VOCs挥发性有机物在线监测系统

摘要

本发明公开一种挥发性有机物(VOCs)在线监测系统，它包括采样系统、预处理系统、VOC分析仪、气源、辅助监测系统、数据采集系统、标定系统和电控系统；采样系统包括伸入烟气通道的采样探头，采样系统输出端通过伴热管线连接预处理系统的输入端，预处理系统包括精过滤器和采样泵，采样泵控制采样系统从烟气通道采集样气，预处理系统的输出端通过伴热管线将精过滤的样气送入VOC分析仪进行成分分析；电控系统分别为各设备供电并控制其工作。本发明从采样到检测分析全程高温，无需除水，同时通过伴热管线的传输，能够保证系统的安全性以及有效避免样气损失，保证监测数据的准确可靠性。

说明书

技术领域

本发明属于挥发性有机物检测技术，具体来说，涉及一种挥发性有机物(VOCs)在线监测系统。

背景技术

VOCs是指常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50～260℃以下的有机化合物，或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。

按照化学结构来讲，VOCs可分为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。它的主要成分有烃类、卤代烃、氧烃和氮烃，包括苯系物、有机氯化物、氟里昂系列、有机酮、胺、醇、醚、酯、酸和石油烃化合物等。

大多数VOCs具有刺激性气味或臭味，可引起人们感官上的不愉快，严重降低人们的生活质量。其中苯、甲苯、二甲苯、甲醛等对人体健康的危害最大，长期接触会使人患上贫血症与白血病。苯、甲苯、丙酮、二甲基胺及硫代烃等易燃，这些物质的排放浓度较高时如果遇到静电火花或其他火源，容易引起火灾。部分VOCs如氟氯烃物质可破坏臭氧层，臭氧层的破坏使到达地面的紫外线辐射量增加，对人类皮肤、眼睛及免疫系统有较大的危害。

可见VOCs多为非环保性气体，对空气会产生一定的污染，因此，需要对现场的挥发性有机物进行监测。现有的检测手段自动化程度低，一般的采样方法严重影响检测效果，而且采集的样气也没有进行相应处理。

发明内容

针对现有技术存在的VOCs监测系统自动化低、检测结果误差较大的问题，本发明提供了一种挥发性有机物(VOCs)在线监测系统

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种挥发性有机物在线监测系统，包括采样系统、预处理系统、VOC分析仪、气源、辅助监测系统、数据采集系统、标定系统和电控系统；

所述采样系统包括伸入烟气通道的采样探头，其中采样探头后端设有粗过滤器，采样系统输出端通过伴热管线连接预处理系统的输入端，预处理系统包括精过滤器和采样泵，采样泵控制采样系统从烟气通道采集样气，预处理系统的输出端通过伴热管线将精过滤的样气送入VOC分析仪进行成分分析；

所述气源包括载气发生器、氢气发生器、零气发生器和空压机，其中所述载气发生器输出端位于采样系统和预处理系统之间，且位于载气发生器之前的采样系统管路上设有第一电池阀，载气发生器的输出口设有气动阀，所述氢气发生器输出端连接VOC分析仪的进气入口，且氢气发生器与VOC分析仪之间设有截止阀，所述零气发生器通过空压机将零气与VOC分析仪的的出气口混合后输入净化设备进行处理；

所述辅助监测系统包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，其均设置在净化设备与烟气通道之间靠近烟气通道的管路上；

所述数据采集系统收集辅助监测系统和VOC分析仪上传的检测数据进行分析和处理，然后发送到工控机；

所述标定系统包括连接VOC分析仪的标气入口的标气存储罐，所述标气存储罐与VOC分析仪之间设有减压阀；

所述电控系统分别为采样系统、预处理系统、VOC分析仪、气源、辅助监测系统、数据采集系统和标定系统供电并控制其工作。

进一步限定，位于第一电磁阀之前的采样系统管路上还设有连接载气发生器的反吹管路，且所述反吹管路上设有第二电磁阀。

进一步限定，所述反吹管路包括外反吹管路和内反吹管路。

进一步限定，所述预处理系统还设有正压防爆控制器。

进一步限定，所述净化设备设有脱水膜和颗粒过滤装置。

进一步限定，所述VOC分析仪为气相色谱仪，且所述气相色谱仪设有日志记录模块和报警模块。

进一步限定，所述标气存储罐与VOC分析仪之间还设有动态稀释仪。

进一步限定，所述辅助监测系统还包括湿度传感器和氧含量传感器。

本发明相比现有技术，具有如下有益效果：

1、本发明从采样到检测分析全程高温，无需除水，同时通过伴热管线的传输，能够保证系统的安全性以及有效避免样气损失，保证监测数据的准确可靠性，能够符合美国、欧盟的标准。

