CN106596782B - 一种挥发性有机物在线监测系统及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于挥发性有机物监测技术领域，具体涉及一种挥发性有机物在线监测系统及分析方法，包括数据采集传输控制系统、烟气采样系统、样气传输管、烟气预处理调制系统、气体分析系统、温压流测量系统，所述数据采集传输控制系统包括PLC控制器、PLC数据采集模块和工控机，所述工控机内安装有监测组态软件和SQL Server数据库，烟气采样系统与烟气预处理调制系统通过样气传输管连接，所述样气传输管为电伴热型恒功率采样管、且采用聚四氟乙烯材料。该挥发性有机物在线监测系统运行稳定、故障率低、监测准确度高、误差较小、测量稳定、设备维护成本较低。

Description

一种挥发性有机物在线监测系统及分析方法

技术领域

本发明属于挥发性有机物监测技术领域，具体涉及一种挥发性有机物在线监测系统及分析方法。

背景技术

挥发性有机物常用VOCs表示，VOCs是Volatile Organic Compounds三个词第一个字母的缩写，按照世界卫生组织的定义，挥发性有机物是指沸点在50℃～250℃的化合物，室温下饱和蒸汽压超过133.32Pa，在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。按照化学结构的不同，可以进一步分为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他，主要成分有：烃类、卤代烃、氧烃和氮烃。

VOCs的主要来源：在室外，主要来自燃料燃烧和交通运输产生的工业废气、汽车尾气、光化学污染等；在室内，主要来自燃煤和天然气等燃烧产物，例如吸烟、采暖和烹调等的烟雾，建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。VOCs的危害很明显，当居室中VOCs浓度超过一定浓度时，在短时间内人们感到头痛、恶心、呕吐、四肢乏力，严重时会抽搐、昏迷、记忆力减退，VOCs还会伤害人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统，具有较宽的极性和浓度范围，在一定的浓度下对人体有致癌、致畸、致突变以及引发白血病的危险。VOCs是光化学烟雾的决定性前体物，也是PM2.5的主要前体物。

可靠的VOCs测量数据是研究其对环境和人类健康影响的基础。由于监测到的VOCs受源变化、化学反应过程以及采样时间和持续时间等因素的影响，只有通过长期连续的监测才能揭示出VOCs浓度水平变化的特征和一般趋势，为环境控制提供科学依据。目前应用最广泛的VOCs采样方法为不锈钢罐采样、吸附剂采样、气袋采样以及低温冷凝法采样，不锈钢罐采样方式使用的采样罐需要送回实验室后进行吸附剂浓缩或低温预浓缩处理，这种方式需要进行多次分析，设备的清洗较繁琐；吸附剂采样和低温冷凝法采样在采样的同时，可以完成样品的预浓缩，但是需要低温运输、存放，极为不方便；气袋采样由于内壁存在吸附和解析效应，现已很少使用。采样的样品必须经过固相萃取、溶剂解析、低温预浓缩热解析等方法进行预处理，预处理过程繁琐，而且预处理过程中容易对样品造成人为的污染，测量误差较大。样品分析主要依靠气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱、荧光分光光度法等。

随着人类生活的环境污染越来越严重，环保部要求对排放污染物的工业企业，尤其是喷涂、石化生产、印刷等行业排放的挥发性有机物进行在线监测，监测的因子包括非甲烷总烃、苯系物(苯、甲苯、二甲苯等)，由于政策出台时间短，该在线监测系统需要的技术要求高，国内目前基本没有能够实现在线监测的色谱仪，主要产品依赖于进口。其产品主要测量原理为FID(氢离子火焰)，由于国内与国外现场工况差别较大，国内工业现场环境恶劣，现场存在大量的具有腐蚀性的气体存在，加上处理工艺落后，烟气往往存在低温、高湿、高尘和存在大量油质类物质，国外设备目前在国内主要存在三个问题：一是，适应不了国内的工业环境，系统配套设施运行稳定性差，故障率高，企业设备维护成本较高；二是，采样装置中的被测气体溶解损失较大，样气输送过程中样气成分容易损失，造成测量不准确，误差较大；三是，测量效果不稳定。

发明内容

基于上述背景技术中提出的技术问题，本发明提供了一种挥发性有机物在线监测系统及分析方法。

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，包括数据采集传输控制系统、烟气采样系统、样气传输管、烟气预处理调制系统、气体分析系统、温压流测量系统，所述数据采集传输控制系统包括PLC控制器、PLC数据采集模块和工控机，所述工控机内安装有监测组态软件和SQLServer数据库。

所述烟气采样系统与烟气预处理调制系统通过样气传输管连接，所述样气传输管为电伴热型恒功率采样管、且采用聚四氟乙烯材料，所述的烟气采样系统包括并列设置的治理前样气采样装置、治理后样气采样装置，所述的治理前样气采样装置、治理后样气采样装置均包括烟气传输过滤管和位于烟道内的采样探针，所述采样探针内设有螺旋式电加热器，所述烟气传输过滤管内设有第一精密过滤器，所述采样探针与样气传输管通过烟气传输过滤管连接。

