發動機涂裝線VOCs在線監測系統方案概述

周智勇 黃崗 萬陽 李小強 于建新 郭敏

摘 要：文章主要介紹了固定排放源VOCs檢測方式，汽車制造行業表面涂裝VOCs的排放實施在線監測的必要性，詳細闡述了發動機涂裝線當前采用的VOCs在線監測系統的組成和適用環境條件以及各核心組成部件的技術指標要求，總結了該套VOCs在線監測系統的一些特點并給出了一些項目實施的注意事項。

關鍵詞：發動機涂裝線;VOCs;在線監測

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：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

汽車制造業排放的主要污染物為揮發性有機物，它是環保重點關注的行業，現在國家及地方相繼出臺了大量的法律法規，國家標準以及部分省份推出的地方標準都對汽車制造行業表面涂裝 VOCs 排放問題進行監管和控制，對非甲烷總烴進行合理管控，將其作為污染物管控的主要對象。

對于涂裝線 VOCs 檢測過程常規的做法是通過離線檢測和遠程在線監測兩種檢測方式進行的。其中離線檢測方式采樣點比較有限，同時其對于時間及測試環境的負面影響比較敏感，分析過程相對滯后，測量的數據結果相對偏低，所以一般都難以體現出固定污染源排放的實時 VOCs 變化。在線監測技術提高了影響因素的分辨率同時減少了檢測過程中外界一些因素可能會帶來的負面影響，進而實時的對固定污染源的 VOCs 排放進行連續監控。

1 Honeywell Aura F VOCs在線監測系統

1.1 Honeywell Aura F系統監測項目

NMHC（非甲烷總烴）濃度、苯系物濃度、溫濕度、壓力、流速等。

1.2 應用環境條件

（1）供電電壓：220（±10%）V AC/（50-60）Hz;

（2）分析小屋內的系統部件環境溫度：（5～35）℃;

（3）分析小屋外的系統部件環境溫度：（-30～60）℃;

（4）濕度：（0-90%）RH;

（5）氣壓：（86～106）kPa;

（6）煙氣溫度：≤400℃;

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

（8）系統具有防塵、防雨、防電磁輻射、防雷、防低溫和防火的設計。

1.3 系統測量方法

1.4 系統組成

Honeywell Aura F VOCSs在線監測系統由采樣系統、預處理系統、在線氣相色譜儀、氣源、數據采集系統、輔助監測系統、標定系統等組成。

（1）采樣系統主要由采樣探頭和伴熱管線組成。測量時煙氣由機柜內的高溫采樣泵抽取，樣氣全程高溫在120℃以上，經由采樣探頭、高溫伴熱管線、除塵過濾器后通入VOCs分析儀進行測量。

（2）預處理系統主要由高溫濾芯、采樣泵、電磁閥和機柜組成。實現反吹、機柜標定、全流程標定、過濾等功能。

（3）在線氣相色譜儀配備非甲烷總烴在線氣相色譜儀。在線氣相色譜儀內置軟件工控機，用于操作儀器、運行方法、監控儀器狀態和上傳數據濃度。

（4）氣源由氫氣發生器、零氣發生器、空壓機、載氣、組成。為保證測量的長期準確性，實現反吹、標氣和零氣定期對系統進行零點和量程標定。

（5）數據采集與處理子系統由集線箱和工控機構成。

（6）輔助監測系統，監測溫度、壓力、流速、濕度。

（7）標定系統，可配備對應不同濃度的標氣，也可選用動態稀釋儀對同一濃度的標氣進行稀釋。

2 Honeywell Aura F VOCs在線監測系統技術要求

2.1 系統總體技術要求

2.1.1 監測系統要求

（1）具有計量器具型式批準證書CPA和CCEP認證證書;

