NOx排放测试中取样探头在排气管中深度探讨.docx

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1、排放检测公司进行大缸径二冲程低速柴油机台架试验中的NOx排放测试时，由于排气管直径非常大，可达至2620mm,甚至于更长。按照CCS相关指南的要求，废气的取样探头的壁厚应不大于Imm,长度至少应为2096mm(注：262OmmX80%=2096mm,具体要求下文会提到)。如此细长的多孔薄壁不锈钢管，在高达200左右的废气温度和柴油机振动的作用下，往往造成其在排烟管中下垂弯曲，致使检测时的深入长度无法完全满足要求。对于这个常见问题，排放检测公司提出取样探头伸入排气管的长度对于最终的NOx检测的排放值是没有影响的。下面就对取样探头的长度问题进行不同角度的要求分析以及对比试验的验证。中国船级社(CC

2、S)的相关指南要求CCS船用柴油机氮氧化物排放试验与检验指南(GDlI-2017)中对取样探头的要求如下：5.8试验台NOx排放测量”中5.8.1“取样要求”(4)取样探头应采取适当方式予以固定。取样探头应为不锈钢材料制成的直管段，旦一端封闭。在探头的轴向上至少等间距取3个不同径向平面,每个径向平面的管壁上有3个孔,呈120。角分布。取样探头应至少伸入排气管80%直径处。附录12直接测量和监测法的实施4气体取样和传输系统”中4.2试样应从废气管道直径10%90%区域内抽取。国际海事组织(IM0)、国际标准化组织(IS0)、美国环境保护局(EPA)以及其他IACS成员的相关要求KIMO：NoXC

3、Ode2008(2008氮氧化物技术规则)对其长度未做要求附录8直接测量和监测法的实施4”气体取样和传输系统”中4.2试验应从废气管道直径10%90%区域内抽取。2、ISO8178-1:2006ReciprocatinginternalcombustionenginesExhaustemissionmeasurementPart1:Test-bedmeasurementofgaseousandparticulateexhaustemissions(往复式内燃机排气污染测定第1部分气体和颗粒物质排放污染的试验台测定法)一对取样探头长度有要求16Determinationofthegaseouse

4、missions16.2MainexhaustscomponentsCO,CO2,HC,NOx,02SPlrawexhaustgassamplingprobe(Figure3only)Theprobeshallextendacrossatleast80%ofthediameteroftheexhaustpipe.NOTEIfexhaustpulsationsorenginevibrationsarelikelytochangethesamplingprobe,thewallthicknessoftheprobemaybeenlargedwiththeagreementofthepartiesi

5、nvolved.3、EPA40CFRPART90-2011Controlofemissionsfromnon-roadsparkignitionenginesatorbelow19kilowatts(19千瓦以下的非道路火花点火发动机的排放控制)对取样探头的长度有要求，但可随发动机族而变化90.414Rawgaseousexhaustsamplingandanalyticalsystemdescription(b)Sampleprobe(3)Theexhaustgasprobemustbelocatedinapositionwhichyieldsawellmixed,homogenoussam

6、pleoftheengineexhaust.Theprobemustextendradiallyacrosstheexhaustgasstream.Theprobemustpassthroughtheapproximatecenterandmustextendacrossatleast80percentoftheexhaustgasstream.Theexactpositionoftheprobemayvaryfromenginefamilytoenginefamily.4、其他IACS成员基本都参照IMoNOxCode2008的要求下面摘录一段DNV-G1.船级社的排放控制专家FabianK

7、ock博士对于取样探头要求的理解:Dr.FabianKock,fromDNV-G1.:WedohavethesameinterpretationoftheNOxTechnicalCode2008(NTC2008)asyouhave,thelengthofthesamplingprobeisnotdefined.我们对NTC2008的理解与你们一样，对取样探头的长度未有明确界定。Thesampleshallbedrawnfromazonewithin10%to90%oftheductdiameter.Soaminimumandamaximumlengthofthesamplingprobehav

8、etobedefined.样品应该被取自排气管直径10%至90%的区域内，所以，取样探头最小和最大的长度必须界定。Wealsoagreethatasamplingprobewithalengthofminimum80%ofthediameteroftheexhaustgaspipeisuseful,butaccordingtotheregulation(NTC2008)itisnotarequirement.我们也同意取样探头的长度至少达到排气管直径的80%是有用的。但按照法规(NTC2008),没有对它有要求。Duetothesizeoftheexhaustgaspipeoftwostrok

9、eengineitisnotalwayspossibletoinstallasamplingprobewithalengthofmin.80%oftheductdiameter,thereforewewillacceptshortersamplingprobes,providedthatthebeforementionedrequirementisfulfilled(longerthan10%andshorterthan90%oftheexhaustductdiameter).于二冲程发动机的排气管尺寸，常常难以安装长度至少为排气管直径80%的取样探头，因此我们也将接受较短的取样探头，如果上述

