环境大气监测站流量传递的探析

环境大气监测站流量传递的探析

刘瑜存

上海祥得环保科技有限公司

摘要： 本文介绍了环境大气监测站流量传递的主要工作内容。随着国内对臭氧污染问题的日益关注，讨论了复合型光化学污染监测站流量传递需要进一步完善的内容，以及降低流量传递时间和系统误差的优化方案。同时强调了质控检查是环境大气监测站数据准确性的重要保障。

关键词：流量质控检查，流量计传递，流量计

引言：

自国务院印发《大气污染防治行动计划》以来，国家对环境大气的重视程度日益提高。环境大气监测是评价环境大气的重要指标，是反映大气污染状况的重要手段之一。根据监测区域的不同：在城市设立城市站和交通站；在工业区周边设立工业园区站，在城市交界设立区域边界站，在偏远地区设立背景站。通过使用在线监测技术，构建环境大气网格化监测体系，准确的反映了环境大气的污染状况，为环境评价、污染源控制与分析以及环境管理提供科学的研究依据。

质控检查是监测站数据准确性的重要保障。监测站的质控检查目前包括质量保证检查（QA检查）和质量控制检查（QC检查）。在质控前期准备和检查的过程中，流量传递都是其最重要的部分。流量传递的准确性对仪器校准浓度点和参与浓度计算的采样流量均有影响。系统的进行环境大气监测站流量传递工作，对监测站数据准确性具有重要作用。

1环境大气监测站流量传递工作内容

目前标准的流量传递系统主要由三部分构成：一级标准流量计、精密流量调节阀和气源发生器。按照监测站的需要，一级标准流量计所使用的量程分别为0-1L和0-20L。一级标准流量计和调节阀一般存放于恒温箱，以减少外界对其的干扰。

质控室的一级标准流量计需要具有精度高，测值稳定等特点，目前主要选用活塞式质量流量计和压差式质量流量计两种。活塞式质量流量计主要采用干式微摩擦活塞，结合精密光学传感器的原理进行测量；压差式质量流量计主要采用层流压差式原理进行测量。两种流量计均可配备温度和湿度传感器，已满足不同方式的流量测量。

流量质控检查所使用的的流量计主要有Bios活塞式质量流量计和Alicat压差式质量流量计，其中Bios流量计测量范围主要有三个，分别是小流量5-500ccm，中流量50-5000ccm，大流量300-30000ccm（均可换算到sccm）；Alicat流量计的测量范围选择性较多，0-20000sccm均有不同的测量区间。

工程师在流量计传递工作开始前，需要先检查气源发生器配气压力和湿度的稳定，对配气进行颗粒物去除后接入流量调剂阀和一级标准流量计，最后再接入需要检测的流量计进行流量传递。通过调节调节阀的开度，建立一级标准流量计和被传递流量计的线性关系。这样使用被检测的流量计去检测监测站的流量，就可以将被测流量回溯到一级标准流量计，已达到流量溯源目的。当某区域内所有监测子站均使用同一流量计进行溯源时，对各个测站进行数据对比，以及污染源传输分析等，才是真是有效的。

工程师在进行被检测流量计溯源时，需要系统的对该流量计进行测量，主要有流量计多点线性测量和不同工作点测量。流量计多点线性测量除了建立与一级标准流量计的线性关系外，还对被检测流量计的性能状态进行判断。判断依据主要为对比历史溯源数据，当同一被检测流量计出现偏差过大的现象时，需要对该流量计进行维护。流量计不同工作点测量是对其性能状态的进一步判断，主要包括零值点测量，最大值测量和常用工作点测量，其中：零值点测量是将流量计进出口使用堵头堵住，记录流量计静止状态下的参数，如果数值跳动，则说明该流量计传感器异常，需要进行维护；最大值测量是对流量计说明书给出的最大量程值进行测量，通过对比历史数据判断其性能是否在偏差范围以内，同时将每次测得的最大值写入操作手册，防止超量程测量对其的损害；常用工作点测量主要是对不同类型仪器的采样流量或者校准流量进行汇总，对经常测量的流量点进行测量，例如热电公司的常规仪器的采样流量汇总范围在0.5-1.5L/min之间，而热电公司颗粒物采样器的工作点流量为3L/min和16.7L/min。在操作过程中，对每个工作点的测量次数要大于七次，通过汇总每个点的测量数据，得到该工作点响应值的稳定性。最后在完成以上测量后，被检测流量计的溯源结束，该流量计可以用于仪器采样流量质控检查，配气校准仪质量流量计溯源等工作。

