一、背景

VOCs 被認(rèn)為是臭氧、細(xì)顆粒物生成的共同前體物。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由工業(yè)生產(chǎn)、居民生活等人為原因排放的VOCs總量在逐年增加，導(dǎo)致光化學(xué)煙霧、城市灰霾等復(fù)合大氣污染問題日益嚴(yán)重。為此國家、省等各級環(huán)保部門相繼出臺了《重點區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》、《表面涂裝(汽車制造業(yè))揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB44/816-2010）、《集裝箱制造業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 44/1837-2016)等規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)明確將VOCs 列入大氣污染防控的重點項目。

二、技術(shù)對比

目前，國內(nèi)外對揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行監(jiān)測的技術(shù)方法及優(yōu)缺點比較如下：

當(dāng)前，針對VOCs監(jiān)測國內(nèi)僅出臺了《固定污染源 揮發(fā)性有機(jī)物排放連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng) 光離子化檢測器（PID）法技術(shù)要求》（DB44/T 1947-2016）、《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（HJ 1013-2018）。比較之下，采用HJ 1013-2018標(biāo)準(zhǔn)去監(jiān)測VOCs的方法可以較準(zhǔn)確的利用甲烷、非甲烷總烴等數(shù)據(jù)表示VOCs、苯系物等數(shù)據(jù)，適合企業(yè)進(jìn)行。

三、建設(shè)方案

3.1設(shè)備選型

根據(jù)《表面涂裝(汽車制造業(yè))揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB44/816-2010）、《集裝箱制造業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 44/1837-2016)、《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法》（HJ 1013-2018）要求，建成的揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)可以連續(xù)監(jiān)測甲烷、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯組分含量，并統(tǒng)計排放率、排放總量等。從而對測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理、廢氣參數(shù)（溫度、壓力、流速、流量）等的測量功能。因此本方案選擇華誼環(huán)保生產(chǎn)的HY/VOC-3000型揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GC-FID聯(lián)用的方法進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物的測量。系統(tǒng)具有如下特點：

?全熱法整體方案設(shè)計，適用于高溫、高濕、高濃度、高粉塵等苛刻工況條件，從采樣到分析全程高溫伴熱，有效減少樣品損失，保證數(shù)據(jù)的真實可靠；

?采樣管路采用PTFE或惰性化金屬弱吸附材質(zhì)，伴熱溫度120℃（可調(diào)），有效減少采樣管路對樣品吸附造成的損失；

?預(yù)處理方法符合美國EPA和國內(nèi)有機(jī)廢氣測定標(biāo)準(zhǔn)，方法穩(wěn)定可靠；

?帶有自清潔功能樣品前處理裝置，可有效對樣品中的細(xì)顆粒物、水汽等雜質(zhì)組分進(jìn)行處理，避免對分析系統(tǒng)造成損壞；

?系統(tǒng)自動氣密性測試功能，可有效的進(jìn)行系統(tǒng)氣密性檢測，保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確可靠；

?采用氣相色譜（FID）分析方法，符合國際和國內(nèi)測量標(biāo)準(zhǔn)，除常規(guī)監(jiān)測因子外，可提供特定檢測因子應(yīng)用方法開發(fā)；

?擁有多種數(shù)據(jù)接口，可滿足不同用戶對監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集需求；

3.2主要技術(shù)參數(shù)

3.3系統(tǒng)簡介

HY/VOC-3000型揮發(fā)性有機(jī)物排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)由VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)、在線預(yù)處理系統(tǒng)、在線采樣系統(tǒng)、溫壓流監(jiān)測系統(tǒng)、氧氣濕度監(jiān)測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)組成。

HY/VOC-3000型系統(tǒng)示意圖

如上圖所示，VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)由GC1000型VOCs在線分析儀進(jìn)行監(jiān)測，依據(jù)不同的監(jiān)測需求，可以由HY/1000-10型總烴在線分析儀，HY/1000-20型甲烷非甲烷總烴在線分析儀，HY/1000-30型甲烷非甲烷總烴+苯系物在線分析，HY/1000-40型定制化監(jiān)測分析儀實現(xiàn)。

煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)包括煙氣流速、煙氣壓力、煙氣溫度和煙氣濕度的測量。煙氣流速采用差壓變送器測量，通過測量煙氣流動中的全壓和靜壓，換算得到煙氣的流速。煙氣溫度采用鉑電阻溫度傳感器測量。煙氣濕度采用煙氣水分儀進(jìn)行測量。

數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)由集線箱、HY/VOC-3000固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測軟件、企業(yè)DCS接口模塊等構(gòu)成。集線箱安裝在戶外的平臺上，平臺上的所有設(shè)備均由集線箱進(jìn)行供電，同時集線箱接收所有設(shè)備的信號輸出，通過內(nèi)部的處理單元轉(zhuǎn)換為工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常使用的RS485與儀表間機(jī)柜內(nèi)的工作站進(jìn)行通信。HY/VOC-3000固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測軟件匯總所有的氣體濃度信息和工作狀態(tài)信息，具有生成報表、存儲數(shù)據(jù)、查詢歷史記錄、與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)通信等功能。

以下介紹HY/VOC-3000型系統(tǒng)儀表柜的前后面板，分別如下圖所示。

HY/VOC-3000型系統(tǒng)儀表柜前面板

各部分所實現(xiàn)的功能如下：

l工控機(jī)：進(jìn)行HY/VOC-3000固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測軟件的操作，匯總所有的氣體濃度信息和工作狀態(tài)信息，具有生成報表、存儲數(shù)據(jù)、查詢歷史記錄、與環(huán)保部門聯(lián)網(wǎng)通信等功能；

lVOCs在線分析儀：采用氣相色譜方法進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物樣品的在線分析檢測；

l氫氣發(fā)生器：為色譜儀器儀提供干燥純凈的氫氣；

l零氣發(fā)生器：為色譜儀提供干燥純凈的零級空氣；

l預(yù)處理控制面板：預(yù)處理控制面板上設(shè)有溫度控制器、報警燈、運行/維護(hù)開關(guān)、反吹按鈕等，用于對系統(tǒng)的監(jiān)控和手動操作；

l電控?fù)醢澹弘娍負(fù)醢搴竺鏋榭刂齐姶砰y、電控器件及相關(guān)管路，必要時打開進(jìn)行維護(hù)；

HY/VOC-3000型系統(tǒng)儀表柜后面板

各部分所實現(xiàn)的功能如下：

l采樣預(yù)處理系統(tǒng)：由高溫過濾器、高溫氣動閥、樣氣連接、標(biāo)氣連接濕度傳感器模塊等組成，實現(xiàn)氣體的采樣、反吹、標(biāo)定等過程，采樣預(yù)處理模塊與VOCs分析儀無縫連接，整個樣品傳輸過程，無冷點存在；

lVOCs在線分析儀：采用氣相色譜方法進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物樣品的在線分析檢測；

l氫氣發(fā)生器：為色譜儀器儀提供干燥純凈的氫氣；

l零氣發(fā)生器：為色譜儀提供干燥純凈的零級空氣；

l氣路控制系統(tǒng)：由過濾減壓閥、電磁閥和氣路組成，主要實現(xiàn)采樣、反吹、標(biāo)定等氣路

的控制；

l氣體出入口：HY/VOC-3000型系統(tǒng)各種氣源的進(jìn)出口，包括儀表風(fēng)入口、標(biāo)氣入口、零氣入口和排空氣出口 。

3.3.1 VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)

VOCS在線監(jiān)測系統(tǒng)采用氣相色譜技術(shù)進(jìn)行樣品中甲烷、總烴和苯系物樣品的分析檢測，在系統(tǒng)采樣泵的作用下，樣品進(jìn)入到高精度定量環(huán)中進(jìn)行定體積取樣，并將樣品平衡至大氣壓。通過閥切換，在載氣的作用下，采集到的樣品分別送入到各自的色譜柱中進(jìn)行分離分析，被分離后的樣品依次進(jìn)入到氫火焰離子化檢測器（FID）中進(jìn)行檢測，通過集成軟件自動計算，自動得到各組分的色譜定性定量分析數(shù)據(jù)，

3.3.1.1采樣預(yù)處理系統(tǒng)

