ELPI培训总结终极版总结后不断补充版.docx
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ELPI培训总结终极版总结后不断补充版
ELPI培训总结
0前言
ELPI采样共分为三个系统:
采样系统、稀释系统、测试系统。
以下对三个系统的仪器配件、实验注意事项等进行一一说明。
→烟气
预切割器
保温套
温控器空气加热器温控仪
保温套
一级稀释器
空压机
温控器二级稀释器油水过滤器
真空泵ELPI
ELPI采样系统示意图
1取样系统
取样系统由取样喷嘴、连接管、PM10预切割器组成
图1-1取样系统示意图
1.1取样喷嘴
图1-2取样头示意图
(1)取样头的锥角为15度,用3/8寸的内螺纹连接(和卡套);6分管(DN20),口径大小为3.45mm、3.81、4.16、4.57等等
(2)取样喷嘴选取标准参照EPA-201A
1.2连接管及卡套
1.2.1培训内容
(1)连接管内径为12mm,该连接管为流体管,不是普通管路,内表面经过处理,表面粗糙度有要求,减少颗粒物的沉积。
该管材质为316L,不能出现正偏差也不能出现负偏差,否则卡套装不上(崔林在济南买的管子均连不上,负偏差管),需采用Dekati提供的管子,采购价格260元/m
(2)管弯头:
单独提供、90度直角弯头,由Dekati专门制作,不能随便弯制;直角弯每边约10cm,一端可直接用卡套和采样头连接;另一端用卡套接直管段,直管段的另一端用卡套和PM10预切割器连接。
如果有几个直管段需要在直管段间加上卡套
(3)卡套:
Dekati公司提供2个Swagelok卡套,中间卡套不赠(可提出数量,有Dekati卖,约200多元/只)
(4)取样管管长一般最好不超过1.5m,而且必须采用圆角弯头,其原因如下:
主要涉及到取样过程的颗粒物损失问题。
在颗粒物采样过程中由于重力、管壁的吸附力及惯性、湍流扰动,易造成颗粒的损失。
管长过大损失越大。
重力损失
壁面吸附损失
惯性损失
湍流扰动损失
图1-3颗粒物在管道内的损失方式
(5)但是实际取样管比这个长度长(根据《固定污染源监测技术规范》),如取样60万机组,烟道达到6m
9m,如果探到中心,取样枪需要4.5m。
如何解决?
建议做不同取样管管长的颗粒物损失实验。
(6)测量伸进去的直管段及卡套的具体购买需要进一步验证?
可能需要多买一点Swagelok卡套。
1.2.2注意事项:
(1)若加长取样管,管子之间的连接不能用焊接的方式,否则内表面不平,要用卡套连接。
(2)卡套可以拆卸,但是一个卡套只能用一次,卡在一根管上的卡件拆不下来。
1.3PM10预切割器(10L/min)
图1-4PM10预切割器示意图
1.3.1培训内容
(1)预切割器规格:
高度127,直径79mm,其流量为10L/min,切割头可以耐温600℃
(2)预切割器原理:
与旋风分离器原理一致,主要功能是移出取样粒子流中大于10um的颗粒,依据EPA-201A标准设计。
(3)加PM10预切割器原因:
对于燃煤锅炉,大颗粒较多,如果不预切割一部分,则ELPI的前几级会迅速超载(每一级最多承载1mg),而一般大气中PM10较少,可直接用ELPI测量,不需加预切割器。
(4)没有5L/min的预切割头的原因:
欧洲标准里没有这种型号,无制作标准,材料为316L不锈钢。
(5)预切割器放置位置:
欧洲标准,取样孔设置大,切割头可以接放入烟道内,我国取样孔小(80mm),不能放入到烟道内,必须放在烟道外面。
(5)PM10切割器由于通过的气体流量设计值比设计偏小,切割直径比10um大,大约在12-13um左右,所以这个切割器只是起到预切割作用,作用是将大颗粒物先去除掉大部分。
1.3.2注意事项
(1)PM10切割器可竖直正方或水平放置,不可竖直倒放,最好竖直放置(实验时注意)。
(2)预切割头无需清洗,只需要将用一段时间底部的储灰清掉即可(实验后注意)。
1.4取样系统存在问题
(1)该系统不包含取样枪,也没有测温和测压装置。
(2)测量的时候,等速采样头的流速,需要通过其他仪器测量;
(3)取样枪的长度怎么来确定?
