CN111289645A - 一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统，包括采样探头、高温伴热管线、预处理系统、烟气监测子系统、气相色谱仪、气路系统、PLC控制系统、工控机、数采仪和反吹系统。所述采样泵为常温泵，位于所述在线式气相色谱仪的气路下游。所述预处理系统中的电磁阀位于样气排空的支路上，与所述气相色谱仪的采样、分析状态联动。所述数采仪独立采集系统的温压流、湿度及浓度信号。本发明可以有效的对排放源的废气指标进行监测，并且可以确保数据的准确性和真实性。

Description

一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统

技术领域

本发明涉及固定污染源排放废气在线监测技术领域，具体涉及一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统。

背景技术

我国工业门类复杂，挥发性有机物(以下简称VOCs)排放来自多个行业，由于监测设备覆盖率不够，目前环保部门对于工业企业VOCs的排放源分布、排放强度和治理情况等基础信息掌握较少，缺乏区域和全国环境VOCs污染特征等基础数据，排放状况不清，现有数据并不能完全反应污染真实情况。同时相关的法律法规、有效的有毒有害废气污染防治和监管体系还不完善。

我国固定污染源VOCs在线监测尚处于刚刚起步的阶段，在开展的VOCs监测工作中，采用的方法比较多样化，监测数据相对零散，目标化合物也不一致。之前已出台的VOCs监测技术主要为离线式实验室监测技术，难以实时有效全面的反映监测区域VOCs的污染特征和状况。因此，采用一种专门针对工业企业固定污染源的挥发性有机物在线监测系统，对固定污染源排放废气的浓度进行实时连续、准确的监测，是十分有必要的。

现有技术的挥发性有机物在线监测系统，主要存在以下几点不足：

1.采样及预处理过程中，采用冷凝除湿的方式去除样气中的水分，以防止气体组分损失。但样气组分中通常含有易溶于水的成分，在冷凝处理的过程中极易损失，导致监测结果失真；

2.采样泵采用价格昂贵的高温隔膜泵，位于气相色谱仪的上游。泵膜片直接与样气接触，容易吸附样气组分，膜片极易被腐蚀。且由于长期在高温环境下工作，泵的故障率较高，使用寿命大大减少，后期运行成本较高；

3.在气相色谱仪进样分析时，采样泵停止工作，样气不采集。等到下次进样时，采样泵开启重新采集样气送入气相色谱仪，最先进入色谱仪的实际仍为上一后期采集的样气。导致监测结果实时性滞后，监测数据存在失真。

4.数采仪与环保平台之间传输和通讯的数据，通过工控机上进行采集读取。存在一定的风险，工控机出现故障就会直接导致数采仪与环保平台之间的数据传输中断，造成数据缺失。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统。该系统采用负压进样的方式，将取样泵设计在色谱仪下游管路上。取样泵采用常温泵，不直接与废气接触，避免组分吸附，降低故障率和运行成本。气路电磁阀与气相色谱仪联动，可实时连续更新气路中的样气，确保监测数据的时效性和真实性。数采仪独立从温压流一体设备、湿度仪和气相色谱仪采集数据，保障系统连续性和稳定性。具体方案如下：

一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统，所述固定污染源挥发性有机物在线监测系统包括采样探头、高温伴热管线、预处理系统、烟气监测子系统、气相色谱仪、工控机、数采仪、反吹系统和PLC控制系统：