（2）機柜內的上位機（中控電腦）控制分析儀表，僅在上位機操作就能實現分析儀表校準、采樣、分析及報表等所有功能。

（3）樣氣管路全程120℃以上高溫，中間無冷點。

（4）正壓進樣分析。

（5）氫氣發生器泄露監測，監測到漏氣自動停止產氫，保證系統安全。

（6）氫氣發生器自動調節流量，根據分析儀表要求自動調節輸出流量。

2.1.2 分析儀表要求

（1）惰性化管路保證無吸附，總烴峰為高斯峰。

（2）內部管路全程120℃以上伴熱，無冷點。

（3）自動點火功能，點火實時監測功能，熄火氫氣自動關閉功能。

（4）分析儀表內散熱風扇需包含報警輸出功能。

（5）采用進口色譜柱分離甲烷、苯系物等VOCs。

（6）采用進口EPC（電子壓力控制器），進口氣動轉子閥（VICI），進樣穩定性和重復性高。

2.2 系統分項技術要求

2.2.1 采樣系統

（1）高溫探頭

系統采用完全抽取全高溫的采樣方式，探頭按照國家規范安裝在管道（或煙囪）的適當位置，經過定制長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，并進行除塵后進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，確保樣氣處于實時更新的狀態，有效提高系統響應時間。

（2）伴熱管線

VOCs在線監控系統采用的伴熱管應用在各種防爆與非防爆場合。

2.2.2 預處理系統

（1）濾芯

濾芯主要是過濾高溫煙氣中的顆粒，防止小顆粒進入管道和色譜儀，發生堵塞。

（2）高溫采樣泵

（3）電磁閥

電磁閥主要是控制反吹、標定等氣路。

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、全過程高溫伴熱的解決方案，樣品經過雙閥進樣系統、雙色譜柱分離、氫火焰離子化檢測器檢測、分別測定樣品中的總烴和甲烷含量，總烴（THC）扣除甲烷（CH4）及空氣中氧計算非甲烷總烴（NMHC）的含量。

采樣：儀器內置兩種采樣模式，分別用于固定污染源廢氣和儀器校準，兩種模式均采用定量環進行定體積采樣，采樣結束后均與大氣壓力平衡。測量固定污染源廢氣時，儀器以高溫泵作為采樣動力沖洗定量環并進行定體積采集。儀器進行零氣或標氣校準時，采用正壓標氣或零氣沖洗定量環并進行定體積采樣。

注樣和分析：十通閥和六通閥通過氣缸驅動從一個狀態切換到另外一個狀態，將載氣引入定量環回路上。載氣流過定量環，將樣品分別注入到空柱和色譜柱內進行分離。本儀器總烴分析采用空柱，總烴由于在空柱上無保留，能夠快速通過色譜柱到達FID檢測器進行檢測。甲烷分析采用PLOT Q填充柱，PLOT Q填充柱位于80℃的柱溫箱，利用沸點差異，甲烷在PLOT Q填充柱上快速分離。

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

2.2.4 氣源

氣源包括機架式氫氣發生器、機架式零級空氣發生器、空壓機、氮氣鋼瓶等。

（1）機架式氫氣發生器

內置單片機計算機智能控制，全中文液晶顯示，自動補水，自動顯示流量，流量可根據用量自動調節。

儀器內部采用全封閉設計，相比傳統堿液型氫氣發生器最大限度的避免了堿液的危害。

內置完善的智能保護措施，超壓、超流量等都能完善的保護，有RS232接口可與主機通訊。

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

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

（2）機架式零氣發生器

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

潔凈干燥：內置進口脫水膜和顆粒過濾裝置，使產品氣的露點降至-20℃以下，顆粒直徑小于0.01微米。

內置單片計算機控制，全中文液晶顯示，有完善的保護措施，有RS232接口與主機通訊。

可加裝二氧化碳、氮氧化物及無機硫脫除裝置。

可加裝緩沖罐，用于推閥。

（3）無油空氣壓縮機

低噪聲：采用減震系統，快速增壓系統。

潔凈干燥：優化儀器配置，降低氣體中的水分。

2.2.5 數據采集系統

（1）適用范圍

VOCs CEMS在線監測系統軟件對本系統進行整體數據采集和管理。系統軟件按要求生成國家環保部門要求的報表，通過數據遠端傳輸傳送到環保相關主管部門，監測系統也可以實現與企業內部的智能監控系統聯網。

