周粉慧

（南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京 210042）

隨著環(huán)境問(wèn)題的不斷突出，國(guó)家對(duì)環(huán)境污染防治持續(xù)提出更高的要求，防治范圍從重點(diǎn)區(qū)域不斷拓展至全國(guó)。強(qiáng)化企業(yè)對(duì)污染物的監(jiān)管，實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警污染狀況，為開(kāi)展環(huán)境監(jiān)管及大氣污染治理工作提供技術(shù)支持。

為加強(qiáng)火炬系統(tǒng)監(jiān)管，規(guī)范企業(yè)非正常排放行為，減少非正常工況污染物排放，要求對(duì)高空火炬實(shí)施在線監(jiān)管，監(jiān)測(cè)火炬氣成分、焚燒廢氣的種類及熱值。

1 火炬氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

火炬氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括采樣裝置、預(yù)處理裝置、組分分析單元、數(shù)據(jù)采集和處理單元、回收穩(wěn)壓模塊及廢氣參數(shù)監(jiān)測(cè)單元等。

2 火炬氣組分分析方法

火炬氣組分分析方法有氣相色譜法及拉曼光譜法。相比色譜法，拉曼光譜法分析儀價(jià)格高，拉曼光譜能量高，測(cè)含氧的烴類氣體比較危險(xiǎn)，而且要求在較穩(wěn)定壓力下檢測(cè)，否則數(shù)值偏差較大；光源壽命短、更換價(jià)格高，因此不常用，本文著重介紹色譜分析法。

采用氣相色譜分析儀，樣品首先由抽氣泵抽取至定量環(huán)，經(jīng)切閥轉(zhuǎn)換由載氣攜帶樣氣通過(guò)組合色譜柱進(jìn)行組分分離，分離后的有機(jī)物進(jìn)入檢測(cè)器測(cè)出各組分濃度。

2.1 色譜法

色譜法是利用組分在兩相間分配系數(shù)不同而進(jìn)行分離的技術(shù)。氣相色譜就是以氣體作為流動(dòng)相的色譜分離方法，適用于沸點(diǎn)較低、熱穩(wěn)定性好的中小分子化合物的分析[1]。

2.2 色譜檢測(cè)器

色譜檢測(cè)器大致分為熱導(dǎo)檢測(cè)器（TCD）、氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）等。由于火炬氣組分多、濃度高，這里選用熱導(dǎo)檢測(cè)器。

TCD是基于不同物質(zhì)具有不同的熱導(dǎo)率設(shè)計(jì)的，利用被測(cè)氣體與載氣間熱導(dǎo)率的差別，使測(cè)量電橋產(chǎn)生不平衡電壓，從而測(cè)出組分濃度[2]。

由圖1可知，電橋平衡R1S2=R2S1。當(dāng)電流通過(guò)熱導(dǎo)池中兩臂的鎢絲時(shí)，鎢絲加熱到一定溫度，鎢絲的電阻值也增加到一定值，兩個(gè)池中電阻增加的程度相同。當(dāng)有樣品進(jìn)入檢測(cè)器時(shí)，參比池中只有載氣，測(cè)量池中是載氣和樣品組分的混合氣，兩者熱導(dǎo)率不同，散熱情況不同，導(dǎo)致兩池中熱絲溫度不同，阻值不同，電橋失去平衡，檢測(cè)器輸出電壓信號(hào)輸出，記錄儀因此畫(huà)出對(duì)應(yīng)組分的色譜峰。

圖1 TCD檢測(cè)原理圖

2.3 分析系統(tǒng)測(cè)量參數(shù)要求

分析組分滿足表1要求，C1~C5+及總量VOC組分測(cè)量量程可以依照實(shí)際可能排放濃度修正，其他組分測(cè)量量程依照表1。

表1 測(cè)量組分及范圍

2.4 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）測(cè)量組分及范圍依據(jù)表1

（2）重復(fù)性：≤±2.%F.S

（3）數(shù)據(jù)分析周期：≤15min

2.5 預(yù)處理裝置

鑒于火炬氣組分的復(fù)雜性，為確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需配置預(yù)處理裝置。預(yù)處理流程如下。

（1）樣品通過(guò)高溫防爆采樣探頭，經(jīng)過(guò)一體化伴熱取樣管線進(jìn)入保溫伴熱的預(yù)處理箱。

（2）通過(guò)防爆采樣泵抽取樣品氣，經(jīng)開(kāi)關(guān)球閥控制系統(tǒng)進(jìn)樣與關(guān)斷。

（3）經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后，一部分樣氣通過(guò)快速回路的放散出口進(jìn)入回收系統(tǒng)，另一部分樣氣通過(guò)流量控制進(jìn)入雙關(guān)雙斷及泄放功能閥門組。