高温伴热管线一端通过采样探头与排放管路相连，用于采集排放管路中的样气；

预处理系统与高温伴热管线另一端相连，用于对采样气体进行过滤、流量和压力控制，

烟气监测子系统与排放管路相连，烟气监测子系统设有温压流一体监测设备和湿度检测设备，用于进行温度、压力、流速以及湿度的检测，

气相色谱仪与预处理系统相连接，用于对预处理后的样气进行浓度检测；

工控机与气相色谱仪、烟气监测子系统相连，用于采集温压流、湿度及浓度信号，并根据采集的数据生成各项数据的报表；

数采仪与气相色谱仪、烟气监测子系统相连，用于独立采集系统的温压流、湿度及浓度信号，并与外部监控平台进行数据通讯；

反吹系统与采样探头、烟气监测子系统相连，采用压缩空气反吹清洁采样探头和温压流一体监测设备中积累的粉尘；

PLC控制系统，与采样探头、高温伴热管线、预处理系统、烟气监测子系统、气相色谱仪、工控机、数采仪、反吹系统相连接。

进一步的，所述高温伴热管线设有聚四氟乙烯气管、PT100测温元件以及恒功率加热带，所述聚四氟乙烯管、PT100测温元件和恒功率加热带包裹有玻纤保温层，且玻纤保温层的外部包裹有聚氯乙烯层，所述PT100测温元件与第一温控器连接，所述第一温控器与所述PLC控制系统通讯连接。

本系统采用负压进样的方式，用常温泵代替价格昂贵的高温隔膜泵，避免样气被吸附，减少元器件故障率，降低系统运行成本。气路电磁阀与气相色谱仪状态联动，可实时更新气路中的样气，确保监测数据的时效性和真实性。数采仪独立采集数据，保障系统连续性和稳定性。

进一步的，所述采样探头设有过滤器、加热模块和反吹电磁阀；

所述过滤器过滤粉尘的精度为5um，所述加热模块用于加热采集的样气且加热温度120-180℃，且所述加热模块上安装有PT100测温元件，所述PT100测温元件与第二温控器连接，所述第二温控器与所述PLC控制系统通讯连接，所述反吹电磁阀与所述反吹系统连接。

进一步的，还包括气路系统，与所述气相色谱仪相连，用于为所述气相色谱仪提供氢气气源、零气气源及氮气气源。

进一步的，所述预处理系统包括采样泵、流量计、压力表、电磁阀和加热箱；

所述预处理系统设置有采样管路和排空管路，采样管路上依次设有加热箱、流量计和采样泵，气相色谱仪设置在加热箱和流量计之间的采样管路上，所述加热箱的进气口与所述高温伴热管线连接，出气口与所述气相色谱仪的进样口连接，所述加热箱内部设有云母加热片、PT100测温元件、不锈钢气管、高温过滤器和陶瓷纤维保温层，所述云母加热片加热温度为120-150℃，所述高温过滤器过滤精度为2um且耐温＞200℃，所述PT100测温元件与第三温控器连接用于检测加热箱中的温度，所述第三温控器与所述PLC控制系统通讯连接，

排空管路上依次设有两通电磁阀、压力表，排空管路一端与所述高温伴热管线连接，另一端与采样泵和流量计之间的采样管路相连。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用采样探头加热、高温伴热管线加热和加热箱加热等全程高温伴热的方式，保证样气从烟囱中采集过来，直至进入气相色谱仪中检测分析，全程无凝点，组分无损失，从而确保数据的准确性和真实性。

2.本发明采用负压进样的方式，将取样泵设计在色谱仪下游管路上。取样泵采用常温泵，不直接与废气接触，避免组分吸附，降低故障率和运行成本。

3.本发明的气路电磁阀与气相色谱仪的采样、分析信号联动，气相色谱仪在进样检测分析时，样气依然连续不断的流入色谱仪中的定量取样环中，实时更新气路中的样气，确保监测数据的时效性和真实性。

4.本发明的数采仪和工控机各自独立从温压流一体设备、湿度仪和气相色谱仪采集信号和数据，同步采集数据，但各自独立。当工控机出现故障时，不影响数采仪与环保平台之间的数据通讯，保障系统的连续性和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的固定污染源挥发性有机物在线监测系统整体框架示意图；

图2为本发明的固定污染源挥发性有机物在线监测系统主机柜结构示意图；

图3为本发明的固定污染源挥发性有机物在线监测系统的气路流程示意图；

图4为本发明的固定污染源挥发性有机物在线监测系统数据采集传输流程示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

如图1-2所示，本发明提供了一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统，固定污染源挥发性有机物在线监测系统包括采样探头101、高温伴热管线102、预处理系统、烟气监测子系统109、气相色谱仪202、工控机201、数采仪、反吹系统和PLC控制系统203。下面就上述部件进行进一步的说明：