2稀释系统
图2-1稀释系统示意图
稀释系统组成:
空气加热器、一、二级稀释器、温控器、保温套和空压机
烟气可能包含气液固三相物,我们需要测量的是其中的固相颗粒物,国际上认为PM10一般只是测量干灰,因为如果测量其中挥发性物质,会容易造成两次测量结果不一致,数据不稳定和不唯一。
如燃煤烟气中含有恒定其他(N2、O2、CO2、SO2),低温会变成液态的(H2O、H2SO4、少量的VOC)采用稀释系统时,一级稀释200℃左右下,将呈液态的VOC蒸发为气态,且H2O和H2SO4的稀释,确保第二级稀释时,这些物质不会饱和,而测得到只是干灰
一次颗粒物(包含一次固体颗粒物(干灰)和一次液态颗粒物VOC)及一次可凝结颗粒物(H2O、H2SO4)),测量只是一次固体颗粒物(干灰)。
2.1二级稀释(5L/min)
2.1.1培训内容
第一级:
等温稀释hotDilution,蒸发水分为130℃,有机物200℃,最高可达到300℃(通常在170-200℃);第二级:
降温稀释colddilution:
40℃左右。
图2-2稀释器示意图
二级稀释器的连接
温度传感器球形阀,正常工作时打开,启动时关闭,有利于加热
空气加热器→气流方向
图2-3二级稀释示意图
2.1.2注意事项
(1)一级稀释器自由端的球形阀门,正常工作时打开,启动时关闭,这样有利于加热。
(实验时注意事项)
(2)两级稀释器都是一样的,而且稀释比不可调,只有压缩空气在2bar作用下确定稀释比。
(实验时注意事项)
(3)稀释器中的垫片使用约2-3个月会损坏,需更换。
(实验后注意事项)
(4)约半年后,使用六角扳手,超声清洗稀释器。
(实验后注意事项)
2.2温控器和保温套
图2-4温控器示意图
2.2.1培训内容
保温套为石棉保温套;加热保温最高只能到350度。
电源虽然要求为250V,但国内220V可以满足需求。
功率为1.5KW
使用方法:
(1)第一次使用时,需要设置最高温度保护值(高于该温度,自动停止加热):
长按回车键,在OFF状态下,△▽同时长按5s左右直到显示数值,调节到所需要值即可。
(2)设置设定温度及上下限:
按一次S键,调节设定温度一般可设150-200℃左右,具体设多少值,需进一步考究);温度设定后,再按一次S键,设定上限值(一般+5~10℃);再按一次S键,设定下限值(一般-5~10℃);设定完后,按一下回车键,(注意:
上下限设置的是偏离绝对值)
2.2.2注意事项
(1)上下限设置的是偏离绝对值。
(2)稀释器和预切割器的保温套可以干烧(即中间没有气体通过时可以加热);但注意空气加热器不可干烧(即里面无空气流通时,一定不能打开空气加热器)。
(实验前、中注意事项)
2.3油水过滤器
2.3.1培训内容
油水过滤器型号:
W3000-10G-W-T
图2-5油水过滤器示意图
油水过滤器的四级分别为滤油、滤水、滤水汽和大气颗粒物。
此空压机是无油型的,所以压缩空气中不含有油。
过滤器的入口上有调节阀,通过调节可观察过滤器出口处的压力稳定在2Bar(注意一定要稳定在2bar,因为DEKARI的稀释器只在2Bar下标定的);过滤器的出口用一分二,一部分用PU管连至空气加热器上(管子不能太长,一般要求小于1m,以免管子过长阻力过大,使得进入稀释器的压力出现较大偏差。
),另一部分连至二级稀释器的稀释空气入口处;过滤器的入口直接连空压机(空压机出口的减压阀设置在2.5Bar)
2.3.2注意事项
(1)实验过程中,要保证过滤器右边的压力表显示为2bar。
(实验时注意事项)
(2)过滤器在使用时,一般要立着用。
(实验时注意事项)
(3)过滤器可再生。
滤油和滤水的筒下方可直接拧螺丝放油放水。
滤水筒中间的硅胶水含量多时,可用烘箱烘干,再用。
(实验后注意事项)
2.4空气加热器
图2-6空气加热器示意图
2.4.1培训内容
按住﹡,可调节加热温度
2.4.2注意事项
(1)空气加热器必须在空气流通时,才能打开。
(实验时注意事项)
2.5压缩空气压力调节器
图2-7压缩空气压力调节器示意图
2.5.1培训内容
(1)压缩空气压力调节器流量为180L/min。
(2)一般在空压机的出口自带有一个压力减压器,可以作为粗调用,调到大约2.5bar;而在过滤器的入口有一个压力调节器,可以作为细调用(调至2.5bar)。
(3)空压机减压阀的作用:
