周智勇 黃崗 萬(wàn)陽(yáng) 李小強(qiáng) 于建新 郭敏

摘 要：文章主要介紹了固定排放源VOCs檢測(cè)方式，汽車(chē)制造行業(yè)表面涂裝VOCs的排放實(shí)施在線監(jiān)測(cè)的必要性，詳細(xì)闡述了發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線當(dāng)前采用的VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成和適用環(huán)境條件以及各核心組成部件的技術(shù)指標(biāo)要求，總結(jié)了該套VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一些特點(diǎn)并給出了一些項(xiàng)目實(shí)施的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)涂裝線;VOCs;在線監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）14-189-04

Abstract： This paper mainly introduces the detection method of fixed emission source VOCs and the necessity of implemen -ting on-line monitoring of VOCs emission from surface coating in automobile manufacturing industry. The composition and applicable environmental conditions of VOCs on-line monitoring system currently used in engine coating line as well as the technical index requirements of each core component are elaborated in detail. Some characteristics of this set of VOCs on-line monitoring system are summarized and some matters needing attention in project implementation are given.

Keywords： Engine coating line; VOCs; Online monitoring

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）14-189-04

前言

汽車(chē)制造業(yè)排放的主要污染物為揮發(fā)性有機(jī)物，它是環(huán)保重點(diǎn)關(guān)注的行業(yè)，現(xiàn)在國(guó)家及地方相繼出臺(tái)了大量的法律法規(guī)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及部分省份推出的地方標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)汽車(chē)制造行業(yè)表面涂裝 VOCs 排放問(wèn)題進(jìn)行監(jiān)管和控制，對(duì)非甲烷總烴進(jìn)行合理管控，將其作為污染物管控的主要對(duì)象。

對(duì)于涂裝線 VOCs 檢測(cè)過(guò)程常規(guī)的做法是通過(guò)離線檢測(cè)和遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)兩種檢測(cè)方式進(jìn)行的。其中離線檢測(cè)方式采樣點(diǎn)比較有限，同時(shí)其對(duì)于時(shí)間及測(cè)試環(huán)境的負(fù)面影響比較敏感，分析過(guò)程相對(duì)滯后，測(cè)量的數(shù)據(jù)結(jié)果相對(duì)偏低，所以一般都難以體現(xiàn)出固定污染源排放的實(shí)時(shí) VOCs 變化。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)提高了影響因素的分辨率同時(shí)減少了檢測(cè)過(guò)程中外界一些因素可能會(huì)帶來(lái)的負(fù)面影響，進(jìn)而實(shí)時(shí)的對(duì)固定污染源的 VOCs 排放進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。

1 Honeywell Aura F VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1 Honeywell Aura F系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

NMHC（非甲烷總烴）濃度、苯系物濃度、溫濕度、壓力、流速等。

1.2 應(yīng)用環(huán)境條件

（1）供電電壓：220（±10%）V AC/（50-60）Hz;

（2）分析小屋內(nèi)的系統(tǒng)部件環(huán)境溫度：（5～35）℃;

（3）分析小屋外的系統(tǒng)部件環(huán)境溫度：（-30～60）℃;

（4）濕度：（0-90%）RH;

（5）氣壓：（86～106）kPa;

（6）煙氣溫度：≤400℃;

（7）所有設(shè)備的總用電量（KW）：主機(jī)柜功率≤4 KW，伴熱管功率為50W/m;

（8）系統(tǒng)具有防塵、防雨、防電磁輻射、防雷、防低溫和防火的設(shè)計(jì)。

1.3 系統(tǒng)測(cè)量方法

1.4 系統(tǒng)組成

Honeywell Aura F VOCSs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、在線氣相色譜儀、氣源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、標(biāo)定系統(tǒng)等組成。

（1）采樣系統(tǒng)主要由采樣探頭和伴熱管線組成。測(cè)量時(shí)煙氣由機(jī)柜內(nèi)的高溫采樣泵抽取，樣氣全程高溫在120℃以上，經(jīng)由采樣探頭、高溫伴熱管線、除塵過(guò)濾器后通入VOCs分析儀進(jìn)行測(cè)量。

（2）預(yù)處理系統(tǒng)主要由高溫濾芯、采樣泵、電磁閥和機(jī)柜組成。實(shí)現(xiàn)反吹、機(jī)柜標(biāo)定、全流程標(biāo)定、過(guò)濾等功能。

（3）在線氣相色譜儀配備非甲烷總烴在線氣相色譜儀。在線氣相色譜儀內(nèi)置軟件工控機(jī)，用于操作儀器、運(yùn)行方法、監(jiān)控儀器狀態(tài)和上傳數(shù)據(jù)濃度。

