朱大明

（中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司，四川 成都 611930）

為落實(shí)《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動(dòng)計(jì)劃的通知》（國(guó)發(fā)〔2018〕22號(hào)）的總體部署，2018年8月30日，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)重點(diǎn)排污單位自動(dòng)監(jiān)控建設(shè)工作的通知》（環(huán)辦環(huán)監(jiān)〔2018〕25號(hào)），要求重點(diǎn)排污單位中的VOCs排放重點(diǎn)源自2019年起應(yīng)將VOCs項(xiàng)目納入自動(dòng)監(jiān)控。為提高VOCs污染源自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，充分發(fā)揮在線監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法中的作用，VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行起著決定性作用。

1 廢氣處理系統(tǒng)的介紹

廢氣處理系統(tǒng)采用催化燃燒法，由金屬鈀、鉑等貴金屬蜂窩狀催化劑，在250～650℃的溫度條件下，發(fā)生催化、氧化化學(xué)反應(yīng)，廢氣系統(tǒng)中的揮發(fā)性有機(jī)物，化學(xué)反應(yīng)生成的水和二氧化碳，最終對(duì)環(huán)境無(wú)害影響，反應(yīng)化學(xué)方程式見(jiàn)以下公式：

1.1 操作變量的分析

作用于廢氣的催化的燃燒處理系統(tǒng)，主要操作變量有廢氣組分、燃燒反應(yīng)器的入口溫度變化、燃燒反應(yīng)器出口的溫度變化和催化反應(yīng)器內(nèi)部壓降等因素。

1.2 廢氣組分的構(gòu)架

催化、氧化反應(yīng)屬于化學(xué)放熱反應(yīng)，廢氣中含有的有機(jī)物的含量，對(duì)反應(yīng)生成的放熱量起著特別重要的作用。在化工裝置生產(chǎn)異常時(shí)，廢氣系統(tǒng)中有機(jī)物的含量會(huì)不穩(wěn)定甚至波動(dòng)較大，會(huì)嚴(yán)重影響廢氣處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行，乃至導(dǎo)致整個(gè)催化劑床層燒毀。只有在廢氣組成穩(wěn)定且廢氣中的有機(jī)物含量在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，才能將廢氣引入廢氣催化燃燒處理系統(tǒng)。

催化劑的使用量與催化劑的性能、廢氣處理系統(tǒng)的壓力和溫度以及廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）含量有關(guān)。在廢氣進(jìn)入催化反應(yīng)器的催化劑床層以前，需要用廢氣預(yù)熱設(shè)備將廢氣加熱到催化劑的起燃溫度。一旦進(jìn)入催化反應(yīng)器的廢氣溫度達(dá)到了催化劑的起燃溫度，廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物和氧氣就會(huì)在催化劑的表面發(fā)生氧化反應(yīng)，并最終轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)害的二氧化碳和水蒸汽。

1.3 催化劑的影響因素

催化劑的使用性能與系統(tǒng)的操作溫度、廢氣經(jīng)過(guò)催化劑床層的壓力降、廢氣經(jīng)過(guò)催化劑床層的空速、表觀速度以及催化劑的維護(hù)等因素有密切的關(guān)系。

2 VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)架

2.1 VOC在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)儀表（NMHC-CEMS等）應(yīng)包括采樣單元、樣品預(yù)處理單元、分析儀單元、通信接口單元等。其中在線分析儀表應(yīng)帶有網(wǎng)絡(luò)通信接口，能夠接入工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）構(gòu)成整個(gè)在線分析儀表系統(tǒng)。

（1）采樣單元：采用單元抽取測(cè)量的方式，其中輔助的設(shè)備主要包括氫氣氣源、廢氣排放系統(tǒng)、反吹掃、凈化及其控制裝置、零空氣的預(yù)處理裝置等。氫氣氣源連接的管路要使用至少為不銹鋼的材質(zhì)，如果檢測(cè)出氫氣出現(xiàn)泄漏時(shí)，務(wù)必自動(dòng)切斷氫氣氣源，氫氣的純度至少達(dá)到99.99%及以上，其他的工作氣源的純度應(yīng)滿足所在分析儀表的使用相關(guān)要求。系統(tǒng)產(chǎn)生廢氣的排放管路必須規(guī)范安裝敷設(shè)，不得隨意安裝及放置。系統(tǒng)產(chǎn)生廢氣的排放裝置必須能保證排放的廢氣中含有的水分不能冷凝、存儲(chǔ)甚至結(jié)冰現(xiàn)象，會(huì)造成廢氣的排放管路原件堵塞和排氣管路不暢通，根據(jù)工況情況，可配套相應(yīng)的加熱或伴熱系統(tǒng)、液氣分離的裝置等儀表設(shè)施。電纜敷設(shè)應(yīng)安全合理，便于查找維護(hù)維修。采樣方式：完全抽取式、全程高溫伴熱。檢測(cè)器：FID。檢測(cè)因子：非甲烷總烴。