所述的烟气预处理调制系统包括依次连接的第一四通电磁阀、截止阀、制冷器、过滤器、稳流器、调节阀、采样泵、第二四通电磁阀，所述第一四通电磁阀的进气口分三路分别连接有采样反吹系统、治理前样气采样装置、治理后样气采样装置，所述采样反吹系统包括依次连接的第一空压机、储气罐、反吹阀，所述反吹阀的排气口与第一四通电磁阀的进气口连接，所述制冷器包括第一压缩机制冷器和第二压缩机制冷器，所述第一压缩机制冷器和第二压缩机制冷器内均设有冷腔，所述冷腔采用玻璃材料，所述第一压缩机制冷器的排水口连接有第一排水管，所述第二压缩机制冷器的排水口连接有第二排水管，所述第二四通电磁阀的进气口分两路分别连接有采样泵、标气阀，所述标气阀的进气口连接有第四精密过滤器，所述第二四通电磁阀的排气口分两路分别连接有排空阀、流量计，所述流量计连接有平衡阀。

所述气体分析系统包括氢气发生器、清洁空气发生器和气相色谱仪，所述氢气发生器包括电解池、电解电源模块、电解气体处理模块，所述电解电源模块与电解池连接，所述电解气体处理模块与电解池连接，所述气相色谱仪包括电动多通阀、稳流阀、恒温色谱柱箱、检测器、燃气进管、助燃气进管、控制处理器，所述恒温色谱柱箱内安装有色谱柱，所述电动多通阀的进口分为两条支路，分别连接有样气进管、载气管，所述样气进管与平衡阀连接，所述载气管连接有氮气罐，所述电动多通阀的出口分为两条支路，分别连接有稳流阀、样气排出管，所述色谱柱的进口与稳流阀连接、出口与检测器连接，所述燃气进管的进口端与氢气发生器连接、出口端与检测器连接，所述助燃气进管的进口端与清洁空气发生器连接、出口端与检测器连接，所述检测器的信号输出端连接有高阻抗放大器，所述高阻抗放大器的输出端与控制处理器电连接，所述控制处理器内安装有色谱站软件。

所述温压流测量系统包括多管式S型皮托管组、静压室、全压室、温度变送器、差压变送器、电接点压力表、送气管，所述多管式S型皮托管组包括多个静压引压端和全压引压端，所述静压引压端通过送气管与静压室连接，所述静压引压端与静压室连接的送气管上安装有第一两位三通电磁阀，所述第一两位三通电磁阀与电接点压力表通过送气管连接，所述静压室的输出端与差压变送器连接，所述全压引压端与全压室连接的送气管上安装有第二两位三通电磁阀，所述第二两位三通电磁阀与电接点压力表通过送气管连接，所述全压室的输出端也与差压变送器连接，所述电接点压力表通过送气管连接有连接三通和第二空压机，所述第二空压机与储气罐连接，所述连接三通分别与第一两位三通电磁阀、第二两位三通电磁阀和电接点压力表连接，所述温度变送器、静压引压端和全压引压端均位于烟道内。

作为本发明的一种优选方案，所述采样探针与烟气传输过滤管螺纹连接，所述采样探针采用316L不锈钢制成，这样的设计，采样探针与烟气传输过滤管的连接快捷，方便操作，如果采样探针损坏，可以方便地拆下进行更换。

作为本发明的一种优选方案，所述过滤器包括串连的第二精密过滤器和第三精密过滤器，所述第二压缩机制冷器的排气口与第二精密过滤器连接，所述第三精密过滤器的排气口与稳流器连接，这样的设计，将烟气进行两次精密过滤，避免机械杂质进入气体分析系统，有效地保持了气体输送管路的流畅，在一定程度上提高了测量的精确度。

作为本发明的一种优选方案，所述第一精密过滤器、第二精密过滤器、第三精密过滤器、第四精密过滤器均为不锈钢烧结滤芯，不锈钢烧结滤芯具有各种不同的孔隙度，孔道纵横交错，耐高温、抗急冷急热、抗腐蚀、强度高、韧性好，能够保证过滤性能稳定，再生性能良好。

作为本发明的一种优选方案，所述第一精密过滤器、第三精密过滤器、第四精密过滤器的过滤精度均为2μm，所述第二精密过滤器的过滤精度为5μm，这样的设计，能够有效避免烟气中的灰尘颗粒进入气体分析系统中，过滤效果较理想。

作为本发明的一种优选方案，所述S型皮托管组包括多根并列设置的S型皮托管，所述S型皮托管的右端为相对设置的静压引压端和全压引压端，所述S型皮托管上套设有保护套，所述保护套的左端焊接有法兰，所述S型皮托管于法兰的左侧连接有矩形块状的连接板，所述连接板按环形方向均匀开设有多个锥管螺纹孔，这样的设计，在进行气体流速测量时，正对于来气方向测量压力为全压，背对来气方向为静压，烟气全压和静压的差值为烟气动压，烟气的动压方均根值与烟气流速成正比，根据伯努利方程，就可求出烟气流速，S型皮托管组将烟道分为若干个面积相等的矩形，在每个矩形的对角线中心设置一组S型皮托管用来测量该矩形的平均流速，然后将多个点的平均流速作为断面的平均流速，这种流速测量方法准确度较高。

