一、背景

VOCs 被認為是臭氧、細顆粒物生成的共同前體物。隨著經濟的發展，由工業生產、居民生活等人為原因排放的VOCs總量在逐年增加，導致光化學煙霧、城市灰霾等復合大氣污染問題日益嚴重。為此國家、省等各級環保部門相繼出臺了《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》、《表面涂裝(汽車制造業)揮發性有機化合物排放標準》（DB44/816-2010）、《集裝箱制造業揮發性有機物排放標準》(DB 44/1837-2016)等規定、標準明確將VOCs 列入大氣污染防控的重點項目。

二、技術對比

目前，國內外對揮發性有機物進行監測的技術方法及優缺點比較如下：

當前，針對VOCs監測國內僅出臺了《固定污染源 揮發性有機物排放連續自動監測系統 光離子化檢測器（PID）法技術要求》（DB44/T 1947-2016）、《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續監測系統技術要求及檢測方法》（HJ 1013-2018）。比較之下，采用HJ 1013-2018標準去監測VOCs的方法可以較準確的利用甲烷、非甲烷總烴等數據表示VOCs、苯系物等數據，適合企業進行。

三、建設方案

3.1設備選型

根據《表面涂裝(汽車制造業)揮發性有機化合物排放標準》（DB44/816-2010）、《集裝箱制造業揮發性有機物排放標準》(DB 44/1837-2016)、《固定污染源廢氣非甲烷總烴連續監測系統技術要求及檢測方法》（HJ 1013-2018）要求，建成的揮發性有機物在線監測系統應可以連續監測甲烷、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯組分含量，并統計排放率、排放總量等。從而對測量到的數據進行有效管理、廢氣參數（溫度、壓力、流速、流量）等的測量功能。因此本方案選擇華誼環保生產的HY/VOC-3000型揮發性有機物在線監測系統。該系統采用GC-FID聯用的方法進行揮發性有機物的測量。系統具有如下特點：

?全熱法整體方案設計，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，保證數據的真實可靠；

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

?預處理方法符合美國EPA和國內有機廢氣測定標準，方法穩定可靠；

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

?系統自動氣密性測試功能，可有效的進行系統氣密性檢測，保證測試結果的準確可靠；

?采用氣相色譜（FID）分析方法，符合國際和國內測量標準，除常規監測因子外，可提供特定檢測因子應用方法開發；

?擁有多種數據接口，可滿足不同用戶對監控數據的采集需求；

3.2主要技術參數

3.3系統簡介

HY/VOC-3000型揮發性有機物排放連續監測系統由VOCs在線監測系統、在線預處理系統、在線采樣系統、溫壓流監測系統、氧氣濕度監測系統以及數據采集與處理子系統組成。

HY/VOC-3000型系統示意圖

如上圖所示，VOCs在線監測系統由GC1000型VOCs在線分析儀進行監測，依據不同的監測需求，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型定制化監測分析儀實現。

煙氣參數監測子系統包括煙氣流速、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行測量。

數據采集與處理子系統由集線箱、HY/VOC-3000固定污染源揮發性有機物在線監測軟件、企業DCS接口模塊等構成。集線箱安裝在戶外的平臺上，平臺上的所有設備均由集線箱進行供電，同時集線箱接收所有設備的信號輸出，通過內部的處理單元轉換為工業現場經常使用的RS485與儀表間機柜內的工作站進行通信。HY/VOC-3000固定污染源揮發性有機物在線監測軟件匯總所有的氣體濃度信息和工作狀態信息，具有生成報表、存儲數據、查詢歷史記錄、與環保部門聯網通信等功能。

以下介紹HY/VOC-3000型系統儀表柜的前后面板，分別如下圖所示。

HY/VOC-3000型系統儀表柜前面板

各部分所實現的功能如下：

l工控機：進行HY/VOC-3000固定污染源揮發性有機物在線監測軟件的操作，匯總所有的氣體濃度信息和工作狀態信息，具有生成報表、存儲數據、查詢歷史記錄、與環保部門聯網通信等功能；

lVOCs在線分析儀：采用氣相色譜方法進行揮發性有機物樣品的在線分析檢測；

l氫氣發生器：為色譜儀器儀提供干燥純凈的氫氣；

l零氣發生器：為色譜儀提供干燥純凈的零級空氣；

l預處理控制面板：預處理控制面板上設有溫度控制器、報警燈、運行/維護開關、反吹按鈕等，用于對系統的監控和手動操作；

l電控擋板：電控擋板后面為控制電磁閥、電控器件及相關管路，必要時打開進行維護；

HY/VOC-3000型系統儀表柜后面板

各部分所實現的功能如下：

l采樣預處理系統：由高溫過濾器、高溫氣動閥、樣氣連接、標氣連接濕度傳感器模塊等組成，實現氣體的采樣、反吹、標定等過程，采樣預處理模塊與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行揮發性有機物樣品的在線分析檢測；

l氫氣發生器：為色譜儀器儀提供干燥純凈的氫氣；

l零氣發生器：為色譜儀提供干燥純凈的零級空氣；

l氣路控制系統：由過濾減壓閥、電磁閥和氣路組成，主要實現采樣、反吹、標定等氣路

的控制；

l氣體出入口：HY/VOC-3000型系統各種氣源的進出口，包括儀表風入口、標氣入口、零氣入口和排空氣出口 。

3.3.1 VOCs在線監測系統

VOCS在線監測系統采用氣相色譜技術進行樣品中甲烷、總烴和苯系物樣品的分析檢測，在系統采樣泵的作用下，樣品進入到高精度定量環中進行定體積取樣，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行分離分析，被分離后的樣品依次進入到氫火焰離子化檢測器（FID）中進行檢測，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據，

