四川省生态环境监测总站 四川成都 610091
摘要：我国污染源废气监测工作开展多年，但颗粒物（参照颗粒物）等速采样在实际操作过程中尚缺乏严格的质量保证措施和手段。为提高颗粒物样品采集结果的准确度和代表性，通过对等速采样现场测试经验的总结和思考，分析烟气稳定度与监测结果的关系，提出颗粒物等速采样质控强化手段，并对部分现行主流采样设备提出改进设想。
关键词：废气监测；质量保证；气流稳定度
长期以来，我国污染源废气排放监测中，颗粒物主流采样方法是等速采样。有关固定污染源废气排放监测的技术规范（例如GB16157-1996）或教材类书籍（例如《空气和废气监测分析方法》）等，都针对颗粒物以及类似颗粒物样品（包括硫酸雾和某些重金属）等速采样和排气参数监测提出了质控要求，其中极为重要的一条就是采样枪上的皮托管与烟气气流的方向保持相对，偏差角度不能超过10°，其机理就是基于等速采样原理，即采样抽气流速与烟道流速保持一致，从而使取得的样品颗粒物浓度接近排气管道中的颗粒物实际浓度。不难理解，准确的采样方向是极为关键的要素，在准确的方向基础上才能获得较为准确排气流速，才能实现等速采样，最终才能获得烟道内最接近真实的颗粒物监测结果[1]。
1、废气检测采样过程中存在的问题
在监测过程中，按照等速采样的相关规范和标准要求，首先现场监测人员要正确判断烟道内烟气的流向轨迹。而目前实际采样过程中，监测人员判断烟气流向的方法极为粗放，受现场客观条件和手段的限制，工作经历较长且具有一定经验的监测人员大致能从烟道的外观结构来判断烟气的大致流向和分层轨迹[2]。除了在接近理想条件下，如较长的垂直管道、测点位置满足质控要求的上3下6、长距离的垂直管道对气流起到均匀导向作用，监测人员可根据外形结构基本做到准确判断出烟气流向，最终得到较为准确的等速采样结果，这也是规范中要求排污企业规范化采样口和采样平台的意义所在。然而目前实际监测过程中，绝大多数的采样断面都非理想的，很多烟道选择的测点处烟气流向因排气管道曲折多变、或烟道内存在导流板和加固结构件等原因，其烟气流层情况复杂。虽然烟气流最终是排向管道出口，但因各断面位置的烟气主流方向不同。受烟道建筑材料都是非透视性等客观条件限制，监测人员相对烟气流处于盲视状态，很难准确判断所在测试断面烟气层迹动向，由此造成采样过程中设备的采样头无法准确迎对气流，从而导致等速采样结果与真实值偏差较大。
2、气流稳定度的影响
技术规范和标准中等速采样的理论是基于极为理想的烟气状态，即基于烟气流呈层流且分层清晰接近线性运动轨迹的状态，这种稳定烟气的方向可以理想的认为是同烟道外形一致的（如图1所示）。在此理想条件下提出的采样方向与烟气角度不能大于10°的要求，可以看作是对监测人操作规范方面的要求。
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图1 烟道内理想气流（与烟道壁平行 图2非理想（摇摆或非线性）气流
但实际监测工作中，监测人员经常遇见且所能选择的烟气测试断面的烟气流，由于受内部结构或排气管道上下游变径、变向等原因的影响，都处于非理想状态，仅从烟道外形很难准确把握测孔位置所在断面烟气运动的准确方向，例如连续弯道和变频风机负荷的波动，对非理想断面条件下的风量的影响均会导致烟气流向的变化。如图2所示，在烟道气流非理想状态下测试，因气流方向判断出现偏差，排气风量（流速）及颗粒物检测的准确性较差，究其原因，这是由于采样孔垂直于非透视材质烟道壁，采样孔套管一经固定，操作人员习惯性或只能将皮托管和采样枪垂直于烟道壁伸入烟道进行采样，若烟气流向不与烟道壁平行时则采样枪的取样口与气流轨迹方向偏差已经存在，在这种状况下测得的烟气流速已经同采样理论中的论述流速发生了很大差异，而采样设备此状态下测算出的流速已经存在较大的误差，前置错误必然导致后续结果的偏离，从而采样所得的结果也就不准确了。
