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挥发性有机物(VOCs)固定污染源排放监测系统技术方案

时间:2021-10-25 15:07   作者:admin 点击:
一、概述

(一)总则

    本方案适用于HJ 1013-2018 挥发性有机物(VOCs)排放监测,其内容包括该系统的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求。
    本方案中提出了最低限度的技术要求,我方提供满足本方案和所列标准要求的高质量产品及其相关服务。对国家有关安全、环保等强制性标准,将满足相关要求。
我方在设备设计和制造中所涉及的各项规程,规范和标准遵循现行
·《大气污染物综合排放标准》                     (GB16297-1996)
·《自动化仪表工程施工及验收规范》               (GB50093-2002)
·《环境污染源自动监控信息传输、交换技术规范(试行)》(HJ/T352-2007)
·《污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》(HJ/T212-2005)
本规范书所使用的标准如与需方所执行的标准有不一致时,将按较高标准执行。

(二)监测需求分析

环保部机动车排污监控中心研究表明:以工业喷涂为主的挥发性有机物是许多城市PM2.5的重要来源之一。如北京市的PM2.5中,机动车尾气排放占22%,煤炭燃烧排放占16.7%,工业喷涂占16.3%,全市1.5亿平方米建筑工地所产生的扬尘占16%,农村养殖、秸秆焚烧占4.5%,剩下的24.5%主要是周边河北、天津等地区带来的。工业喷涂工艺全过程废气中的常见有机物有苯、甲苯、二甲苯(对、间、邻)、三甲苯(连、均、偏)、正丁醇、丁酮、丙酮、环己酮、甲基异丁基酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯,乙酸异丁酯、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚等。
目前在我国丝网印刷、凹版印刷等印刷过程中大量使用的溶剂型油墨,含有50%-60%的 挥发性组分,如果加上调油墨粘度所需的稀释剂,那么在印品干燥时,油墨所散发出来的挥发性组分的总含量为70%-80%。这些有机溶剂所挥发的气体,通过呼吸进入工人的体内,对人体的肝脏和神经系统造成损害,对环境造成很大的危害。印刷行业常见有机物有苯、甲苯、二甲苯、丙酮、乙酸、甲乙酮、异丙醇和乙酸乙酯、乙酸丁酯等
     对于工业涂装及印刷业的治理的技术路线和实施举措已经相对成熟,而是否能够达到预期的治理效果还有待于数据的佐证,因此加强治理后污染物监测已成为一个必不可少的工序。

(三)预期目标

系统针对企业排污情况和环保要求,建立固定污染源监测点,采用气相色谱分析技术,结合数据采集管理、传输等技术,对非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯实时监测,最终达到控制空气污染,削减VOCs排放的目标。

二、系统方案

(一)系统介绍

1、系统概况

根据企业实际特点(RTO工艺处理喷涂废气),于处理前、处理后排放口实施布点(处理前2套、处理后1套),进行实时采样分析,并实时测量烟气温度、烟气压力、烟气流速或流量、烟气含湿量(或输入烟气含湿量)等参数完成待检污染物浓度、总量监测。并通过无线(有线)网络将在线监测数据接入“烟气污染源在线监控系统”及企业监控中心。
本监测系统包括污染物监测子系统(预处理单元、氢气发生器、零气发生器、气相色谱仪),烟气排放参数监测子系统,数据采集、传输与处理子系统。

(1)污染物监测子系统

待监测气体由采样单元采集后进入机柜(采样口至气相色谱仪采用同温伴热(伴热温度>=烟气温度);为防止采集气中的颗粒物较大堵塞流通阀,加粗细除尘;利用气相色谱分析仪对欲检测混合物进行分离检测(如果苯、甲苯、二甲苯浓度较低时,需先经过捕集解析装置后,再进入色谱柱进行分离,最后进入检测器进行检测),经过对比,根据峰面积计算出各组分含量;同时测量烟气温度,烟气压力,烟气流量或流速、烟气含湿量等参数,计算烟气中非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯的浓度和排放量。检测迅速、结果准确。