（2）主要功能

1）數據顯示功能

屏幕顯示甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯等因子的實時濃度，且標記數據的狀態。

屏幕顯示設備各參數的實時數據和設備運行狀態，如煙氣溫度、壓力、流速或流量、煙氣濕度等。

2）數據的轉換功能

污染物濃度以干基標準狀態值計算。

濃度數據自動處理為整點1小時數據組，如果數據超標則進行報警。

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）數據的檢索功能

可根據時間段檢索，繪制甲烷、總烴、非甲烷總烴、苯、甲苯、二甲苯的濃度趨勢譜圖。

4）數據的存儲功能

上位機單次數據存儲不少于12個月，1小時數據存儲不少于5年。

在線氣相色譜儀原始數據存儲不少于2周，可根據需要設定。

5）監測參數設置功能

可設置各測量數據的報警上限和下限。

可設置（4～20）mA模擬輸入量有關參數和數據輸入開關量所代表的報警含義。

可設置管道橫斷面面積。

系統具有二級管理權限，管理員可以根據需要設置管理權限和登陸密碼。

6）數據遠傳功能

現場的氣相色譜儀定時段數據不僅能夠在本地磁盤中備份，也可以上傳至遠端服務器。

選擇合適數據遠傳單元，利用當地網絡與環保局環保信息平臺通信，上報監測數據。

7）與企業端系統聯網

與企業端系統聯網，向企業端系統輸送濃度數據和報警信息。

2.2.6 輔助監測系統（根據監測要求選配）

煙氣溫度、壓力、流量（流速）測量儀（溫壓流一體機）。

2.2.7 標定系統

2.2.7.1 標氣

適配標氣

標氣瓶配備相關的減壓閥，具體的濃度根據工況進行調整，舉例如表4：

3 小結

3.1 在線監測系統應用常見的幾個難點

（1）監測數據真實性如何保證;

（2）監測數據的長期一致性如何保證;

（3）如何適應高溫、高濕、腐蝕環境;

（4）揮發性有機物的成分復雜如何精確測量;

（5）如何降低客戶綜合使用成本。

3.2 Honeywell Aura F系統特點

3.2.1 數據真實準確，穩定性高

（1）準確測量非甲烷總烴，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技術的恒溫柱箱，保證監測數據的高重復性及長期穩定性;

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

（4）色譜分析儀采用全程伴熱，及有限元熱分析設計，保證數據的準確性;

（5）采樣管線采用PTFE或惰性化金屬，降低樣品吸附，保證數據準確性;

（6）前處理采用帶反吹的多級過濾系統，保證各種工況測試的準確性;

（7）高可靠性流程分析及工控技術，保證系統穩定性。

3.2.2 系統操作簡單，維護輕松

（1）平臺軟件支撐;

（2）斷電恢復現場，斷氣保護，實現無人值守;

（3）界面簡潔易懂，操作簡單;

（4）自動校準&提醒，降低人工成本;

（5）自動去除濾芯雜質，降低更換成本;

（6）內部空間開闊，操作舒適性強;

（7）專家團隊實時遠程支持，維護成本低;

（8）系統耗氣量小，降低運維成本。

3.2.3 安全可靠，現場環境適應性好

（1）熄火自動斷氣，穩定后自動點火，安全性高;

（2）完整的系統診斷日志，安全日志強健;

（3）可選配防爆應用方案，適應防爆環境;

（4）可選配多種氣體組分，通用性強。

3.3 在線監測系統項目實施的其它注意事項

（1）采樣點及采樣位置的選取;

（2）采樣平臺的設計及安裝;

（3）橋架的選取及鋪設;

（4）監測小室體的設計;

（5）在線監測系統的驗收標準。

在線監測系統的應用可實時的對涂裝車間 VOCs 排放進行連續監控。實時監測排放的廢氣有害物質含量是否持續達到國家或地方的排放標準和總量控制標準;連續評價涂裝廢氣治理設施的性能和運行情況，為企業的大氣排放環境評價和日常管理提供支持。