高温伴热管线102一端通过采样探头101与排放管路相连，用于采集排放管路中的样气；

预处理系统与高温伴热管线102另一端相连，用于对采样气体进行过滤、流量和压力控制，

烟气监测子系统109与排放管路相连，烟气监测子系统109设有温压流一体监测设备108和湿度检测设备107，用于进行温度、压力、流速以及湿度的检测，

气相色谱仪202与预处理系统相连接，用于对预处理后的样气进行浓度检测；

工控机201与气相色谱仪202、烟气监测子系统109相连，用于采集温压流、湿度及浓度信号，并根据采集的数据生成各项数据的报表；

数采仪与气相色谱仪202、烟气监测子系统109相连，用于独立采集系统的温压流、湿度及浓度信号，并与外部监控平台(例如客户端DCS106和环保平台105)进行数据通讯；

反吹系统与采样探头101、烟气监测子系统109相连，采用压缩空气反吹清洁采样探头101和温压流一体监测设备108中积累的粉尘；

PLC控制系统203，与采样探头101、高温伴热管线102、预处理系统、烟气监测子系统109、气相色谱仪202、工控机201、数采仪、反吹系统相连接。

其中，反吹系统由反吹气源104和反吹管路1040构成，采用无油无水压缩空气，通过PLC控制系统203定期反吹清洁采样探头101以及温压流一体监测设备108中积累的粉尘。

在本发明一可选的实施例中，高温伴热管线102设有聚四氟乙烯气管、PT100测温元件以及恒功率加热带，聚四氟乙烯管、PT100测温元件和恒功率加热带包裹有玻纤保温层，且玻纤保温层的外部包裹有聚氯乙烯层，PT100测温元件与第一温控器连接，第一温控器与PLC控制系统203通讯连接。

在本发明一可选的实施例中，采样探头101设有过滤器、加热模块和反吹电磁阀；过滤器过滤粉尘的精度为5um，加热模块用于加热采集的样气且加热温度120-180℃，且加热模块上安装有PT100测温元件，PT100测温元件与第二温控器连接，第二温控器与PLC控制系统203通讯连接，反吹电磁阀与反吹系统连接。

在本发明一可选的实施例中，还包括气路系统103，与气相色谱仪202相连，用于为气相色谱仪202提供氢气气源、零气气源及氮气气源。

如图2所示为在线监测主机柜100的主视图，从上至下包括工控机201、气相色谱仪202、零气发生器204、氢气发生器205和氮气气源206。在线监测主机柜的左侧设有PLC控制系统203。在线监测主机柜的右侧设有预处理系统207。零气发生器204、氢气发生器205和氮气气源206与气相色谱仪202相连，用于为气相色谱仪202提供氢气、零气和氮气。工控机201与气相色谱仪202、PLC控制系统203相连接，采集处理温压流、湿度信号，以及浓度信号。

如图3所示，在本发明一可选的实施例中，预处理系统包括采样泵、流量计、压力表、电磁阀和加热箱。预处理系统设置有采样管路和排空管路：采样管路上依次设有加热箱、流量计和采样泵，气相色谱仪202设置在加热箱和流量计之间的采样管路上。排空管路上依次设有两通电磁阀、压力表，排空管路一端与高温伴热管线102连接，另一端与采样泵和流量计之间的采样管路相连。

优选的，采样泵采用常温泵，位于气相色谱仪202的下游管路上，不与采集样气直接接触，与流量计和气相色谱仪202相连。气相色谱仪202进样分析时，两通电磁阀关闭，样气依然连续不断的流入色谱仪中的定量取样环中，实时更新气路中的样气，确保监测数据的时效性和真实性。气相色谱仪202预抽采样时，两通电磁阀打开，采样泵保持工作状态，大部分样气从支路排空。

