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烟道流量计量规范装配的设想研讨

有什么故事: 作家: 官宣了时间:2019-06-11 11:28:41
1. 河南大家 品质技艺监控微信院校,; 2. 国内记量民间禁忌研究讨论院,; 3. 深圳计量检验 提升长辈传统手工艺专题研讨院; 4. 广东省生态监测站手艺活关键去尝试室; 5. 四川省模样自然环保检测网之间

择要: 为了处理我国烟道流量计的量值溯源题目,中国计量迷信研讨院成立了烟道流量计量规范装配。装配操纵可溯源至规范转盘的激光多普勒测速仪作为原级规范器,接纳激光多普勒流速剖面扫描和超声流量计动摇批改的体例丈量规范流量,经校准的 8 声道超声流量计为任务级规范表,具备了 908 ~ 104 840 m3 /h 的丈量能力,扩大不肯定度?为 0. 62% ( k = 2) ,可对很是大口径为 1 m 的流量计停止校准。装配下流测试段包含圆形管段和矩形管段,可以或许或许或许或许或许或许或许展开烟道流量计丈量机能的研讨。

 
 
1 引 言
        为了增强大气净化物管理,削减净化物排放,国度于 2018 年起正式实施《环境掩护税》,企业应按照其净化物排放量停止缴税,大型排污企业每一年需交纳数百万元的税款。牢固源大气净化物排放绝大局部颠末进程烟道排入大气[1,2],是以烟道大气净化物排放量的精确丈量干系到企业缴税的公允性。烟道大气净化物排放量监测须要丈量烟气中净化物浓度和烟道流量,浓度丈量仪器可以或许或许或许或许或许或许操纵规范气体停止在线校准,校准后仪器丈量不肯定度约为 1% ~ 5% 。烟道流量丈量由于烟道口径大、活动庞杂、湍流度高档身分,并且缺少流量溯源体系,丈量不肯定度凡是为 3% ~ 50% ,极度环境可以或许或许或许或许或许或许或许跨越 50%[3]。
 
        美国环保局接纳的 EPA 体例 1、体例 2 和我国环保规范 HJ75 - 2017 中划定了烟道流量计的在线比对体例,由于此体例并未真正成立烟道流量的量值溯源体系,是以美国环保局将此体例称为绝对精确度丈量,烟道测试公司均接纳不异的丈量进程完成绝对精确度比对[4]。
 
        为了进步烟道流量的丈量精确度,成立烟道流量量值溯源体系,2015 年美国国度规范与手艺研讨院( NIST) 搭建了烟道流量尝试室计量规范装配,装配操纵常压氛围作为介质摹拟烟道活动前提,用于研讨现场烟道流量的校准体例和高精确度丈量体例。该装配以 DN900 口径的 8 声道超声流量计为规范器,借助 CECCI 校准尝试室的超大口径气体流量规范装配对其停止校准,校定时操纵可溯源至NIST 流量基准装配的音速喷嘴规范表并联作为参考流量规范。装配很是大流量到达 105 800 m3 /h,扩大不肯定度为 0. 58% ( k = 2) [4]。
 
        中国计量迷信研讨院( NIM) 颠末进程两级量传的体例成立了烟气流量的量值通报体系。起首搭建了烟道流量计量规范装配,完成了 100 000 m3 /h 的流量校准能力,而后研制了现场烟道流量计量装配,现场装配颠末进程在规范装配上停止校准和丈量考证后,在现场对烟道流量计停止校准,完成 10 000 000 m3 /h的校准能力。烟道流量计量规范装配也是一套常压大口径气体流量规范装配,可以或许或许或许或许或许或许或许完成对常压大口径流量计的校准。装配流量规模为 908 ~ 104 840 m3 / h,装配丈量扩大不肯定度为 0. 62% ( k = 2) 。
 
2 装配组成
        烟道流量计量规范装配是现场烟道的缩尺模子,经评价,装配测试段口径须要到达 1 m 能力摹拟现场烟道内流速脉动的前提,并且防止梗阻效应的影响,按照烟道惯例流速规模为 5 ~ 30 m /s,装配很是大流量需到达 100 000 m3 /h。
 
        装配可以或许或许或许或许或许或许分为参考段、测试段和变频风机,由于尝试室园地前提的限定,装配设想为 U 型开环布局。装配流量规模为 908 ~ 104 840 m3 /h。
 
