精通设备性能、精准节能监察

程正椿

为提升我国节能监察系统行政执法水平，国家在十二五期间从中央财政安排资金扶持各地节能监察机构能力建设，配置仪器设备。2012～2014年三年间广西分三批次获得国家对节能监察机构能力建设的资金支持。

表1

三批共获得中央财政资金7602万元。这些设备已经或即将列装到全区14个地市88个县区节能监察机构中去。这些设备共有28种3338台套（不包括取证设备682台套）。这些设备目前存在的最大问题就是很多从业人员还不会使用。为了让我区各级节能监察人员尽快熟练掌握这些设备，本人就所了解的六大设备的有关知识做个介绍，与大家一起探讨和分享，希望能给大家有所帮助。

1 超声波流量计

（1）测量范围

①自来水、循环水、冷却水；供热水等；原水、海水、一般沉淀后污水或二级污水；②饮料、酒精、啤酒、药液等；③化学溶剂、牛奶、酸奶等；④汽煤柴油等油品；⑤发电厂的热力、供暖、供热；⑥流量采集，泄漏检测；流量、热量化管理、监控网络系统；⑦热量测量、热量平衡。

（2）超声波流量计的工作原理

时差式超声流量计通过检测并计算超声脉冲在流体顺向和逆向速度的差异来测定流量。测量时采用一对传感器，相向交替发射和接收超声波，信号在流体中顺流传播时要比在逆流方向快，而当流体静止时，时间差为零。因此测量超声波在顺流和逆流中传播的时间，即可得到时差△t，根据△t与流速V的关系，间接地测量出流体的平均流速，从而根据管道截面积计算出体积流量Q。

式中：K为常数；S为管道内截面积。

但是，如果简单地根据上述原理来制造一个流量计在应用上会受到许多限制。时差式流量计采用专利的多脉冲宽带技术，结合最新的DSP技术，它允许单个传感器在很宽的频率范围内发射和接收信号，提供了近100～1000倍的信号强度，在此条件下，即使发射脉冲中断，仍能满足精确测量流量所需的足够数据，在有少量气泡和悬浮物存在的情况下也能正确测量。它与一般的窄带技术和宽脉冲技术相比，可以发射不失真、稳定性好及高振幅的声波信号，达到较高的测量精度。

（3）超声波流量计的功能

在管外精确、可靠地测量管道中的流量而不需要过程管线停流是工程技术人员的愿望，也是超声流量计的独特优势。超声流量计采用时间差超声测量原理，是融合了世界上先进的非接触式流量测量技术、先进的多脉冲数字技术设计而成的一种全新通用型多功能超声流量计。它提供了测量系统的高精度、高稳定性、多用途性、高可靠性，安装简单便利，可快速投用。它具有独特的双时基时间放大运算方式、先进的DSP信号处理和运算技术及平均流速数字校准技术。它适合测量密闭管路中满管的比较纯净的液体如：自来水、江河海水、工业循环水、冷热水、成品油等；化学腐蚀性的液体如：强酸强碱、氨水、污水等。事实上适合所有相对清洁的液体、浑浊但固体或气泡含量少于1.0%的液体。适合测量非常低的流速。完全节能、不用过程“停车”、非常低的流量下限、准确可靠是超声流量计的最大特点。

2 多普勒超声波流量计

（1）功能与作用

多普勒超声波流量计的功能：极好的低流速测量能力，可低至0.05m/s，测量精度：0.5～2.0%F·S；极宽的流量测量范围，高流速可达12m/s，流速范围：0.05～12m/s；非常适合大管径污水测量，液体类型：含量超过100ppm的反射体（颗粒或气泡），且颗粒大于100μm；自适应信号增益调节；无论外夹式或插入式，均可以在线安装；操作简单，只需输入内径即可实现流量测量；瞬时流量和累积流量脉冲输出及流量报警输出。

传感器性能指标：

类型：外夹式和插入式；流体温度：-40～+250℃；

管径大小：标准外夹式DN40～4000；

防爆认证：Ⅱ2G，ExdⅡBT6，LCIE09 ATEX3088。

具体可计量的液体的应用场合：各种水（废水，污水，非纯净循环水及原水）；各种浆液、纸浆和矿浆；挖泥船流量计量；非纯净有毒液体、原油、乳化液等；对其它流量计现场比对校验；污水水泵流量考核；钻井液、含沙原油等。