加热箱的进气口与高温伴热管线102连接，出气口与气相色谱仪202的进样口连接，加热箱内部设有云母加热片、PT100测温元件、不锈钢气管、高温过滤器和陶瓷纤维保温层，云母加热片加热温度为120-150℃，高温过滤器过滤精度为2um且耐温＞200℃，以保证从采样探头101采集过来的样气，在进入气相色谱仪202之前处于全程高温伴热的状态，无冷凝，无损失。PT100测温元件与第三温控器连接用于检测加热箱中的温度，第三温控器与PLC控制系统203通讯连接。

如图4所示，工控机201与气相色谱仪202、PLC控制系统203连接，通过PLC采集温压流、湿度的4-20mA信号，以及浓度RS232信号，可与客户端DCS实现数据通讯。数采仪同样与气相色谱仪202、PLC控制系统203连接，独立通过PLC采集温压流、湿度的4-20mA信号，以及浓度RS232信号，可同时与客户端DCS 106和环保平台105实现数据通讯。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种固定污染源挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述固定污染源挥发性有机物在线监测系统包括采样探头、高温伴热管线、预处理系统、烟气监测子系统、气相色谱仪、工控机、数采仪、反吹系统和PLC控制系统：

高温伴热管线一端通过采样探头与排放管路相连，用于采集排放管路中的样气；

预处理系统与高温伴热管线另一端相连，用于对采样气体进行过滤、流量和压力控制，

烟气监测子系统与排放管路相连，烟气监测子系统设有温压流一体监测设备和湿度检测设备，用于进行温度、压力、流速以及湿度的检测，

气相色谱仪与预处理系统相连接，用于对预处理后的样气进行浓度检测；

工控机与气相色谱仪、烟气监测子系统相连，用于采集温压流、湿度及浓度信号，并根据采集的数据生成各项数据的报表；

数采仪与气相色谱仪、烟气监测子系统相连，用于独立采集系统的温压流、湿度及浓度信号，并与外部监控平台进行数据通讯；

反吹系统与采样探头、烟气监测子系统相连，采用压缩空气反吹清洁采样探头和温压流一体监测设备中积累的粉尘；

PLC控制系统，与采样探头、高温伴热管线、预处理系统、烟气监测子系统、气相色谱仪、工控机、数采仪、反吹系统相连接。

2.如权利要求1所述的固定污染源挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述高温伴热管线设有聚四氟乙烯气管、PT100测温元件以及恒功率加热带，所述聚四氟乙烯管、PT100测温元件和恒功率加热带包裹有玻纤保温层，且玻纤保温层的外部包裹有聚氯乙烯层，所述PT100测温元件与第一温控器连接，所述第一温控器与所述PLC控制系统通讯连接。

3.如权利要求1所述的固定污染源挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述采样探头设有过滤器、加热模块和反吹电磁阀；

所述过滤器过滤粉尘的精度为5um，所述加热模块用于加热采集的样气且加热温度120-180℃，且所述加热模块上安装有PT100测温元件，所述PT100测温元件与第二温控器连接，所述第二温控器与所述PLC控制系统通讯连接，所述反吹电磁阀与所述反吹系统连接。

4.如权利要求1所述的固定污染挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，还包括气路系统，与所述气相色谱仪相连，用于为所述气相色谱仪提供氢气气源、零气气源及氮气气源。

5.如权利要求1所述的固定污染源挥发性有机物在线监测系统，其特征在于，所述预处理系统包括采样泵、流量计、压力表、电磁阀和加热箱；

所述预处理系统设置有采样管路和排空管路，采样管路上依次设有加热箱、流量计和采样泵，气相色谱仪设置在加热箱和流量计之间的采样管路上，所述加热箱的进气口与所述高温伴热管线连接，出气口与所述气相色谱仪的进样口连接，所述加热箱内部设有云母加热片、PT100测温元件、不锈钢气管、高温过滤器和陶瓷纤维保温层，所述云母加热片加热温度为120-150℃，所述高温过滤器过滤精度为2um且耐温＞200℃，所述PT100测温元件与第三温控器连接用于检测加热箱中的温度，所述第三温控器与所述PLC控制系统通讯连接，

排空管路上依次设有两通电磁阀、压力表，排空管路一端与所述高温伴热管线连接，另一端与采样泵和流量计之间的采样管路相连。

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