作为本发明的一种优选方案，所述S型皮托管为316L不锈钢无缝钢管、且外管壁涂有聚四氟乙烯涂层，316L不锈钢具有很好的耐腐蚀性、耐高温性、耐磨性，很好地满足了测量的需求，聚四氟乙烯涂层的设置有效地避免了挥发性有机物吸附在S型皮托管的外壁。

作为本发明的一种优选方案，所述第一压缩机制冷器和第二压缩机制冷器的制冷温度均为3℃～6℃，所述第一排水管和第二排水管上均安装有蠕动泵，制冷温度的设计尽可能将烟气中的气态水冷凝成液态水，并在蠕动泵的作用下将水排出，达到理想的除水效果。

作为本发明的一种优选方案，所述螺旋加热器的加热温度控制在147℃～153℃，该温度下能将烟气中的水分完全气态化，将过饱和的烟气变成不饱和烟气，从根本上降低了挥发性有机物的损失，同时，保证了挥发性有机物的性能不受影响。

一种挥发性有机物的分析方法，所述分析方法采用了上述挥发性有机物在线监测系统，具体分析步骤如下：

步骤一：标定，进样前，需要对气相色谱仪进行基线走平和标定，启动气相色谱仪通过电动多通阀通入载气，待控制处理器上显示基线水平后进行标定，控制第二四通电磁阀与标气阀连通，打开标气阀，在色谱站软件的作用下，控制处理器上显示并保存标气的峰图；

步骤二：采样和预处理，关闭标气阀，控制第二四通电磁阀连通采样泵，依次打开平衡阀、排空阀、采样泵、调节阀、稳流器、蠕动泵、第二压缩机制冷器、第一压缩机制冷器、截止阀，控制第一四通电磁阀连通治理前样气采样装置或治理后样气采样装置，采样探针采样并进行预处理，控制稳流器、调节阀和平衡阀调节进入气体分析系统中烟气流量和压力；

步骤三：分析检测，利用气相色谱仪分析样气的成分含量，预处理后的样气进入样气进管中，控制电动多通阀，在稳流阀的作用下一部分样气进入色谱柱中进行吸附分离检测，另一部分多余的样气经样气排出管排入尾气接收罐中；利用温压流测量系统监测样气的温度、压力和流量，控制第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀连通S型皮托管组，此时第二空压机处于关闭状态；

步骤四：数据处理，PLC数据采集模块采集控制处理器输送来的样气含量数据，以及温压流测量系统测出的温度、压力、流量数据，PLC数据采集模块将采集的数据以4mA～20mA的电流信号直接接入工控机进行处理；

步骤五：反吹扫，使用一段时间后，需要分别对烟气采样系统和温压流测量系统进行反吹扫，烟气采样系统进行反吹扫时，关闭截止阀，控制第一四通电磁阀切换连通采样反吹系统，打开反吹阀和第一空压机；温压流测量系统进行反吹扫时，控制第一两位三通电磁阀第二两位三通电磁阀，启动第二空压机。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

采样探针内设螺旋式电加热器可以对烟气进行加热处理，将饱和或过饱和状态的烟气加热成非饱和状态的烟气，从根本上降低了挥发性有机物的损失；治理前样气采样装置、治理后样气采样装置均设有2μm精度的第一精密过滤器对烟气进行首次过滤，有效地避免了气体传输管路和烟气预处理调制系统出现堵塞的情况，减少故障的发生，降低企业设备维护成本；样气传输管为电伴热型恒功率采样管，加热温度均匀，采用聚四氟乙烯材料不会吸附烟气中的挥发性有机物，降低了挥发性有机物的损失；烟气预处理调制系统通过制冷除湿、过滤、压力调节和流量调节等措施，保证了烟气稳定地进入气相色谱仪，且不会对气相色谱仪形成污染，第一压缩机制冷器和第二压缩机制冷器的两级压缩制冷能够将烟气中的水分充分地冷凝析出，并将冷凝水通过蠕动泵不间歇运行排出，达到良好的除湿效果，运行稳定；气相色谱仪采用了FID测量原理，测量数据稳定可靠；气体分析系统所需的氢气采用了氢气发生器，提高了产品的安全性能；流量监测采用了多管式S型皮托管的阵列式测量方法，该方法能够较准确地测量出烟道断面的平均流速，即流量，并设置了与储气罐连接的第二空压机，可以对S型皮托管进行逐根吹扫，防止烟气中的烟尘对S型皮托管组造成堵塞的现象。该挥发性有机物在线监测系统运行稳定、故障率低、监测准确度高、误差较小、测量稳定、设备维护成本较低。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明一种挥发性有机物在线监测系统的烟气采样系统和烟气预处理调制系统结构示意图；