将来气的压力减一定数值,所以来气压力大,出气压力也变大。
因此调节空压机压力阀门时,会对过滤器后的压力表示数造成显著影响。
(4)通过一级粗调和一级细调,压缩空气系统不需要稳压罐,可以实现压缩空气系统出口压力的稳定供给(刘华南的介绍)。
(5)空压机在6bar是启动,8bar停止。
2.5.2注意事项
(1)在空气机打开之前,不可打开空气加热器空烧。
(实验时注意事项)
(2)压力减压器粗调到2.5bar左右。
(实验时注意事项)
(3)实验后,先关闭空气加热器后再关闭空压机。
(实验后注意事项)
2.6稀释比的计算
Inletpressure(mbar):
在预切割器后,一级稀释器前的压力表显示值,二级稀释器压力值为大气压。
一级稀释比的计算:
根据inletpressure,选定压力(如980mbar),对应sampleflow(流速)和dilutionratio(稀释比)分别为5.40和8.51。
二级稀释比的计算:
由于二级稀释器连接一级稀释器,一级稀释器的自由端连接大气,因此二级稀释器的inletpressure为大气压,假设为1013mbar,对应的sampleflow(流速)和dilutionratio(稀释比)分别为6.13和7.62。
总稀释比计算公式:
总稀释比=一级稀释比×二级稀释比=8.51×7.62
注意:
预先估算一级稀释器前的压力,按软件选定喷嘴,系统连接完后实地测量,观察一级稀释器前的压力,如压力与预估的压力值差值过大,需要根据实测值,重新选定喷嘴。
在使用下图的过程中,注意我们关注的稀释比,对于Sampleflow是什么状态下的流量,厂家没有给出具体说明,需进一步考究,该数据不要误用。
图2-8稀释器稀释比曲线
图2-9DLPI10lpmCALCULATIONSHEET
(记录烟道气的温度、压力和湿度,烟道流速)
通过这张表,以及上面计算出来的sampleflow选择合适的等速采样探头。
等速采样器的取样探头,探头直径mm
3.453.814.164.575.05.465.926.717.628.699.9
3测试系统
测试系统分为ELPI和真空泵。
图3-1ELPI和真空泵
3.1ELPI
3.1.1ELPI介绍
1999年开始进入中国,针对煤燃烧、汽车尾气颗粒物进行测定。
量程:
7nm—10um。
ELPI
通过荷饱和电荷(颗粒物和电量与表面积有关),测电量来反测颗粒物粒数。
公式:
N=
(分母被认为已知,Q:
cm3/s)
ELPI采用的是冲击法,获得的颗粒都堆积在铝箔表面(滤膜法:
获得的颗粒被吸附到滤膜纤维,后续不好进行分析)。
测量管道不要太长,通常小于1.5m(沉降和吸附是主要造成损失的原因)
测量管道采用直或圆弧弯道,不要是直角弯道
3.1.2ELPI操作步骤
(1)检查泄漏
1封死ELPI采样口
2连接泵和ELPI
3打开ELPI和泵
4按ELPI左数第二个按钮,显示压力值(mbar),VAC(真空度)=>300mbar,达到极限真空度(1-2mbar)
5关闭ELPI与真空泵之间的流量阀
6若压力值每分钟上升不超过15mbar,则说明不漏气;否则,漏气(需检查各连接口,在绿圈上涂真空泵油)
漏气后的处理方法:
1查一下管路,
2喷射盘上的绿色橡胶Viton橡胶圈,用真空泵油涂抹,注意拿棉签擦干净
3重新对整个冲击器压紧
(2)测量步骤
1连接电源
2连接真空泵和ELPI,用串口线连接电脑和ELPI
3打开在ELPI上的电源(绿键)
4检查是否泄漏
5连接ELPI采样口
6打开ELPI程序窗口
7标0气:
点击Flush→zero(约30s,自动停止)→关闭flush
8点击charger,打开泵,chargerU=5
0.5KV,chargerI=1.0uA,pressure100
5mv
点击notsaving,开始计数,若采样完毕,再点击一次,并关闭charger和真空泵
3.1.3测量软件操作
(1)点击startmeasuring
(2)进入setup界面,输入文件名称及一些基本信息,其中:
lastcleaned表示ELPI冲击器最后一次清洗时间
sampling下拉菜单:
greasedal-foils、al-foils、barestage、nuclepore、filter、other
setup-measure菜单中-setupfileA中,loadsetup指的是调用以前的init文件,savesetup指的事存储现在修改后init的文件。