10、要求能够满足(大于排气管直径的10%和小于排气管直径的90%)oUnfortunatelywecanspeakforDNV-G1.only,otherclassesmayhaveadifferentapproachandintheendtheapproval/acceptanceisuptotheAdministration(RecognizedOrganization,certifyingclassoftheparentengine).很遗憾，我们仅代表DNV-G1.说话，其他船级社或许有别的方法，最终认可/接受应由主管机构(认可机构，母型机的认证船级社)来决定。综合以上的IM0、ISO、E

11、PA和其他IACS成员的要求，得出结论：取样探头只要能够保证气体在排气管10%90%的直径区域内取样即可。不同取样探头伸入排气管的长度对柴油机NOx排放测试结果影响的试验为了验证上述的结论，通过对比不同长度的取样探头对于NOx排放检测结果的影响，下面进行两组对比试验：试验方法：在同一台柴油机的稳定工况条件下，使用同一台排放分析设备选取两根不同长度的取样探头采样并对检测结果进行计算与分析。1、试验一试验时间与地点：2017年6月17日，CMP试验对象：MANB&W6S40ME-B9.5试验循环：E3检测设备：CAI600系列气体分析仪排气管直径：内径120Omm取样探头规格：多孔不锈钢，壁厚Im

12、m,长度分别为50Omm、114Omm试验结果分析与结论：使用两根长度分别为50Omm和114Omm、深入排气管直径分别为33.3%和86.7%直径处的取样探头，分析取样探头深入排气管直径不同深度对NoX检测结果的影响。NOX加加权平均值分别为13.11gkWh和13.15gkWh,两者偏差为0.304%。根据ISO8178-1附录D系统等效性的确确定”及GB15097-2016”判定等效性的准则定义为配对样本均值的一致性在5%内”，可见，二次检测结果偏差为0.304%,可以判定二个不同的取样系统具有等效性。2、试验二试验时间与地点：2013年10月25日，CMD试验对象：MANB&W6G70

13、ME-C9.2试验循环：E3检测设备：CAI600系列气体分析仪排气管直径：内径182Omm取样探头规格：多孔不锈钢，壁厚Imm,长度分别为1140mm、2300mm试验结果分析与结论：使用两根长度分别为114Omm和2300mm、深入排气管直径分别为57.1%和93.4%直径处的取样探头，分析取样探头深入排气管直径不同深度对NOx检测结果的影响。NOx在100%负荷时的比排放值是9.63gkWh和9.67gkWh,两者偏差为0.414%。根据ISO8178-1附录D”系统等效性的确定”及GB15097-2016判定等效性的准则定义为配对样本均值的一致性在5%内，可见，二次检测结果偏差为0.4

14、14%,可以判定二个不同的取样系统具有等效性。针对取样探头深入排气管的深度要求，通过CCS指南与IM0、ISO、EPA和其他IACS成员相关取样探头要求的对比发现，对于取样探头在排气管中的深度方面必须满足“在排气管10%90%的直径区域内取样”这个一致性的要求。之后的两组不同取样探头长度的对比试验结果证明了取样探头深入排气管的深度对于最终NOx排放检测结果的相对误差均在ISO和我国国标的标准范围之内，即对于NoX排放量的检测结果并无影响。废气采样口、排气筒规范化设置要求废气采样口规范化设置是环境监测、验收等工作的基础，达不到要求就无法进行监测，我们将几个要点列举出来，供您参考：Part.01废

15、气采样口如何设置呢？手工监测采样口设置采样位置应优先选择在垂直管段，避开烟道弯头和断面急剧变化的部位，具体应设置在距弯头、阀门、变径管下游不小于6倍直径，和距上述部件上游方向不小于3倍直径处（对矩形烟道，取其当量直径，当量直径的计算方法D=2AB（A+B）,A、B是矩形烟道的边长）。这也是我们经常说的“前3后6”。测试现场空间位置有限，很难满足上述要求时，可选择比较适宜的管段采样，但采样断面与弯头等的距离至少是烟道直径的1.5倍，并应适当增加测点的数量和采样频次。气态污染物采样口设置对于气态污染物采样，由于混合比较均匀，其采样位置可不受上述规定限制，但应避开涡流区。如果要同时测定排气流量，还是

16、要按照第一条进行采样口设置。针对在线监测采样口设置优先选择在垂直管段和烟道负压区域，避开烟道弯头和断面急剧变化的部位。对于圆形烟道，颗粒物CEMS和流速CMS,应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向N4倍烟道直径,以及距上述部件上游方向N2倍烟道直径处；气态污染物CEMS,应设置在距弯头、阀门、变径管下游方向N2倍烟道直径，以及距上述部件上游方向0.5倍烟道直径处。相关文献：HJT397-2007固定源废气监测技术规范GBT16157-1996固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法HJ75-2OI7固定污染源烟气（So2、NoX、颗粒物）排放连续监测技术规范Part.02两张图看明白采样口位置采样口可开在排气筒上时，3