VOC在线监测系统的技术原理与运维

蒋炎炎 戈超 冯汉队 阮计连 陈海燕

摘要：随着我国工业的迅猛发展，环境污染问题日益突出，甚至酿成环境污染事件。VOC气体作为“光化学烟雾”的主要成因，也越来越受到国家和各级地方政府的重视。《污染源自动监控设施运行管理办法》、《江苏省污染源在线监控系统运行维护实施方案》、《江苏省污染源在线监控系统运行管理实施细则》等国家、省、市环保局的相关标准、文件陆续出台，也标志着VOC气体排放的管控进入严查严管阶段。在政策的引导下，VOC在线监测系统应运而生，其具有实时检测、实时上传数据、多平台数据传输和自动校准等特点，给环保监测和设备运维都提供了便利条件。

关键词：VOC气体;在线监测;自动校准;运行维护

“十二五”期间，国家重点建设环境监测网络，主要为空气环境监测、污染源监测及水质监测，并发展成为我国环境监测的基本体系。“十三五”规划建议中更是明确“以提高环境质量为核心”，环境质量的改善则依赖于于现有治理设施和监测设施的改进。以监测设施的改进为例，则是由传统的现场取样监测转变为24小时在线实时监测，不给偷排留有任何的监测死角。VOC在线监测系统采用先进的全程伴热预处理+ 在线色谱技术+ 火焰离子检测法（FID），主要应用于对各种工业污染源排放有机物的实时监测，性能稳定可靠，自动化程度高，检测范围宽，能够测量VOCS、总烃（THC）、非甲烷总烃（NMHC）、苯及苯系物等多项参数，对VOCS的浓度和排放率进行连续、实时地跟踪监控，并将所有的监测参数传输至工控机软件和用户DCS系统，可通过数采仪与环保部门的数据系统通讯。

一、VOC在线监测系统的技术原理

VOC是沸点低于250℃的挥发性有机化合物，由于其沸点低，常温条件下易液化，故其分析过程有别于其它物质，必须进行全程伴热，伴热温度不低于180℃，以保证VOC气体进入检测单元时仍为气态。

如图一所示，VOC在线监测系统由采样单元、温压流检测单元、测量单元、数据处理单元和数据传输单元。

采样单元由带滤芯的采样头、高温伴热管和采样泵组成，负责将烟囱内的气体引入测量单元;温压流检测单元以伯努利方程和PT100为原理制作，用以测量气体温度、烟囱内外压力差和气体流速，并将上述参数通过RS232接口传输至测量主机的屏幕上;测量单元采用当前主流的气态色谱- 氢火焰离子检测（GC-FID）方法，其利用有机化合物在氢火焰产生的高温环境中电离，且电离信号的强弱与VOC气体浓度成正比的原理，将电离信号通过信号放大器放大后，再与标准浓度所产生的电离信号比对，即可得到待测成分的浓度。由于排放的VOC气体一般为多种物质的混合物，为了精确得到各组分的浓度，需要在进入FID之前，通过不同的气态色谱柱将各组分分离，气态色谱柱内壁上涂有固定相，固定相对各组分的吸收能力不同，从而使各组分在不同的时间区间进入FID中以得到各组分的浓度.

VOC在线监测系统一般可测量甲烷、非甲烷总烃、苯、甲苯和二甲苯等组分。数据处理单元则将放大后的电信号同标准气体的同比例放大后的电信号进行比对并计算出数据，通过RS232接口传递到测量主机的屏幕上，同时对历史数据进行整理，得出日、月、年的数据平均值;数据传输模块则通过数采仪或DTU模块，将数据远程传输到网页端、手机端或环保局制定的服务器。上述流程完成了VOC气体在线监测、在线传输的全过程，极大方便了管理部门的数据采集和监管，同时也加速了喷涂、化工、橡胶等行业环保设施更新的步伐。

二、VOC在线监测系统的运维

VOC在线测系统虽然具备自动校准功能，但仍需要进行定期的人工维护、标定、维修等工作，以确保系统的正常有效运行，并确保有足够的有效监测数据上传至环保行政管理部门。

每周定期对仪器进行巡检、维护、清洁、检修等工作，保证仪器的正常稳定运行;每月对仪器进行标定、校验、更换易耗配件、更换正常损坏件，建立运行维护技术档案。

周、月、季度、年度维护保养计划如下所示。周维护：

（1）     检查站房、系统主机、温压流湿检测器、烟气采样器等设备供电是否正常;

（2）     检查烟气采样器加热体温度是否与设置温度一致;

（3）     检查电伴热管线温度是否与设置温度一致;

（4）     检查加热阀箱温度是否与设置温度一致;

（5）     检查温压流湿检测器测量值是否符合现场工况;

（6）     检查检测数据更新时间是否正常;

（7）     检查系统主机与中心平台连接、数据传输是否正常;

（8）     检查通用过滤器粉尘滤芯是否变色，变质;

（9）     检查气体分析仪检测器是否处于着火状态;

（10）   检查氢气发生器碱液液位，低于液位下限及时补水;

（11）   检查氢气发生器干燥剂变色情况，超过80%变色，及时更换;

（12）   检查全自动空气源输出压力表读数是否符合现场工况;

（13）   检查全自动空气源干燥剂变色情况，超过80%变色，及时更换;

（14）   检查氮气瓶瓶内压力表读数，制定更换计划;

（15）   检查数采仪监测数值与主机监测数值是否一致。季度维护重点：

（1）     使用标准气体标定设备;（根据各设备实际工况标定设备（）2）使用标准气体当做样气，反标设备，检查设备误差是否符合国家标准;

（3）     检查设备正常运行中，各电磁阀是否是切换动作;

（4）     檢查采样泵抽力是否有明显衰减;

（5）     检查采样进气气路是否有堵塞;年度维护重点：

（1）     检查六通阀膜片、十通阀膜片是否正常;（2）检查采样泵膜片是否正常。

三、结语

由于VOC在线监测系统原理复杂，设备精密，对设备的运维提出了较高的要求，必须要有一支专业的队伍来管理和维护。通过在线监测系统，可以实现受监管企业废气治理设施擅自停运与低负荷运行、废气治理设施低效运行、生产过程中废气无组织排放等现象的实时监测、预警、分析与管理，同时结合生产现场的实时视频监控系统，可以对上述环保违法行为视频录像取证，真正实现监管无死角，让监管有据可查，杜绝一切环保违法行为，还社会青山绿水，还人民欢声笑语。

参考文献：

[1]   路思明. 纺织企业VOC大数据监测系统[J].中国市场，2017（04）：126-127.

[2]   天辰化工投用VOC在线监测系统[J].氯碱工业，2018，54（12）：46.