CN109459513A - 一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统 - Google Patents

一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，采样泵的进口端与采样探头通过采样管道相连通，采样管道外部包裹有电伴热管缆，电伴热管缆与电加热源连接；采样泵的出口端与三级过滤器的进口端通过抽样管道相连通，三级过滤器的出口端与精细过滤器的进口端通过管道相连通；精细过滤器的出口端与色谱分析仪的进样端通过管道相连通，色谱分析仪的出样端与气体排放管通过管道相连通，色谱分析仪的数据输出端与工控机、数据采集仪分别通过数据线相连接。本发明可有效地清除样品中的细微粉尘和湿气，为色谱分析仪提供连续不断的清洁样品，为环境监管和企业生产运行过程提供实时有效的重要数据。

Description

一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统
技术领域
本发明涉及环境保护领域，尤其涉及一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，涉及在线分析仪表和样品处理系统以及数据采集与处理等方面。
背景技术
环境保护与治理是一个国家发展到一定阶段的必然趋势。在全球的经济发达国家比如欧美、澳大利亚、日本、韩国、新加波等等，非常重视环境保护，把保护环境作为法律形式固定下来。
国家在大气污染方面重点治理火电厂的烟气排放中的SO2和烟尘颗粒物，在全国范围内强制性推广脱硫取得初步成效，2010年以后又正式将火电厂烟气排放中的NOx成份纳入大气污染的治理中，全国各地火电厂、水泥厂、冶金行业和汽车尾气排放口等都被纳入治理之中，国内大气环境污染雨天降酸雨势头得到有效遏制。遏制SO2和NOx排放的环保指标由原来的500mg/m3降至现在的50和100mg/m3以内，颗粒物排放也由原来的200mg/m3降至现在的20mg/m3以内的超低排放，但雾霾天气依然存在。经过借鉴国外治理大气污染的成功经验，产生雾霾的主要原因是大气中含有挥发性有机物造成的，而挥发性有机物的来源主要是由石油化工生产过程中的有组织的废气排放和化工企业装置阀门、法兰、管道泄漏、油漆喷涂等等无组织排放造成的。
挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,简称VOCs)是形成臭氧层的重要物质之一，而产生于大气对流层的臭氧会对人的呼吸系统产生危害，并且也是大气雾霾的主要成分之一，因此，除了对臭氧进行监控外，也要对臭氧形成的物质进行监控，这样才能达到改善空气污染的目的。
VOCs为Volatile、Organic、Component的缩写，其中V为Volatile的缩写，中文意思为易挥发的；O为Organic的缩写，中文意思为有机的；C为Component的缩写，中文意思为成分。美国ASTM D3960-98标准将VOC定义为任何能参加大气光化学反应的有机化合物德国DIN 55649-2000标准在测定VOC含量时，又做了一个限定，即在通常压力条件下，沸点或初馏点低于或等于250℃的任何有机化合物。
我国目前主要关注非甲烷总烃和苯系物；NMHC:Non-methane hydrocarbon BTX:Benzene/Toluene/Xylene；固定污染源烟气排放连续监测技术规范及要求；固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法GB/T 16157-1996。规定在烟道、烟囱及排气筒等固定污染源排气中顆粒物的测定方法和气态污染物的采样方法，仪器的校正。固定源废气监测技术规范HJ/T 397-2007。气体参数测量和采样的固定位装置HJ/T 1-92。固定污染源烟气排放连续监测技术规范HJ/T 75-2007。主要技术指标、检测项目、安装位置、调试检验方法、验收方法、日常进行管理、日常运行质量保证、数据审核和上报数据的格式。固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法HJ/T 76-2007。主要技术指标、检测项目、检测方法和检测时的质量保证措施。污染源在线自动监控(监测)系统-数据传输标准HJ/T 212-2005。规定数据传输的过程及系统对参数命令、交互命令、数据命令和控制命令的数据格式和代码定义。