（2）多普勒超声波流量计的工作原理

多普勒超声流量计利用了物理学中的多普勒效应，在任何流动的液体中存在的不连续都会使被反射的超声波信号产生频移（也即信号产生相位差），通过测量相位差，即可测得流速。频移是流速的线性函数，它经过电路过滤后，能产生稳定的、可重复的和线性的指示。理论上，这些不连续可以是悬浮的一些气泡、固体，或由于流体扰动引起的界面。传感器产生和接收超声波信号，提供数据给主机，主机处理信号并提供模拟输出供流量和累积量显示。DMS90X系列多普勒超声流量计就是基于多普勒超声测量原理，采用相位差方法来处理信号的。它具有独特的数字滤波技术和频率调制解调技术，自动整形接收到的波形信号，它可以测量含污水的管道，且对管道振动不太敏感。

声波反射物质的声阻抗必须与液体的声阻抗（声波在介质中传播时的速度差异）有至少10%的差别。只是液体中的颗粒必须足够大（大于100um）或含有气泡，能引起声波的纵向反射。

3 热像仪

（1）功能与作用：简单地说热成像仪就是个红外相机，但它拍摄的不是物体的颜色，拍的是物体的温度，一张照片包含了你看到的每个点的温度，并且以不同的颜色显示每个点的温度，温度高的地方红红亮亮，就像个烧红的铁棒一样，一目了然。通过这种设备，我们可以安全、快速、直观、准确地找到安全隐患。因为它是拍照的方式，所以不用接触触碰，远距离就可以实现采集，能保证安全。手指一按，温度图片和结果就自动保存，非常快捷方便。这种测温技术最早从1958年就开始在国外使用，测温技术成熟准确。所以有了这个设备，可以极大地减轻检测人员的工作量，不像以前要爬上爬下去测温，也保证了人员的安全，远距离拍个照片就有结果。

（2）热像仪探测器像素：不小于640×480像素，探测温度范围：-40～+2000℃，加配原厂长焦镜头。

我区钢铁、铁合金、铝材加工等企业的窑炉都是高温型的，现场的检测工况多种多样，有2000℃高温的锅炉，有防爆要求的石化工厂，有有害气体的生产车间，还有一些高测试精度要求的精密生产场所。所以我们配的仪器需要选配可以测量高温的选件，还要有能从安全距离外准确测试的长焦镜头，而这一切如果仪器不准那么测试出来的结果就没有任何意义了，所以对仪器精度需要有严格的要求，因为这是测试结果是否可靠的根本。

（3）有MSX动态多波段成像功能：有MSX功能的图可以成像更多细节，在节能监测过程中清晰的红外图像能准确定位故障和缺陷并呈现一个有直观准有说服力的效果图。

（4）热灵敏度（NETD）＜30mK@+30℃。灵敏度高有助于检测保温漏热漏冷，便于快速直观查找泄露点，假如仪器灵敏度不够，将无法检测建筑节能和墙体保温，这类型节能监测存在普遍问题就是仪器灵敏度不够。

（5）图像帧频：60Hz，镜头与屏幕可旋转。帧频高图像清晰无拖影，检测现场工况复杂，镜头可旋转可实现多角度多方位便捷检测。

4 烟气分析仪

（1）功能与作用：

主要用于能效测试中的燃烧效率测试，通过烟气中的各种气体成分含量、烟气温度等的测量，通过相应的公式计算出燃烧效率，保证锅炉、窑炉等设备的良好运行。

节能监测和环保监测的性质不一样，测量的工况、环境、场合（测量位置）不一样，节能监测主要监测的是各种锅炉、窑炉的燃烧过程中的燃烧状况，根据测量的这些参数判断燃烧状况，指导各厂家和单位整改和优化，达到节能的目的。而环保监测中监测的是最终的排放状况，主要是脱硫、脱硝后的排放指标是否达到国家制定的环保标准。