HY/VOC-3000型系統(tǒng)的采樣預(yù)處理系統(tǒng)由高溫過濾器、高溫氣動閥、樣氣連接、標(biāo)氣連接、濕度傳感器模塊等組成，實現(xiàn)氣體的采樣、反吹、標(biāo)定等過程，采樣預(yù)處理模塊與VOCs分析儀無縫連接，整個樣品傳輸過程，無冷點存在；

HY/VOC-3000型系統(tǒng)預(yù)處理的流程如圖2.2所示。

煙氣經(jīng)過高溫采樣探頭和伴熱管到達(dá)采樣預(yù)處理系統(tǒng)，預(yù)處理系統(tǒng)內(nèi)部高溫加熱，溫度可調(diào)。溫度與伴熱管線溫度、VOCs在線分析儀閥箱溫度保持一致，保證樣品經(jīng)采樣探頭，伴熱管線，進(jìn)入到分析儀器內(nèi)部時，無水汽及樣品的冷凝。溫度可以通過前面板上的溫控器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

預(yù)處理系統(tǒng)內(nèi)部集成高溫過濾器，防止樣品中的殘留顆粒物進(jìn)入到分析儀器，影響分析儀器的器件使用壽命。

高溫氣動閥主要用于系統(tǒng)反吹以及儀表標(biāo)定時氣路的控制，防止標(biāo)定時，氣體進(jìn)入到伴熱管線中，從而影響標(biāo)定的準(zhǔn)確性；

濕度傳感器用于實時監(jiān)測采集的樣氣的濕度，信號經(jīng)集線器傳輸至HY/VOC-3000固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測軟件中進(jìn)行讀取和記錄。

圖2.2HY/VOC-3000型系統(tǒng)采樣流程

3.3.1.2 HY/1000型VOCs在線分析儀

HY-1000型VOCs在線分析儀，采用氣相色譜-氫火焰離子化檢測技術(shù)進(jìn)行樣品中各類VOCs樣品在線分析檢測。儀器采用高精密定量環(huán)進(jìn)行樣品的準(zhǔn)確定量采集；通過閥切換，實現(xiàn)樣品的采集及進(jìn)樣分析；樣品經(jīng)色譜柱分離后依次進(jìn)入到FID中進(jìn)行定量分析檢測。

HY-1000型VOCs在線分析儀主要由氣路控制模塊、電路控制模塊、采樣模塊、分離模塊、檢測模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、通訊模塊等組成。實現(xiàn)VOCs的測量、顯示以及通訊功能。HY-1000型VOCs在線分析儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。

HY-1000型VOCs在線分析儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

各部分所實現(xiàn)的功能如下：

l氣路控制模塊：用于載氣、空氣、氫氣等所需氣體的準(zhǔn)確流量控制；

l電路控制模塊：用于時序中所需要的閥控制操作，以及數(shù)據(jù)的采集及處理；

l采樣模塊：用于樣品的采集；

l分離模塊：用于VOCs樣品的分離；

l檢測模塊：用于VOCS樣品的檢測；

l數(shù)據(jù)顯示模塊：用于實時數(shù)據(jù)的顯示，以及儀器的參數(shù)設(shè)置、校準(zhǔn)等人機(jī)交互操作；

l通訊模塊：用于檢測結(jié)果、儀器狀態(tài)參數(shù)的通訊傳輸。

HY-1000型VOCs在線分析儀具有一鍵式操作，使用和維護(hù)簡單方便，易于上手。同時具有氫氣保護(hù)、溫度報警、濃度閾值報警、閥維護(hù)時間報警等，方便了解儀器的使用情況和狀態(tài)，使用維護(hù)簡單方便。

3.3.2煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)

HY/VOC-3000型系統(tǒng)煙氣參數(shù)監(jiān)測子系統(tǒng)由差壓變送器、皮托管、溫度變送器、壓力變送器、反吹系統(tǒng)等構(gòu)成，主要測量煙氣流速、溫度、壓力和濕度以及實現(xiàn)探頭的反吹。各參數(shù)監(jiān)測原理和指標(biāo)如下：

3.3.2.1流速測量

?儀 器：流速測量儀

?型 號：TPF-1000

?測量原理：皮托管加差壓變送器（皮托管+差壓變送器）

?測量范圍：（0～15）m/s到（0～40）m/s，可根據(jù)實際工況選擇測量范圍。

?測量精度：≤±0.2%F.S.

