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VOCs浓度超标报警系统联网在线监测装置



一、背景先容

       随着经济的快速发展,污染源的种类日益增多,特别是化工区、工业集中区及周边环境,污染方式与生态破坏类型日趋复杂,环境污染负荷逐渐增加,环境污染事故时有发生。同时,随着公众环境意识逐渐增强,各类环境污染投诉纠纷日益频繁,因此对环境监测的种类、要求越来越高。

       在“十二五”期间,政府着力打造以空气环境监测,水质监测,污染源监测为主体的国家环境监测网络,形成了我国环境监测的基本框架。“十三五”规划建议中已经明确“以提高环境质量为核心”,从目前环保部力推的“气,水,土三大战役”的初步效果来看,下一步对于环境质量的改善则是对于现有治理设施和治理手段的检验。而对于三个领域治理效果的检验,依赖于全面有效的环境监测网络。

       国雾院印发的《生态环境监测网络建设方案的通知》提出建设主要目标:到2020年,全国生态环境监测网络基本实现环境质量、重点污染源、生态状况监测全覆盖,各级各类监测数据系统互联共享,监测预报预警、信息化能力和保障水平明显提升,监测与监管协同联动,初步建成陆海统筹、天地一体、上下协同、信息共享的生态环境监测网络。

二、系统先容

1.系统构成

       由取样单元、预处理单元和分析单元等组成。

   取样单元:由电加热取样探头、电加热取样管线和反吹系统等组成。

   预处理单元:由精细过滤器、压缩机冷凝器、蠕动泵、采样泵、除水罐、和流量计等组成。

   分析单元:采用PID光离子气体检测报警仪,精度高,可靠性好, 维修成本较低。

   传输单元:将当地环保局端口地址位置写进DTU模块程序,然后用GPRS的网络传输方式进行传输。

2.测量参数

       VOCs(有机挥发性气体总含量)

3. 系统组成

3.1 VOCs监测

3.1.1 取样和预处理单元

       样气在取样泵的抽力下由取样探头取出。样气中的绝大部分颗粒物被取样探头中的过滤器滤除,滤除后由伴热管线输送到制冷系统冷凝除水,送至分析单元进行分析。冷凝下来的水经排水系统排掉。由控制单元实现反吹、标定、制冷温度报警提示等功能,并显示系统的各种工作状态。

       预处理系统中采用一级快速冷凝除水,确保气体组分不变。采用二级精细过滤,确保气体测量室不被污染,从而提高分析仪的使用寿命。下图即为气态污染物监测系统流程图。


3.1.2 VOCs气体检测报警仪

       仪    器: VOCs气体检测报警仪

       型    号:SKA/NE-301(VOCs)

       测量原理:PID光离子检测原理

3.1.2.1测量原理

       PID 使用了一个紫外灯(UV)光源将有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子(离子化)。检测器捕捉到离子化了的气体的正负电荷幵将其转化为电流信号实现气体浓度的测量。当待测气体吸取高能量的紫外光时,气体分子受紫外光的激发暂时失去电子成为带正电荷的离子。气体离子在检测器的电极上被检测后,很快会电子结合重新组成原来的气体和蒸汽分子。PID 是一种非破坏性检测器,它不会改变待测气体分子,经过PID 检测的气体仍可被收集做进一步的测定。下图为VOCs气体检测报警仪。


3.1.2.2技术指标

      1、检测量程: 0~120mg/m3(默认推荐量程;可根据买方需求定制)

      2、精确度:±2%

      3、电源:24VDC

      4、线性误差:≤±2%F.S.

