微電腦煙塵采樣儀流量故障原因分析及處理

黃 科

(江西銅業集團公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

1 引言

隨著動壓平衡采樣技術在煙塵采樣中的應用，微電腦煙塵采樣儀(動壓平衡煙塵采樣儀)在環境監測領域得到了廣泛的推廣。貴溪冶煉廠環境監測站采用該技術進行煙塵采樣多年，從2008年開始購進一批TH8804型微電腦煙塵采樣儀，該儀器為主機與泵分離結構，具有抽力大、奈腐蝕、響應時間短等優點。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行，有效避免了人工調節氣體流量的誤差，可以最大程度的提高數據的準確性。但是在幾年的應用中流量故障是該儀器的主要問題，流量故障將導致采樣體積不受控制，使等速采樣無法進行，最終影響監測數據的準確性。本文對該設備的流量故障原因進行分析并提出解決方案。

2 微電腦煙塵采樣儀介紹

2.1 設備組成

微電腦煙塵采樣儀由溫度測量系統、壓力測量系統、氣體采樣系統、微電腦數據處理系統和抽力系統組成［1］。詳細結構見圖1。

圖1 微電腦煙塵采樣儀結構圖

2.2 設備原理

動壓平衡等速采樣［2］是指進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根據各種傳感器檢測到的靜壓、動壓、溫度及含濕量等參數，計算出煙氣流速，通過選擇采樣嘴直徑，控制電路調整抽氣泵的抽氣流量，達到控制進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。

(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，兩個參數都由圖1中部件5測得;式中Kp為S皮托管系數，數值為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、采氣顯示流量不穩定三種類型，每種類型又有幾種不同的情況，以下將進行逐一說明。

3.1 采氣顯示流量過低

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

(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計采氣流量的范圍為5L/min～60L/min，30L/min為《煙氣采樣器技術條件》中規定的流量穩定性測試流量。氣密性檢驗是在連接好設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值，當顯示值大于正常范圍時，說明流量計(流量傳感器)前端的氣路出現堵塞。跟蹤率是進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，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驗值

現象 (1)說明流量計前端的氣路出現堵塞，導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行排查，當發現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正常，故障排除。

現象(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。首先確認真空泵抽氣量是否達到設計要求，設計要求真空泵的最大抽力不小于60L/min。取一個量程為60L/min的轉子流量計接在真空泵進氣口，若流量計顯示最大值小于60L/min，說明是真空泵抽力不夠導致的故障，對真空泵進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口之間的管路出現堵塞或者漏氣。在泵開啟的情況下對各段管路逐一排查，注意流量顯示值，當發現導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

這類故障常出現在氣密性檢驗和煙塵采樣過程中，設置采氣流量為30L/min并裝好濾筒進行測試，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、電磁馬達和流量閥組成。控制電路板通過控制電磁馬達的轉動方向來控制流量閥的開啟和關閉。

現象(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，導致電磁馬達雙向流量控制失靈，這時電磁馬達只向閥開啟的方向轉動，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停止轉動，使閥栓被打到最大開啟位置，導致流量達到最大值。這種情況可能為控制電路板故障或者電磁馬達故障所致，在確定故障部位后將其更換便可使流量恢復正常。

圖2 進嘴剖面圖

圖3 進嘴俯視圖

儀器進氣口為直徑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流量計前壓力偏大，再去除進氣口前所有連接管路后流量計前壓力仍偏大，則說明進氣口內被異物堵塞，常見異物為硅膠。現象(2)由于硅膠在進氣管內會導致該處的截面積變小(圖3)，在采樣流量不變的情況下，截面積變小會導致進氣口內流速增加和流量計前壓力增大，因此氣體流量計感應到的流量變大。該情況下只需將堵塞異物取出，儀器顯示值便恢復正常。

3.3 采樣顯示流量不穩定

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

(1)采氣顯示流量不能穩定在30L/min，圍繞設置值做等值上下跳動，有一定的規律，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出來調節兩部件之間的間隙大小，從而達到控制流量的作用。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系，因此能準確的控制流量。但閥嘴易被腐蝕，在設備使用一段時間后，閥嘴內部會出現不規則的腐蝕(圖5)，會使流量與兩部件的位置無法成線性關系，導致不能準確的控制流量，從而出現現象(1)這種情況。解決此故障可以請生產廠家直接換一個新的閥嘴，但是由于材質原因，使用幾個月后又會出現同樣的故障。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，通過對比后發現用四氟乙烯加工的閥嘴不會被腐蝕。經過兩年的檢驗，裝配過此種閥嘴的流量閥沒有再出現類似故障。

現象(2)出現的顯示流量無規律跳動，這種情況多數是出現在設置不符合監測技術規范［6］要求的采樣點，因監測管段的氣流不斷改變方向，流速不穩定，波動過大。微電腦煙塵采樣儀的響應速度無法跟上氣流的改變，導致跟蹤率不在0.9～1.1之間且波動過大。要解決此類故障應該按照監測技術規范的要求重新選擇合適管段進行監測。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測技術規范的要求，儀器經常出現現象(2)的故障，在從新選擇合適管段以后該現象沒有再才出現，以下是取樣點改造前后的設備跟蹤率對比數據見表2。

表2 貴冶干燥電收塵監測點變更前后設備跟蹤率對比

4 結語

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。在戶外監測現場，儀器隨時都可能發生各種故障，只有了解儀器的結構，熟悉各種故障的特點，才能夠幫助監測人員準確的找到故障原因，快速的解決故障，同時也保障了環境監測工作的順利開展和數據質量的準確。

［1］國家環境保護總局編.空氣和廢氣監測分析方法［M］.北京:中國環境科學出版社，2003.353-354.

［2］奚旦立，孫裕生，劉秀英.環境監測［M］.北京:高等教育出版社，2004.7.

［3］HJ/T 48-1999，煙塵采樣器技術條件［S］.

［4］HJ/T 373-2007，固定源監測質量保證與控制技術規范［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，固定源廢氣監測技術規范［S］.