那么何种烟道气流状态是适合我们开展等速采样的条件呢？对此毫无疑问最理想的状态如图1所示，烟道气流与烟道壁平行，皮托管&采样枪垂直于烟道壁上的采样孔伸入，就可实现准确的等速采样。但实际这种理想状态的烟气流几乎很难存在于现实，而现实大多数烟道因外形结构不同，以及管道内部加固支撑结构多样，烟道内气流情况非常复杂，有类似束散型的、集束锥形的、弧形的等等，而无论哪种形态，其烟道气流的方向与烟道壁已经存在了一定的角度，在此情况下如何达到等速采样技术规范质控要求的“皮托管&采样枪与气流的方向保持一致，偏差角度不能超过10°”就存在一定难度了。具有丰富经验的监测人员可以凭主观经验尝试倾斜皮托管&采样枪角度，以此摸索着来尽量接近烟道气流的主流方向进行采样，从而获得较为接近实际的数据。但这种方法是粗放的，其准确性和可信度较低，难以满足测试标准的要求。因此针对测试断面非理想烟气流的现实情况和等速采样质控要求，我们需要一种保证，来确定我们所进行的等速采样工作是可行的和有效的。
综上，测试断面是否具有一个较为稳定的烟气流是开展等速采样工作的先决条件。联想无组织废气排放监测中大气稳定度的概念，设想提出烟气稳定度这个概念，以此作为等速采样的又一质控保证要求。
3、对采样设备改进的设想
基于初次提出和现实监测过程中的可操作性，笔者提出判定气流稳定状态引入流向角这一概念，其含义是管道走向轴线与实际气流轨线的夹角。为了保证测试的准确，我们需要预判流向角是否满足实际测试的要求，以及存在的角度是否具备调整后能满足测试要求，即该断面是否适合开展监测。
在实际工作笔者采取了一种简单的土办法（彩飘法）来进行判别，虽然简易却非常有效。具体操作便是当对测试管道不能确定气流方向时，那就在采样嘴后端位置绑一醒目的彩色飘带，可使光（如强光小手电）照在管道中采样枪头及彩飘部分，观察实际的皮托管&采样嘴与彩飘方向的一致性，以此确保测试过程中技术规范要求的“皮托管&采样枪与气流的方向保持一致，偏差角度不能超过10°”。简而言之就是利用类似风向标的方法来校正我们采样头因对气流角度。
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除了以上角度调整的概念，还可以针对开孔位置前后管径变化较大时，对测点气流方向摆幅做一定程度的观察，如果出现钟摆情况则可以直接放弃该断面类似颗粒物等速采样的工作。
综前所述，笔者认为在现有的组合式采样枪上，仪器厂家可以考虑增设流向角（气流方向和摆幅指示装置）指示器，以此增强采样人员对管道气流方向的把握度，确保操作满足技术规范要求。
4、结语
诚然，随着环保要求的不断提高，当企业都能投入充足资金保证建成的配套环保设施满足测试规范要求时，以上问题都能随之而解。但就目前来说我们仍需要不断提升和规范自身的监测技术水平。最后，笔者认为文章所反映的问题从根本上还需要国家层面出台相应的标准或技术导则，并与具备仪器设备改进和创新的设备厂家联合研发，以此提高监测设备精准水平才是根本之道。此文仅是一位现场监测工作者的经验和感受，期望能以此提出一个思路以供同行交流和参考！
参考文献
[1]陈非.污染源废气监测采样的要点分析[J].科学大众，2019（4）：131-131.
[2]刘一方.固定污染源废气监测采样及质量控制[J].资源节约与环保，2019，000（005）：29.