3.3.1.1采樣預處理系統

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

HY/VOC-3000型系統預處理的流程如圖2.2所示。

煙氣經過高溫采樣探頭和伴熱管到達采樣預處理系統，預處理系統內部高溫加熱，溫度可調。溫度與伴熱管線溫度、VOCs在線分析儀閥箱溫度保持一致，保證樣品經采樣探頭，伴熱管線，進入到分析儀器內部時，無水汽及樣品的冷凝。溫度可以通過前面板上的溫控器進行調節。

預處理系統內部集成高溫過濾器，防止樣品中的殘留顆粒物進入到分析儀器，影響分析儀器的器件使用壽命。

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

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

圖2.2HY/VOC-3000型系統采樣流程

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進行樣品中各類VOCs樣品在線分析檢測。儀器采用高精密定量環進行樣品的準確定量采集；通過閥切換，實現樣品的采集及進樣分析；樣品經色譜柱分離后依次進入到FID中進行定量分析檢測。

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、數據顯示模塊、通訊模塊等組成。實現VOCs的測量、顯示以及通訊功能。HY-1000型VOCs在線分析儀的內部結構如圖2.3所示。

HY-1000型VOCs在線分析儀內部結構示意圖

各部分所實現的功能如下：

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，以及數據的采集及處理；

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數據顯示模塊：用于實時數據的顯示，以及儀器的參數設置、校準等人機交互操作；

l通訊模塊：用于檢測結果、儀器狀態參數的通訊傳輸。

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

3.3.2煙氣參數監測子系統

HY/VOC-3000型系統煙氣參數監測子系統由差壓變送器、皮托管、溫度變送器、壓力變送器、反吹系統等構成，主要測量煙氣流速、溫度、壓力和濕度以及實現探頭的反吹。各參數監測原理和指標如下：

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：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：WZP鉑電阻。

?測量范圍：(0～300)℃（根據實際工況可選）

?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數據采集與處理子系統

數據采集與處理子系統由集線箱、上位機、HY/VOC-3000固定污染源揮發性有機物在線監測軟件、企業DCS聯網單元、數據遠傳單元等構成。

集線箱安裝在戶外的平臺上，平臺上的所有設備均由集線箱進行供電，同時集線箱接收所有設備的輸出信號，通過內部的處理單元轉換為工業現場經常使用的RS485協議傳輸到上位機。通過安裝在上位機上的HY/VOC-3000固定污染源揮發性有機物在線監測軟件監控查詢所有測量信息和儀表工作狀態信息。上位機軟件可以同時生成國家環保部門要求的數據通過數據遠傳單元（GPRS、Internet等）傳送到環保行政主管部門，上位機也可以連接DCS聯網單元實現與企業內部的DCS聯網。

數據采集與處理子系統示意圖

3.4安裝要求

系統的安裝分為室內和室外兩部分的安裝，室內安裝包括儀表盤柜的就位、標氣瓶的擺放以及固定、系統供電；

室外安裝主要是伴熱管連接、信號線的連接，平臺采樣探頭、煙氣參數探頭的安裝。各部件安裝位置，各部件安裝規范見技術要求。為了確保現場設備安裝的順利進行，我們制定了科學的安裝施工流程，現場施工安裝順序為：

平臺和扶梯、分析儀機房—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——設備通電調試—第三方檢測比對驗收—對客戶培訓—竣工。

平面圖

根據企業實際情況，監測房及檢測平臺布置如上圖。其中需新建至少9m2的監測房，用于放置系統主機。排氣筒上擴建監測平臺，便于安裝探頭。監測平臺至監測房間布設伴熱管及電氣線路，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 ,附合國家安全標準。

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，系統共需3個監測孔（2個用于在線監測系統、1個用于環保手工比對監測用）。取樣點的位置應根據不同的應用需要來選取，它對整個系統的采樣測量有直接的影響。

A 環保監測應用：取樣點的位置一般選在廢氣進入排氣筒之前磚或鋼結構的水平煙道中心線上；也可以安裝在排氣筒上。

B 環保部門對比測試用：比對監測孔應與取樣探頭保持0.5米以上的距離。測試口的內徑應為100mm，應能夠使環保部門的測試正常進行。

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

3）電纜橋架（如需鋪設橋架，橋架費用及鋪設買方負責）：

鋼制橋架規格為150×75mm（如是線管，線管的內徑不小于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，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，室內凈高2500mm～2800mm，放置體積為800mm*800mm*1600mm的機柜。

b)墻體結構為實心磚砌，內外墻粉刷混泥土和白粉灰，小屋內地面鋪設地磚；小屋墻頂實行混泥土現場澆灌平頂，進行防漏和隔熱處理；

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

d)室內環境：CEMS分析柜對環境溫度、濕度有一定要求，要求環境溫度在20～35℃之間，相對濕度在80%以下，故分析小屋內需安裝通風設施和空調（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，電源分線箱內配置3個空氣開關，規格分別為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、維護等日常操作，需安裝照明，照明開關帶三線或二線插座。

g)在監測房內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，開孔數量1個；在機柜背面墻壁接近地面底部上開一孔，規格為ф50，作為廢水廢氣排放口。

h)氣液接入、排放：在指定位置預留樣氣入口或冷凝液排放口。監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，以保證設備的正常運行，氣源管末端應安裝G1/2”內螺紋球閥。

審核編輯 黃昊宇