图2为本发明一种挥发性有机物在线监测系统中气相色谱仪的结构示意图；

图3为本发明一种挥发性有机物在线监测系统中温压流测量系统的结构示意图；

图4为本发明一种挥发性有机物在线监测系统中S型皮托管组的结构示意图；

图5为图4的左视结构示意图；

主要元件符号说明如下：

PLC控制器100、PLC数据采集模块102、工控机103、样气传输管2、采样探针300、烟气传输过滤管301、第一精密过滤器302、第一四通电磁阀310、截止阀320、第一压缩机制冷器331、第二压缩机制冷器332、第一排水管333、第二排水管334、蠕动泵335、第二精密过滤器341、第三精密过滤器342、稳流器350、调节阀360、采样泵370、第二四通电磁阀380、流量计390、平衡阀391、第一空压机410、储气罐411、反吹阀412、标气阀501、第四精密过滤器502、排空阀6、氢气发生器710、清洁空气发生器720、电动多通阀730、稳流阀731、恒温色谱柱箱732、检测器733、燃气进管734、助燃气进管735、色谱柱736、样气进管737、载气管738、样气排出管739、氮气罐740、尾气接收罐750、高阻抗放大器770、控制处理器780、S型皮托管组800、静压引压端801、全压引压端802、S型皮托管803、保护套804、法兰805、连接板806、锥管螺纹孔807、静压室810、全压室820、温度变送器830、差压变送器840、电接点压力表850、送气管860、第一两位三通电磁阀870、第二两位三通电磁阀880、连接三通890、第二空压机891。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1～图5所示本发明的一种挥发性有机物在线监测系统，包括数据采集传输控制系统、烟气采样系统、样气传输管2、烟气预处理调制系统、气体分析系统、温压流测量系统，数据采集传输控制系统包括PLC控制器100、PLC数据采集模块102和工控机103，PLC控制器100控制部分功能主要包括烟气采样系统、烟气预处理调制系统、温压流测量系统，PLC控制器100的数据输出端与PLC数据采集模块102的输入端电连接，PLC数据采集模块102的输出端与工控机103连接，工控机103内安装有监测组态软件和SQL Server数据库，数据采集通过PLC数据采集模块102将采集到的数据以4mA～20mA的信号直接接入工控机103进行处理，监测组态软件能够对采集的数据模拟直接以数据和曲线的方式显示，SQL Server数据库能够将采集的数据以报表的形式存储，以方便用户对历史数据进行查询，同时历史数据也可以以曲线的方式进行查询，对于用户了解历史排污状况直观便捷，监测组态软件同时可以对测量各参数的参数进行设置，画面具有报警功能，报警功能的实现通过变色或者蜂鸣器来实现，对于用户来讲，直观便捷。

烟气采样系统与烟气预处理调制系统通过样气传输管2连接，样气传输管2为电伴热型恒功率采样管、且采用聚四氟乙烯材料，烟气采样系统包括并列设置的治理前样气采样装置、治理后样气采样装置，治理前样气采样装置、治理后样气采样装置均包括烟气传输过滤管301和位于烟道内的采样探针300，采样探针300内设有螺旋式电加热器，螺旋式电加热器的信号接收端与PLC控制器100的信号输出端电连接，螺旋式电加热器的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，烟气传输过滤管301内设有第一精密过滤器302，采样探针300与样气传输管2通过烟气传输过滤管301连接。

烟气预处理调制系统包括依次连接的第一四通电磁阀310、截止阀320、制冷器、过滤器、稳流器350、调节阀360、采样泵370、第二四通电磁阀380，第一四通电磁阀310的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，第一四通电磁阀310的进气口分三路分别连接有采样反吹系统、治理前样气采样装置、治理后样气采样装置，采样反吹系统包括依次连接的第一空压机410、储气罐411、反吹阀412，反吹阀412的排气口与第一四通电磁阀310的进气口连接，反吹阀412的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，截止阀320的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，制冷器包括第一压缩机制冷器331和第二压缩机制冷器332，第一压缩机制冷器331和第二压缩机制冷器332内均设有冷腔，冷腔采用玻璃材料，第一压缩机制冷器331的排水口连接有第一排水管333，第二压缩机制冷器332的排水口连接有第二排水管334，稳流器350的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，调节阀360的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，采样泵370的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，第二四通电磁阀380的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，第二四通电磁阀380的进气口分两路分别连接有采样泵370、标气阀501，标气阀501的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，标气阀501的进气口连接有第四精密过滤器502，第四精密过滤器502与储存标气的罐体连接，第二四通电磁阀380的排气口分两路分别连接有排空阀6、流量计390，排空阀6的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接，流量计390连接有平衡阀391，平衡阀391的控制端与PLC控制器100的信号输出端电连接。

