述气体释放管路的多个预设位置设有喷嘴。
优选的，在本发明中，所述气体排释管路包括惰性软管和设有喷嘴的释放装置；
所述释放装置包括布设有多个喷嘴的释放头、排布有多个喷嘴的硬质直管道，以及，排布有多个喷嘴的环形管道中的一种及其任意组合；
所述惰性软管与所述释放装置可拆卸连接，用于调节所述释放装置与所述气体混合腔之间，或，不同所述释放装置之间的距离。
优选的，在本发明中，所述气体排释管路还包括可升降塔架；
所述可升降塔架用于调节所述释放装置的高度。
优选的，在本发明中，所述环形管道包括多个同心圆结构。
优选的，在本发明中，还包括：
所述质量流量控制器与储气罐之间设有过滤器。
优选的，在本发明中，所述释放头的直径小于10厘米；所述硬质管道的长度包括1至20米；所述环形管道的直径包括2至4米。
优选的，在本发明中，所述惰性软管的长度包括2至100米。
优选的，在本发明中，所述可升降塔架的高度调节范围为0至15米。
优选的，在本发明中，所述气体混合腔包括管道式、管道内置隔板式或变径管道式。
优选的，在本发明中，所述储气罐包括：
丙烷储气罐、乙烯储气罐、二氧化碳储气罐和混合气体储气罐中的一种及其任意组合。
优选的，在本发明中，还包括称量模块和校正模块；
所述称量模块用于获取所述储气罐的重量值；所述校正模块用于根据所述重量值校正所述质量流量控制器的数据信息。
优选的，在本发明中，所述控制单元还包括比例积分微分PID控制模块；
所述PID控制模块用于根据所述质量流量控制器的数据信息和/或所述气体释放管路的工况数据，生成用于控制各所述质量流量控制器阀门开度的控制指令；所述工况数据包括所述气体释放管路的喷嘴的压力、流量和流速中的一种及其任意组合。
优选的，在本发明中，所述气体释放管路还设有用于采集所述气体释放管路的喷嘴的压力、流量和流速中的一种及其任意组合的数据采集模块。
有益效果
本发明中的气体排放模拟系统包括储气罐组和质量流量控制器组，储气罐组中的各个储气罐与质量流量控制器组中的各个质量流量控制器之间为可拆卸连接，这样就可以根据不同的需要将不同种类不同数量的储气罐与质量流量控制器连通；接着，控制单元所生成的控制指令可以控制各个质量流量控制器的阀门开度，这样可以分别定量的同时释放各储气罐不同的气体；不同的储气罐所释放的气体通过气体混合腔后的混合后，被传输至气体释放管路内，然后经由气体释放管路的喷嘴排放至大气中。由于本发明中可以通过不同种气体的储气罐在质量流量控制器阀门的控制下进行不同类型和比例的气体混合来模拟出各种无组织排放的排放成分，然后再通过采用不同的气体释放管路结构来模拟出多种不同的无组织排放的气体模拟排放点的结构特征；这样，将气体排放模拟系统设于预设的监测位置（预设的监测位置包括可以排除干扰的空旷位置，也可以是新建厂未正式排放的特定区域）上后，在各个监测位置通过模拟不同类型排放源（点源、线源或面源）和不同排放成分的无组织排放在不同的气象条件（如不同的风速和/或风向）和工况条件（即，不同的排放值排放水平的波动情况）时，根据监测装置所获得的监测数值和气体排放模拟系统的实际排放数据来确定监测装置的不确定度和修正系数，从而实现对各个监测位置的监测装置进行有效性进行验证和合理的修正。
上述说明仅为本申请技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本申请的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本申请的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中所述气体排放模拟系统的结构示意图；
图2为本发明中所述气体排放模拟系统中环形管道的气体释放管路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
为了评估VOC无组织排放监测技术监测结果的准确性并对其进行验证和修正，参考图1和图2，本发明实施例提供了一种气体排放模拟系统，包括：储气罐组01、质量流量控制器组02、气体混合腔03、气体释放管路04和控制单元（图中未示出）；所述控制单元与所述质量流量控制器组02中的各质量流量控制器电路连接，用于生成控制各所述质量流量控制器阀门开度的控制指令，以及，用于获取所述质量流量控制器的数据信息；所述储气罐组01中的各储气罐与所述质量流量控制器组02中的各质量流量控制器的输入口可拆卸连接；所述质量流量控制器的输出口与所述气体混合腔03可拆卸连接；与所述气体混合腔03可拆卸连接的所述气体释放管路04的多个预设位置设有喷嘴41。
在本发明实施例中，储气罐组01包括有多个储气罐（储气罐具体可以是高压气体钢瓶、压缩气罐或液化气体槽罐等），用于分别存储不同种类的用于模拟排放的气体，如丙烷、乙烯或二氧化碳等；每个储气罐中既可以是单一的高纯度气体，也可以是配比好的混合气体；具体来说，高压气体钢瓶或压缩气罐储存的气体可以为单一高纯气体(如丙烷、乙烯或二氧化碳等)、混合气体(如丙烷和乙烯混合气等)或氮气、空气平衡配制的混合气体(如高纯氮气平衡的丙烷等)。液化气体槽罐所储存的气体为液化的单一气体(如液化丙烷)或液化混合气体(如液化石油气)。液化气体槽罐可以内置空气循环加热蒸发装置或外置加热装置，为液化气体蒸发提供热源。
