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智易時(shí)代加油站VOC在線(xiàn)監測系統技術(shù)方案

更新時(shí)間：2017-11-13 點(diǎn)擊次數：3032

1概述

1.1 VOC定義

有機揮發(fā)物即VOC的定義為熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50-260℃之間的揮發(fā)性有機化合物的總稱(chēng)。VOC室外主要來(lái)自燃料燃燒和交通運輸，室內主要來(lái)自燃煤和天然氣等燃燒產(chǎn)物、吸煙、采暖和烹調等得煙霧，建筑和裝飾材料、家具、家用電器、清潔劑和人體本身的排放等。

VOC的來(lái)源分析如下：

煉油、石化、儲油庫、加油站等油品揮發(fā)；
污水廠(chǎng)、填埋場(chǎng)等生物作用；
油墨、有機溶劑；
鞋類(lèi)制品所用的膠水等；
涂改液、香味玩具等；
涂料、油漆、膠黏劑等；
燃料燃燒、垃圾焚燒、汽車(chē)尾氣等；
電子電氣產(chǎn)品在較高溫度下使用時(shí)會(huì )揮發(fā)出VOC、電子五金的清潔溶劑等；
洗滌劑、清潔劑、衣物柔順劑、化妝品、辦公用品、壁紙及其他裝飾品。

1.2 VOC危害

在一般的室內環(huán)境中存在100種以上的VOC，常見(jiàn)的種類(lèi)有甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛等，其中苯、甲苯等已被懷疑或確定為致癌物質(zhì)。

VOC對人體健康有巨大影響。VOC在室外太陽(yáng)光和熱的作用下能參與氧化氮反應并形成臭氧，臭氧導致空氣質(zhì)量變差并且是夏季煙霧主要組分，當環(huán)境中的VOC達到一定濃度時(shí)，短時(shí)間內人們會(huì )感到頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴重時(shí)會(huì )出現抽搐、昏迷，并會(huì )傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經(jīng)系統，造成記憶力減退等嚴重后果。

VOC的分級控制要求：

高毒害，如丙烯腈、苯、環(huán)氧乙烷、1,3-丁二烯、1,2-二氯乙烷、氯乙烯等：控制在5mg/m3以?xún)龋?br />中等毒害，如甲醛、乙醛、酚類(lèi)、苯胺、硝基苯、氯甲烷等，控制在20mg/m3以?xún)龋?br />低毒害，如甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯、甲醇、丙酮等，控制在100mg/m3以?xún)取?/p>

1.3 VOC治理

針對VOC的危害性，國家發(fā)布了一系列標準和規范進(jìn)行監管：

大氣污染物綜合排放標準（GB16297-1996）；
惡臭污染物排放標準（GB14554-1993）；
煉焦爐大氣污染物排放標準（GB16171-1996）；
飲食業(yè)油煙排放標準（GB18483-2001）；
儲油庫大氣污染物排放標準（GB20950-2007）；
汽油運輸大氣污染物排放標準（GB20951-2007）；
加油站大氣污染物排放標準（GB20952-2007）；
合成革與人造革工業(yè)污染物排放標準（GB21902-2008）；
《國wu院關(guān)于加強環(huán)境保護重點(diǎn)工作的意見(jiàn)》（國發(fā)〔2011〕35號）；
《中華人民共和國環(huán)境保護部公告（2013年第59號）環(huán)境空氣細顆粒物綜合防治技術(shù)政策》；
《省政府關(guān)于印發(fā)江蘇省大氣污染防治行動(dòng)計劃實(shí)施方案的通知》，蘇政發(fā)〔2014〕1號；
《揮發(fā)性有機物（VOCs）污染防治技術(shù)政策》環(huán)境保護部公告【2013】 31號；
《環(huán)境保護部關(guān)于加強環(huán)境應急管理工作的意見(jiàn)》（環(huán)發(fā)〔2009〕130號）
《關(guān)于切實(shí)加強風(fēng)險防范嚴格環(huán)境影響評價(jià)管理的通知》環(huán)發(fā)【2012】98號；
《大氣污染防治行動(dòng)計劃》（國發(fā)〔2013〕37號）
《關(guān)于印發(fā)江蘇省重點(diǎn)行業(yè)揮發(fā)性有機物污染控制指南的通知》（蘇環(huán)辦【2014】128號）；
《環(huán)境保護部關(guān)于印發(fā)<2013年全國環(huán)境應急管理工作要點(diǎn)>的通知》（環(huán)辦〔2013〕10號）

VOC的治理可采用以下方式：

活性吸附法

在有機廢氣治理工藝中，吸附是處理效果好、使用較廣的方法之一，吸附劑有活性炭、硅藻土、沸石等，其中活性炭吸附應用zui多。通過(guò)吸附系統，不僅可以使 VOC濃度大大降低，實(shí)現廢氣達標排放，而且吸附后通過(guò)氣提解吸，收集物可回用于生產(chǎn)。