(2)烟气排放参数子系统

待监测气体由温压流一体仪进行烟气温度、压力、流速(差压)检测,检测后数据以4-20mA电流信号或RS485形式通过屏蔽电缆输入至数据采集、传输与处理子系统。
a. 烟气温度采用热电偶或热电阻测量;
b. 烟气压力采用压力传感器测量;
c. 烟气流速(差压)采用皮托管法;

(3)数据采集、传输与处理子系统

系统应具有数据采集、处理、存储、表格和图文显示、故障警告、安全管理和支持打印功能;系统应设置通信接口,用于数据输出和通讯功能。 
1. 数据采集:系统控制功能协调整个系统的时序,每分析一次记录一组系统检测的分钟数据,包括以下项目:污染物体积浓度(ppm)、污染物质量浓度(mg/m3)、烟气流速(m/s)、烟气温度(℃)、烟气静压(Pa)、烟气湿度(%)(可输入手工检测值)和大气压(Pa)(可输入当地年平均值)。
2. 数据处理:系统能够将采集和记录的5分钟数据自动处理为整点1小时数据组,包括以下项目:污染物质量浓度、烟气流速、烟气温度、烟气静压、烟气湿度、烟气流量的1 小时数据平均值和污染物排放量及系统(或污染源)运行状态标记。
3. 数据存储 :系统能存储定时段数据和实时数据,其中5分钟数据存储12个月以上;1小时数据存储36个月以上;实时数据存储时间可根据需要设定。
4. 数据显示、查询和文档管理:系统显示和操作界面均为简体中文。系统定时显示污染物排放数据、相关烟气参数及告警信息;可查询和导出设定期间的数据;能够自动生成小时数据构成的月数据曲线图。能够查询烟道(排放口)截面积、速度场系数、湿度等现场设置的参数。生成并保存《烟气排放连续监测小时平均值日报表》、《烟气排放连续监测日平均值月报表》、《烟气排放连续监测月平均值年报表》,并支持打印以上数据、图表和报表。
5. 数据数据输出和通讯 
a. 数据通讯接口 :系统配置RS232、RS485中任一种通信接口和RJ45以太网接口,用于对外数据输出和通讯,并可根据使用要求,实现单路或双路或多路配置。
b. 数据通讯 :系统具有远程数据通讯功能,能够定时传输数据组,并随时接收和应答环保部门监控中心的数据查询、校准时钟等命令。
c. 数据输出 :系统具有对外部设备(企业的DCS系统或/和治理设施的控制系统或/和另行配置的数据采集传输仪)输出监测数据的功能。输出信号为:4-20mA电流信号、RS232信号、RJ45网络信号(可选)。
6. 数据有效性:
a. 有效小时均值: 连续排放或间歇排放超过1h的,在1h内不少于75%有效数据的平均值;间歇排放小于1h,在间歇排放时间内不少于75%有效数据的平均值。
b. 有效日均值: 1日内不少于排放设施运行时间(按小时计)的75%有效小时均值的算术平均值。
c. 有效月均值: 1月内不少于排放设施运行时间(按小时计)的75%有效小时均值的算术平均值。
7.安全管理 :系统具有安全管理功能,操作人员需登录工号和密码后,才能进入控制界面。 系统安全管理功能为二级系统操作管理权限: 
a. 系统管理员:可以进行所有的系统设置工作。。 
b. 一般操作人员:只进行日常查询、例行维护和操作,不能更改系统的设置。 
系统受外界强干扰或偶然意外或掉电后又上电等情况发生,造成程序中断,能实现自动启动,自动恢复运行状态并记录出现故障时的时间和恢复运行时的时间。数据采集、传输处理子系统主要为生产企业及环保部门提供数据支持。作为本系统的核心部分,向用户提供友好的人机交互界面及最终的系统功能。在统一的数据访问接口之上,可以构建不同类别的单机、多机应用系统,提高了应用研发的灵活性和可扩展性。具有数据查询、数据可视化功能,对监测设备采集的基础数据作出曲线、图形图像等可视化操作;根据各项污染物指标对数据进行处理,对于超标数据作出可视提示,便于企业及环保部门及时发现问题并进行应急处理。
 