2环境大气监测站流量传递系统的完善和优化

2013年环境大气监测站依据《大气污染防治行动计划》重点开展了对可吸入颗粒物的测量，到2017年的目标为全国地级及以上城市可吸入颗粒物浓度比2012年下降10%以上。同时，大气检测站主要常规因子测量为氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO₂），一氧化碳（CO）和臭氧（O₃）。目前，国内大气污染防治已取得显著成效，可吸入颗粒物浓度日渐降低，优良天数逐年提高，但是臭氧污染在京津冀，长三角和珠三角呈现逐年上升的趋势，臭氧污染将会是我国后期改善空气质量的关键问题之一。氮氧化物和挥发性有机物（VOCs）是臭氧和PM

_2.5生成的共同前体物，而复杂的气象条件（高温，低湿）也是诱发臭氧污染的重要因素之一。面对该复合型光化学污染，需要开展VOCs和NOx的协同控制，才能进一步改善臭氧和PM_2.5污染日益严重的现状。

大气环境监测站目前监测的光化学污染主要因子包括：挥发性有机物，非甲烷总烃，PM_2.5和一些氮氧化物的痕量气体，光化学监测仪器和其校准仪器的测量精度较高，对内部流量计的精准度要求也较高，例如：法国厂商科玛特（Chromatotec）生产的VOC s监测仪GC-FID，该仪器的采样流量小于50ml/min,仪器配备的校准流量计的最小量程为0-10ml；一些光化学监测站的气态校准仪需要配比浓度达到pptv级别，已满足低浓度痕量测量设备的要求。

光化学污染监测设备对于流量测量精度的提高，需要对之前的流量传递系统进行完善。第一，需要通过汇总仪器的流量参数，配备更全面的流量计测量量程。例如：增加0-100ml，0-50ml和0-20ml的流量计，已满足常规仪器测量和高精度测量仪器的要求。第二，在测量小量程流量时，连接测量管路时很容易造成系统测量误差，通过对管路和接头进行统一，在保证测量管路气密性的前提下，降低流量传递时产生的误差。同时，需要在进行流量传递时对环境的温度和压力进行实时测量，降低环境因素对测量的影响。第三，质控室流量传递和监测站流量质控的测量参数进行系统的汇总，总结环境等外界因素对流量计测量的影响。例如：通过使用一级校准流量计和被检测流量计，在不同的环境状态下，对比质控室高精度配气仪与监测站高精度配气仪对同一设备的测值响应；汇总高温高湿，低温低湿和干燥环境状态下的采样流量，分析不同环境状态下，仪器采集流量和实际测量流量是否有差别，是否需要在复杂环境条件下，需要增加采样流量检查的次数，为更进一步完善流量传递系统做准备。

随着国内环境大气监测站的数量逐年增多，各个测站的流量质控次数和要求也在逐年增加。在质控室进行流量传递的工作原理虽然简单，但是传递一台流量计所需要的时间较长，同时，手动传递也会造成额外的系统误差。为了降低流量传递时间和系统误差，可以对流量传递系统进行优化，引入自动流量校准系统。目前所使用的一级标准流量计和被检测流量计，均可以实现数据传输，在此基础上加入继电器控制系统，就可以实现对一组或多组流量计传递工作。核心步骤为：第一，统一管路和接头，管路和接头与被检测仪器保持一致，在接入一级校准流量计后，对管路的密闭性进行测试；第二，选用远程控制调节阀和继电器，将不同量程调节阀并联接入对应的一级标准流量计测量管路，将继电器并联接入被检测流量计的前端，通过开启不同位置的调节阀和继电器来实现不同流量计的流量传递；第三，质控室安装可以远程输出的温湿度传感器，可以将室内温湿度，调节阀，继电器和流量计采集等参数编程写入控制软件中。控制软件通过采集温湿度传感器参数来判断质控室环境是否稳定，当环境稳定时，控制软件通过工程师设定的测量方式和次数，进行多组流量计传递工作。

结束语：质控检查是环境大气监测站数据准确性的重要保障，流量计传递工作是质控检查顺利进行的重要前提。随着国内对臭氧污染的关注程度日益上升，进一步完善和优化流量传递系统，对准确测量复合型光化学污染的重要污染因子具有重要作用。

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