引風(fēng)高空排放法

該方式成本低、易操作、效果明顯。但高空排放只是污染的轉移，并沒(méi)有真正解決污染問(wèn)題，而引風(fēng)機功力大小和風(fēng)口安裝高度又直接影響引風(fēng)效果。

燃燒處理法

VOC 為有機揮發(fā)性物質(zhì)，易燃燒，可采用常溫或催化氧化燃燒處理。氣體由引風(fēng)管道通入鍋爐或焚燒爐燃燒，但對高溫有機氣體還要經(jīng)過(guò)安全論證。此法處理比較*，基本可以把VOC 轉化為CO2 、H2O。

吸收除氣法

因VOC一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有機溶劑，可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOC，吸收后的溶劑可用于燃料或稀釋劑。這種方法操作方便、成本低，但吸收處理后一般尚有揮發(fā)氣體殘余，因有機溶劑本身易揮發(fā)，因此不能使 VOC 降為零，若遇高溫，則吸收率更低。

冷凝收集法

對反應釜高溫有機氣體可采用冷凝收集，先用直冷凝再螺旋冷凝，該法除氣效果明顯、易操作、運行成本低，但對低沸點(diǎn)氣體效果不佳。

生物處理法

有機廢氣的生物處理是有效的方法，效果好、運行費用低于任何一種處理方法、安全、易操作。VOC的生物凈化法有直接微生物凈化法、間接微生物處理法 ( 先水吸收再廢水生物處理 ) 及植物凈化法等。

2系統方案
2.1 加油站VOC特點(diǎn)

目前國內加油站的收發(fā)油多以汽油為主，受汽油等輕質(zhì)油品沸點(diǎn)低(50~200e)、自身容易揮發(fā)等物理特性所決定，加油站烴類(lèi)VOCs的產(chǎn)生不可避免。通常情況下，加油站正常作業(yè)的VOC主要產(chǎn)生于裝卸和加油作業(yè)2個(gè)環(huán)節：在裝卸作業(yè)中，油罐車(chē)通過(guò)輸油管道向儲罐內卸油，罐內液面上升，形成正壓，罐內飽和油蒸氣由通氣管排向大氣中(這一過(guò)程也稱(chēng)“大呼吸”)；在加油作業(yè)環(huán)節中，由于加油槍與油箱口的非密接，使得大量油氣從油箱口排出進(jìn)入大氣，此外油品在儲存中，由于環(huán)境溫度的變化，罐內飽和油氣也存在著(zhù)呼吸損失，但是這一部分的排放相對是比較少的。

2.2 總體設計

有機揮發(fā)物在線(xiàn)監測系統針對空氣中存在的VOC氣體，將無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)、數據庫技術(shù)、軟件技術(shù)與傳感檢測技術(shù)結合，實(shí)時(shí)監測加油站排放氣體中的溫度、濕度、VOC濃度等相關(guān)參數，通過(guò)邏輯判斷和智能分析，輸出VOC等級和報警信號，從而達到完善和提升大氣環(huán)境遠程監測和預警能力，在環(huán)境惡化時(shí)及時(shí)提醒處理。

加油站有機揮發(fā)物在線(xiàn)監測系統總體技術(shù)架構如下：

2.3 系統架構

加油站有機揮發(fā)物在線(xiàn)監測系統由監控中心和監測終端組成：

2.4 主要功能

加油站有機揮發(fā)物在線(xiàn)監測系統實(shí)現在線(xiàn)監控、數據采集、模型計算、數據存取、網(wǎng)絡(luò )發(fā)布、報表查詢(xún)、報警控制、維護管理等功能，主要包括：

監測溫度、濕度、VOC等級等，并將監測到的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或手機短信傳送到監控中心，實(shí)時(shí)在線(xiàn)，數據主動(dòng)上報（GPRS/CDMA/3G可選）；

