企业厂界环境空气/无组织挥发性有机物在线监测系统技术方案

1 新泽仪器

  山东新泽仪器有限公司注册于山东济南市，是一家集气体分析仪器、环保 监测设备及配套零部件产品研发、生产、销售及售后服务为一体的高科技企业。公司主要产品有氧分析仪系列、露点仪系列、氢气分析仪系列、红外线分析仪 系列、气体报警仪系列等， 同时过程分析系统有 CEMS 烟气连续监测系统、脱硫 脱硝烟气分析系统、在线 VOCs 监测系统、便携式 VOCs 分析仪、窑炉气体分析 系统、冶金行业气体分析系统、煤化工分析系统、水泥窑气体分析系统、焦炉 煤气氧分析系统、化工行业气体分析系统、空分行业气体分析系统、化学制药 气体分析系统等。同时代理英国仕富梅、日本富士电机、德国西门子、西克麦 哈克、美国 PID 公司等一线品牌的气体分析仪产品。公司拥有一支长期从事在 线气体分析仪器、过程分析预处理装置研究开发具有丰富经验、有理想、有技 术的专业队伍。尤其是在过程分析仪器在高温、高粉尘、高湿度、高腐蚀等恶 劣工况条件下的取样预处理方面的关键技术， 我们成功研发出新一代的 TK 系列 产品， 广泛应用在水泥、冶金、锅炉烟气、脱硝、脱硫、制药、化工、环保、 石化、煤气等行业，并取得了良好的使用效果，得到了客户的一致好评。

  新泽仪器在成立之初就以客户体验为中心， 始终以产品质量为发展的基石，致力于打造气体分析仪行业的一线品牌。山东新泽仪器有限公司将始终以一流 的技术与管理、真诚的服务和求精务实的工作作风， 在开拓进取的道路上不断奋进。

2 项目要求

2.1 建设目标

  根据企业实际生产情况，主要排放污染物特征及环保部的相关监管要求，  建立起符合国家及地方环保规范标准的企业厂界环境空气 VOCs 在线监测系统。对厂界无组织排放的非甲烷总烃或特征有机物进行在线实时监测，同时检测气 温、 气压、风速、风向和湿度，按当地环保部门要求提供联网监测数据，达到 环境监管要求。

2.2 建设内容

  建设适用企业厂界无组织 VOCs 在线监测系统及相关配套设施， 满足国家及 地方相关法律法规。建设内容主要包括：

1. 分析站房（新建或利用原有）；

2. 环境空气采样系统

3. 环境空气挥发性有机物在线监测系统安装；

4. 气象五参数监测仪安装

5. 电源线缆敷设；

6. 防雷及接地系统建设（改造或新建）；

2.3 政策标准依据

3 系统方案

3.1 系统组成

  按照环保物联网的三层网络架构， 环境空气挥发性有机物在线监测系统的 建设分为现场端建设、传输网络建设和监控中心建设三部分。

（1） 现场端建设

  本监测系统可对环境空气挥发性有机物进行 24 小时自动连续监测， 现场端建设系统组成包括：  

1)污染气体监测系统：监测非甲烷总烃的浓度；  

2)气象参数监测系统：测量风向、风力、气压、温度、湿度；

3)采样系统：  由采样头、总管、支路接头、抽气风机、排气口等组成；

4)富集单元 （选配） ：在线冷阱富集仪，测量组分时需要；

5)校准系统 （选配） ：动态校准仪，测量组分时需要；

6)气源系统：包括氢气发生器、 零气发生器、氮气

7)工控子站系统：  可连续自动采集污染气体监测仪、气象仪、现场校准的数据及状态信息等，并进行数据处理、贮存和上传。

（2） 传输网络建设

  通过 RS232/485 接口与 VOCs 监测主机对接进行数据采集， 按照HJ/T212通 讯协议进行测量数据的本地处理及存储， 通过 4G 或有线等传输网络将现场监测 数据实时上报至监控中心、当地环保部门。可显示实时、分钟、小时、日、月 全部数据，数据采集率在 95%以上。当浓度、排放速率超过排放标准时，系统 界面显示超标报警信息并记录状态，数据可提取并打印。