      5、零点漂移:≤±2%F.S./7D

      6、量程漂移:≤±2%F.S./7D

      7、响应时间:≤30s  

      8、环境温度限制:-10~50℃

      9、通讯接口:4-20mA/RS485

      10、模拟开关:2路继电器输出

      11、报警方式:声光报警( <90dB )


3.1.2.3仪表特点

1、超大点阵LCD 液晶显示,支撑中英文界面

       智能化EC传感器,采用本质安全技术,可支撑多气体、多量程检测;

       免开盖,红外遥控器操作,单人可维护。

2、本地报警指示,一体化声光报警器(选配)

       仪器具有超量程、反极性保护,能避免人为操作不当引起的危险;

       内置多块高性能处理器,处理器间采用高速数据总线通讯技术,各模块具备强大的数字化配置和检测功能;操作简单、使用方便。

3、丰富的用户接口

       提供丰富接口,可方便集成到各类控制和监测系统。可通过RS485和RS232等通信方式组建无线或有线网络,为仪器的日常操作、维护和管理提供便利。

3.1.3环保局规定污染物排放限值



上图的表格可以很清楚的看到环保局所规定污染物排放限值,下面举例此表格规定包含行业:

      1、医药制造工业(化学药品原料药制造、中成药生产、生物药品制造、兽用药品制造,其中化学药品原料药制造按生产工艺不同,可分为发酵类、化学合成类(包括半合成类)和提取类。)

      2、石油炼制工业(以原油、重油等为原料,生产汽油馏分、燃料油、润滑油、石油蜡、石油沥青和石油化工原料等的工业。)

      3、石油化学工业(以石油馏分、天然气等为原料,生产有机化学品、合成树脂、合成纤维、合成橡胶等的工业。)

      4、有机化工业(以石油化工或其他工业产物为原料生产有机产品的过程,包括橡胶制品、塑料制品、涂料与油墨制品等。)

      5、炼焦工业(炼焦煤按生产工艺和产品要求配比后,装入隔绝空气的密闭炼焦炉内,经高、中、低温干馏转化为焦炭、焦炉煤气和化学产品的工业。)

      6、钢铁冶炼和压延加工业(钢铁工业包括烧结(球团)、高炉炼铁、炼钢及轧钢生产工业,不包括耐火材料、炭素制品、焦化及铁合金生产。)

      7、木材加工业(以木材为原料,采用机械或化学方法进行加工的工业,包括锯材加工、单板加工及人造板制造等。)

      8、家具制造业(用木材、金属等材料制作的,具有坐卧、凭倚、储藏、间隔等功能的各种家具的制造工业。)


3.1.3 预处理系统

预处理系统由:

       取样单元(探头、过滤器、温控器);  

       预处理单元(取样泵、除湿、细过滤、排水等);

       反吹单元(压缩气源、反吹气路、控制阀等)、;

       分析单元(VOCs气体检测报警器);

       信号输出(VOCs浓度、量程转换、标定状态、故障状态等);

       其它(气路、电路等);

       分析仪器柜:1400×530×730MM(高*深*宽)定制

3.1.4主设备使用说明

主设备供电:AC200-240V  50/60Hz  (接线在内部电源模块上 L N )

       主设备预留气管两只,与过滤器直接相连的为进气管,另一只则为出气管(与报警器直接相连)。在安装使用中,主设备的进气管与冷凝设备的出气口相连,冷凝设备的进气口与待测气体相连。冷凝设备的排水口与用户排水管相连。冷凝设备的详细使用说明见冷凝设备使用说明书。  

       主设备门把锁旁边有一个拨动开关(两档),向下拨动为正常检测工作状态,此时气体流量约为1.5L/min;当向上拨动时启动反吹功能,反吹气体流量约为10L/min。建议每次启动主设备前设置为正常检测工作状态。  注意:禁止正反吹功能切换过于频繁(一秒钟两次或以上)。



3.2系统注意事项

3.2.1取样点位置的选择

       通常环保局会有指定有组织排放的检测位置的,按照环保局指定的检测孔出样气进入大家的预处理装置进行分析检测,无组织排放一般常见的检测位置有厂界污染区域,生产车间;泛指污染物不经过排气筒的无规则排放,类似这种检测环境,直接圣凯安科技的VOC浓度超标报警系统产品安置在现场即可。