国内一些VOCs非甲烷总烃在线监测系统类似产品大多用于非防爆场合的无组织排放或厂界检测，测量仪器和预处理。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，可有效地清除样品中的细微粉尘和湿气，为色谱分析仪提供连续不断的清洁样品，为环境监管和企业生产运行过程提供实时有效的重要数据。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，包括采样探头、采样泵、三级过滤器、精细过滤器、色谱分析仪、样品流量计、气体排放管、仪表空气设备、载气设备、工控机和数据采集仪，所述色谱分析仪具有进样端、出样端、进气端A、进气端B和数据输出端。所述采样泵的进口端与采样探头通过采样管道相连通，所述采样管道外部包裹有电伴热管缆，所述电伴热管缆与电加热源连接；所述采样泵的出口端与三级过滤器的进口端通过抽样管道相连通，所述三级过滤器的出口端与精细过滤器的进口端通过管道相连通；所述精细过滤器的出口端与色谱分析仪的进样端通过管道相连通，所述色谱分析仪的出样端与气体排放管通过管道相连通，所述色谱分析仪与气体排放管之间的管道上安装有样品流量计；所述仪表空气设备通过管道与色谱分析仪的进气端A相连通，所述载气设备通过管道与色谱分析仪的进气端B相连通；所述色谱分析仪的数据输出端与工控机、数据采集仪分别通过数据线相连接。
为了更好地实现本发明，本发明还包括切换阀、旁通管道和旁通流量计，所述切换阀安装于采样管道与抽样管道之间，所述切换阀还连通有旁通管道，所述采样管道、切换阀、旁通管道依次连通，所述旁通管道与气体排放管相连通，所述旁通管道上安装有旁通过滤器和旁通流量计，所述切换阀用于切换开关旁通管道与抽样管道两者的通路。
作为优选，所述三级过滤器具有依次连通的第一级过滤器、第二级过滤器和第三级过滤器。
作为优选，本发明还包括标定气罐，所述标定气罐与采样探头通过标定气输入管道相连通。
作为优选，本发明还包括监控后台，所述监控后台与数据采集仪通过数据线相连接。
作为优选，所述监控后台为远端中控端或环保部门计算机端。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明可有效地清除样品中的细微粉尘和湿气，为色谱分析仪提供连续不断的清洁样品，确保了样品净化过程的稳定可靠，且维护工作量小，经过气相色谱测定气态污染物浓度参数，显示和打印各种参数、图标并通过数据、图文传输系统传输至管理部门，为环境监管和企业生产运行过程提供实时有效的重要数据；具有简便、适用性强、使用维护方便等优点。
(2)本发明主要适用于各化工生产企业、橡胶制品企业、制药企业等，这些企业对在线监测系统要求必须防爆，这就要求系统上所有电气具有防爆功能，包括预处理和分析仪表；由于被测物的沸点在50～250℃，样品从采样点到分析仪全过程都需要伴热保温，其次要实现企业或环保部门能实时掌握污染源有机物排放量。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工艺管道流程图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－采样探头，2－电伴热管缆,3－采样泵,4－旁通过滤器,5－切换阀,6－旁通流量计,7－三级过滤器,8－精细过滤器,9－色谱分析仪,10－样品流量计,11－气体排放管,12 －仪表空气设备,13－载气设备,14－标定气罐，141－标定气输入管道,15－工控机,16－数据采集仪,17－监控后台，18－采样管道。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