（3） 智能化监控平台

  接收来自现场端的数据信息，包括实时分析数据、实时处理效率、监测系 统内部的各种状态信息， 系统运维信息， 反映设别的运行情况。可通过 PC 网页、 手机 APP、手机微信，实现多元化、移动化、便捷化实时监控。

3.2 运行环境

环境空气挥发性有机物在线监测系统运行条件：

    供电电压：220(±20%) V AC/(50-60) Hz

    湿度：(0-85%)RH

    气压：（86～106） kPa

    所有设备的总用电量（kW）：主机柜功率≤2 kW；

3.3 监测方法

常规监测项目及测量方法说明如下表：

3.5 系统特点

  该系统采用国标 GC-FID 监测技术对企业厂界环境空气中挥发性有机物浓 度进行实时的在线监测。监测项目为非甲烷总烃或特征组分，同时监测风向、风力、气压、温度、湿度等多种气象参数。

     系统具有时间设定、校对、显示功能。

     系统采用冷阱预浓缩装置，可实现对低浓度环境空气中的污染物进行监测。

     系统采用 EPC 技术控制载气、空气和氢气流量，精度高，重复性好；

     系统具有故障自检功能，自动识别系统故障信息并储存记录。

     系统具有完善的报警功能， 包括超温报警功能、主要部件故障警报功 能。

     系统具有载气流量不足报警功能， 当载气量不足时， 系统自动停止运 行。

     系统具有自动点火功能。系统受外界影响或短暂跳闸等情况发生程序 中断， 电力恢复后系统可实现自动启动， 自动点火， 自动恢复运行状态。

     系统具有火焰熄灭自动检测功能，火焰熄灭自动切断氢气。

     系统具有自动或手动校准功能。系统全程校准从探头开始，对整个系统气路校准。

     具有安全管理功能，具备二级以上管理权限，进行用户名和密码验证 后，才能进入系统，所有操作均能自动记录并持久存储。

      自主研发数据采集和分析软件，可根据企业用户需要进行针对性调整

     系统可记录、存储、显示查询、导出、传输打印任意时段的报表， 数据报表格式与环保部门要求的报表格式一致， 历史数据至少保存 3 年。

     数据采集设备具备在线诊断功能， 检查设备运行状态， 包括系统通讯状态、仪器通讯状态、平台通讯数据、配置情况、软件运行状态等。

 

4 系统组成单元说明

4.1 采样系统

  主要由防尘帽、上管、下管（上、下管称采样主管）、可升降支架、风机装 置以及温度控制仪等部件组成。被测空气样品由防尘帽进入大气采样器后流过 上、下管被引风机排出室外。下管安装有取样口与监测仪器连接。

4.2 VOCs 在线监测仪

  环境空气挥发性有机物在线监测系统是一款为环境行业提供气体监测业务 的终端设备。采用先进的 GC-FID 技术对挥发性有机物进行实时的在线监测。可 对数据进行采集、处理、分析、存储并上传。该系统性能稳定可靠， 自动化程 度高， 检测范围宽，高品质的硬件和智能化的处理软件使仪器能够满足在线监 测的要求。

  监测设备由大气采样器、气体发生器、预处理系统、气相色谱仪检测单元、数据采集分析系统组成。

  环境空气经大气采样器采样后，到达预处理系统，经过除尘、稳定流量等 处理后进入气相色谱仪多通阀上的定量管。稳定后， 多通阀切换至进样状态， 载气载着样气进入到色谱柱进行分离，被测组分先后进入检测器被检测。检测 到的信号通过信号放大器被放大，然后被输入到色谱工作站进行计算处理。处 理后的结果经无线网或有线网进行上传。

