孟阳杨 王文涛 李永强
西安思坦仪器股份有限公司，陕西西安710065
摘要：在我国固定污染源排放污染物实行浓度和总量控制，排放烟气的流速（流量），是确定污染物总量的重要参数。温压流一体机把皮托管差压变送器、温度传感器、压力传感器集成一体化，V/P/T系列烟气参数监测仪采用皮托管差压法测量烟气流速，并可对烟气压力、温度直接进行测量，使得测量精度和准确性大大提高，而且降低了使用成本和维护工作量，特别适合用于在线实时测量烟气参数。输出信号为4-20mA，符合国家环境保护行业标准，设计的探管长度可根据客户订货要求定制。
关键词：温压流一体机；皮托管；在线实时测量
1背景介绍
火力发电在为人类提供洁净能源的同时，正在大量消耗地球上不可再生资源，并且也在不断产生大量废气、废水、废渣等副产品，日益对地球环境产生污染，最终给人类生产、生活带来灾害。
高温烟气一般指火电行业燃煤发电工程产生的气体，作为一种比较特殊的介质，一般的温度范围在 50-120度，特别情况下可能达到160度，另外烟气中一般会存在粉尘和酸性物质如SO2、NOX等，如何克服高温、高粉尘和酸性物质而保证烟气流速的在线测量，是一个十分困难的问题。在这种条件下，应保证必要的检测准确度，应有较快的反应速度；应易安装、易标定；防尘、防溅、防腐等防护要求；应有较高的自动化程度，较少的维护工作量。针对这些问题，针对烟道内高温、高粉尘、高湿、高腐蚀的恶劣测量，这就需要可靠的测量仪对烟气的流速、压力、温度进行准确测量。
温压流一体机是可以实时测量温度、静压、动压、流速等烟气参数的一体式监测仪,主要应用在企业固定污染源烟气排放连续监测系统中。
2仪器主要特点
可以根据烟气流动方向任意调节防腐防堵皮托管前端挡片的朝向位置，确保烟气流向垂直于挡片；
机壳采用钢材喷塑质的复合喷涂保护，采用双搭扣结构，易于安装和拆卸，可以直接用于室外环境。
将烟气流速、烟气压力和烟气温度等三个测量模块合理地组合安装在一个紧凑的机壳内，结构紧凑合理。
通过反吹电磁阀和反吹单元对防堵皮托管进行反吹，防止堵塞皮托管。
3 仪器性能指标
流速：(0~40)m/s，相对误差±5%
温度：(0~300)℃，精度≤±3℃
压力：(10000~+10000)Pa，精度≤±3%
防护等级：IP65
4 工作原理
流速测量采用皮托管法，皮托管流速计主要由“S”型皮托管检测头﹑取压管保护套管﹑差压变送器﹑反吹控制阀等部件构成。测量时将皮托管流速计探头插入管路中，并使全压和背压探头中心轴线处于过流断面中心且与流线方向一致，全压探头测孔正面应对来流，检测流体总压，并将其传递给差压变送器；同时背压探头测孔拾取节流静压也将其传递给变送器，变送器读取动﹑静压差值并将其转换成相应的流速比例电流传送给显示仪表或计算机进行数据，应用公式计算出流速数值。
皮托管内外表面均做了特殊处理，可有效避免烟气腐蚀并减少颗粒物粘附。电磁阀主要用于脏污气体（如锅炉排放的烟气）测量时的系统反吹：当探头检测孔粘附﹑积淀灰尘污物时，电磁阀定时或按预定程序开启，将仪表风同时接入两个取压管进行吹除作业；正常测量时电磁阀则处于关断状态。
温度测量系统主要由PT100热电偶（阻）和温度变送器组成，完成对烟气温度的实时监测。
5系统整机结构设计
系统主要由上下外壳、温度测量单元、压力测量单元、流量测量单元和反吹单元组成。
整体采用24VDC供电模式，将所有系统集成在探头中。具体如下图所示：
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图1整机结构图
上下壳体：壳体将传感器部分完全包覆进去，整体比较紧凑。前后外壳密封通过压紧密封胶条实现，整体机柜密封性能可以达到IP65级别。前后外壳固定通过固定在上外壳的搭扣进行扣合固定。
温度测量：温度测量单元由温度变送器和PT100铂热电阻构成，PT100安装在皮托管探头温度探杆中，温度变送器安装于保护套管内插入烟道，检测到高温烟气温度后，经温度变送器转换成比例电流（4-20mA）传给工控机进行数据处理和显示。此模块可直接安装在传感器接线盒内、信号准确、可远传（最大1000米）、精度高、抗干扰、长期稳定性好、免维护。
压力测量：压力变送器取压气路并联在皮托管静压管道上，检测到高温烟气压力后，经温度变送器转换成比例电流（4-20mA）传给工控机进行数据处理和显示。紧凑型压力变送器采用全自动线性和温度补偿技术，确保大批量制造的效率和品质；全焊接工艺以及独立透气腔体结构，确保产品的长期可靠性；信号变送器模块采用独创标定技术，无需任何工具即轻松实现参数设置。
流速测量：皮托管流速计安装于保护套管内插入烟道，检测到全压和静压后，经流速变送器转换成比例电流（4-20mA）传给工控机进行数据处理和显示。
反吹：皮托管流速计的取压口暴露在高粉尘的烟道中，需要定期用仪表风对取压管进行反吹，清楚积累的烟尘。工作状态下两个电磁阀关闭，皮托管流速计检测烟道压力。反吹状态下两个电磁阀依次打开进行反吹。反吹空气压力范围是0.3-0.6MPa，反吹脉冲大约30秒，间隔时间可通过写入模块的反吹控制程序自动控制，标准反吹间隔时间为12小时，具体时间间隔可根据客户要求定制。
6总结
温压流一体机拥有高精度微差压/静压传感器，同时配备反吹单元，是专门针对烟气排放连续监测的高粉尘、高温、高湿环境而开发的一体化温度、压力、流速监测仪，符合国家相关标准的要求，可以用于烟气排放监测系统(CEMS)进行烟气温度、压力、流速及流量的实时连续测量。
参考文献
欧阳浩宇 李建鹏 刘慧.温压流一体机使用现状浅析[J].工业计量,2019, (04)
宋敬虎.烟气CEMS在炼化企业应用过程中存在问题探讨[J].石油化工安全环保技术,2020, (03)
作者简介：孟阳杨（1986.03-），女，陕西西安，2012年毕业于西安石油大学，硕士，中级工程师，现从事石油仪器相关设计及其研究工作。