（4）氣源由氫氣發(fā)生器、零氣發(fā)生器、空壓機(jī)、載氣、組成。為保證測(cè)量的長(zhǎng)期準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)反吹、標(biāo)氣和零氣定期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行零點(diǎn)和量程標(biāo)定。

（5）數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)由集線箱和工控機(jī)構(gòu)成。

（6）輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)溫度、壓力、流速、濕度。

（7）標(biāo)定系統(tǒng)，可配備對(duì)應(yīng)不同濃度的標(biāo)氣，也可選用動(dòng)態(tài)稀釋儀對(duì)同一濃度的標(biāo)氣進(jìn)行稀釋。

2 Honeywell Aura F VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求

2.1 系統(tǒng)總體技術(shù)要求

2.1.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求

（1）具有計(jì)量器具型式批準(zhǔn)證書(shū)CPA和CCEP認(rèn)證證書(shū);

（2）機(jī)柜內(nèi)的上位機(jī)（中控電腦）控制分析儀表，僅在上位機(jī)操作就能實(shí)現(xiàn)分析儀表校準(zhǔn)、采樣、分析及報(bào)表等所有功能。

（3）樣氣管路全程120℃以上高溫，中間無(wú)冷點(diǎn)。

（4）正壓進(jìn)樣分析。

（5）氫氣發(fā)生器泄露監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)到漏氣自動(dòng)停止產(chǎn)氫，保證系統(tǒng)安全。

（6）氫氣發(fā)生器自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，根據(jù)分析儀表要求自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出流量。

2.1.2 分析儀表要求

（1）惰性化管路保證無(wú)吸附，總烴峰為高斯峰。

（2）內(nèi)部管路全程120℃以上伴熱，無(wú)冷點(diǎn)。

（3）自動(dòng)點(diǎn)火功能，點(diǎn)火實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，熄火氫氣自動(dòng)關(guān)閉功能。

（4）分析儀表內(nèi)散熱風(fēng)扇需包含報(bào)警輸出功能。

（5）采用進(jìn)口色譜柱分離甲烷、苯系物等VOCs。

（6）采用進(jìn)口EPC（電子壓力控制器），進(jìn)口氣動(dòng)轉(zhuǎn)子閥（VICI），進(jìn)樣穩(wěn)定性和重復(fù)性高。

2.2 系統(tǒng)分項(xiàng)技術(shù)要求

2.2.1 采樣系統(tǒng)

（1）高溫探頭

系統(tǒng)采用完全抽取全高溫的采樣方式，探頭按照國(guó)家規(guī)范安裝在管道（或煙囪）的適當(dāng)位置，經(jīng)過(guò)定制長(zhǎng)度的伴熱管線采集管道中的氣體，伴熱管線溫度伴熱到120℃以上，并進(jìn)行除塵后進(jìn)入氣相色譜儀分析氣體成份。分析主流路由高溫泵不間斷采樣，確保樣氣處于實(shí)時(shí)更新的狀態(tài)，有效提高系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。

（2）伴熱管線

VOCs在線監(jiān)控系統(tǒng)采用的伴熱管應(yīng)用在各種防爆與非防爆場(chǎng)合。

2.2.2 預(yù)處理系統(tǒng)

（1）濾芯

濾芯主要是過(guò)濾高溫?zé)煔庵械念w粒，防止小顆粒進(jìn)入管道和色譜儀，發(fā)生堵塞。

（2）高溫采樣泵

（3）電磁閥

電磁閥主要是控制反吹、標(biāo)定等氣路。

2.2.3 在線氣相色譜儀

（1）非甲烷總烴在線氣相色譜儀

在線氣相色譜儀采用雙閥、雙柱、單FID、全過(guò)程高溫伴熱的解決方案，樣品經(jīng)過(guò)雙閥進(jìn)樣系統(tǒng)、雙色譜柱分離、氫火焰離子化檢測(cè)器檢測(cè)、分別測(cè)定樣品中的總烴和甲烷含量，總烴（THC）扣除甲烷（CH4）及空氣中氧計(jì)算非甲烷總烴（NMHC）的含量。

采樣：儀器內(nèi)置兩種采樣模式，分別用于固定污染源廢氣和儀器校準(zhǔn)，兩種模式均采用定量環(huán)進(jìn)行定體積采樣，采樣結(jié)束后均與大氣壓力平衡。測(cè)量固定污染源廢氣時(shí)，儀器以高溫泵作為采樣動(dòng)力沖洗定量環(huán)并進(jìn)行定體積采集。儀器進(jìn)行零氣或標(biāo)氣校準(zhǔn)時(shí)，采用正壓標(biāo)氣或零氣沖洗定量環(huán)并進(jìn)行定體積采樣。