2、本发明不定期抽取样气，确保样气处于实时更新的状态，有效提高系统响应时间，而且分析后的样气能够得到有效净化排放，避免了空气污染。

3、数据采集系统符合HJ75和HJ76的要求，可以合规编制CEMS日报表、月报表、年报表，显示和记录系统监测污染物的监测数据和超标等报警信息，生成并保存运行操作记录报告和掉电记录报告，系统操作和运行状态记录日志。

附图说明

图1为VOCs挥发性有机物在线监测系统的结构示意图，其中图中粗线为气体流动管路，细线为电路或数据传输线路。

图中标记说明：1-烟气通道，2-采样系统，21-采样探头，22-第一电磁阀，3-预处理系统，4-气相色谱仪，5-载气发生器，51-反吹管路，52-第二电磁阀，53-气动阀，61-氢气发生器，62-零气发生器，63-空压机，64-标气存储罐，7-工控机，8-辅助监测系统，9-电控系统。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参见图1所示，一种挥发性有机物在线监测系统，包括采样系统2、预处理系统3、VOC分析仪、气源、辅助监测系统8、数据采集系统和标定系统。

采样系统2采用完全抽取全高温的方式采集样气，采样探头21伸入烟气通道1或烟囱的适当位置，其中采样探头21后端设有粗过滤器，用于对采集的样气进行初步过滤，过滤精度为2微米，采样系统2输出端通过伴热管线连接预处理系统3的输入端。由于采集样气温度较高，伴热管线可以采用SL-100伴热管，这种伴热管采用聚四氟乙烯材质，外包镀镍铜丝屏蔽铠装护层。

预处理系统3包括精过滤器和采样泵，采样泵定期控制采样系统2从烟气通道1采集样气，预处理系统3通过伴热管线将精过滤的样气送入VOC分析仪。其中精过滤器过滤精度为0.5微米，用于过滤高温样气中的小颗粒，防止小颗粒进入VOC分析仪以及其他管道发生堵塞。采样泵通过不间断采样，确保样气处于实时更新的状态。

采样系统2和预处理系统3的主流路器件采用抗腐蚀和惰性化的材料，减少样气吸附，提高数据可信度。预处理系统3上最好配置正压防爆器，提高安全性。

VOC分析仪采用霍尼韦尔生产的GC-3100-01在线气相色谱仪4，该气相色谱仪4采用双阀、双柱、单FID、全过程高温伴热的解决方案，样品经过双阀进样系统、双色谱柱分离、氢火焰离子化检测器检测、分别测定样品中的总烃和甲烷含量，总烃(THC)扣除甲烷(CH4)及空气中氧计算非甲烷总烃(NMHC)的含量。该仪器允许仪表对高沸点物质进行的非甲烷总烃进行精确地测量，甚至在高浓度非甲烷总烃存在的情况下也可以进行该操作。

气相色谱仪4设有RS232输出，将分析数据上传工控机7，也设有USB数据接口和VGA接口。

同时气相色谱仪4设有日志记录模块、自动报警模块、异常提醒模块等，支持短信报警。

本系统的气源包括载气发生器5、氢气发生器61、零气发生器62和空压机63，其中所述载气发生器5输出端位于采样系统2和预处理系统3之间，实际是连接到采样系统2中的输出管路上，且位于载气发生器5连接位置之前的采样系统2管路上设有第一电池阀，用于防止载气向外吹，载气发生器5的载气输出口设有气动阀53，当样气采集进来后，可以通过打开气动阀53控制载气携带样气进行分析。

位于第一电磁阀22之前的采样系统2输出管路上还设有连接载气发生器5的反吹管路51，所述反吹管路51包括外反吹管路和内反吹管路，位于载气发生器5的外反吹管路和内反吹管路均设有第二电磁阀52。

氢气发生器61为机架式，其输出端连接VOC分析仪的进气入口，氢气发生器61与VOC分析仪之间设有截止阀，在VOC分析仪分析完样气成分后，即可关闭截止阀，确保氢气不泄露。

