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加油站有机挥发物(VOC)在线监测系统

简要描述:

机挥发物即VOC的定义为熔点低于室温而沸点在50-260℃之间的挥发性有机化合物的总称。VOC室外主要来自燃料燃烧和交通运输,室内主要来自燃煤和天然气等燃烧产物、吸烟、采暖和烹调等得烟雾,建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂和人体本身的排放等。

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1加油站VOC特点

   目前国内加油站的收发油多以汽油为主受汽油等轻质油品沸点低(50~200e)、自身容易挥发等物理特性所决定加油站烃类VOCs的产生不可避免。通常情况下加油站正常作业的VOC主要产生于装卸和加油作业2个环节在装卸作业中油罐车通过输油管道向储罐内卸油罐内液面上升形成正压罐内饱和油蒸气由通气管排向大气中(这一过程也称大呼吸)在加油作业环节中由于加油枪与油箱口的非密接使得大量油气从油箱口排出进入大气此外油品在储存中由于环境温度的变化罐内饱和油气也存在着呼吸损失但是这一部分的排放相对是比较少的

2.2 总体设计

有机挥发物在线监测系统针对空气中存在的VOC气体,将无线传输技术、数据库技术、软件技术与传感检测技术结合,实时监测加油站排放气体中的温度、湿度、VOC浓度等相关参数,通过逻辑判断和智能分析,输出VOC等级和报警信号,从而达到完善和提升大气环境远程监测和预警能力,在环境恶化时及时提醒处理。

加油站有机挥发物在线监测系统总体技术架构如下:

 

2.3 系统架构

加油站有机挥发物在线监测系统由监控中心和监测终端组成:

 

2.4 主要功能

加油站有机挥发物在线监测系统实现在线监控、数据采集、模型计算、数据存取、网络发布、报表查询、报警控制、维护管理等功能,主要包括:

  • 监测温度、湿度、VOC等级等,并将监测到的数据通过无线网络或手机短信传送到监控中心实时在线,数据主动上报(GPRS/CDMA/3G可选)

通过传感器检测参数综合分析城市大气中VOC的状况;

监测探头断线报警功能;

  • 基于电子地或表格实时显示每个监测终端的在线数据;
  • 实时数据、事件记录、操作记录的长期保存;
  • 系统可以针对某一监测点显示趋势曲线,也可以进行多监测点同时显示趋势曲线,通过分析和对比实现预测预警功能;
  • 监控中心对于出现的通信故障和数据超限产生报警,并将产生报警的时间和原因记录入数据库,报警的方式为窗口提示、声音报警、短信发送等;
  • 可通过设置不同的查询条件(包括时间、用户、数据范围等)从数据库中获得各种历史数据,也可查询报警记录,获得产生报警的时间和原因,对各种数据进行分析,并可在权限范围内实现局域网内数据共享;
  • 系统可录入每个公厕名字、设备数量类型等,以及现场的名字和,方便使用;
  • 可采用标准环保协议、通用MODBUS协议或优化自定义通讯协议,数据接受时自动辨别。并可根据用户要求增加通信协议;
  • 根据系统要求,可对各采集终端设定不同的采集间隔。

3现场监测设备

3.1概述

有机挥发物现场监测设备安装在现场,由在线监测终端和传感探头两部分组成。在线监测终端集成GPRS无线通信模块,采用实时在线、自动上报的方式工作。在线监测终端通过传感探头采集大气温度、湿度、VOC浓度等原始数据,并进行综合分析,zui终得到现场综合环境等级。