        装配参考段操纵 DN800 圆形管道,包含激光多普勒测速仪( laser Doppler velocimeter,LDV) 原级规范和 8 声道超声流量计任务级规范 2 局部,为被测流量计供给规范流量值。扩大段用于毗连参考段和测试段,为了防止转弯构成的错误称流场,接纳了扩大口径并缩短整流的体例保障流场品德[5,6]。测试段尺寸分为 DN1000、DN700 的圆形管道和 0. 7 m × 1 m 的矩形管道,可以或许或许或许或许或许或许装配差别丈量道理的流量计停止测试。在测试段毗连处差别地位可增加涡旋和湍流产生器来摹拟差别烟道流场前提,用于评价流量计在庞杂流场中的丈量机能。由于皮托管是我国很是首要的烟气流量计情势,是以在测试段设想并搭建了皮托管主动定位体系,用于研讨皮托管速率面积丈量体例。装配操纵变频风机转变装配内的流量,颠末进程装配在装配参考段的 L 型皮托管或 8 声道规范超声流量计停止反应,停止 PID 节制。装配布局如图 1 所示。规范装配的机能目标见表 1。
烟道流量计量规范装配布局图烟道流量计量规范装配机能目标
 
2. 1 装配参考段
2. 1. 1 原级流量规范
        NIM 研制的 pVTt 法国度气体流量基准装配很是大流量为 1 300 m3 /h,环道式涡轮流量计规范表气体流量规范装配很是大流量为 1 600 m3 /h[7 ~ 8]。别的一些地域计量机构或企业气体流量规范装配很是大流量约为 20 000 ~ 45 000 m3 /h。
 
        若是接纳传统 标 准 表 逐 级 量 传 的 方 式 达 到100 000 m3 /h 的 很是 大 流 量,装 置 能 耗 将 超 过1 000 kW,造价高且乐音大。是以装配接纳了 LDV流速剖面丈量和超声流量计丈量流量动摇批改相连系的体例,完成了在较低功耗下丈量 100 000 m3 /h的规范流量。由于 LDV 可溯源至规范转盘的转速,从而完成了规范流量的量值溯源。LDV 原级流量规范局部如图 2 所示。
LDV 原级流量规范
        LDV 丈量的是示踪粒子的速率。当示踪粒子颠末进程 LDV 的丈量体时会引发激光多普勒频移,此变更量与示踪粒子速率成反比,颠末进程丈量多普勒频移肯定粒子速率[9 ~ 11]。装配操纵粒子产生器产生细小的示踪粒子,由于颗粒粒径很小,是以可以或许或许或许或许或许或许以为粒子速率根基上同等于风洞内气体流速。经测试,间接由粒子产生器在缩短喷口进口下流产生粒子没法分散到 LDV 规范段管道全数规模,是以装配接纳环形管给入粒子,环形管的直径和喷口直径相称,环内侧开凿了多个等距小孔,产生的粒子颠末小孔流出后会平均散布于喷口后方,进入风洞后可平均分散到 LDV 规范段管道的全数规模( 环形粒子给入体系如图 3 所示) 。操纵该体系后将 LDV 在管道边壁丈量到的粒子数目由本来的 1 min 小于 20 个晋升到1 min跨越 400 个,有用晋升了 LDV 在管道边壁丈量的效力和数据靠得住性。
环形粒子给入体系
        在操纵 LDV 停止规范流量丈量时,将圆形管段截面分红多少个等距圆环,如图 4 所示。
LDV 速率面积丈量法表示图
        丈量圆环与一条直径交点处的流速,以圆环表里边境与直径交点处的流速平均值作为此圆环的平均流速。对中间的圆形,以圆形与直径交点处速率和圆心处速率的平均值作为圆形的平均速率。颠末进程速率面积积分计较出全数截面的流量:
全数截面的流量
        式中: Ai 为第 i 个等距圆环面积; Vi 为第 i 个等距圆环平均流速。 在 LDV 逐点扫描进程中,装配流量具备必然的动摇性,须要对其停止批改。操纵 8 声道超声流量计丈量 LDV 单点丈量时的平均流量和全数扫描进程的平均流量值,颠末进程二者相除取得单点流量动摇批改系数,用于批改在 LDV 逐点扫描进程中因流量动摇引发的丈量成果误差。批改后的流量作为装配的规范流量。
 
        为了肯定 LDV 扫描地位,须要对 LDV 规范段管道停止精确丈量。操纵颠末检定的三坐标丈量臂丈量取得管道半径为 397. 234 mm,可计较出管道截面面积为 0. 496 m2。 2. 1. 2 8 声道超声流量计任务级规范超声流量计具备非打仗丈量,呼应速率快、精确度高档长处,最近几年来在气体流量丈量范畴取得普遍的操纵。比拟单声道超声流量计,多声道超声流量计可以或许或许或许或许或许或许或许取得更多管道内流场信息,流量丈量加倍精确[12 ~ 14]。烟道流量计量规范装配接纳一台 DN800 的 8 声道超声流量计作为任务级规范,如图 5 所示。
8 声道超声流量计任务级规范
        由于 LDV 接纳逐点扫描体例停止丈量,丈量耗时长,而操纵超声流量计停止丈量可取得及时流量值,便利疾速。因次操纵超声流量计作为任务级规范表,每隔 2 ~ 3 m 操纵 LDV 对 8 声道超声流量计停止校准。
 