(3)Chargersetup:
若没有选用7nm级,选择10lpm;选用7nm级,10lpmwithfiterstage
有无7nm级的ELPI的压力测点位置不一样,需要再测量软件中正确选择ELPI的型号,另外在ELPI无7nm级时,trap发挥作用(400v的电压),将30nm的颗粒预先分离,以免使得真空泵内的油受污染;有7nm一级时,无400v的电压。
(4)撞击器:
出口保证100mbar,记得修改数据
(5)通信连接点,端口选择。
端口一旦改变就要重新安装驱动。
如何安装驱动:
uport1100-software-windowsxp-x86-安装(根据个人电脑系统自主选择)
(6)program:
不用修改
(7)Defaults1s/记一个数,测得的数据是滑移平均
Range为静电计量程,小量程准确,大量程数据反应快。
一般选为10万。
Saveinterval:
存储间隔1s
Density:
颗粒物密度,一般为1.00
Dp:
空气动力学粒径
Dilution:
稀释比,一般设置为1,再后续处理。
(8)Savefiledelimiter:
数据如何隔开(,;等)
Correction:
校正
Autosaveindex:
自动取名
Startsavingateven:
自动存储数据
(9)点击OK,进入软件测量界面
坐标:
显示的左图横坐标是粒度(直径)的对数坐标,右图的纵坐标是电流,单位fA=10-15A
3.1.4分析软件——ELPIXLS4.01
打开已经测量数据Opennew,可得到直方图、累积图和线图
Info:
信息表current:
电流current.chart:
电流图表calculated.moment:
瞬时计算值concentration.chart:
总粒数变化distribution:
粒径浓度分布(直方图)alldistributions:
所有图表(累积图)alldistributions.line:
线图
注意事项:
①Info图表中density默认为1.00,为物质实密度
②若有异常数据,可在excel表格中剔除对应时间内的无用数据。
③修正,表示小颗粒被大颗粒物粘住,会使结果变大。
没有修正,表示没有粘住。
3.1.5实验注意事项
1flush在±15fA之间属于正常工作范围。
若在±15fA之外,说明收集盘里面有灰,需清洗,于100℃烘箱中烘干。
收集盘定期清洗。
每一级最多采集样量为1mg,若颗粒物量太多,会反弹。
(实验中注意)
2charger在4.5kv-5.5kv之间正常工作。
若电压高于5.5kv,说明荷电器脏了,需要清洗荷电器壁面和Teflon椎体表面,但是电晕针(钨针)不能清洗。
由于电晕放电为恒流控制,若荷电器吸附的颗粒物过多,为了达到恒流(1uA),必须不断提高电压。
若电压低于4.5kv,说明气体中水分含量过多,电容阻抗降低,导致电压降低。
Charger不报警不用清洗。
电压若高压报警,则停机。
(实验中注意)
3空气动力学直径为1um以上的颗粒物不能信任ELPI,须通过分析天平进行称重测量质量浓度。
原因:
用粒数浓度测量质量浓度时,粒度越大,单个粒子质量越大,由粒数浓度带来的偏差会影响质量浓度偏差,因此测得的质量浓度越不准,而粒度越小,质量浓度越准。
(实验后注意)
4Trap解释:
若有7nm级,右边电压为0V,能够把小颗粒收集
若没有7nm级,右边电压400V,保证30nm即不进入泵中
5管道若漏气的话,ELPI可能测的气体是大气,所以在测量前了解大气的图谱(实验前注意)
6时不时看看压力表是不是2bar(实验前实验中都注意)
7测量前大约知道被测量气体的图谱(实验前注意)
3.2真空泵
3.2.1培训内容
功率:
1kw
德国产油:
油为GS32号油。
油耗主要为排气带走的少量油。
有四个口:
气入口,出口,油入口,出口
正常情况下,油清澈透明,呈淡黄色,可工作500-600h
3.2.2注意事项
1、托运过程一定要把油放掉,否则会损坏过滤板(实验前注意)
2、一般室外温度在15℃以上时,可在室外启动,如果室外温度低于15,用之前检查油是否为液态,油成固态时启动会烧泵,这时候需要放置于室内,油热起来,将泵启动,再放室外,否则会烧掉泵(实验前注意)