如图1、图2所示，一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，包括采样探头1、采样泵3、三级过滤器7、精细过滤器8、色谱分析仪9、样品流量计10、气体排放管 11、仪表空气设备12、载气设备13、工控机15、数据采集仪16、切换阀5、旁通管道、旁通流量计6、标定气罐14和监控后台17，色谱分析仪9具有进样端、出样端、进气端A、进气端B和数据输出端。采样泵3的进口端与采样探头1通过采样管道18相连通，采样管道18外部包裹有电伴热管缆2，电伴热管缆2与电加热源连接。采样泵3的出口端与三级过滤器7的进口端通过抽样管道相连通，三级过滤器7的出口端与精细过滤器8的进口端通过管道相连通；三级过滤器7具有依次连通的第一级过滤器、第二级过滤器和第三级过滤器。精细过滤器8的出口端与色谱分析仪9的进样端通过管道相连通，色谱分析仪9 的出样端与气体排放管11通过管道相连通，色谱分析仪9与气体排放管11之间的管道上安装有样品流量计10。
如图1所示，仪表空气设备12通过管道与色谱分析仪9的进气端A相连通，载气设备13通过管道与色谱分析仪9的进气端B相连通。色谱分析仪9的数据输出端与工控机 15、数据采集仪16分别通过数据线相连接。切换阀5安装于采样管道18与抽样管道之间，切换阀5还连通有旁通管道，采样管道18、切换阀5、旁通管道依次连通，旁通管道与气体排放管11相连通，旁通管道上安装有旁通过滤器4和旁通流量计6，切换阀5用于切换开关旁通管道与抽样管道两者的通路。
如图1所示，标定气罐14与采样探头1通过标定气输入管道141相连通；监控后台17与数据采集仪16通过数据线相连接。本发明优选的监控后台17为远端中控端或环保部门计算机端。
本发明适用于具有易燃易爆的固定污染源排口的有机物(甲烷、非甲烷总烃以及苯系物，苯系物包括苯、甲苯、二甲苯)的在线监测。本产品采用色谱法FID检测原理分析样品，符合环保规定的相关检测要求。本产品是由气态污染源检测系统、数据采集、处理和传输子系统组成，样品通过采样预处理后，经过气相色谱测定气态污染物浓度参数，显示和打印各种参数、图标并通过数据、图文传输系统传输至管理部门，为环境监管和企业生产运行过程提供实时有效的重要数据。
本发明采用采样泵3和多余样品快速放散方式，以减少样品传输的滞后，提高系统响应时间。除了采样探头第一级过滤外，预处理单元的样品净化箱内，采用雾过滤(除尘、除湿)与精细过滤的相结合的两级净化方式，可有效地清除样品中的细微粉尘和湿气，为色谱分析仪9提供连续不断的清洁样品，确保了样品净化过程的稳定可靠，且维护工作量小。
本发明采样探头1安装于固定挥发源排口或工艺管道上，采样探头1采用烧结过滤器，具有耐腐蚀性强透气性好，过滤效率高的特点，现场维护周期长。在线监测系统的主机设备包括预处理(包括三级过滤器7、精细过滤器8、样品流量计10、旁通流量计6、仪表空气设备12、载气设备13)、色谱分析仪9、工控机15、数据采集仪16、标定气罐14和监控后台17安装在附近分析室内，在预处理内采样泵3的抽吸下，样品从采样探头1(带有前置过滤器)采出，经电伴热管缆2加热保温传送至预处理单元中，预处理单元的箱内也带有电加热保温。样品再经预处理的两级过滤(三级过滤器7的雾过滤和精细过滤器8 的精细过滤)除湿除尘，一路经快速放散流路放空，目的是提高系统响应时间；另一路则经流量控制，将流量稳定、清洁的样品送色谱分析仪9，本发明的色谱分析仪9采用西门子公司气相色谱：MaxumEdition II。样品经色谱分析仪9定量管采集送色谱柱分离出甲烷、非甲烷及苯系物(苯、甲苯、二甲苯)等烃类物质，再由FID氢火焰离子检测器分别测的各相应组份峰值电流信号，经色谱分析仪9运算处理输出谱图和各组份的浓度值模拟量4-20mA信号及RS485通讯信号至数据采集仪16。再经数据采集仪16数据处理送工控机 15处理生成各种数据报表，再远传至远端中控端或环保部门计算机端。