本发明实施例中的质量流量控制器组02也包括多个质量流量控制器，各个储气罐与质量流量控制器可以可拆卸连接，这样就可以根据模拟排放的不同需求将不同的储气罐与质量流量控制器组02中的质量流量控制器进行连接，从而可以在气体混合腔03内配比出模拟排放所需气体的成分。
在实际应用中，本发明实施例中储气罐组01的储气罐所储存的气体经减压阀减压后可以输送至对应的质量流量控制器。气体混合腔03可以同时与2至8个质量流量控制器连接，来混合出不同成分的排放气体，或是模拟出不同的排放量（同时连接的储气罐越多排放量就可以越大）。优选的，本发明实施例中，质量流量控制器与储气罐之间还可以通过设有过滤器来对排放气体进行预处理。
在实际的工业设计中，可以设置为：质量流量控制器的最低入口压力为0.2-0.3MPa，每种气体的最大释放速率分别为40kg/h、20kg/h和10kg/h。此外质量流量控制器组02内还可以内置燃气报警仪，用于泄漏检测与报警。一般的，本发明实施例中的气体混合腔03可以设置为管道式、管道内置隔板式或变径管道式。
在经过气体混合腔03对模拟排放的气体进行混合后，接下来，混合气体会进入与气体混合腔03可拆卸连接的气体释放管路04内。
为了模拟多种不同类型无组织排放（点源、线源或面源）的排放特性。本发明实施例中的气体释放管路04可以有多个不同的结构类型（图1中的气体释放管路04为硬质直管道的释放装置，图2中的气体释放管路04为环形管道），多个不同的结构类型的气体释放管路04，均可以分别与气体混合腔03可拆卸连接；具体来说，气体排释管路04可以包括惰性软管41和设有喷嘴的释放装置42两部分；其中惰性软管41用来传输排放气体，设有喷嘴的释放装置42则是用来向大气进行气体的模拟排放；本发明实施例中的是通过释放装置结构的不同来模拟出不同类型的无组织排放的，其中释放装置典型的结构可以为设有多个喷嘴的释放头，从而模拟点源和多点源的无组织排放情景；还可以设置为排布有多个喷嘴的硬质直管道来模拟线源的无组织排放情景；还可以设置为排布有多个喷嘴的环形管道来模拟面源类型的无组织排放情景。在实际应用中，可以同时准备多种释放装置，以适应不同类型的模拟排放的需求。
如图2所示，本发明实施例中的环形管道还可以包括有多个同心圆结构，来模拟面源泄露时的不同排放模式和排放量。
一般来说，本发明实施例中的释放头的直径可以设置为小于10厘米；模拟线源排放的硬质直管道的长度可以在1至20米之间设置有多个规格，来模拟不同长度的线源泄露情景；用于模拟面源泄露的环形管道的直径也可以设置为2至4米之间的多种规格。
本发明实施例中的惰性软管与释放装置可拆卸连接，用于调节释放装置与气体混合腔之间，或，不同释放装置之间的距离。也就是说，通过调节惰性软管的长度，可以模拟出不同相对位置的气体排放点，还可以在同时模拟多个气体排放点的时候调节各个模拟排放点之间的相对距离。优选的，惰性软管的长度可以在2至100米之间设置有多种规格来适用于不同的场景需求。
优选的，本发明实施例中的气体排释管路还包括用于调节所模拟排放点不同的高度的可升降塔架（图中未示出）；即，在将可升降塔架与释放装置连接后，可以调节释放装置的高度。在实际应用中，可升降塔架的高度调节范围可以为0至15米。
进一步的，为了矫正质量流量控制器的数据，以获得更加精确地数据，在本发明实施例中，还设有了用于获取储气罐重量值的称重模块（图中未示出）和用于根据重量值校正质量流量控制器的数据信息的校正模块（图中未示出），这样通过气体排放时的重量差来获得更加准确地排放数据；或是，通过重量差所测得数据来生成各个质量流量控制器的修正系数，以减少质量流量控制器的误差。
进一步的，在本发明实施例中，还可以通过在控制单元设有PID控制模块（图中未示出）的方式来实现排放气体的排放成分和排放量的自动控制；具体来说，本发明实施例中可以根据质量流量控制器的数据信息和/或气体释放管路的工况数据等信息来作为参数，通过PID控制模块对于各所述质量流量控制器阀门开度的控制指令，将气体排放模拟系统的气体排放量和成分控制在一个稳定的范围内，从而可以提高对于模拟排放的仿真度和稳定度；一般来说，本发明实施例中的工况数据可以包括气体释放管路的喷嘴的压力、流量和流速中的一种及其任意组合。因此，在本发明中，气体释放管路还可以设有用于采集气体释放管路的喷嘴的压力、流量和流速中的一种及其任意组合的数据采集模块。