?輸入電壓：24V DC

?輸出電流：兩線制（4-20）mA

?插入長度：(200-2000)mm，或定制長度。

?其它：表面噴涂特殊防腐材料（聚四氟）；配套安裝法蘭與螺栓墊片。

?反吹系統(tǒng)：包括SMC電磁閥、氣嘴、三通等

?輸入電壓：220V AC

流速傳感器外觀圖

3.3.2.2壓力測量

?儀 器：壓力變送器

?儀器型號：TPF-1000

?測量原理：壓力傳感器

?測量范圍：(-10～10)Kpa，（根據(jù)實際工況可選）

?測量精度：±0.5%

?輸入電壓：24V DC

?輸出電流：兩線制(4-20)mA

3.3.2.3溫度測量

?儀 器：溫度變送器

?儀器型號：TPF-1000

?測量原理：溫度傳感器

?材質(zhì)：WZP鉑電阻。

?測量范圍：(0～300)℃（根據(jù)實際工況可選）

?測量精度：±0.2%

?輸入電壓：24VDC

?輸出電流：兩線制(4-20)mA

?插入長度：(200-2000)mm或定制插入長度。

?其它：溫度變送器套管外殼噴涂防腐材料（聚四氟），配套安裝底座。

溫度傳感器外觀圖

3.3.3數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)由集線箱、上位機(jī)、HY/VOC-3000固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測軟件、企業(yè)DCS聯(lián)網(wǎng)單元、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳單元等構(gòu)成。

集線箱安裝在戶外的平臺上，平臺上的所有設(shè)備均由集線箱進(jìn)行供電，同時集線箱接收所有設(shè)備的輸出信號，通過內(nèi)部的處理單元轉(zhuǎn)換為工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常使用的RS485協(xié)議傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。通過安裝在上位機(jī)上的HY/VOC-3000固定污染源揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測軟件監(jiān)控查詢所有測量信息和儀表工作狀態(tài)信息。上位機(jī)軟件可以同時生成國家環(huán)保部門要求的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳單元（GPRS、Internet等）傳送到環(huán)保行政主管部門，上位機(jī)也可以連接DCS聯(lián)網(wǎng)單元實現(xiàn)與企業(yè)內(nèi)部的DCS聯(lián)網(wǎng)。

數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)示意圖

3.4安裝要求

系統(tǒng)的安裝分為室內(nèi)和室外兩部分的安裝，室內(nèi)安裝包括儀表盤柜的就位、標(biāo)氣瓶的擺放以及固定、系統(tǒng)供電；

室外安裝主要是伴熱管連接、信號線的連接，平臺采樣探頭、煙氣參數(shù)探頭的安裝。各部件安裝位置，各部件安裝規(guī)范見技術(shù)要求。為了確?，F(xiàn)場設(shè)備安裝的順利進(jìn)行，我們制定了科學(xué)的安裝施工流程，現(xiàn)場施工安裝順序為：

平臺和扶梯、分析儀機(jī)房—電纜橋架—開啟安裝法蘭孔—法蘭安裝或焊接—安裝各部件—連接電纜、氣管、電伴熱管——設(shè)備通電調(diào)試—第三方檢測比對驗收—對客戶培訓(xùn)—竣工。

平面圖

根據(jù)企業(yè)實際情況，監(jiān)測房及檢測平臺布置如上圖。其中需新建至少9m2的監(jiān)測房，用于放置系統(tǒng)主機(jī)。排氣筒上擴(kuò)建監(jiān)測平臺，便于安裝探頭。監(jiān)測平臺至監(jiān)測房間布設(shè)伴熱管及電氣線路，用于信號傳輸及樣氣采集。