气体分析系统包括氢气发生器710、清洁空气发生器720和气相色谱仪，氢气发生器710包括电解池、电解电源模块、电解气体处理模块，电解电源模块与电解池连接，电解气体处理模块与电解池连接，气相色谱仪包括电动多通阀730、稳流阀731、恒温色谱柱箱732、检测器733、燃气进管734、助燃气进管735、控制处理器780，恒温色谱柱箱732内安装有色谱柱736，电动多通阀730的进口分为两条支路，分别连接有样气进管737、载气管738，样气进管736与平衡阀391连接，载气管738连接有氮气罐740，电动多通阀730的出口分为两条支路，分别连接有稳流阀731、样气排出管739，样气排出管739连接有尾气接收罐750，色谱柱736的进口与稳流阀731连接、出口与检测器733连接，燃气进管734的进口端与氢气发生器710连接，燃气进管734的出口端与检测器733连接，助燃气进管735的进口端与清洁空气发生器720连接，助燃气进管735的出口端与检测器733连接，检测器733的信号输出端连接有高阻抗放大器770，高阻抗放大器770的输出端与控制处理器780电连接，控制处理器780内安装有色谱站软件，电动多通阀730的控制端与控制处理器780的信号输出端电连接，稳流阀731的控制端与控制处理器780的信号输出端电连接，恒温色谱柱箱732的控制端与控制处理器780的信号输出端电连接，控制处理器780的信号输出端与PLC数据采集模块102连接。

温压流测量系统包括多管式S型皮托管组800、静压室810、全压室820、温度变送器830、差压变送器840、电接点压力表850、送气管860，多管式S型皮托管组800包括多个静压引压端801和全压引压端802，静压引压端801通过送气管860与静压室810连接，静压引压端801与静压室810连接的送气管860上安装有第一两位三通电磁阀870，第一两位三通电磁阀870与电接点压力表850通过送气管860连接，静压室810的输出端与差压变送器840连接，全压引压端802与全压室820连接的送气管860上安装有第二两位三通电磁阀880，第二两位三通电磁阀880与电接点压力表850通过送气管860连接，全压室820的输出端也与差压变送器840连接，电接点压力表850通过送气管860连接有连接三通890和第二空压机891，第二空压机891与储气罐411连接，连接三通890分别与第一两位三通电磁阀870、第二两位三通电磁阀880和电接点压力表850连接，温度变送器830、静压引压端801和全压引压端802均位于烟道内，温度变送器830的信号输出端与PLC控制器100的信号输入端电连接，差压变送器840的信号输出端与PLC控制器100的信号输入端电连接，电接点压力表850的信号输出端与PLC控制器100的信号输入端电连接，第一两位三通电磁阀870的控制端、第二两位三通电磁阀880的控制端均与PLC控制器100的信号输入端电连接。

优选实施方案中，采样探针300与烟气传输过滤管301螺纹连接，采样探针300采用316L不锈钢制成，这样的设计，采样探针300与烟气传输过滤管301的连接快捷，方便操作，如果采样探针300损坏，可以方便地拆下进行更换。

过滤器包括串连的第二精密过滤器341和第三精密过滤器342，第二压缩机制冷器332的排气口与第二精密过滤器341连接，第三精密过滤器342的排气口与稳流器350连接，将烟气进行两次精密过滤，避免机械杂质进入气体分析系统，有效地保持了气体输送管路的流畅，在一定程度上提高了测量的精确度。

第一精密过滤器302、第二精密过滤器341、第三精密过滤器342、第四精密过滤器502均为不锈钢烧结滤芯，不锈钢烧结滤芯具有各种不同的孔隙度，孔道纵横交错，耐高温、抗急冷急热、抗腐蚀、强度高、韧性好，能够保证过滤性能稳定，再生性能良好。

第一精密过滤器302、第三精密过滤器342、第四精密过滤器502的过滤精度均为2μm，第二精密过滤器341的过滤精度为5μm，能够有效避免烟气中的灰尘颗粒进入气体分析系统中，过滤效果较理想。

S型皮托管组800包括多根并列设置的S型皮托管803，S型皮托管803的右端为相对设置的静压引压端801和全压引压端802，S型皮托管803上套设有保护套804，保护套804的左端焊接有法兰805，S型皮托管803于法兰805的左侧连接有矩形块状的连接板806，连接板806按环形方向均匀开设有多个锥管螺纹孔807，在进行气体流速测量时，正对于来气方向测量压力为全压，背对来气方向为静压，烟气全压和静压的差值为烟气动压，烟气的动压方均根值与烟气流速成正比，根据伯努利方程，就可求出烟气流速，S型皮托管组800将烟道分为若干个面积相等的矩形，在每个矩形的对角线中心设置一组S型皮托管803用来测量该矩形的平均流速，然后将多个点的平均流速作为断面的平均流速，这种流速测量方法准确度较高。

S型皮托管803为316L不锈钢无缝钢管、且外管壁涂有聚四氟乙烯涂层，316L不锈钢具有很好的耐腐蚀性、耐高温性、耐磨性，很好地满足了测量的需求，聚四氟乙烯涂层的设置有效地避免了挥发性有机物吸附在S型皮托管803的外壁。

