汽车4S店VOC在线监测系统技术方案

发布时间:2019-02-19 10:40:03

01概述

1.1 VOC定义

有机挥发物即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。

VOC的来源分析如下:

炼油、石化、储油库、加油站等油品挥发;污水厂、填埋场等生物作用;油墨、有机溶剂;鞋类制品所用的胶水等;涂改液、香味玩具等;涂料、油漆、胶黏剂等;燃料燃烧、垃圾焚烧、汽车尾气等;电子电气产品在较高温度下使用时会挥发出VOC、电子五金的清洁溶剂等;洗涤剂、清洁剂、衣物柔顺剂、化妆品、办公用品、壁纸及其他装饰品。

1.2 VOC危害

在一般的室内环境中存在100种以上的VOC,常见的种类有甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛等,其中苯、甲苯等已被怀疑或确定为致癌物质。

VOC对人体健康有巨大影响。VOC在室外太阳光和热的作用下能参与氧化氮反应并形成臭氧,臭氧导致空气质量变差并且是夏季烟雾主要组分,当环境中的VOC达到一定浓度时,短时间内人们会感到头痛、恶心、呕吐、乏力等,严重时会出现抽搐、昏迷,并会伤害到人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统,造成记忆力减退等严重后果。

VOC的分级控制要求:

高毒害,如丙烯腈、苯、环氧乙烷、1,3-丁二烯、1,2-二氯乙烷、氯乙烯等:控制在5mg/m3以内;

中等毒害,如甲醛、乙醛、酚类、苯胺、硝基苯、氯甲烷等,控制在20mg/m3以内;

低毒害,如甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯、甲醇、丙酮等,控制在100mg/m3以内。

1.3 VOC治理

针对VOC的危害性,国家发布了一系列标准和规范进行监管:

大气污染物综合排放标准(GB16297-1996);恶臭污染物排放标准(GB14554-1993);炼焦炉大气污染物排放标准(GB16171-1996);饮食业油烟排放标准(GB18483-2001);储油库大气污染物排放标准(GB20950-2007);汽油运输大气污染物排放标准(GB20951-2007);加油站大气污染物排放标准(GB20952-2007);合成革与人造革工业污染物排放标准(GB21902-2008);《橡胶制品工业污染物排放标准》(GB27632-2011);《乘用车内空气质量评估指南》(GB/T27630-2011);《省政府关于印发江苏省生态红线区域保护规划的通知》(苏政发[2013]113号);《关于加强建设项目环评文件固体废物内容编制的通知》(苏环办【2013】283号);《中华人民共和国环境保护部公告(2013年第59号)环境空气细颗粒物综合防治技术政策》;《省政府关于印发江苏省大气污染防治行动计划实施方案的通知》,苏政发〔2014〕1号;《挥发性有机物(VOCs)污染防治技术政策》环境保护部公告【2013】 31号;《关于切实加强建设项目环境保护公众参与的意见》苏环规【2012】4号;《关于切实加强风险防范严格环境影响评价管理的通知》环发【2012】98号;《江苏省大气颗粒物污染防治管理办法》2013年8月1日实施;《关于落实省大气污染防治行动计划实施方案严格环境影响评价准入的通知》(苏环办【2014】104号);《关于印发江苏省重点行业挥发性有机物污染控制指南的通知》(苏环办【2014】128号);《关于加强建设项目烟粉尘、挥发性有机物准入审核的通知》(苏环办【2014】148号);《汽车整车制造表面涂装大气污染物排放标准》(DB50/577-2015);《汽车产业发展政策》(2009 年修订),工信部、发改委第10 号令,2009 年9 月1 日起实施。

同时一系列标准规范正在制订中:

石油炼制工业污染物排放标准;石油化工化纤工业污染物排放标准;树脂工业污染物排放标准(环氧树脂、酚醛树脂等);农药工业污染物排放标准(系列标准);制药工业污染物排放标准(系列标准);电子工业污染物排放标准(系列标准);涂料工业污染物排放标准;油墨工业污染物排放标准;橡胶制品工业污染物排放标准;皮革制品工业污染物排放标准;人造板工业污染物排放标准;涂装工业污染物排放标准;铸造工业污染物排放标准;服装干洗业污染物排放标准;汽车维修业污染物排放标准。