       1、应该选择在能反映工艺流体性质和组成变化的灵敏点上,通常选择在大于2倍直径直管段的2分之1处。

       2、应位于工艺压差处,构成快速循环回路的位置。

       3、应选择样品气温度、压力、清洁度、干燥度和其他条件尽可能接近分析仪要求最适宜位置,以便样品预处理部件的数量减至最少。

3.2.2取样探头

       1、直通式取样探头:适用于含尘量极微小或无粉尘的气体中取样,多用于石油化工行业。

       2、过滤式取样探头:带有过滤器的探头,适用于含尘量高的气体取样,探头滤芯为烧结金属或陶瓷。

       3、减压式取样探头:是将减压阀和取样管组合成一体,将样品气体先减压再取出探头,这种取样探头多用于高压气的取样,防止压力过大损坏仪表。


注意:取样探头是由客户自由选配的。

3.2.3样气的传输管路

       1、管材的材质和管径尺寸的选择,一般采用316不锈钢或PTFE管路,管外径以6mm为多。

       2、管接头的选用,一般选择不锈钢双卡套接头以保证连接的密闭性,特殊环境选择PTFE或塑料接头。

3.2.4保温和伴热

       1、电伴热:通过缠绕在取样管上的电伴热给样气伴热。

       2、蒸汽伴热:通过取样套管中的高温蒸汽对样气进行伴热。

3.2.5气路的切换

       1、标定、测试的切换:通过多球阀切换不同的样气管路,予以选择不同测量的气源。

       2、多点测量:通过多球阀切换到不同的取样点,达到一台仪表可测量多点样气。

3.2.6样气的处理

       1、流量调节:使用针阀、限流阀、单向阀和浮子流量计等,使样气流量达到分析仪表的要求。

       2、压力调节:利用减压阀、安全阀和背压阀等,调节样气的压力达到系统所需要的恒定压力; 负压或微正压时应加入真空泵,一般选择气动或电动真空隔膜泵和射流真空发生器。

       3、温度的调节:一般采用螺旋管或水冷方式,将高温样气降至常温。

       4、除污、尘:通过过滤器将样气中的冷凝水和微小颗粒物过滤排出。

       5、除水:利用制冷器将样气温度降至露点,使样气中的气态水液化并排出。

       6、除油和易结晶物质:通过油洗过滤装赀,将样气中的油、萘、苯等物质稀释达到滤出目的。

3.2.7样气的排放

       1、有毒气体的排放:对人体有害的毒气,可采用高位高空排放或返回取样管道、回收装置等。

       2、可燃危险气体的排放:使用排火炬、或阻火装置高位排放。

4. 系统特点

       1、核心仪表采用PID光离子法测量VOCs,测量精度高、可靠性好,维护成本低。

       2、高温取样及高温伴热(120℃~180℃)传输、去尘、防结露。

       3、预处理系统中采用快速冷凝快速除水,确保气体组分不变。直接测量VOCS干基值,符合国标要求。

       4、系统机柜可全面打开,极大提高系统维护的方便性。

4.1系统控制

       1、采用PLC可进行校准和系统吹扫,取样器温度、伴热管温度、冷凝器温度均参与系统控制,确保系统处于最佳运行状态。

       2、系统也可使用各种快捷方式进行校准和系统吹扫等,为操编辑提供方便。快捷方法降低了对操作人员的要求。

       3、系统控制同时将系统中的各种状态在线显示,以便实时掌握系统的运行状况。

5.报警器预警预报App系统

5.1预警预报App系统


        预警预报App系统主要是实现系统的监控和报警功能。主要由任务管理模块、数据采集与通讯模块、数据处理分析模块、实时报警模块、图形显示打印及日志记录模块组成,主要完成对多路数据的采集、通讯、数据分析显示及异常数据的报警。(如下图所示)

       本系统能对VOCs气体浓度进行有效的检测、分析和报警。程序由多文档界面构成,管理界面、显示界面及数据库日志查询界面可自由切换。

5.2系统分析模块

5.2.1数据处理分析模块

        数据处理分析模块是对数据进行分析处理。主要功能包括实时数据展示、历史数据查询、报警器报警/故障记录、联动器故障记录、检测器历史曲线等数据分析展示。该模块的主要特点是运用优化的数学算法,快速准确的对数据进行处理,并将处理后的数据送人报警、显示打印和日志模块。

(1)实时数据展示

        平台可对VOCs监测数据进行实时数据展示。将VOCs气体报警探头的监测数据汇入到统一平台,统一管理,综合展示安装地点、检测时间、设备状态、测量值、测量物质。(如下图所示)