3.2 原理介绍

PID是一种光离子化检测器,主要用来检测浓度在1ppb-15000ppm数量级的低浓度挥发性有机化合物和其它的有毒气体PID是一个高度灵敏、适用范围广泛的检测器

PID使用了一个紫外灯(UV)光源将有机物分子电离成可被检测器检测到的正负离子(离子化)。检测器捕捉到离子化了的气体的正负电荷并将其转化为电流信号实现气体浓度的测量。当待测气体吸收高能量的紫外光时,气体分子受紫外光的激发暂时失去电子成为带正电荷的离子。气体离子在检测器的电极上被检测后,很快与电子结合重新组成原来的气体和蒸气分子。PID是一种非破坏性检测器,它不会”燃烧”或*性改变待测气体分子,经过PID检测的气体仍可被收集做进一步的测定。

    

理论上,所有的化学物质都能被离子化,但是它们被电离所需要的能量是不同的。能够转移一个电子和电离一个化合物的能量叫电离能,用电子伏特(eV)作为计量单位。紫外灯所发出的能量也可以用电子伏特来计量。如果某种气体的电离能低于灯发出的能量那么这种气体将被电离。可以被PID检测的zui主要的气体或挥发物是大量的含碳原子的有机化合物(VOC)。包括:

芳香类:含有苯环的系列化合物,比如:苯、甲苯、乙苯、二甲苯等;

• 酮类和醛类:含有C=O键的化合物。比如:丙酮、丁酮、甲醛、乙醛等;

• 胺类和氨基化合物:含N的碳氢化合物。比如:二乙胺等;

• 卤代烃类:如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等;

• 含硫有机物:甲硫醇、硫化物等;

• 不饱和烃类:丁二烯、异丁烯等;

• 饱和烃类:丁烷、辛烷等;

• 醇类:异丙醇(IPA)、乙醇等。

除了上述有机物,PID还可以测量一些不含碳的无机化合物气体,如:

氨;

•半导体气体:化氢(砷烷)、磷化氢(磷烷)等;

•硫化氢;

•氮氧化物;

•溴和碘;

 

3.3 在线监测终端

 

3.2.1功能特点

1)标准的技术路线:根据国家相关标准要求提供完整的配置系统;

2)优质的软件平台:通过中心端软件平台,实现多站点数据集成、分析、上报和发布。

3)科学的算法技术:采用高斯烟羽模型,分布式冗余节点判断算法实现对VOCs排放区域布点、整体监控,污染物扩散趋势推算,VOCs排放源解析等功能。

4)精确的监测数据:可同时监测多种污染气体,具有很高的时间、空间分辨能力和探测灵敏度;

5)先进的配套软件:采用数据采集、分析及可视化软件,大大提高监测效率。

6)引领全球PID发展趋势采用自主研发的、拥有多项国际的第三代本安型PID传感器,响应时间更快,抗湿性能更强,测量范围大;无需工具可实现传感器互换,支持离线标定

7)PID自清洗技术确保仪表的长期稳定工作,延长传感器使用寿命

8)独有的泵吸式采样内置强力采样泵,监测范围大,响应、恢复时间短,使仪器具有敏锐嗅觉

9)超宽测量范围,量程自由设定测量精度达到ppb级

10)3G开放式气路结构使检测范围扩大2倍,响应时间加快10s,免维护时间有效延长

11)智能的温度和零点补偿算法使仪器表现出更加优良的性能

12)可检测数千种气体广谱性检测,内置气体库,方便用户选择

13)多种信号输出可微调标准4~20mA(三线制)、RS485 Modbus、三级开关量输出(常开/常闭可选)

3.2.2技术参数

传感器类型

PID光离子

触点容量

30VDC/1A

气体种类

TVOC

物理按键

4个功能按键,操作灵敏、快捷指示灯:3个(电源-绿、报警-红、故障-黄)

采样方式

泵吸式

气体量程

详见传感器选型表

控制输出

二级报警继电器

精确度

≤±5%FS

显示屏

LCD点阵屏+三色背光源

分辨率

详见传感器选型表

显示屏尺寸

84*45mm

重复性

≤±2%FS

外壳尺寸

190(长)*120(宽)*200(高)mm

零点漂移

≤±2%FS/6h

重量

5Kg

跨度漂移

≤±5%FS/6h

工作温度

-20~70℃

响应时间

T90<5s

工作湿度

20~90%RH(无凝结)