3.4.1平臺安裝要求

1）安裝平臺要求：

寬度＞1.1m，作防銹處理 ，

欄桿高度＞1.2m ,附合國家安全標(biāo)準(zhǔn)。

承載能力： 500公斤

在保持正常行人間距的情況下，滿足四人（100Kg/每人）同時上下扶梯。

2) 開孔位置要求

取樣點位于安裝平臺，系統(tǒng)共需3個監(jiān)測孔（2個用于在線監(jiān)測系統(tǒng)、1個用于環(huán)保手工比對監(jiān)測用）。取樣點的位置應(yīng)根據(jù)不同的應(yīng)用需要來選取，它對整個系統(tǒng)的采樣測量有直接的影響。

A 環(huán)保監(jiān)測應(yīng)用：取樣點的位置一般選在廢氣進(jìn)入排氣筒之前磚或鋼結(jié)構(gòu)的水平煙道中心線上；也可以安裝在排氣筒上。

B 環(huán)保部門對比測試用：比對監(jiān)測孔應(yīng)與取樣探頭保持0.5米以上的距離。測試口的內(nèi)徑應(yīng)為100mm，應(yīng)能夠使環(huán)保部門的測試正常進(jìn)行。

注意：選點時應(yīng)考慮影響測量的因素：如溫度、壓力、流速的穩(wěn)流段以及安裝維護(hù)的安全、方便等等。

3）電纜橋架（如需鋪設(shè)橋架，橋架費用及鋪設(shè)買方負(fù)責(zé)）：

鋼制橋架規(guī)格為150×75mm（如是線管，線管的內(nèi)徑不小于25mm），從平臺到分析房一定要以不小于5°左右的下傾角沿程輔設(shè)，允許垂直段，以防積水堵塞采樣管線，橋架直角接頭邊長不能小于0.5m.

3.4.2 分析小屋的要求

a)尺寸：分析小屋的使用面積不小于9m2，室內(nèi)凈高2500mm～2800mm，放置體積為800mm*800mm*1600mm的機(jī)柜。

b)墻體結(jié)構(gòu)為實心磚砌，內(nèi)外墻粉刷混泥土和白粉灰，小屋內(nèi)地面鋪設(shè)地磚；小屋墻頂實行混泥土現(xiàn)場澆灌平頂，進(jìn)行防漏和隔熱處理；

c)小屋門需采用鍍鋅鋼板夾層制作，開在寬邊2000mm上，向外開啟設(shè)計，需配置鋼化玻璃觀察窗（350*350），并配置逃生門鎖。

d)室內(nèi)環(huán)境：CEMS分析柜對環(huán)境溫度、濕度有一定要求，要求環(huán)境溫度在20～35℃之間，相對濕度在80%以下，故分析小屋內(nèi)需安裝通風(fēng)設(shè)施和空調(diào)（1P）；

e)電源：220VAC、50Hz,10KW，接地可靠，一般接地電阻要求≤4歐姆。由用戶接到分析小屋的電源分線箱內(nèi)，電源分線箱內(nèi)配置3個空氣開關(guān)，規(guī)格分別為60A，30A，30A各一個；還有一組220V的電源插座。電源線通過纜溝進(jìn)入到儀器分析柜的下面，分析柜與墻壁之間的距離不小于500mm。

f)照明：考慮到CEMS分析柜安裝、維護(hù)等日常操作，需安裝照明，照明開關(guān)帶三線或二線插座。

g)在監(jiān)測房內(nèi)放置儀器位置的正上方，距離地面高度的2.5m處，為樣氣管路及電纜管路開孔，開孔尺寸為200*100mm，開孔數(shù)量1個；在機(jī)柜背面墻壁接近地面底部上開一孔，規(guī)格為ф50，作為廢水廢氣排放口。

h)氣液接入、排放：在指定位置預(yù)留樣氣入口或冷凝液排放口。監(jiān)測房中配備自來水及洗手盤，便于維修、檢測人員使用。

i)反吹氣源：提供0.4～0.7MPa，潔凈無油壓縮空氣，露點0℃，流量240L/min的反吹氣源（壓縮空氣）并確保反吹氣源長期不間斷的提供，以保證設(shè)備的正常運行，氣源管末端應(yīng)安裝G1/2”內(nèi)螺紋球閥。

審核編輯 黃昊宇