第一压缩机制冷器331和第二压缩机制冷器332的制冷温度均为3℃～6℃，第一排水管333和第二排水管334上均安装有蠕动泵335，制冷温度的设计尽可能将烟气中的气态水冷凝成液态水，并在蠕动泵335的作用下将水排出，达到理想的除水效果。

螺旋加热器的加热温度控制在147℃～153℃，该温度下能将烟气中的水分完全气态化，将过饱和的烟气变成不饱和烟气，从根本上降低了挥发性有机物的损失，同时，保证了挥发性有机物的性能不受影响。

需要指出的是，整个挥发性有机物在线监测系统采用了就地安装和监测间内安装的方式，就地安装包括烟气采样系统、温压流测量系统。气体分析在监测仪表间内，烟气预处理调制系统、气体分析系统、数据采集传输控制系统采用模块化设计安装于机柜内，氢气发生器和清洁空气两种配套设备均设计成模块式安装，安装尺寸为19英寸嵌入式安装。工控机采用了17英寸工业平板触屏工控机，显示画面清晰直观，并采用了19英寸框架式机柜嵌入式安装，安装简单快捷。整体机柜采用了框架式安装，机柜内部采用了分割处理，电气控制部分和气体预处理调制部分隔离。整体机柜尺寸600*800*1900mm，防护等级IP54。所有暴露在空气中的外壳采用SUS304材料，此材料具有很强的耐腐蚀性能。

利用本发明的挥发性有机物在线监测系统对挥发性有机物的分析方法具体如下：

步骤一，标定：进样前需要对气相色谱仪进行基线走平和标定，启动气相色谱仪通过电动多通阀730通入载气，待控制处理器780上显示基线水平后进行标定，PLC控制器100控制第二四通电磁阀380与标气阀501连通，通过PLC控制器100控制打开标气阀501，标气通过第四精密过滤器502过滤后，标气经过第二四通电磁阀380、流量计390、平衡阀391进入气相色谱仪中，在色谱站软件的作用下，控制处理器780上显示并保存标气的峰图。

步骤二，采样和预处理：通过PLC控制器100控制关闭标气阀501，控制第二四通电磁阀380连通采样泵370，依次打开平衡阀391、排空阀6、采样泵370、调节阀360、稳流器350、蠕动泵335、第二压缩机制冷器332、第一压缩机制冷器331、截止阀320，控制第一四通电磁阀310连通治理前样气采样装置或治理后样气采样装置，采样探针300采样并进行预处理，采样探针300采样并加热烟气后，进入烟气传输过滤管301经第一精密过滤器302过滤后，再流入样气传输管2中，第一压缩机制冷器331和第二压缩机制冷器332进行二级压缩制冷，经过两级过滤器过滤，通过PLC控制器100控制稳流器350、调节阀360和平衡阀391调节进入气体分析系统中烟气流量和压力。

步骤三，分析检测：利用气相色谱仪分析样气的成分含量，预处理后的样气进入样气进管中，控制处理器780控制电动多通阀730，在稳流阀731的作用下一部分样气进入色谱柱736中进行吸附分离检测，另一部分多余的样气经样气排出管739排入尾气接收罐750中，经色谱柱736吸附分离的气体进入检测器733中进行检测并传递信号给高阻放大器770，高阻放大器770将信号处理后传输给控制处理器780，在色谱站软件的作用下，生成样气的峰图，控制处理器780将气相色谱仪的数据整合以4mA～20mA的电流方式直接输入到PLC数据采集模块102；利用温压流测量系统监测样气的温度、压力和流量，控制第一两位三通电磁阀870和第二两位三通电磁阀880连通S型皮托管组800，此时第二空压机891处于关闭状态，在进行气体流速测量时，正对于来气方向测量压力为全压，背对来气方向为静压，烟气全压和静压的差值为烟气动压，烟气的动压方均根值与烟气流速成正比，根据伯努利方程，就可求出烟气流速，S型皮托管组800将烟道分为若干个面积相等的矩形，在每个矩形的对角线中心设置一组S型皮托管803用来测量该矩形的平均流速，然后将多个点的平均流速作为断面的平均流速。

步骤四，数据处理：PLC数据采集模块102采集控制处理器780输送来的样气含量数据，以及温压流测量系统测出的温度、压力、流量数据，PLC数据采集模块102将采集的数据以4mA～20mA的电流信号直接接入工控机103进行处理，监测组态软件能够对采集的数据模拟直接以数据和曲线的方式显示，SQL Server数据库能够将采集的数据以报表的形式存储，以方便用户对历史数据进行查询，同时历史数据也可以以曲线的方式进行查询，对于用户了解历史排污状况直观便捷，监测组态软件同时可以对测量各参数的参数进行设置，画面具有报警功能，报警功能的实现通过变色或者蜂鸣器来实现。；