（1）零气发生器

  零级空气发生器的工作原理是采用外置封闭式无油静音活塞泵吸收自然环 境中的空气， 经初级过滤后进入活塞泵内压缩成高压气体， 然后通过气路管道 输入储气瓶、储气瓶内部设有气水分离装置， 将空气中少量积水排除，空气则 通过除烃模块和高精度稳压系统再进入两个过滤器内进行二次吸附净化，即可 输出高纯净压缩空气供气相色谱仪使用。

  仪器中设有保护装置， 当系统压力超过时即自动断电。以保证仪器的安全 运行。

技术参数

输出流量：0～5000ml/min

输出压力：0～0.4MPa

系统压力：0.6～0.8MPa

稳压精度：0.003 MPa

总烃和甲烷含量：<0.1ppm

（2） 氢气发生器

  氢气发生器由电解池、开关电源、压力控制、流量控制、干燥净化、流量 显示等系统组成， 通过电解氢氧化钾水溶液得到氢气。本仪器具有电解面积大、 池温低、性能好、产气量大、纯度高等优点， 设有液体回流装置，可有效的确 保仪器无返液现象，并设有超压断电功能，保证仪器使用安全。

（3） 预处理单元

  预处理系统是针对企业排放的挥发性有机物浓度自动进行实时监测而设计 的， 它能够自动完成样气的多级处理过程， 使分析仪器可以得到尽可能干净的、 流速稳定的样气， 确保其能够工作的更加长久。本系统主要由过滤器、采样泵、空气压缩机、电磁阀、流量计等组成。具有除尘、流量控制等功能， 并能自动 完成取样分析和反吹等功能。前端的采样、控温、校准及进样状态的控制与显 示，采用嵌入式一体化的液晶触摸屏来实现。

（4） 气相色谱仪

  气相色谱仪是以气体作为流动相（载气） 。当样品被送入进样器后由载气 携带进入色谱柱。由于样品中各个组份在色谱柱中的流动相（气相） 和固定相 （液相或固相）之间分配或吸附系数的差异。在载气的冲洗下， 各个组份在两 相间作反复多次分配， 使各个组份在色谱柱中得到分离，然后由接在色谱柱后 的检测器根据组份的物理化学特性， 将各个组份按顺序检测出来。最后由色谱 工作站将各个组份的检测结果以图形方式记录下来， 色谱工作站还可以直接打 印包括各个组份检测结果数据的分析报告。

  气相色谱仪由柱箱、进样器、检测器、气路控制系统和微机控制系统组成， 可满足 HJ604-2017 、HJ38-2017 的要求。

设备特点

     自主研发，可根据需求进行定制

    采用进口 EPC、多通阀，精度高，系统稳定

    进口钝化不锈钢管路与接头，减少组分损失，保证分析结果准确。

    触摸屏显示与操作，操作简单方便

    密码保护，非系统管理员无法修改设备参数

（5） 工控子站及软件

  挥发性有机物在线监测系统软件是新泽仪器根据国家环保标准， 并针对本公司的挥发性有机物在线监测系统的硬件开发的用于挥发性有机物连续监测的 数据采集和数据处理软件，双通道信号采集， 谱图数据自动分析，自行出具最 终结果。

  数据采集、处理和控制系统由数据采集处理模块、数据存储模块、数据转 发模块组成。数据采集模块通过通讯线路获取色谱仪发出的监测数据和预处理 系统发出的系统状态信号， 通过计算和统计后显示在用户界面上， 如数据显示、 实时曲线显示等， 同时把数据存储到数据存储模块。数据转发模块读取数据存 储模块中的数据， 按照监控平台协议通过有线网络或无线传输仪把数据转发到监控平台。

安全管理功能

    系统具备高级安全管理功能，由系统管理员统一管理。系统管理员 可以进行所有的系统设置工作，可设定操作人员密码、操作级别， 设定系统的设备配置等，系统安全管理为二级系统操作管理权限；