输出信号

RS485数字信号(链接配备智易软件的工控主机可个人电脑);4-20mA模拟信号(链接具备4-20mA接口的PLC及其他上位机)

工作电压

12-36VOC

功率

1.5W

工作寿命

传感器(1~2年)、仪器(100年)

 

3.2.3技术实现

在线监测终端核心部件采用单片机,设置有RS232和GPRS通讯接口,自带液晶显示和参数设置按键,具备强大的人机界面功能,保证良好的交互性。数字液晶显示表头能显示各种测量参数和配置菜单。

在线监测终端结构框图如下:

 

3.2.4 TVOC在线检测仪传感器(PID)

 

此款传感器采用不锈钢防爆外壳,独有的泵吸式采样,将气体吸入气室,经过紫外灯离子化后通过传感器检测,测量范围宽广,量程可自由设定,3G式开放气路结构,智能的温度和零点补偿算法,可检测数千种气体,内置气体库,可多信号输出,友好清晰的人机界面,既方便操作又方便观察,传感器响应时间快,恢复时间短;支持离线标定,寿命长。

4 软件应用平台

4.1概述

有机挥发物在线监测系统应用平台体系结构如下:

  • 采集服务实现对系统监控组网、网络通信协议、网络接口服务、网络平台管理、监控数据远程实时采集等软件的集成,并为数据服务层提供数据支持。
  • 数据服务实现对数据库软件平台、数据服务(Web ServicesDCOM组件、数据接口服务、中间件等)软件的集成,并为应用软件层提供数据支持。
  • WEB应用实现对组态应用软件、工具软件、各类人机界面软件、WEB发布软件的集成,从而zui终满足用户对系统的需求。

4.2软件架构

有机挥发物在线监测系统包括数据采集软件、数据管理软件、WEB发布软件等,软件框架示意如下:

 

4.3技术实现

有机挥发物在线检测系统应用平台软件主要包括实时监测、数据采集存储预警报警、统计分析、数据管理、系统设置等模块。

4.3.1实时数据入库系统

实时数据入库系统主要实现监测点所产生的测量数据实时存到监测平台数据存储中心,可以对接不同类型的监测因子。

4.3.2数据存储系统

原始监测数据,将全部存储在监测平台分布式文件系统,用于存储海量的非结构化数据。为了满足和适应数据量、数据特征和查询处理的不同需求,部分存储于关系型数据库中。

4.3.3实时预警系统

对监测指标设置对应的阀值,超过该值超过一分钟在*时间通过邮件,App推送,或者短信等形式通知行政人员,给管理部门迅速出动,及时阻止破坏环境保护的行为。

4.3.4数据查询分析应用系统

VOCs数据查询分析应用提供包括实时监控数据分析、总量核算、源解析及源强计算、区域排放监测与预警、污染源扩散预测及分析等,同时可查看历史记录和分析数据等功能。VOCs历史数据查询处理时,由于数据量巨大,需要调度使用云计算技术管理多台服务器节点进行并行处理。

4.3.5数据管理

查看系统内超标数据,并配置短信设置,可进行超标预警等,提高工作效率。

 

4.3.6数据接口

系统提供Web Service和Json格式数据接口,供外部系统调用系统数据,方便和第三方平台对接。

4.3.7监测设备自动校准

采用物联网和云计算技术,建立监测数据的神经网络模型,实现监测设备的自动校准,降低设备运维费用,提高数据的准确性。

5 工作分解

5.1 前期准备

硬件采购

软硬件平台搭建

开发方案确定

5.2 现场监测设备开发

硬件开发

嵌入软件开发

单机测试

设备接口调试

5.3 管控平台开发

数据库表设计

数据库表建立

数据库操作功能测试

报表格式设计

报表功能开发

设备管理功能开发

用户管理功能开发

WEB发布及远程监控

 

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