n 通過(guò)傳感器檢測參數綜合分析城市大氣中VOC的狀況；

n 監測探頭斷線(xiàn)報警功能；

基于電子地圖或表格實(shí)時(shí)顯示每個(gè)監測終端的在線(xiàn)數據；
實(shí)時(shí)數據、事件記錄、操作記錄的長(cháng)期保存；
系統可以針對某一監測點(diǎn)顯示趨勢曲線(xiàn)，也可以進(jìn)行多監測點(diǎn)同時(shí)顯示趨勢曲線(xiàn)，通過(guò)分析和對比實(shí)現預測預警功能；
監控中心對于出現的通信故障和數據超限產(chǎn)生報警，并將產(chǎn)生報警的時(shí)間和原因記錄入數據庫，報警方式為窗口提示、聲音報警、短信發(fā)送等；
可通過(guò)設置不同的查詢(xún)條件（包括時(shí)間、用戶(hù)、數據范圍等）從數據庫中獲得各種歷史數據，也可查詢(xún)報警記錄，獲得產(chǎn)生報警的時(shí)間和原因，對各種數據進(jìn)行分析，并可在權限范圍內實(shí)現局域網(wǎng)內數據共享；
系統可錄入每個(gè)公廁名字、設備數量類(lèi)型等，以及現場(chǎng)的名字和，方便使用；
可采用標準環(huán)保協(xié)議、通用MODBUS協(xié)議或優(yōu)化自定義通訊協(xié)議，數據接受時(shí)自動(dòng)辨別。并可根據用戶(hù)要求增加通信協(xié)議；
根據系統要求，可對各采集終端設定不同的采集間隔。

3現場(chǎng)監測設備
3.1概述

有機揮發(fā)物現場(chǎng)監測設備安裝在現場(chǎng)，由在線(xiàn)監測終端和傳感探頭兩部分組成。在線(xiàn)監測終端集成GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊，采用實(shí)時(shí)在線(xiàn)、自動(dòng)上報的方式工作。在線(xiàn)監測終端通過(guò)傳感探頭采集大氣溫度、濕度、VOC濃度等原始數據，并進(jìn)行綜合分析，zui終得到現場(chǎng)綜合環(huán)境等級。

3.2 原理介紹

PID是一種光離子化檢測器，主要用來(lái)檢測濃度在1ppb-15000ppm數量級的低濃度揮發(fā)性有機化合物和其它的有毒氣體。PID是一個(gè)高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器。

PID使用了一個(gè)紫外燈（UV）光源將有機物分子電離成可被檢測器檢測到的正負離子（離子化）。檢測器捕捉到離子化了的氣體的正負電荷并將其轉化為電流信號實(shí)現氣體濃度的測量。當待測氣體吸收高能量的紫外光時(shí)，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時(shí)失去電子成為帶正電荷的離子。氣體離子在檢測器的電極上被檢測后，很快與電子結合重新組成原來(lái)的氣體和蒸氣分子。PID是一種非破壞性檢測器，它不會(huì )”燃燒”或*性改變待測氣體分子，經(jīng)過(guò)PID檢測的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測定。

理論上，所有的化學(xué)物質(zhì)都能被離子化，但是它們被電離所需要的能量是不同的。能夠轉移一個(gè)電子和電離一個(gè)化合物的能量叫電離能，用電子伏特（eV）作為計量單位。紫外燈所發(fā)出的能量也可以用電子伏特來(lái)計量。如果某種氣體的電離能低于燈發(fā)出的能量那么這種氣體將被電離?？梢员籔ID檢測的zui主要的氣體或揮發(fā)物是大量的含碳原子的有機化合物（VOC）。包括：

•芳香類(lèi)：含有苯環(huán)的系列化合物，比如：苯、甲苯、乙苯、二甲苯等；

• 酮類(lèi)和醛類(lèi)：含有C=O鍵的化合物。比如：丙酮、丁酮、甲醛、乙醛等；

• 胺類(lèi)和氨基化合物：含N的碳氫化合物。比如：二乙胺等；

• 鹵代烴類(lèi)：如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等；

• 含硫有機物：甲硫醇、硫化物等；

• 不飽和烴類(lèi)：丁二烯、異丁烯等；

• 飽和烴類(lèi)：丁烷、辛烷等；

• 醇類(lèi)：異丙醇(IPA)、乙醇等。

除了上述有機物，PID還可以測量一些不含碳的無(wú)機化合物氣體，如：

•氨；

•半導體氣體：AsH（砷烷）、磷化氫（磷烷）等；

•硫化氫；

•氮氧化物；

•溴和碘；

3.3 在線(xiàn)監測終端

3.2.1功能特點(diǎn)

1）標準的技術(shù)路線(xiàn)：根據國家相關(guān)標準要求提供完整的配置系統；

2）的軟件平臺：通過(guò)中心端軟件平臺，實(shí)現多站點(diǎn)數據集成、分析、上報和發(fā)布。

3）科學(xué)的算法技術(shù)：采用高斯煙羽模型，分布式冗余節點(diǎn)判斷算法實(shí)現對VOCs排放區域布點(diǎn)、整體監控，污染物擴散趨勢推算，VOCs排放源解析等功能。

4）的監測數據：可同時(shí)監測多種污染氣體，具有很高的時(shí)間、空間分辨能力和探測靈敏度；

5）先進(jìn)的配套軟件：采用數據采集、分析及可視化軟件，大大提高監測效率。

6）PID發(fā)展趨勢：采用自主研發(fā)的、擁有多項的第三代本安型PID傳感器，響應時(shí)間更快，抗濕性能更強，測量范圍大；無(wú)需工具可實(shí)現傳感器互換，支持離線(xiàn)標定；