3、不要直接对大气抽气,否则油从排气口喷出去(泵的原理象水环式真空泵)(实验前注意)
4、如果油发黑、有悬浮物,说明7nm以下的颗粒物进入油里,需要彻底换油(实验前注意)
5、真空泵的空气出口,最后不要封口,以防忘了揭开,泵将憋坏(实验前,实验后注意)
6、泵启动时,泵空气入口的阀要关闭,使得泵零负荷启动,但如果是接ELPI也不可零负荷启动(即泵入口空气阀可打开时启动,因为ELPI阻力很大)(实验前注意)
7、真空加油时,需要注意液位线。
液位需高于最低液位。
真空泵的油一般澄清透明(其实有点发黄),用的时间长,可能成黑色。
油一般500-600h需要换一次。
换油时需要全换,不要留一半,换一半。
换油时需要倒干净。
加完油后需要将加油口封好。
4清洗
4.1稀释器清洗
4.1.1清洗判断
1若喷嘴由圆形变成椭圆,说明积灰
2ELPI测得的周围大气或标0气的分布图结果,颗粒数数据越来越小,可能是喷嘴堵了,特别是第一级稀释器
4.1.2清洗方法
先用压缩空气吹洗,再用超声水浴洗,洗完后晾干或烘干即可
4.1.3ELPI清洗
1不锈钢零件:
超声波水浴酒精清洗,可在烧杯中盛放酒精,放在去离子水浴中清洗(实验现场使用娃哈哈纯净水即可满足需求)
2特氟龙圈:
清洗方法同上,但必须单独清洗,不能用纸张等擦干,可用吹风机吹干或用烘箱(100℃)烘干
3绿圈:
不能清洗。
注意:
每次其他部件清洗完毕后,将绿圈上涂上真空泵油,防止漏气
4Charger:
用酒精棉清洗壁面和锥体,但不用清洗电晕针(钨丝材质)。
(汽车检测通常是charger报警后再进行清洗)
清洗频率:
impactor一般使用2-3次实验清洗一次,可通过观察Ejectionplate上的孔来判断。
5总体系统实验注意事项:
(1)数据存储时,注意采样时间和数据采集时间,不要使EXCEL表格超过36000行(实验后进行数据处理时注意)
(2)试验后,稀释系统的空气加热器电源关闭后,需要再通冷空气10min以上,已冷却空气加热器,防止烧坏(实验后注意)
(3)实验过程中,注意定时观察过滤器出口压力稳定在2bar,采样过程中制定巡检制度,定时对影响系统数据稳定性的部分进行巡检(实验中特别注意)
(4)注意有无7nm一级的ELPI的压力测点位置不一样,需要再测量软件中正确选择ELPI的型号,另外在ELPI无7nm级时,trap发挥作用(400v的电压),将30nm的颗粒预先分离,以免使得真空泵内的油受污染;有7nm一级时,无400v的电压
(5)滤膜上涂抹阿皮松脂,先将整瓶阿皮松脂注满CCL4(正好是1:
20),CCL4溶解阿皮松脂后,用毛笔在滤膜上涂一层即可,涂完后,CCL4可迅速挥发掉,滤膜上只留下阿皮松脂
(6)ELPI面板上的各个按钮,其中pump是为了真空泵连在ELPI上时,启动真空泵,但一般不要将真空泵连在ELPI上,易过载。
AUX按钮是输出模拟信号的,一般不用
(7)ELPI的每级冲击器组成:
从下往上:
特氟龙垫圈(起到两个静电计绝缘作用)+小的薄弹簧垫片+collectionplate收集盘(上有滤膜)+喷射盘(上有空气喷嘴,上下游Viton橡胶密封圈),安装时注意这个顺序,中间带7nm级时的冲击器,space级没有密封圈,ELPI冲击器的安装过程严格按照说明书操作
(8)ELPI的数据是空气下、20℃的数据,进行温度修正(修正至0度标况),并乘稀释比能得到烟气中干空气、标态的数据(如粒数、质量等浓度),这是厂家介绍,我们可能需要进一步考究。
北大总结后添加的总结
Replay指的是数据回放,init是指原始设置数据的调用。
ELPI的USB接口转接的启动
1、查看转接上的型号。
我们的型号为1110;
2、将转接插入到USB接口;找出驱动程序的光盘
3、查找光盘:
Vport1100-software-windowsxp-x86-安装程序。
注意:
安装完后,转接上灯会亮,如果没亮,没有驱动起来。
4、每一次用新电脑,或是同一电脑的不同USB接口,都要驱动。
改变后注意修改,测量软件中的Communication中端口号。
具体过程为:
查看电脑硬件中的端口号(我的电脑-属性-硬件-设备管理器-端口);然后进入测量软件中修改Communication中端口号。
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