2、系统功能

(1)超标报警功能

本系统具有超标报警功能,当污染物浓度超过排放标准时,系统发出超标告警信息并可保留样品;提示企业或环保部门该监测点某种污染物浓度超标,为企业或环保部门采取及时、应急处理措施提供可靠依据。

(2)常规监测功能

① 实时监测功能
本系统具有实时监测功能,现场分析仪由系统内部计算机控制对现场污染物进行自动采样、分析,实现现场污染物状况的实时、连续、全面性的监控,为企业和环保部门进行生产和执法活动提供科学依据。
② 实时数据查询功能
现场数采仪实时获取现场各类监测数据,有两种数据上报方式:一种是上端通讯服务定时向现场数采仪发送获取实时数据指令,数采仪收到指令后被动上传实时监测数据,另一种是数采仪定时主动向上端通讯服务发送打包实时监测数据。实时数据发送时间间隔可以远程设定,最小间隔可到1秒,最大时间间隔只要小于分钟数据时间间隔均可。
送到通讯服务的监测数据按照预置的协议解析数据包,然后送至数据有效性判别程序进行判断,数据库系统仅存储有效数据同时为非法数据和异常数据作上标记,留作后期处理,实时数据显示方式有图形和表格两种方式。
 
③ 历史数据查询功能:
历史数据包括分钟数据、小时数据和日数据,显示方式包括表格和图形,数据可以直接提交打印,也可以导出为Excel格式。
 
④ 数据库备份功能
备份采集仪数据库,与“数据库恢复”功能相对应。
 
⑤ 数据库恢复功能
恢复通过“数据库备份”功能备份出来的文件。(需要登录)
 
⑥ 停电记录、校准记录功能
 
⑦ 报表输出
可以根据监测数据,按照预定义的格式生成日报、周报、月报、年报。为日常工作节省时间,提高工作效率。

(3)多方式联网功能

本系统支持光纤、宽带、VPN专网等多种联网方式,可将现场监测数据上传至监控系统应用层,保证数据传输的及时性、稳定性和可靠性。

3、系统组成

(1)色谱分析仪:监测非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯(可选);
(2)流速控制箱:监测烟气温度、压力、流速(差压);
(3)湿度氧含量可选
(4)采样装置:针对现场环境,设计采样装置,保证系统长期稳定、可靠、准确的工作。
(5)预处理单元:针对现场环境,设计专业的预处理系统,保证系统长期稳定、准确地运行。
(6)数据处理与控制系统:对监测数据进行采集、处理;并控制系统运行。

4、系统技术特点

(1)系统采用高精度的分析仪,能同时精确、实时监测有毒有害污染物排放情况。
(2)性能稳定,维护量少,运行费用低;
(3)分析速度快,60秒内可自动分析完非甲烷总烃;
(4)采样伴热管管长可调,安装灵活。
(5)带有现场气体污染物浓度超标报警功能。
(6)兼容多种仪器通讯协议,可无限制添加仪器协议。

(二)主要检测设备及技术指标

(1)在线气相色谱仪
仪器型号:色谱分析仪
测量种类:非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯等
测量原理:在线气相色谱FID检测仪
 
测量周期:5-30分钟(可选择)
供电电源: 220V±10% 交流 50Hz±1Hz
输出信号: DC 4~20mA/RS485/RS232/网线;
检测限(g/s):< 5×10-10
(2)在线气相色谱仪
仪器型号:色谱分析仪
测量种类:非甲烷总烃
测量原理:在线气相色谱FID检测仪
 