步骤五，反吹扫：使用一段时间后，需要分别对烟气采样系统和温压流测量系统进行反吹扫，烟气采样系统进行反吹扫时，通过PLC控制器100关闭截止阀320，避免压缩空气进入烟气预处理调制系统，控制第一四通电磁阀310切换连通采样反吹系统，打开反吹阀412和第一空压机410，空气进入烟气采样系统进行吹扫，将烟尘吹扫到烟道中；温压流测量系统进行反吹扫时，通过PLC控制器100控制第一两位三通电磁阀870、第二两位三通电磁阀880换向，启动第二空压机891，此时的气体流量走向与测量时相反，将送气管860中的烟尘吹向烟道中。

为了突出本发明一种挥发性有机物在线监测系统的成分监测效果，现采用该在线监测系统对治理前的烟气进行监测，并取同一时间段、同一位置的烟气样品按照传统方法分别利用美国Baseline气相色谱仪、岛津便携式气相色谱仪对组分含量进行监测，结果汇总列表如下：

由上表可以看出，从时间9：16～10：11期间每隔11min进行监测分析，发现采用本发明的挥发性有机物在线监测系统监测出的数据与美国Baseline气相色谱仪、岛津便携式气相色谱仪测量出的数据相差较小，例如时间为10：00时，采用美国Baseline气相色谱仪测出的非甲烷总烃为31.9mg/m³、苯为12.9mg/m³、甲苯为14.2mg/m³、二甲苯为17.6mg/m³，采用岛津便携式气相色谱仪测出非甲烷总烃为31.4mg/m³、苯为12.6mg/m³、甲苯为13.6mg/m³、二甲苯为17mg/m³，而采用本发明的在线监测系统测出的非甲烷总烃为31.6mg/m³、苯为12.7mg/m³、甲苯为14.8mg/m³、二甲苯为17.8mg/m³，由上表的横向对比可以看出，三种设备测出的每种组分的含量区别较小，不足1mg/m³，说明该挥发性有机物在线监测系统测出的数据误差较小，准确度较高。再由上表的横向对比和纵向对比结合可以看出，本发明的挥发性有机物在线监测系统监测出的数据分别与美国Baseline气相色谱仪、岛津便携式气相色谱仪测出的数据相比较，从9：16开始随着时间的增加，并没有发现因在线监测系统使用时间的增加造成测出的数据与另外两台色谱仪测出的数据区别较大的现象，任何组分在任一监测点由三种设备测出的数据相差均不足1mg/m³，说明该挥发性有机物在线监测系统的数据测量的稳定性较好，得出的数据比较可靠。

以上对本发明提供的一种挥发性有机物在线监测系统及分析方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，包括数据采集传输控制系统、烟气采样系统、样气传输管、烟气预处理调制系统、气体分析系统、温压流测量系统，所述数据采集传输控制系统包括PLC控制器、PLC数据采集模块和工控机，所述工控机内安装有监测组态软件和SQL Server数据库；

所述烟气采样系统与烟气预处理调制系统通过样气传输管连接，所述样气传输管为电伴热型恒功率采样管、且采用聚四氟乙烯材料，所述的烟气采样系统包括并列设置的治理前样气采样装置、治理后样气采样装置，所述的治理前样气采样装置、治理后样气采样装置均包括烟气传输过滤管和位于烟道内的采样探针，所述采样探针内设有螺旋式电加热器，所述烟气传输过滤管内设有第一精密过滤器，所述采样探针与样气传输管通过烟气传输过滤管连接；

所述的烟气预处理调制系统包括依次连接的第一四通电磁阀、截止阀、制冷器、过滤器、稳流器、调节阀、采样泵、第二四通电磁阀，所述第一四通电磁阀的进气口分三路分别连接有采样反吹系统、治理前样气采样装置、治理后样气采样装置，所述采样反吹系统包括依次连接的第一空压机、储气罐、反吹阀，所述反吹阀的排气口与第一四通电磁阀的进气口连接，所述制冷器包括第一压缩机制冷器和第二压缩机制冷器，所述第一压缩机制冷器和第二压缩机制冷器内均设有冷腔，所述冷腔采用玻璃材料，所述第一压缩机制冷器的排水口连接有第一排水管，所述第二压缩机制冷器的排水口连接有第二排水管，所述第二四通电磁阀的进气口分两路分别连接有采样泵、标气阀，所述标气阀的进气口连接有第四精密过滤器，所述第二四通电磁阀的排气口分两路分别连接有排空阀、流量计，所述流量计连接有平衡阀；

所述气体分析系统包括氢气发生器、清洁空气发生器和气相色谱仪，所述氢气发生器包括电解池、电解电源模块、电解气体处理模块，所述电解电源模块与电解池连接，所述电解气体处理模块与电解池连接，所述气相色谱仪包括电动多通阀、稳流阀、恒温色谱柱箱、检测器、燃气进管、助燃气进管、控制处理器，所述恒温色谱柱箱内安装有色谱柱，所述电动多通阀的进口分为两条支路，分别连接有样气进管、载气管，所述样气进管与平衡阀连接，所述载气管连接有氮气罐，所述电动多通阀的出口分为两条支路，分别连接有稳流阀、样气排出管，所述色谱柱的进口与稳流阀连接、出口与检测器连接，所述燃气进管的进口端与氢气发生器连接、出口端与检测器连接，所述助燃气进管的进口端与清洁空气发生器连接、出口端与检测器连接，所述检测器的信号输出端连接有高阻抗放大器，所述高阻抗放大器的输出端与控制处理器电连接，所述控制处理器内安装有色谱站软件；