注樣和分析：十通閥和六通閥通過(guò)氣缸驅(qū)動(dòng)從一個(gè)狀態(tài)切換到另外一個(gè)狀態(tài)，將載氣引入定量環(huán)回路上。載氣流過(guò)定量環(huán)，將樣品分別注入到空柱和色譜柱內(nèi)進(jìn)行分離。本儀器總烴分析采用空柱，總烴由于在空柱上無(wú)保留，能夠快速通過(guò)色譜柱到達(dá)FID檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)。甲烷分析采用PLOT Q填充柱，PLOT Q填充柱位于80℃的柱溫箱，利用沸點(diǎn)差異，甲烷在PLOT Q填充柱上快速分離。

反吹：當(dāng)甲烷色譜峰完成后，十通閥和六通閥從Inject狀態(tài)切換到Load狀態(tài)。此時(shí)，樣氣流路被轉(zhuǎn)接到采樣系統(tǒng)，而流經(jīng)甲烷色譜柱的載氣的方向相比于Inject狀態(tài)已反轉(zhuǎn)，隨著色譜柱載氣方向轉(zhuǎn)換后，非甲烷總烴被反吹出甲烷色譜柱，不被FID檢測(cè)，且不影響下一次的分析檢測(cè)。

2.2.4 氣源

氣源包括機(jī)架式氫氣發(fā)生器、機(jī)架式零級(jí)空氣發(fā)生器、空壓機(jī)、氮?dú)怃撈康取?/p>

（1）機(jī)架式氫氣發(fā)生器

內(nèi)置單片機(jī)計(jì)算機(jī)智能控制，全中文液晶顯示，自動(dòng)補(bǔ)水，自動(dòng)顯示流量，流量可根據(jù)用量自動(dòng)調(diào)節(jié)。

儀器內(nèi)部采用全封閉設(shè)計(jì)，相比傳統(tǒng)堿液型氫氣發(fā)生器最大限度的避免了堿液的危害。

內(nèi)置完善的智能保護(hù)措施，超壓、超流量等都能完善的保護(hù)，有RS232接口可與主機(jī)通訊。

氫氣發(fā)生器產(chǎn)生的氫氣流量小于500ml/min，壓力小于0.3Mpa，純度99.999%，不足以發(fā)生爆炸。

氫氣發(fā)生器與VOCSs主儀表（在線氣相色譜儀）之間設(shè)有截止閥，在FID使用完后，即可關(guān)閉截止閥，確保H2不泄露。

（2）機(jī)架式零氣發(fā)生器

高效催化：采用高溫催化氧化技術(shù)，以多種貴金屬材料做催化劑。將烴類(lèi)物質(zhì)完全氧化生成二氧化碳和水，達(dá)到凈化的目的。

潔凈干燥：內(nèi)置進(jìn)口脫水膜和顆粒過(guò)濾裝置，使產(chǎn)品氣的露點(diǎn)降至-20℃以下，顆粒直徑小于0.01微米。

內(nèi)置單片計(jì)算機(jī)控制，全中文液晶顯示，有完善的保護(hù)措施，有RS232接口與主機(jī)通訊。

可加裝二氧化碳、氮氧化物及無(wú)機(jī)硫脫除裝置。

可加裝緩沖罐，用于推閥。

（3）無(wú)油空氣壓縮機(jī)

低噪聲：采用減震系統(tǒng)，快速增壓系統(tǒng)。

潔凈干燥：優(yōu)化儀器配置，降低氣體中的水分。

2.2.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

（1）適用范圍

VOCs CEMS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行整體數(shù)據(jù)采集和管理。系統(tǒng)軟件按要求生成國(guó)家環(huán)保部門(mén)要求的報(bào)表，通過(guò)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)端傳輸傳送到環(huán)保相關(guān)主管部門(mén)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)與企業(yè)內(nèi)部的智能監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

（2）主要功能

1）數(shù)據(jù)顯示功能

屏幕顯示甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯等因子的實(shí)時(shí)濃度，且標(biāo)記數(shù)據(jù)的狀態(tài)。

屏幕顯示設(shè)備各參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，如煙氣溫度、壓力、流速或流量、煙氣濕度等。

2）數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換功能

污染物濃度以干基標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)值計(jì)算。

濃度數(shù)據(jù)自動(dòng)處理為整點(diǎn)1小時(shí)數(shù)據(jù)組，如果數(shù)據(jù)超標(biāo)則進(jìn)行報(bào)警。

屏幕顯示甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯的濃度的有效小時(shí)均值、有效日均值、有效月均值、有效季均值、有效年均值并支持打印和上傳。

3）數(shù)據(jù)的檢索功能

可根據(jù)時(shí)間段檢索，繪制甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯的濃度趨勢(shì)譜圖。