测量周期: 90秒(可选择)
供电电源: 220V±10% 交流 50Hz±1Hz
输出信号: DC 4~20mA/RS485/RS232/网线;
检测限(g/s):< 5×10-10
(2)温压流一体仪
仪器型号:温压流一体仪
测量种类:流速(差压)、温度、压力
测量原理:烟气温度采用热电偶或热电阻测量; 烟气压力采用压力传感器测量;
烟气流速或流量一般采用皮托管法;
供电电源: 220V±10% 交流 50Hz±1Hz
输出信号: RS485/4-20mA电流信号;

(三)系统配置表:

3.1非甲烷总烃:
系统组成 名称 单位 数量
色谱系统 在线甲烷/非甲烷总烃气相色谱仪 1
在线零气发生器(不含泵) 1
在线氢气发生器 1
机柜及样品处理系统 系统机柜 1
样品处理系统 1
电气控制单元及流路 1
平板电脑 1
数据采集软件 1
烟气采样探头 1
温压流一体仪 1
高温隔膜泵 1
伴热管线 30
其他(可选) 湿氧一体机分析仪 (机柜内) 1
甲烷标气+减压阀 1
空压机 1
 
3.2非甲烷总烃+苯系物:

系统组成 名称 单位 数量
色谱系统 在线甲烷/非甲烷总烃苯系物气相色谱仪 1
在线零气发生器(不含泵) 1
在线氢气发生器 1
机柜及样品处理系统 系统机柜 1
样品处理系统 1
电气控制单元及流路 1
平板电脑 1
数据采集软件 1
烟气采样探头 1
温压流一体仪 1
高温隔膜泵 1
伴热管线 30
其他(可选) 湿氧一体机分析仪 (机柜内) 1
氮气钢瓶 1
甲烷标气+减压阀 1
苯系物标气+减压阀 1
空压机 1

 

三、站房建设:

(一)站房建设标准:
1、监测站房的基础荷载强度2000 kg/m2,其面积≥2.5×2.5 m2,空间高度≥2.8 m,站房建在标高≥0 m处。 
2、监测站房内有空调,控制室内温度保持在(20~30)℃,湿度 ≤60 %,空调具有来电自动重启功能,站房内安装排风扇。 
3、监测站房内配电功率能够满足仪表实际要求,功率不少于8 kW,至少预留三孔插座5个、稳压电源1个、UPS电源一个。 
4、监测站房内配有有生产资质单位生产的标准气体,且在有效期内。监测站房的防雷系统应符合GB50057的规定。 
5、系统仪器设备的工作电源有良好的接地措施,接地电缆采用大于4 mm2的独芯护套电缆,接地电阻小于4Ω,且不与避雷接地线共用。 
6、平台、监测站房、交流电源设备、机柜、仪表和设备金属外壳、管缆屏蔽层和套管的防雷接地,利用厂内区域保护接地网,采用多点接地方式。厂区内不能提供接地线或提供的接地线达不到要求的,在子站附近重做接地装置。 
7、电源线和信号线设防雷装置。 
8、接地线和零线不共用,主机柜外壳和可导电的金属外壳可靠接地。 
9、电源线、信号线与避雷线的平行净距离≥1 m,交叉净距离≥0.3 m。
10、由烟囱或主烟道上、排放口上数据柜引出的数据信号线经过避雷器引入监测站房,将避雷器接地端同站房保护地线可靠连接。 
11、信号线为屏蔽电缆,屏蔽层有良好绝缘,不与机架、柜体发生摩擦、打火,屏蔽层两端及中间均做接地连接。
12、监测站房仪器排列整齐,监测仪器顶平直度和平面度不大于5 mm,监测仪器牢固固定,可靠接地。二次接线正确、牢固可靠,配导线的端部应标明回路编号。配线工艺整齐,绑扎牢固,绝缘性好。
 
(二)站房布置、施工图

站房布置图
 

站房施工图
 

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