本发明样品经采样泵3、采样探头1采出进三级过滤器7，大部分样品经过旁通管道、旁通过滤器4、旁通流量计6排放，只满足色谱分析仪9用的样品进入三级过滤器7；样品进色谱前还要经过精细过滤器8过滤，而后才进入色谱分析仪9分析，分析后的气体和旁通管道中的气体进入气体排放管11排空，色谱分析仪9工作需要有仪表空气和载气，仪表空气设备12实现仪表空气需要，载气设备13实现载气需要；色谱分析的信号一路通过RS485传递到工控机15，另一路传输给数据采集仪16，数据采集仪16将采集到的数据汇集整理后，再远传至远端中控端或环保部门计算机端。
被测点的样气通过采样探头1的前置过滤器进行粗级过滤，再经电伴热管缆2加热保温，使样品中的有机物充分气化；当采样点压力为负压或微正压时，样品经采样泵3抽吸至预处理箱内旁通过滤器4，当采样点压力为正压时，样品经切换阀5至预处理箱内旁通过滤器4，大部分样气经旁通流量计6排空，目的是提高系统响应时间，少量满足色谱分析仪9用的样气再经过三级过滤器7过滤，为防止样气在预处理环节结露，预处理箱内采用电加热，温度控制在70℃；样气进色谱分析仪9前还有一级精细过滤(精细过滤器8实现)，这样确保进色谱分析仪9的被测气体清洁纯净，检测后的样品流量计10控制流量大气排放。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，所述色谱分析仪(9)具有进样端、出样端、进气端A、进气端B和数据输出端，其特征在于：包括采样探头(1)、采样泵(3)、三级过滤器(7)、精细过滤器(8)、色谱分析仪(9)、样品流量计(10)、气体排放管(11)、仪表空气设备(12)、载气设备(13)、工控机(15)和数据采集仪(16)，所述采样泵(3)的进口端与采样探头(1)通过采样管道(18)相连通，所述采样管道(18)外部包裹有电伴热管缆(2)，所述电伴热管缆(2)与电加热源连接；所述采样泵(3)的出口端与三级过滤器(7)的进口端通过抽样管道相连通，所述三级过滤器(7)的出口端与精细过滤器(8)的进口端通过管道相连通；所述精细过滤器(8)的出口端与色谱分析仪(9)的进样端通过管道相连通，所述色谱分析仪(9)的出样端与气体排放管(11)通过管道相连通，所述色谱分析仪(9)与气体排放管(11)之间的管道上安装有样品流量计(10)；所述仪表空气设备(12)通过管道与色谱分析仪(9)的进气端A相连通，所述载气设备(13)通过管道与色谱分析仪(9)的进气端B相连通；所述色谱分析仪(9)的数据输出端与工控机(15)、数据采集仪(16)分别通过数据线相连接。
2.按照权利要求1所述的一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，其特征在于：还包括切换阀(5)、旁通管道和旁通流量计(6)，所述切换阀(5)安装于采样管道(18)与抽样管道之间，所述切换阀(5)还连通有旁通管道，所述采样管道(18)、切换阀(5)、旁通管道依次连通，所述旁通管道与气体排放管(11)相连通，所述旁通管道上安装有旁通过滤器(4)和旁通流量计(6)，所述切换阀(5)用于切换开关旁通管道与抽样管道两者的通路。
3.按照权利要求1或2所述的一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，其特征在于：所述三级过滤器(7)具有依次连通的第一级过滤器、第二级过滤器和第三级过滤器。
4.按照权利要求1或2所述的一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，其特征在于：还包括标定气罐(14)，所述标定气罐(14)与采样探头(1)通过标定气输入管道(141)相连通。
5.按照权利要求1或2所述的一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，其特征在于：还包括监控后台(17)，所述监控后台(17)与数据采集仪(16)通过数据线相连接。
6.按照权利要求5所述的一种应用于污染源挥发性有机物的在线监测系统，其特征在于：所述监控后台(17)为远端中控端或环保部门计算机端。
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