综上所述，本发明实施例中的气体排放模拟系统包括储气罐组和质量流量控制器组，储气罐组中的各个储气罐与质量流量控制器组中的各个质量流量控制器之间为可拆卸连接，这样就可以根据不同的需要将不同种类不同数量的储气罐与质量流量控制器连通；接着，控制单元所生成的控制指令可以控制各个质量流量控制器的阀门开度，这样可以分别定量的同时释放各储气罐不同的气体；不同的储气罐所释放的气体通过气体混合腔后的混合后，被传输至气体释放管路内，然后经由气体释放管路的喷嘴排放至大气中。由于本发明中可以通过不同种气体的储气罐在质量流量控制器阀门的控制下进行不同类型和比例的气体混合来模拟出各种无组织排放的排放成分，然后再通过采用不同的气体释放管路结构来模拟出多种不同的无组织排放的气体模拟排放点的结构特征；这样，将气体排放模拟系统设于预设的监测位置（预设的监测位置包括可以排除干扰的空旷位置，也可以是新建厂未正式排放的特定区域）上后，在各个监测位置通过模拟不同类型排放源（点源、线源或面源）和不同排放成分的无组织排放在不同的气象条件（如不同的风速和/或风向）和工况条件（即，不同的排放值排放水平的波动情况）时，根据监测装置所获得的监测数值和气体排放模拟系统的实际排放数据来确定监测装置的不确定度和修正系数，从而实现对各个监测位置的监测装置进行有效性进行验证和合理的修正。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种气体排放模拟系统，其特征在于，包括：储气罐组、质量流量控制器组、气体混合腔、气体释放管路和控制单元；
所述控制单元与所述质量流量控制器组中的各质量流量控制器电路连接，用于生成控制各所述质量流量控制器阀门开度的控制指令，以及，用于获取所述质量流量控制器的数据信息；
所述储气罐组中的各储气罐与所述质量流量控制器组中的各质量流量控制器的输入口可拆卸连接；所述质量流量控制器的输出口与所述气体混合腔可拆卸连接；
与所述气体混合腔可拆卸连接的所述气体释放管路的多个预设位置设有喷嘴。
2.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述气体排释管路包括惰性软管和设有喷嘴的释放装置；
所述释放装置包括布设有多个喷嘴的释放头、排布有多个喷嘴的硬质直管道，以及，排布有多个喷嘴的环形管道中的一种及其任意组合；
所述惰性软管与所述释放装置可拆卸连接，用于调节所述释放装置与所述气体混合腔之间，或，不同所述释放装置之间的距离。
3.根据权利要求2所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述气体排释管路还包括可升降塔架；
所述可升降塔架用于调节所述释放装置的高度。
4.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述环形管道包括多个同心圆结构。
5.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，还包括：
所述质量流量控制器与储气罐之间设有过滤器。
6.根据权利要求2所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述释放头的直径小于10厘米；所述硬质管道的长度包括1至20米；所述环形管道的直径包括2至4米。
7.根据权利要求2所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述惰性软管的长度包括2至100米。
8.根据权利要求3所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述可升降塔架的高度调节范围为0至15米。
9.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述气体混合腔包括管道式、管道内置隔板式或变径管道式。
10.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述储气罐包括：
丙烷储气罐、乙烯储气罐、二氧化碳储气罐和混合气体储气罐中的一种及其任意组合。
11.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，还包括称量模块和校正模块；
所述称量模块用于获取所述储气罐的重量值；所述校正模块用于根据所述重量值校正所述质量流量控制器的数据信息。
12.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述控制单元还包括比例积分微分PID控制模块；
所述PID控制模块用于根据所述质量流量控制器的数据信息和/或所述气体释放管路的工况数据，生成用于控制各所述质量流量控制器阀门开度的控制指令；所述工况数据包括所述气体释放管路的喷嘴的压力、流量和流速中的一种及其任意组合。
13.根据权利要求1所述的气体排放模拟系统，其特征在于，所述气体释放管路还设有用于采集所述气体释放管路的喷嘴的压力、流量和流速中的一种及其任意组合的数据采集模块。
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