VOC的治理可采用以下方式:

活性吸附法

在有机废气治理工艺中,吸附是处理效果好、使用较广的方法之一,吸附剂有活性炭、硅藻土、沸石等,其中活性炭吸附应用最多。通过吸附系统,不仅可以使 VOC浓度大大降低,实现废气达标排放,而且吸附后通过气提解吸,收集物可回用于生产。

引风高空排放法

该方式成本低、易操作、效果明显。但高空排放只是污染的转移,并没有真正解决污染问题,而引风机功力大小和风口安装高度又直接影响引风效果。

燃烧处理法

VOC 为有机挥发性物质,易燃烧,可采用常温或催化氧化燃烧处理。气体由引风管道通入锅炉或焚烧炉燃烧,但对高温有机气体还要经过安全论证。此法处理比较完全,基本可以把VOC 转化为CO2 、H2O。

吸收除气法

因VOC一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有机溶剂,可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOC,吸收后的溶剂可用于燃料或稀释剂。这种方法操作方便、成本低,但吸收处理后一般尚有挥发气体残余,因有机溶剂本身易挥发,因此不能使 VOC 降为零,若遇高温,则吸收率更低。

冷凝收集法

对反应釜高温有机气体可采用冷凝收集,先用直冷凝再螺旋冷凝,该法除气效果明显、易操作、运行成本低,但对低沸点气体效果不佳。

生物处理法

有机废气的生物处理是最经济有效的方法,效果好、运行费用低于任何一种处理方法、安全、易操作。VOC的生物净化法有直接微生物净化法、间接微生物处理法 ( 先水吸收再废水生物处理 )及植物净化法等。

02系统方案

2.1 汽车4S店VOC特点

汽车4S店产生的大气污染物主要为喷漆废气、晾干废气、焊接烟尘及补胎废气。

汽车4S店的环境影响评价因子:

汽车4S店环境空气质量标准:

注:因涂装车间排放的有机废气成分复杂,故用TVOC(挥发性有机物)代替。

汽车4S店大气污染物排放标准:焊接烟尘、漆雾颗粒、甲苯、二甲苯及非甲烷总烃的排放执行《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996),TVOC参照广东省《表面涂装(汽车制造业)挥发性有机化合物排放标准》。

汽车4S店食堂中产生油烟废气参照执行《饮食业油烟排放标准》(GB18483-2001)中的小型饮食业单位的有关标准:油烟最高允许排放浓度2mg/m3,净化率≥60%。

典型汽车4S店排气筒监测数据:

由上表监测结果可知,项目喷漆过程中产生的特征污染物甲苯、二甲苯、非甲烷总烃、颗粒物的最大排放速率分别为0.184mg/m3、11.73mg/m3、98.55mg/m3、6.0 mg/m3,符合排放标准。

2.2 总体设计

有机挥发物在线监测系统针对大气中广泛存在的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,实时监测汽车4S店排放气体中的温度、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。

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

汽车4S店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

汽车4S店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;基于电子地图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,以及现场联系人的名字和电话,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。

03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,最终得到现场综合环境等级。

3.2在线监测终端

3.2.1功能特点

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;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。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。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;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。引领全球PID发展趋势:采用自主研发的、拥有多项国际专利的第三代本安型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;PID自清洗专利技术:确保仪表的长期稳定工作,延长传感器使用寿命;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:超宽测量范围,量程自由设定:测量精度达到ppb级: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;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;可检测数千种气体:广谱性检测,内置气体库,方便用户选择;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

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。

04软件应用平台

4.1概述

汽车4S店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 Services、DCOM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,从而最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第一时间通过邮件,App推送,或者短信等形式通知行政执法人员,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。

05工作分解

5.1主要任务

5.1.1 前期准备

硬件采购

软硬件平台搭建

开发方案确定

5.1.2 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

5.1.3 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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