所述温压流测量系统包括多管式S型皮托管组、静压室、全压室、温度变送器、差压变送器、电接点压力表、送气管，所述多管式S型皮托管组包括多个静压引压端和全压引压端，所述静压引压端通过送气管与静压室连接，所述静压引压端与静压室连接的送气管上安装有第一两位三通电磁阀，所述第一两位三通电磁阀与电接点压力表通过送气管连接，所述静压室的输出端与差压变送器连接，所述全压引压端与全压室连接的送气管上安装有第二两位三通电磁阀，所述第二两位三通电磁阀与电接点压力表通过送气管连接，所述全压室的输出端也与差压变送器连接，所述电接点压力表通过送气管连接有连接三通和第二空压机，所述第二空压机与储气罐连接，所述连接三通分别与第一两位三通电磁阀、第二两位三通电磁阀和电接点压力表连接，所述温度变送器、静压引压端和全压引压端均位于烟道内。

2.根据权利要求1所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述采样探针与烟气传输过滤管螺纹连接，所述采样探针采用316L不锈钢制成。

3.根据权利要求2所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述过滤器包括串连的第二精密过滤器和第三精密过滤器，所述第二压缩机制冷器的排气口与第二精密过滤器连接，所述第三精密过滤器的排气口与稳流器连接。

4.根据权利要求3所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述第一精密过滤器、第二精密过滤器、第三精密过滤器、第四精密过滤器均为不锈钢烧结滤芯。

5.根据权利要求4所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述第一精密过滤器、第三精密过滤器、第四精密过滤器的过滤精度均为2μm，所述第二精密过滤器的过滤精度为5μm。

6.根据权利要求5所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述S型皮托管组包括多根并列设置的S型皮托管，所述S型皮托管的右端为相对设置的静压引压端和全压引压端，所述S型皮托管上套设有保护套，所述保护套的左端焊接有法兰，所述S型皮托管于法兰的左侧连接有矩形块状的连接板，所述连接板按环形方向均匀开设有多个锥管螺纹孔。

7.根据权利要求6所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述S型皮托管为316L不锈钢无缝钢管、且外管壁涂有聚四氟乙烯涂层。

8.根据上述任何一项权利要求所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述第一压缩机制冷器和第二压缩机制冷器的制冷温度均为3℃～6℃，所述第一排水管和第二排水管上均安装有蠕动泵。

9.根据权利要求8所述的一种挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述螺旋加热器的加热温度控制在147℃～153℃。

10.一种挥发性有机物的分析方法，其特征在于，所述分析方法采用权利要求1中所述的挥发性有机物在线监测系统，具体分析步骤如下：

步骤一：标定，进样前，需要对气相色谱仪进行基线走平和标定，启动气相色谱仪通过电动多通阀通入载气，待控制处理器上显示基线水平后进行标定，控制第二四通电磁阀与标气阀连通，打开标气阀，在色谱站软件的作用下，控制处理器上显示并保存标气的峰图；

步骤二：采样和预处理，关闭标气阀，控制第二四通电磁阀连通采样泵，依次打开平衡阀、排空阀、采样泵、调节阀、稳流器、蠕动泵、第二压缩机制冷器、第一压缩机制冷器、截止阀，控制第一四通电磁阀连通治理前样气采样装置或治理后样气采样装置，采样探针采样并进行预处理，控制稳流器、调节阀和平衡阀调节进入气体分析系统中烟气流量和压力；

步骤三：分析检测，利用气相色谱仪分析样气的成分含量，预处理后的样气进入样气进管中，控制电动多通阀，在稳流阀的作用下一部分样气进入色谱柱中进行吸附分离检测，另一部分多余的样气经样气排出管排入尾气接收罐中；利用温压流测量系统监测样气的温度、压力和流量，控制第一两位三通电磁阀和第二两位三通电磁阀连通S型皮托管组，此时第二空压机处于关闭状态；

步骤四：数据处理，PLC数据采集模块采集控制处理器输送来的样气含量数据，以及温压流测量系统测出的温度、压力、流量数据，PLC数据采集模块将采集的数据以4mA～20mA的电流信号直接接入工控机进行处理；

步骤五：反吹扫，使用一段时间后，需要分别对烟气采样系统和温压流测量系统进行反吹扫，烟气采样系统进行反吹扫时，关闭截止阀，控制第一四通电磁阀切换连通采样反吹系统，打开反吹阀和第一空压机；温压流测量系统进行反吹扫时，控制第一两位三通电磁阀第二两位三通电磁阀，启动第二空压机。