另外有些仪器还有“仪器自带采样流量显示功能”和“高效帕尔贴冷却器带冷凝水收集器”节能监测方法和规范里面没有这些要求，现行国家烟气分析仪的检定规程（JJG968-2002）里面也没有要求。增加这些功能的仪器价格较高（烟气分析仪厂家都是按需生产配置功能），根据我们的工作需要，如果以后我们要拓展到环保监测领域，到时可以通过增加外置预处理器来完善这些功能。

（2）工作原理：

烟气分析仪主要通过仪器内部的安装的各种气体传感器测量出相应的气体成分，传感器类型有：①电化学法（也称定电解点位法），该类型的传感器有O2（氧气）、CO（一氧化碳）、NO（一氧化氮）、NO2（二氧化氮）、SO2（二氧化硫）等，这种类型的传感器一般寿命2～3年，即2～3年需要更换传感器（寿命跟使用频次有关，用得少的话寿命会超过3年）。②红外传感器，主要有CO2（二氧化碳）、CxHy（碳氢类，主要是甲烷（CH4）。该类型的传感器精度高，寿命8～10年，但价格较高。

（3）仪器参数：

①仪器可测量 O2、CO、CO2、NO、NO2、SO2、CxHy（CH4）、H2S 等烟气参数，可同时测量8种烟气参数。根据节能监测标准，涉及到烟气分析仪的规范有13种。根据规范要求，需要测量O2、CO、RO2（三原子气体，含CO2+SO2）、燃气锅炉需要测量 CxHy（碳氢类气体，主要是甲烷（CH4），另外，对应目前环保要求，需要测量 NOx（NO+NO2），所以需要配置 O2、CO、NO、NO2、SO2、CO2、CxHy、H2S 等 8 个测量组分，且要求同时测量，另外根据规范要求环境温度和烟气温度要同时测量。因为节能是各种工况都有，所以配备含8种组分的烟气分析仪才能满足节能监察的工作要求。

②CO2为实测值，非计算值。仪器可以计算CO2值，但是计算CO2的公式中需要用到燃料的CO2maxVol.%，以及对应的燃料的A1（燃烧效率系数），B（校正系数）这两个系数，目前我们国家的燃料类型的这些参数并没有标准。比如同样是煤，贵州产的和合山产的这些系数就差别很大，代入不同的系数，计算结果差别较大，所以采用仪器内置传感器直接测量，消除燃料类型不同带来的计算CO2误差。

③有完善的仪器状态自检功能：保证仪器的快速、正常使用。

④带密封检漏、烟道中心定位功能：密封检漏：仪器主机和采样管线、采样探管之间采用快速连接，仪器多次使用中会有插拔，如接触不好会造成管路密封不好，造成有空气吸入，分析成分不准确（O2偏高，其它成分偏低），仪器带有密封检漏功能可消除这种影响烟道中心定位：对于大的烟道，中心点和边缘点的测量值会有差别，一般测量时尽可能采取烟道中心点的测量值，所以需要有烟道中心定位功能。

⑤Mini-USB用于数据传输和仪器充电。

⑥优化设计的气水分离器和烟尘过滤器。

⑦带CO（H2补偿）传感器清洗保护泵，保护CO传感器。

⑧菜单导航软件和功能键，用户能自定义显示和打印界面。

⑨仪器至少能存储8500组数据，且可安装附加的存储卡扩展存储。

5 照度计、便携式照度计

（1）功能与作用：

光照强度是指单位面积上所接受可见光的光通量（能量），简称照度，单位勒克斯（Lux或Lx）。用于指示光照的强弱和物体表面积被照明程度的量。精密数字照度计是用来测量光照强度的专业设备，应用于规划、安装、测试以及监视照明系统，也可用于卫生、生理、心理或者健康的医疗照明条件测量。在对照明系统进行节能监察工作时，需要对宾馆、商厦、道路、隧道、机场等领域的照明系统进行专业的光学测试，并出具官方权威的监察报告。主要应用如下：

①应急照明系统测试，如应急照明灯；②用于生产设施，办公场所以及医院等检修和维护；③街道、运动场所、园林公园照明设施测试如路灯；④光源制造过程质量控制和保障；⑤灯光设计和建筑规划灯光效果测试；⑥农业及林业领域照度测试。