    操作人员需通过账号、密码才能进入控制界面。一般操作人员只能 进行日常查询、例行维护和操作，不能更改系统设置；

    系统所有的控制操作、设定更改等均自动记录并入库保存；

    系统受外界影响，或短暂跳闸等情况，发生造成程序中断、系统可实现自动启动，自动恢复运行状态，并记录出现故障的时间和恢复 运行时间

4.3 在线冷阱富集仪 （选配）

  VOCs 富集装置操作简单， 可以根据样气中的组分浓度， 调整浓缩比例， 装置可实现 C2-C12 组分无损吸附， 满足各种环境对预处理要求。装置采用先进的冷肼捕集和智能吹扫技术，可实现低浓度环境空气 VOC 组分的富集。

主要技术参数：

1) 进样阀耐温范围：  50～240 ℃（330 ℃可定制），温控精度±1 ℃

2) 捕集肼温度范围：-35～400℃

3) 闪蒸升温速率：＞50℃/s

4) 脱附时间：0～99.9 min；控制精度为 0.1 min；

5) 富集时间：1～60 min

6) 采样流速：0～160mL/min

7) 使用寿命：大于 10000 次

技术优势

    采用半导体制冷灵活方便

    采用全钝化不锈钢管路，无残留，无交叉污染

    采用高温进口电磁阀，最高使用温度240℃（可定制330 ℃ ）

    电磁阀与传输线的连接点处于加热保温箱内，无传输冷点，保证了 样品的完整性

    经济实用，维护简单，无需制冷剂制冷，极大降低运行成本

4.4 动态校准仪（选配）

  DC4210  动态校准仪是一款高精度气体校准仪，设备通过质量流量计控制输 出不同比例的流量， 实现配置不同的气体浓度， 主要应用于 VOCs 在线监测设备、 环境空气监测设备的标定与气体质量控制。

产品特点

   高精度进口质量流量计控制配比，可靠性高，重复性好，零漂小；

   7寸触摸屏显示，菜单式结构，操作简单方便；

   稀释范围广，最大可实现1:1000的样气稀释比例；

   支持多种气体同时稀释， 响应速度快，满足现场标定需要；

   全过程软件自动控制，实时监控气体流量和气体浓度值；

   具有自动清洗功能，根据程序设定自动执行管路清洗；

   具有开机自检功能，设备异常时发出报警提示；

   所有气路采用惰性化材料，维护量少，维护费用低。

产品参数

   响应时间：10s

   重复性：±0.2% F.S.

   最大稀释比例：1:1000(可扩展)

   精度：±1.0%S.P.( ≥30%F.S.)

   ±0.3% F.S. ( <30%F.S.)

   线性精度：±0.5% F.S.

   外形尺寸：标准4U结构

4.5 数据采集传输单元

  W5100HB-III 型环保数采仪是针对环境在线监控（监测）系统开发的一款  高性能数据采集传输设备。采用 ARM9 处理器， 内置嵌入式 Linux 操作系统和实  时数据库， 具有较强的技术扩展性和前瞻性。W5100HB-III 通过模拟量接口、  开关量接口以及数字接口（RS232/485） 完成对各类前端智能传感仪器、仪表的  信号接入，然后进行本地的数据分析入库、业务数据计算、现场数据展示、历  史数据存储等， 支持 4G 传输，将数据远传至监控中心， 满足环保领域各级国控、 省控及市控环境在线监控（监测） 系统的要求。产品符合 HJ/T212《污染源在  线自动监控（监测） 系统数据传输标准》， HJ477 《污染源在线自动监控（监测） 数据采集仪技术要求》等行业标准。当排放源装置出于启动、停运、检修等非  正常工况状态下采集的数据为无效数据时间段。污染物浓度检测结果以干基标  准状态值。

技术参数：

    主控单元：ARM9 处理器， Linux 操作系统；

    显示单元：7 寸真彩 TFT 液晶触摸屏；

    存储单元：512M 内存，支持实时、分钟、小时、日数据历史存储， 并 支持存储空间扩展；上位机分钟数据存贮时间大于 12 个月，小时数据 存储时间大于 5年现场机数据存储时间可根据需求设定， 系统数据自动 备份；

