4. 固定污染源烟气采样技术

颗粒物采样是固定污染源监测中最容易“看起来简单、做起来出错”的环节。滤筒称重、采样泵抽气这些动作本身并不复杂，真正决定数据是否有效的是三个前置条件：采样嘴入口的烟气流速是否与管道内实际流速一致（等速采样）、采样嘴口径是否与流速匹配、采样管与滤筒仓是否全程保持在露点以上（加热与伴热）。本节围绕这三点展开，并给出采样泵流量校准与采样时间确定的实操方法。

一、等速采样原理：为什么必须“等速”

烟气中的颗粒物具有惯性。当采样嘴入口抽气速度低于管道内烟气流速时，流线向采样嘴收缩，大粒径颗粒因惯性无法跟随流线转弯，会绕过采样嘴，造成负偏差；当抽气速度高于烟气流速时，流线向外扩张，采样嘴“多吸”了周围气体，小粒径颗粒被过量吸入，造成正偏差。只有采样嘴入口轴线上的抽气速度与来流速度相等，流线不发生畸变，颗粒物才按原比例进入采样嘴，这就是等速采样。

工程上以采样嘴入口速度与烟气流速的相对偏差控制精度：一般要求偏差在 ±10% 以内（严格场合 ±5%）。由于管道内流速分布不均，等速采样必须与点采样配合——按 GB/T 16157 的断面分点法（如圆形烟道按等面积环布点）逐点测量流速、逐点调整抽气流量，而不是用断面平均流速“一速到底”。

二、采样嘴选择：口径由流速和流量共同决定

采样嘴口径不是随意挑的，它由“预计烟气流速”和“采样泵可提供的流量范围”共同约束。口径过小，所需抽气流量低，易受泵流量下限和流量计低端精度限制；口径过大，所需流量超出泵能力，无法维持等速。常用采样嘴口径为 6、8、10、12 mm，选择时先估算断面平均流速，再按等速公式反算各口径所需流量，取落在流量计最佳量程（一般为满量程 30%～80%）内的口径。

采样嘴还应满足几何要求：入口内缘锐利、内壁光滑、锥角合适，嘴口轴线与采样管轴线同轴，采样时嘴口正对气流方向，偏差一般不超过 ±5°。采样嘴与采样管连接处不得有台阶或漏气。

上表为示例计算：以 6 mm 采样嘴、烟气流速 10 m/s 为例，Q = v·A = 10 m/s × 28.3×10⁻⁶ m² ≈ 2.83×10⁻⁴ m³/s ≈ 17 L/min。若采样泵流量计最佳工作区间为 20～60 L/min，则 6 mm 嘴在 10 m/s 下偏低端，宜选 8 mm 嘴（约 30 L/min）；若流速升到 20 m/s，8 mm 嘴需 60 L/min 已接近上限，此时应换 10 mm 嘴或确认泵能力。实际选嘴还要叠加烟气温度、压力、含湿量的折算修正，表中数值仅用于说明匹配逻辑。

三、采样管加热与伴热要求

烟气含水，一旦采样管或滤筒仓温度降到露点以下，水汽会在管壁和滤筒上凝结，既使滤筒增重（正偏差），又可能溶解、粘附颗粒造成损失。因此从采样嘴到滤筒出口的整条气路必须加热：采样管加热温度一般控制在 120～160 ℃，滤筒仓（采样头）通常不低于 120 ℃，且应高于烟气露点至少 10～20 ℃。加热应在采样前提前开启并稳定到设定值，采样全程不得断电；伴热管线（若使用）应全程连续伴热，接头、弯头等易散热部位要重点保温。

四、实操：采样泵流量校准与采样时间确定

流量校准。采样泵前的转子流量计或电子流量计需定期用皂膜流量计或标准流量计校准。实操时把标准流量计串接在采样泵入口，在常用流量点（如 20、40、60 L/min）各测 3 次，记录标准值 Q_标 与泵示值 Q_示，计算修正系数 K = Q_标/Q_示，取各点平均值。采样时按目标流量除以 K 设定泵示值。例如目标 30 L/min、K = 0.95，则泵示值应设为约 31.6 L/min。校准记录应包含环境温度、大气压、校准日期和标准器编号。

采样时间确定。先按等速要求确定抽气流量 Q_s，再根据预计颗粒物浓度和滤筒增重下限反算采样时间。设目标采样体积 V = Q_s × t，若预计浓度 C（mg/m³）、希望滤筒增重不低于 Δm_min（通常要求增重不小于 1～2 mg，以保证称量精度），则 t ≥ Δm_min / (C × Q_s)。示例：C ≈ 20 mg/m³、Q_s = 30 L/min = 0.03 m³/min、Δm_min = 2 mg，则 t ≥ 2 / (20 × 0.03) ≈ 3.3 min，实际应远大于此值以满足方法对采样体积和代表性的要求，通常每个点采样 10～30 min，全断面各点累计满足方法规定的最小采样体积。采样过程中要记录每个点的流速、流量、温度和起止时间，采样后滤筒在干燥器中恒重再称量。

把等速、选嘴、加热、校准、定时这五件事串起来，颗粒物采样才具备可追溯的数据质量。任何一环失守，后续称重再精确也无法弥补采样阶段引入的系统偏差。