（4）經(jīng)過(guò)保溫、過(guò)濾、快速放散、穩(wěn)壓穩(wěn)流后進(jìn)入色譜分析儀器。

預(yù)處理裝置帶自動(dòng)反吹裝置，可定期或手動(dòng)對(duì)樣品處理裝置及其他部件進(jìn)行反吹。預(yù)處理裝置還具有多點(diǎn)標(biāo)定流路切換功能，樣品處理過(guò)程中為全程加熱保溫的狀態(tài)。

2.6 回收穩(wěn)壓模塊

由于火炬氣體的潛在危害性，需要接入VOCs廢氣收集處理系統(tǒng)。分析后的尾氣需配置氣體回收及穩(wěn)壓模塊。原理是采用引射器控制，提供穩(wěn)定壓力，抽引介質(zhì)為氮?dú)狻?/p>

增加回收穩(wěn)壓模塊后，當(dāng)排放至火炬時(shí)，火炬背壓的波動(dòng)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的尾氣控制壓力產(chǎn)生任何影響。

2.7 火炬氣參數(shù)（溫度、壓力、流量）監(jiān)測(cè)

由于火炬氣管徑較大，流速量程比寬，流速測(cè)量?jī)?yōu)先采用超聲波流量計(jì)。溫度和壓力測(cè)量采用傳統(tǒng)的熱電阻和壓力變送器。

2.8 數(shù)據(jù)傳輸模塊

連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)預(yù)留數(shù)據(jù)傳輸功能，具備數(shù)據(jù)一址多發(fā)上傳功能，能夠按照規(guī)定的內(nèi)容、格式和時(shí)間間隔，將采集到的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)缴鷳B(tài)環(huán)境部門的監(jiān)控平臺(tái)。

2.9 實(shí)際工程應(yīng)用案例

江蘇某活性劑有限公司，依照環(huán)保要求對(duì)火炬設(shè)施新增了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)火炬氣組分及熱值數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并上傳。

火炬氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體如圖2所示。

圖2 火炬氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖

A為采樣探頭；B為伴熱管線；C為超聲波流量計(jì)；D為火炬煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；E為分析站房及輔助單元。

本工程案例中的火炬氣含有一定量的氟化氫氣體，具有非常強(qiáng)的吸濕性，可與水無(wú)限互溶形成氫氟酸，故在此種工況下選用了耐氫氟酸材料的預(yù)處理部件，保持全程伴熱不降溫，避免產(chǎn)生水汽或冷凝水?；鹁鏆庠诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置清單見(jiàn)表2。

表2 火炬氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置清單

固定污染源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的取樣點(diǎn)，應(yīng)選擇在能準(zhǔn)確可靠地連續(xù)監(jiān)測(cè)尾氣排放狀況的位置。本案例中火炬氣采樣點(diǎn)設(shè)置在水封罐出口至火炬筒的水平管線上，共開(kāi)設(shè)了取樣口、樣品返回口、廢氣參數(shù)檢測(cè)口，接口布置如圖3所示。

圖3 火炬氣監(jiān)測(cè)接口圖

本火炬管線中心標(biāo)高距地面為6.1m，為便于檢維修，設(shè)置了采樣平臺(tái)及斜梯。分析站房布置在采樣平臺(tái)南側(cè)的空曠位置。

本套火炬氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)公用工程配套如下。

（1）電源

分析儀表附件（電伴熱、照明、樣品處理、快速回路泵等）采用市電供電；分析儀、數(shù)采儀和氣體報(bào)警儀控制器采用不間斷電源（UPS）供電，分析站房?jī)?nèi)配備了UPS電源。

（2）凈化風(fēng)及氮?dú)?/p>

分析站房及采樣平臺(tái)處各接一路儀表凈化風(fēng)，用于儀表的正壓通風(fēng)或吹掃，用量約200L/min。分析站房處接一路氮?dú)猓糜诎闊峁芊创导胺€(wěn)壓回收單元，用量約180L/min。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)石化、電力等各個(gè)行業(yè)剛剛開(kāi)始設(shè)置火炬在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，未來(lái)會(huì)不斷普及，從源頭防止火炬氣偷排和超排，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保協(xié)調(diào)發(fā)展。