7）PID自清洗技術(shù)：確保儀表的長(cháng)期穩定工作，延長(cháng)傳感器使用壽命；

8）*的泵吸式采樣：內置強力采樣泵，監測范圍大，響應、恢復時(shí)間短，使儀器具有敏銳嗅覺(jué)：

9）超寬測量范圍，量程自由設定：測量精度達到ppb級：

10）3G開(kāi)放式氣路結構：使檢測范圍擴大2倍，響應時(shí)間加快10s，免維護時(shí)間有效延長(cháng)；

11）智能的溫度和零點(diǎn)補償算法：使儀器表現出更加優(yōu)良的性能；

12）可檢測數千種氣體：廣譜性檢測，內置氣體庫，方便用戶(hù)選擇；

13）多種信號輸出：可微調標準4~20mA（三線(xiàn)制）、RS485 Modbus、三級開(kāi)關(guān)量輸出（常開(kāi)/常閉可選）；

3.2.2技術(shù)參數

3.2.3技術(shù)實(shí)現

在線(xiàn)監測終端核心部件采用單片機，設置有RS232和GPRS通訊接口，自帶液晶顯示和參數設置按鍵，具備強大的人機界面功能，保證良好的交互性。數字液晶顯示表頭能顯示各種測量參數和配置菜單。

在線(xiàn)監測終端結構框圖如下：

3.2.4 TVOC在線(xiàn)檢測儀傳感器（PID）

此款傳感器采用不銹鋼防爆外殼，*的泵吸式采樣，將氣體吸入氣室，經(jīng)過(guò)紫外燈離子化后通過(guò)傳感器檢測，測量范圍寬廣，量程可自由設定，3G式開(kāi)放氣路結構，智能的溫度和零點(diǎn)補償算法，可檢測數千種氣體，內置氣體庫，可多信號輸出，友好清晰的人機界面，既方便操作又方便觀(guān)察，傳感器響應時(shí)間快，恢復時(shí)間短；支持離線(xiàn)標定，壽命長(cháng)。

4 軟件應用平臺
4.1概述

有機揮發(fā)物在線(xiàn)監測系統應用平臺體系結構如下：

采集服務(wù)實(shí)現對系統監控組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò )接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò )平臺管理、監控數據遠程實(shí)時(shí)采集等軟件的集成，并為數據服務(wù)層提供數據支持。
數據服務(wù)實(shí)現對數據庫軟件平臺、數據服務(wù)（Web Services、DCOM組件、數據接口服務(wù)、中間件等）軟件的集成，并為應用軟件層提供數據支持。
WEB應用實(shí)現對組態(tài)應用軟件、工具軟件、各類(lèi)人機界面軟件、WEB發(fā)布軟件的集成，從而zui終滿(mǎn)足用戶(hù)對系統的需求。

4.2軟件架構

有機揮發(fā)物在線(xiàn)監測系統包括數據采集軟件、數據管理軟件、WEB發(fā)布軟件等，軟件框架示意如下：

4.3技術(shù)實(shí)現

有機揮發(fā)物在線(xiàn)檢測系統應用平臺軟件主要包括實(shí)時(shí)監測、數據采集存儲、預警報警、統計分析、數據管理、系統設置等模塊。

4.3.1實(shí)時(shí)數據入庫系統

實(shí)時(shí)數據入庫系統主要實(shí)現監測點(diǎn)所產(chǎn)生的測量數據實(shí)時(shí)存到監測平臺數據存儲中心，可以對接不同類(lèi)型的監測因子。

4.3.2數據存儲系統

原始監測數據，將全部存儲在監測平臺分布式文件系統，用于存儲海量的非結構化數據。為了滿(mǎn)足和適應數據量、數據特征和查詢(xún)處理的不同需求，部分存儲于關(guān)系型數據庫中。

4.3.3實(shí)時(shí)預警系統

對監測指標設置對應的閥值，超過(guò)該值超過(guò)一分鐘在*時(shí)間通過(guò)郵件，App推送，或者短信等形式通知行政zhi法人員，給管理部門(mén)迅速出動(dòng)，及時(shí)阻止破壞環(huán)境保護的行為。

4.3.4數據查詢(xún)分析應用系統

VOCs數據查詢(xún)分析應用提供包括實(shí)時(shí)監控數據分析、總量核算、源解析及源強計算、區域排放監測與預警、污染源擴散預測及分析等，同時(shí)可查看歷史記錄和分析數據等功能。VOCs歷史數據查詢(xún)處理時(shí)，由于數據量巨大，需要調度使用云計算技術(shù)管理多臺服務(wù)器節點(diǎn)進(jìn)行并行處理。

4.3.5數據管理

查看系統內超標數據，并配置短信設置，可進(jìn)行超標預警等，提高工作效率。