        在校定时,还需斟酌 LDV 和超声流量计丈量管道内温度和压力的差别,操纵气体状况方程对其停止温度压力批改,批改公式为:
公式2
        式中: k 为超声流量计仪表校准系数; Qp、Qw 别离为原级、任务级规范流量,m3 ·h - 1 ; tp、tw 别离为原级、任务级规范管道内温度,℃ ; Pp、Pw 别离为原级、任务级规范管道内压力,Pa。 2. 2 装配测试段测试段首要用于校准被测流量计,测试段管道分为 DN1000、DN700 的圆形管道和 0. 7 m × 1 m 的矩形管道,将来还将扩大到更多口径。差别口径的圆形管道可以或许或许或许或许或许或许用于研讨口径对同种情势流量计丈量成果的影响。
 
        由于皮托管是烟道流量计的首要情势,以是研制了圆形管道和矩形管道的皮托管主动定位丈量体系,用以对其速率面积丈量体例停止深切研讨。操纵皮托管丈量烟道流量时,须要挑选测试点地位、数目和流量积分体例,皮托管主动定位丈量体系可以或许或许或许或许或许或许或许完成差别皮托管流量计的主动、疾速、精确测试,从而评价和优化皮托管流量计的速率面积法丈量精确性。
 
        另外还加工了具备差别声道安排情势的圆形管道和矩形管道多声道超声流量计表体,测试差别声道安排体例、积分体例和声道数目对丈量成果的影响。同时还可以或许或许或许或许或许或许或许转变超声探头的拔出深度和装配角度,以摸索合用于差别流场前提的烟道超声流量计丈量体例。
 
        为了摹拟差别的烟道内流场前提,在测试段可以或许或许或许或许或许或许装配差别的扰流器,从而在测试段管道中构成单涡旋、双涡旋等流场,摹拟真完成场前提。扰流器可以或许或许或许或许或许或许或许装配在测试段差别地位,颠末进程转变扰流器和被测流量计间的间隔来转变扰流强度。 
 
2. 3 变频风机
        装配操纵了 2 台轴流风机产生活动,操纵一台变频器调理风机的转速,完成流速的转变。比拟离心风机,轴流风机产生的流场更加平均,流场品德好。单个风机很是大流量为 54 000 m3 /h,双风机串连后很是大流量到达了 104 840 m3 /h。 装 置 采 用Labview 编写的节制体系调理流量,可以或许或许或许或许或许或许挑选操纵装配在喷口下流的 L 型皮托管流速丈量值或超声流量计流量丈量值作为反应,操纵 PID 节制对风机动弹频次停止调理,从而完成装配流量的不变性,颠末调理后装配的流量不变性为 0. 5% 。
 
3. 2 、8 声道超声流量计规范表装配不肯定度
        装配操纵 8 声道超声流量计作为任务级规范,其流量丈量不肯定度由 LDV 原级规范装配不肯定度,超声流量计丈量成果反复性,和温压批改原级规范与任务级规范管道内温度和压力不肯定度分解取得。此中,温度和压力的不肯定度由仪器校准证书表明的不肯定度和丈量成果的规范误差组合而成。经测试,超声流量计规范表装配的不肯定度为0. 62% ( k = 2) 。表 3 为其不肯定度份量汇总。
超声流量计任务级规范装配不肯定度汇总表
4 竣事语
        为知足我国对大口径烟气流量计的量值溯源需要,NIM 成立了烟道流量计量规范装配。装配接纳LDV 流速剖面扫描和超声流量计流速动摇批改的体例取得装配规范流量,此流量可以或许或许或许或许或许或许溯源到规范转盘的转速。操纵 8 声道超声流量计作为任务级规范器。装配测试段包含差别口径的圆形和矩形管道,可以或许或许或许或许或许或许或许用于校准差别情势的流量计。为了摹拟现场实在流场前提,可以或许或许或许或许或许或许在测试段装配差别的涡旋产生器来产生多种流场前提,用于评价在庞杂流场中被测流量计的丈量精确度。由于皮托管流量计是我国烟道流量计的很是罕见情势,研制了皮托管主动定位丈量体系,可以或许或许或许或许或许或许或许完成皮托管的疾速、精确、主动丈量,用于研讨皮托管速率面积丈量体例。装配接纳串连的两台轴流风机调理流量,操纵装配在规范段的 L 型皮托管或超声流量计反应流量巨细,完成流量PID 调理。装配流量规模为 908 ~ 104 840 m3 /h,扩大不肯定度为 0. 62% ( k = 2) 。
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