（2）樣品的預(yù)處理單元：樣品的預(yù)處理單元設(shè)備主要包括樣品的過(guò)濾設(shè)備、預(yù)處理設(shè)備及其部件，要滿足方便維護(hù)清理和更換組件，必須使用不吸附材質(zhì)、不能與待測(cè)的污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料。氣體樣品在進(jìn)入分析儀表前，可設(shè)置精細(xì)的過(guò)濾器，防止雜質(zhì)堵塞分析儀表管路。樣品的采集和傳輸裝置，主要有采樣探頭、樣品傳輸管線、流量控制單元和采樣隔膜泵等。樣品采集和傳輸裝置的材質(zhì)必須選用耐高溫、防腐蝕、不吸附、不能與待測(cè)污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的材料，且不能影響待檢測(cè)污染物的正常測(cè)量。樣品采集和傳輸裝置應(yīng)具備長(zhǎng)周期穩(wěn)定、均勻加熱、保持恒溫和反吹掃凈化等功能。樣品采集裝置必須具備顆粒物過(guò)濾的功能。其采樣設(shè)備的上端或下端必須具備便于維護(hù)更換或清洗的顆粒物過(guò)濾器設(shè)備，過(guò)濾器的規(guī)格應(yīng)至少能過(guò)濾直徑為5μm以上的顆粒物雜質(zhì)。

（3）分析儀單元：分析儀用于對(duì)采集的污染源廢氣樣品進(jìn)行測(cè)量分析。目前在用多數(shù)采用氣相色譜法的分析儀表，應(yīng)具備色譜圖的文件自動(dòng)記錄功能、過(guò)程歷史譜圖的查詢等功能。分析儀表應(yīng)具有實(shí)時(shí)、周期性的自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前火焰狀態(tài)功能，分析過(guò)程中一旦偵測(cè)到火焰熄滅，務(wù)必自動(dòng)切斷點(diǎn)火的燃燒氣源。安裝方式：分析小屋內(nèi)安裝、本體防爆。分析儀表單元的系統(tǒng)分析周期為：不大于3min。24h零點(diǎn)的漂移和量程的漂移不大于±3%FS。檢出限：小于0.1mg/m3。系統(tǒng)輸出：4～20mA；RS485。接點(diǎn)輸出：2點(diǎn)(故障報(bào)警/反吹提示)。自診斷功能：配帶測(cè)量信息自診斷功能。

（4）通信接口單元：在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件匯總所有的氣體濃度信息和工作狀態(tài)信息，具有生成報(bào)表、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、查詢歷史記錄等功能。主要用于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ)，并可以依據(jù)控制的中心計(jì)算機(jī)指令，傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和在用設(shè)備的工作狀態(tài)等信息。通信接口單元必須顯示和記錄超出其零點(diǎn)以下、量程以上至少10%的數(shù)據(jù)值。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果超過(guò)零點(diǎn)以下、量程以上10%時(shí)，應(yīng)記錄及存儲(chǔ)其測(cè)量數(shù)據(jù)的最小或最大值。要具備顯示、設(shè)置系統(tǒng)時(shí)間和時(shí)間標(biāo)簽的功能，數(shù)據(jù)顯示為設(shè)置時(shí)段的平均值。能夠顯示實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，具備歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，并可以報(bào)表或報(bào)告形式輸出文件。具有中文數(shù)據(jù)采集、記錄、處理和控制軟件。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（PLC）通過(guò)硬接線和RS485通訊兩種方式向 DCS系統(tǒng)提供檢測(cè)信號(hào)和狀態(tài)信號(hào)（包括分析數(shù)據(jù)、過(guò)程參數(shù)測(cè)量、運(yùn)行/維護(hù)狀態(tài)、系統(tǒng)故障報(bào)警等）。

2.2 甲烷總烴監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

非甲烷總烴監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)由采樣探頭、樣品預(yù)處理單元和分析儀組成。采樣探頭直接安裝在管線上，采樣預(yù)處理單元和分析儀安裝在分析小屋中，盡量減少管線附近的維護(hù)量。

2.3 NMHC-CEMS組成示意圖（圖1）

圖1 NMHC-CEMS組成示意圖

3 VOCs在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)

VOCs在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常應(yīng)急處理流程：

發(fā)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)儀器出現(xiàn)故障或數(shù)據(jù)顯示異常后，及時(shí)上報(bào)并到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理。判斷數(shù)據(jù)異常原因，如果是操作、設(shè)備運(yùn)行等原因造成的數(shù)據(jù)異常，由使用單位組織調(diào)整操作，保證數(shù)據(jù)恢復(fù)限制內(nèi)；如果是在線檢測(cè)儀器故障，由維修單位對(duì)該儀器進(jìn)行處理、維修。如果不能立即確認(rèn)故障原因，應(yīng)首先選擇使用人工監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量污染物排放情況，用人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判定在線監(jiān)測(cè)儀表數(shù)據(jù)真實(shí)性后，再進(jìn)一步開(kāi)展有關(guān)故障排查與處理，如果在線監(jiān)測(cè)儀器需要離線檢修等原因造成在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法正常上傳至平臺(tái)，應(yīng)立即聯(lián)系環(huán)境監(jiān)測(cè)部門到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工比對(duì)，并按規(guī)范記錄數(shù)據(jù)上報(bào)備案。