（2）照度计示值误差±1%

国家权威的节能监察检测，需要使用优于或符合国际和国家标准的测试仪器。而照度计示值误差，正是考量仪器是否遵照官方的技术标准的最重要参数。使用精度高达±1%的照度计，才可用于出具认证证书和官方权威照度检测。

（3）余弦特性误差：f2：±2%

有颜色校正功能的硅光二极管，即其频谱响应与人眼的白昼视觉匹配V（λ），光谱光视觉率V（λ）偏差f1＜3%；对一定角度的入射光进行余弦校正，余弦矫正特性f2≤2%。这样才能可靠测量日光或人造光源的照度。

（4）分辨率 0.01Lx，0.001fc

分辨率显示仪器能够检测到被测量最小变化量的能力。对于用来测量非常微弱的光源，如应急照明灯，就需要具备高达0.01Lx（0.001fc）分辨率的照度计。

（5）测量范围（0.01～199000）Lx，（0.001～19990）fc

由于需要应对各种不同的测试环境，如体育馆、公共广场大型照明设施、车头灯等，需要宽泛的测量范围，无需额外的附件，即可测量极高的光照强度，甚至最亮的日光。

（6）2次/s采样率，100个独立测量值存储

2次/s的采样率可以实时捕捉变化的光源信号，得到真实有效的测试结果。由于需要携带仪器外出，在各种不同环境下进行节能监察检查，测试结果直接记录在仪器中，数据可通过USB传输到电脑，再整理分析数据得出报告。

（7）精度等级

依据DIN5032-7（光度测量法.光照度计和光通量计的分类）和DINEN13032-1的标准要求，对照度计进行B级精度和C级精度的分级，测量结果保证在标准规定的误差限制内，确保使用该设备在执行节能监察、质量检查、参考测量以及评估的有效性。

（8）亮度范围测量范围1～1999000cd/m2

亮度是指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比，亮度的单位是坎德拉/平方米（cd/m2）。其用来描述反射光或者发光物体对人眼感知的亮度效果，光在眼睛中产生的生理效果是户外灯光设计的主要参考因素。高精度亮度计按照应用规范，用来测量最大和最小的亮度值，保证带有显示屏设备或者灯具的质量要求，确保设备老化维护，优化照明均匀性。照度计安装上亮度测量配件后即可测量亮度，而亮度计也需要具备宽泛的测试范围，以应对以下各种不同的测试环境：

①医疗领域的图像显示设备屏幕监测；②街道、隧道、铁路和机场的指示灯系统测试；③CRT、LCD、LED以及等离子显示屏幕测试；④运动场所、公共建筑照明；⑤投影屏幕的一致性测试；⑥照明设施、灯箱和户外广告的亮度测量。

6 多通道热流计

（1）功能与作用

热流计是专业测量热通量（热流密度）的仪器。在工业节能监察上主要用于测量电厂热流管道热损失的专用仪器以及所有涉及热力管道保温材料热损失测量都会涉及应用到此仪器。

热力管道保温性能越好，说明热损失越小，越节能。热流计是一款定量测试的仪器，“GB/T8174-2008设备及管道绝热效果的测试与评价”明确提及热流计的安装、使用以及测试数据考量是否达标的量化依据。这对执法人员来说，操作简单，量化清晰。

（2）性能要求

①满足《设备及管道绝热效果的测试与评价》（GB/T8174-2008）依照的蓝本。②用于测量物体表面传导热流和温度；标准里规定温度和热流必须同时测量。③高、低温热流传感器外壳材质都为金属材质，减少热导率影响下的热阻变化。金属介质导热率高，真实反映传热过程。④高、低热流传感器厚度都不大于3mm，接近一维传热模型。科学理论介绍一维传热是传热最准确，最可靠的模式，所以探头满足一维传热模型，对测量结果准确性越好。⑤热流传感器响应时间优于0.1s，接近实时的热流监控。响应时间越高，越真实反映热流测试结果。⑥热流量程：0～3000kW/m2，精度优于示值的5%，热流分辨率优于1.2W/m2，标准里有精度要求。⑦热流传感器工作温度范围（非内置热电偶温度范围）：-250～980℃，并内置热电偶，标准里有高温环境的测试参考。

还有一些小型的设备在这就不做一一介绍了。