氢气发生器61内部采用全封闭设计，相比传统碱液型氢气发生器61最大限度的避免了碱液的危害。同时，还设有压力流量传感器进行监测和保护，设有RS232接口进行通讯。氢气发生器61产生的氢气流量小于500ml/min，压力小于0.3Mpa，纯度99.999％，不足以发生爆炸。

零气发生器62通过空压机63将零气与气相色谱仪4的的样气出气口混合后输入净化设备进行处理，然后排出。零气作为助燃气体，不含有待测成分或干扰物质，但可以含有与测定无关的成分，一般情况下使用不含待测成分的高纯氮或清洁空气作为零气。

空压机63采用减振处理，有利于快速增压，同时进行洁净干燥，降低气体中的水分。

净化设备采用高温催化氧化技术，以多种贵金属材料做催化剂，将样气中的烃类物质完全氧化生成二氧化碳和水，达到净化的目的。

净化设备设有脱水膜和颗粒过滤装置，使产品气的露点降至-20℃以下，颗粒直径小于0.01微米。

上述净化设备还可以加装二氧化碳、氮氧化物及无机硫脱除装置，也可以加装缓冲罐，用于推阀。

辅助监测系统8包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，其均固定安装在烟气通道1上，探头伸入烟气通道1内。

其中温度传感器采用316L不锈钢探头，通过铂电阻法测量温度，表面涂覆聚四氟防腐材料，温度传感器可通过温度补偿确保温度的测量精度。压力传感器采用高精度隔离膜压力传感器测量。流量传感器采用差压测量法测量，通过测量烟气流动中的全压和静压，得到烟气流速，流量传感器表面涂覆聚四氟防腐材料。

温度传感器、压力传感器和流量传感器可以集成在一个温压流一体机中，输出4～20mA的信号，可根据工况需求定义量程范围。

上述辅助监测系统8还可以增设湿度传感器和氧含量传感器，从而输出湿度和干氧浓度，用户可通过显示面板的输入端口完成外部湿度或干氧浓度的自动标定。

数据采集系统用于收集辅助监测系统8和气相色谱仪4上传的检测数据进行分析和处理，然后发送到工控机7。

其中数据采集系统可以通过屏幕显示甲烷、总烃、非甲烷总烃的实时浓度，且标记数据的状态，以及设备各参数的实时数据和设备运行状态，如烟气温度、压力、流速或流量、烟气湿度等。

数据采集系统具有数据转换功能，显示甲烷、总烃、非甲烷总烃的浓度的有效小时均值、有效日均值、有效月均值、并支持打印和上传。

同时支持时间段检索，绘制甲烷、总烃、非甲烷总烃的浓度趋势谱图。

单次数据存储不少于12个月，1小时数据存储不少于5年。气相色谱仪4原始数据存储不少于2周，可根据需要设定。

可对监测参数进行设置，比如测量数据报警的上下限，模拟输入量有关参数和数据输入开关量所代表的报警含义，管道横断面面积以及管理权限和登陆密码。

数据采集系统的分析结果可以根据设置的时间远程上传到远端服务器，也可以与当地网络环保局环保信息平台通信，上报监测数据。

标定系统为连接VOC分析仪的标气入口的标气存储罐64，标气存储罐64与VOC分析仪之间设有减压阀。

标气存储罐64可以个根据工况选择不同参数的标气，也可以采用动态稀释仪对同一浓度的标气进行稀释。

电控系统9为本系统的核心，主要控制采样系统2、预处理系统3、VOC分析仪、气源、辅助监测系统8、数据采集系统和标定系统等设备的工作，具体控制过程如下：

首先打开反吹管路51中的第二电磁阀52，清理管路中的多余的气体，避免影响监测结果，然后关闭反吹管路51，打开采样泵、载气发生器5的气动阀53以及一电磁阀，通过采样系统2采集样气，样气经过粗过滤器过滤后，与载气一同进入预处理系统3进行精过滤，氢气气发生器启动后打开截止阀将氢气与精过滤后的样气进入VOC分析仪对样气成分进行分析，分析后的结果发送到工控机7，打开零气发生器62与VOC分析仪分析后的样气进行催化净化处理。

辅助监测系统8实时监测烟气通道1的温度、压力和流量参数，根据需要还可以监测湿度和干氧浓度，并通过数据采集系统处理后上传到工控机7。

标气系统根据电控系统9的需要选择不同参数的标气存储罐64，也可以采用动态稀释仪对同一浓度的标气进行稀释。

以上对本申请提供的一种VOCs挥发性有机物在线监测系统进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。