    数据接口：8 路 AI，5 路 DI，2 路 DO，7 个 RS232，2 个 RS485 接口，2 个 10M/100M 网口， 1 个 USB 接口；

    通讯方式：支持 GPRS/CDMA/3G、 有线等方式数据传输，支持多中心数据传输；单路或双路配置可选；

    远程控制：即时采样、校零校满、远程校时、上传时间间隔设定、提取历史数据等， 支持本地或远程参数设置， 可接受和应答当地监控中心的 数据查询、校准时钟等命令；

    支持数据“断点续传”， 配合平台的“数据补遗”， 可保证数据有效传 输率达 99%以上，确保数据的完整性；

    电池续航：6 小时；

    通讯协议：HJ/T212污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准；

    技术标准：HJ477 污染源在线自动监控（监测）数据采集仪技术要求；

    已获得环保产品认证证书

4.6 气象五参数在线监测仪

  集成化的自动气象站， 可以测量风向、风力、气压、温度、湿度等多种气 象参数，数据按照设定的采样间隔自动采集保存。

技术参数：

1) 温度

    测量范围：-25～60℃

    传 感 器：二极管结电压测温度

    准 确 度：±0.2℃典型值

    分 辨 率：±0.1℃

2) 湿度

    测量范围：0～100%RH

    传 感 器：电容

    准 确 度：±3%RH    分 辨 率：0.05%

3) 气压

    测量范围：10～1300hpa

    传 感 器：压阻式

    准 确 度：±0.5 hpa

    分 辨 率：±0.1 hpa

4) 风速

    测量范围：0～75m/s

    传 感 器：超声波时差

    准 确 度：±0.3m/s  当V＜30  m/s；±5%  当风速≥30  m/s

5) 风向

    测量范围：0～360°

    传 感 器：超声波时差

    准 确 度：±3°

4.7 挥发性有机物在线监控平台

  挥发性有机物在线监控平台利用先进的计算机技术、通信技术， 能够将各 个污染源现场的 VOCs 监测数据和视频数据汇总到环保部门， 对重点污染源企业 进行 24 小时监控和集中监管，实现全天候在线监控重点污染源企业的挥发性 有机物排放情况。

  来自挥发性有机物在线监测设备的数据，可接入企业 DCS 监控系统。可采 用web 端浏览或使用手机微信监控平台，随时浏览各监测点 VOCs 监测数据， 全 面地了解辖区内环境污染状况。

平台功能

5 现场建设方案

5.1 点位布设

根据规范要求， 监测点选择位置应遵循以下原则：

(1)监测点的位置一经确定后应能长期使用， 不宜轻易变动， 以保证监测资 料的连续性和可比性。

(2)在监测点周围， 不能有高大建筑物、树木或其他障碍物阻碍环境空气流 通。

(3)监测点周围建设情况应相对稳定，应尽量选择在规划建设完成的区域，在相当长的时间内不能有新的建筑工地出现。

(4)监测点应地处相对安全和防火措施有保障的地方。

(5)监测点位附近应无强电磁干扰， 周围有稳定可靠的电力供应， 通信线路 方便安装和检修。

(6)监测点周围应有合适的车辆通道以满足设备运输和安装维护需要。

5.2 监测站房建设

监测点站房（子站房）的建设和内部设计满足以下要求：

     挥发性有机物监测站房面积建议3×3×3m2 ，每增加一台仪器，站房面 积增加3m2

    站房为无窗或双层密封窗结构， 墙体有较好的保温性能。有条件时， 门 与仪器房之间设置缓冲间， 以保持站房内温湿度恒定和防止灰尘和泥土 带入站房内；

    站房内安装温湿度控制设备，使站房室内温度在25℃±5℃，相对湿度 控制在80%以下；

    站房有防水、防潮措施，离地面（或房顶）有25cm的距离；

    采样装置抽气风机排气口和监测仪器排气口设置在靠近站房下部的墙 壁上，排气口离站房内地面的距离在20cm以上；

    在站房顶上设置用于固定气象传感器的气象杆或气象塔时， 气象杆、塔 与站房顶的垂直高度应大于2m， 并且气象杆、塔和子站房的建筑结构应 能经受10级以上的风力（南方沿海地区应能经受12级以上的风力）；