(2)历史数据查询

       可将某个点位的历史监测数据进行简单的统计分析,可直观的查看在某段时间内气体浓度的变化状态等,帮助采购方节约手动分析时间成本,同时还能够帮助采购方了解基本污染状况。




5.2.2任务管理模块

        任务管理模块是系统的核心管理模块,主要利用操作系统的多任务性,实现程序对整个系统任务进行设置和管理。包括串口设置、参数设置、用户信息及密码设置,数据通讯的启动、停止,逻辑关系控制,硬件端口异常诊断,报警声音控制等功能,从而是系统正常、有序、稳定的工作,保证管理人员方便对系统进行监控操作。

5.2.3数据采集与通讯模块

        数据采集与通讯模块是数据采集与通讯模块完成计算机和控制器之间的串口通讯,是本系统得以实现的最重要环节。该模块的只要作用是对设定的串口实时读写,按照设定的波特率进行通讯,将采集的数据送到数据处理模块,并写入后台数据库。


5.2.4实时报警模块

       实时报警模块实时报警模块是能对一场情况作出快速准确响应,以声音、图形和日志表格形式体现出来具有报警的实时性,智能分析报警参数,根据气体浓度大小区分危险级别,进行多级报警,报警数据信息(包括报警点、时间、浓度、处理物等)能自动存储于后台数据库以备查询。

5.2.5图形显示打印模块与日志记录模块

        图形显示打印模块以准确的曲线、鲜明的日志图表显示,并能将曲线和图片打印出来进行分析,具有良好的可操作性;日志记录模块和后台数据库紧密结合,将故障产生与排除的各参数记录入库,可以有选择的备份数据以备研究。

6.安装注意事项

6.1 VOCs超标报警传感装置主要技术要求

       1、测量原理:傅里叶近红外光谱法、氢火焰离子化法(FID)、光离子化法(PID)、热敏金属燃烧法等方法。

       2、传感器寿命>1年(以24小时连续监测计)。

       3、重复性≤±2%。

       4、检测精度≤±3%(F.S)。

       5、检出限≤地方行业排放限值单位值的10%。

       6、防爆等级:设备必须满足安装现场的防爆安全要求。

       7、推荐使用:具有CEP(中国环境保护产品认证)或国家机构出具检测报告的产品。

6.2安装注意事项

6.2.1有组织排放的固定污染源

       其排气筒VOCs排放速率(包括等效排气筒排放速率)大于等于2.5KG/h或排气量大于等于60000m3/h,安装VOCs在线监测设备。VOCs在线监测设备安装的技术要求参考《上海市固定污染源非甲烷总烃在线监测系统安装及联网技术要求(试行)》,同时企业的车间外安装超标报警传感装置。

       其排气筒VOCs排放速率(包括等效排气筒排放速率)小于2.5KG/h或排气量小于60000m3/h,固定污染源可安装超标报警传感装置,同时企业车间外安装超标报警传感装置。

固定污染源超标报警装置的安装应在风机出口1米处直管段架设平台,平台应有足够的工作面积,便于工作人员安全、方便进行安装、巡查、检修等操作;固定污染源超标报警装置取样探头应设置于距风机弯头下游不小于烟道直径2倍处。

6.2.2无组织排放的污染源 

       可密闭车间:单个车间在确保窗户密闭的前提下,每个常用出入口安装1台超标报警传感装置。监测点位设在车间出入口外部上侧,距离墙壁1米以上,且周边无明显干扰源,并确保设备安装牢固。

不可密闭车间或露天场地:监测点位设在生产设施周围,距离地面1.5米以上位置,生产设施四个方位各安装1台超标报警传感装置。

6.2.3联网要求

       对安装超标报警传感装置的企业,以市、县(市、区)为单位,根据环保部门监管需求,建立相应系统平台,实行数据联网和集中监控,并方便与上位平台的对接和数据交换。

各市、县环保部门视情况对现有污染源自动监控平台进行升级改造,使其具备接入重点企业VOCs排放在线监测数据的能力,。

       VOCs在线监测设备和超标报警传感装置应保持设备电源不间断,如有断电等情况,须向当地环保部门提前申请、报备。

7.现场安装图片




 

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