4）數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能

上位機(jī)單次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不少于12個(gè)月，1小時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不少于5年。

在線氣相色譜儀原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不少于2周，可根據(jù)需要設(shè)定。

5）監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)置功能

可設(shè)置各測(cè)量數(shù)據(jù)的報(bào)警上限和下限。

可設(shè)置（4～20）mA模擬輸入量有關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)輸入開(kāi)關(guān)量所代表的報(bào)警含義。

可設(shè)置管道橫斷面面積。

系統(tǒng)具有二級(jí)管理權(quán)限，管理員可以根據(jù)需要設(shè)置管理權(quán)限和登陸密碼。

6）數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能

現(xiàn)場(chǎng)的氣相色譜儀定時(shí)段數(shù)據(jù)不僅能夠在本地磁盤(pán)中備份，也可以上傳至遠(yuǎn)端服務(wù)器。

選擇合適數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳單元，利用當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)與環(huán)保局環(huán)保信息平臺(tái)通信，上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

7）與企業(yè)端系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)

與企業(yè)端系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，向企業(yè)端系統(tǒng)輸送濃度數(shù)據(jù)和報(bào)警信息。

2.2.6 輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（根據(jù)監(jiān)測(cè)要求選配）

煙氣溫度、壓力、流量（流速）測(cè)量?jī)x（溫壓流一體機(jī)）。

2.2.7 標(biāo)定系統(tǒng)

2.2.7.1 標(biāo)氣

適配標(biāo)氣

標(biāo)氣瓶配備相關(guān)的減壓閥，具體的濃度根據(jù)工況進(jìn)行調(diào)整，舉例如表4：

3 小結(jié)

3.1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用常見(jiàn)的幾個(gè)難點(diǎn)

（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)性如何保證;

（2）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期一致性如何保證;

（3）如何適應(yīng)高溫、高濕、腐蝕環(huán)境;

（4）揮發(fā)性有機(jī)物的成分復(fù)雜如何精確測(cè)量;

（5）如何降低客戶(hù)綜合使用成本。

3.2 Honeywell Aura F系統(tǒng)特點(diǎn)

3.2.1 數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確，穩(wěn)定性高

（1）準(zhǔn)確測(cè)量非甲烷總烴，苯系物及定制化特征因子;

（2）色譜分析儀采用EPC壓力流量控制，及特有ATC技術(shù)的恒溫柱箱，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高重復(fù)性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性;

（3）色譜分析儀壓力精度達(dá)到0.001psi，溫度控制精度達(dá)到0.01?C;

（4）色譜分析儀采用全程伴熱，及有限元熱分析設(shè)計(jì)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性;

（5）采樣管線采用PTFE或惰性化金屬，降低樣品吸附，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性;

（6）前處理采用帶反吹的多級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)，保證各種工況測(cè)試的準(zhǔn)確性;

（7）高可靠性流程分析及工控技術(shù)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。

3.2.2 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)輕松

（1）平臺(tái)軟件支撐;

（2）斷電恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，斷氣保護(hù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守;

（3）界面簡(jiǎn)潔易懂，操作簡(jiǎn)單;

（4）自動(dòng)校準(zhǔn)&提醒，降低人工成本;

（5）自動(dòng)去除濾芯雜質(zhì)，降低更換成本;

（6）內(nèi)部空間開(kāi)闊，操作舒適性強(qiáng);

（7）專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程支持，維護(hù)成本低;

（8）系統(tǒng)耗氣量小，降低運(yùn)維成本。

3.2.3 安全可靠，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)性好

（1）熄火自動(dòng)斷氣，穩(wěn)定后自動(dòng)點(diǎn)火，安全性高;

（2）完整的系統(tǒng)診斷日志，安全日志強(qiáng)健;

（3）可選配防爆應(yīng)用方案，適應(yīng)防爆環(huán)境;

（4）可選配多種氣體組分，通用性強(qiáng)。

3.3 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施的其它注意事項(xiàng)

（1）采樣點(diǎn)及采樣位置的選取;

（2）采樣平臺(tái)的設(shè)計(jì)及安裝;

（3）橋架的選取及鋪設(shè);

（4）監(jiān)測(cè)小室體的設(shè)計(jì);

（5）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用可實(shí)時(shí)的對(duì)涂裝車(chē)間 VOCs 排放進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排放的廢氣有害物質(zhì)含量是否持續(xù)達(dá)到國(guó)家或地方的排放標(biāo)準(zhǔn)和總量控制標(biāo)準(zhǔn);連續(xù)評(píng)價(jià)涂裝廢氣治理設(shè)施的性能和運(yùn)行情況，為企業(yè)的大氣排放環(huán)境評(píng)價(jià)和日常管理提供支持。