    站房供电采用三相供电， 分相使用；站房监测仪器供电线路应独立走线；

    子站站房供电系统配有电源过压、过载和漏电保护装置， 电源电压波动 不超过220Ｖ ±10%；

    站房有防雷电和防电磁波干扰的措施。站房有良好的接地线路， 接地电阻＜4Ω；

    在已有建筑物屋顶上建立站房时， 若站房重量经正规建筑设计部门核实 超过屋顶承重，在建站房前应先对建筑物屋顶进行加固；

5.3 气象监测装置安装要求

  为延长设备的使用寿命，确保设备的正常运行，选择设备安装位置时请注 意下列事项：

(1)桅杆安装地面应结实稳固。

(2) 设备安装位置应便于维护。

(3) 安装高度距站房顶端至少1米

(4)传感器周围应空旷

注意：建筑物、桥梁、堤坝和树木可能会影响风力测量。同样，车辆经过时扬起的阵风也能影响风力测量。

(5) 电源应稳定可靠，满足长期运行的要求。

(6)通过无线通信网络传输数据时应保证网络覆盖良好。

(7) 必须遵守在此高度下作业有关的各项规范。

(8)桅杆必须按照规定进行接地。

(9)在路边或靠近公路处作业时，必须遵守相关的各项安全规范。

5.4 数据仪设备安装

(1) 设备采用无线通讯方式。

(2) 设备应安装在站房侧壁上， 使用符合要求的数采仪支架， 确保设备与机柜或平台的连接牢固、可靠。

5.5 防雷及接地建设

（1） 接地建设

  接地系统包括工作地和保护地，两者必须严格分开。

  工作接地：为系统提供一个“等电位”的平台。工作地单独制作，而且整 个系统统一接地， 所有设备的工作地都接到工作地的汇流排上， 接地线采用大 于4mm3 的独芯护套电缆。

  保护接地：交流电源设备的保护接地、机柜、仪表外壳和设备的防雷接地。所有的三插电源插头的三根线全接。保护接地使用厂内区域的保护接地网，可 以采用多点接地方式。

  接地网的制作：钢管接地极尖端的作法是：在距管口 120mm 长的一段，锯 成四块锯齿形，各锯齿形片与钢管合焊成一体。接地极制作后， 将其用重锤击 入深度不小于 0.6 m 的地沟内。接地极被击入大地后，在地沟外露约 100mm。为了增大地表层的泄放面积，可埋设有一定间隔的多根接地体，用 50×2 的扁 钢焊接在一起， 形成一个接地网。接地网也可以与建筑物的保护地连接在一起， 增强接地效果。接地体到仪器室的地线选用 25mm3 的独芯护套电缆， 接地电阻应 小于 4Ω。

（2） 防雷保护措施

  雷击有两种方式，直接雷击和感应雷击，感应雷击要占雷击总数的 90%以 上。下面是叙述具体的防雷的措施。

安装平台防雷保护措施：

1) 安装平台上有避雷针且在避雷针的尖端自下而上 60 度角的保护范围之内。

2) 安装平台与避雷针的引线绝缘。

3) 安装平台单独做接地，用大于 25mm2 的引线接到厂区保护接地网上。

电源做浪涌冲击防护：安装电源的防雷装置， 吸收浪涌电流，保护电源线 路。电源防雷装置的接地极要与接地汇流排连接。

 

6 系统运行维护方案

 

1. 挥发性有机物在线监控系统现场端监测设备的日常维护、保养、故障检 修和消耗品、零配件等的更换。

2. 挥发性有机物在线监控系统现场端监测设备的校验。

3. 挥发性有机物在线监控系统运维档案的建设和管理。

4. 接受环保部门对挥发性有机物在线监控系统管理情况的检查、监督和考核。

     日常巡检及维护

日常巡检及维护内容