周智勇 黄岗 万阳 李小强 于建新 郭敏

摘 要：文章主要介绍了固定排放源VOCs检测方式，汽车制造行业表面涂装VOCs的排放实施在线监测的必要性，详细阐述了发动机涂装线当前采用的VOCs在线监测系统的组成和适用环境条件以及各核心组成部件的技术指标要求，总结了该套VOCs在线监测系统的一些特点并给出了一些项目实施的注意事项。

关键词：发动机涂装线;VOCs;在线监测

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：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

汽车制造业排放的主要污染物为挥发性有机物，它是环保重点关注的行业，现在国家及地方相继出台了大量的法律法规，国家标准以及部分省份推出的地方标准都对汽车制造行业表面涂装 VOCs 排放问题进行监管和控制，对非甲烷总烃进行合理管控，将其作为污染物管控的主要对象。

对于涂装线 VOCs 检测过程常规的做法是通过离线检测和远程在线监测两种检测方式进行的。其中离线检测方式采样点比较有限，同时其对于时间及测试环境的负面影响比较敏感，分析过程相对滞后，测量的数据结果相对偏低，所以一般都难以体现出固定污染源排放的实时 VOCs 变化。在线监测技术提高了影响因素的分辨率同时减少了检测过程中外界一些因素可能会带来的负面影响，进而实时的对固定污染源的 VOCs 排放进行连续监控。

1 Honeywell Aura F VOCs在线监测系统

1.1 Honeywell Aura F系统监测项目

NMHC（非甲烷总烃）浓度、苯系物浓度、温湿度、压力、流速等。

1.2 应用环境条件

（1）供电电压：220（±10%）V AC/（50-60）Hz;

（2）分析小屋内的系统部件环境温度：（5～35）℃;

（3）分析小屋外的系统部件环境温度：（-30～60）℃;

（4）湿度：（0-90%）RH;

（5）气压：（86～106）kPa;

（6）烟气温度：≤400℃;

（7）所有设备的总用电量（KW）：主机柜功率≤4 KW，伴热管功率为50W/m;

（8）系统具有防尘、防雨、防电磁辐射、防雷、防低温和防火的设计。

1.3 系统测量方法

1.4 系统组成

Honeywell Aura F VOCSs在线监测系统由采样系统、预处理系统、在线气相色谱仪、气源、数据采集系统、辅助监测系统、标定系统等组成。

（1）采样系统主要由采样探头和伴热管线组成。测量时烟气由机柜内的高温采样泵抽取，样气全程高温在120℃以上，经由采样探头、高温伴热管线、除尘过滤器后通入VOCs分析仪进行测量。

（2）预处理系统主要由高温滤芯、采样泵、电磁阀和机柜组成。实现反吹、机柜标定、全流程标定、过滤等功能。

（3）在线气相色谱仪配备非甲烷总烃在线气相色谱仪。在线气相色谱仪内置软件工控機，用于操作仪器、运行方法、监控仪器状态和上传数据浓度。

（4）气源由氢气发生器、零气发生器、空压机、载气、组成。为保证测量的长期准确性，实现反吹、标气和零气定期对系统进行零点和量程标定。

（5）数据采集与处理子系统由集线箱和工控机构成。

（6）辅助监测系统，监测温度、压力、流速、湿度。

（7）标定系统，可配备对应不同浓度的标气，也可选用动态稀释仪对同一浓度的标气进行稀释。

2 Honeywell Aura F VOCs在线监测系统技术要求

2.1 系统总体技术要求

2.1.1 监测系统要求

（1）具有计量器具型式批准证书CPA和CCEP认证证书;

（2）机柜内的上位机（中控电脑）控制分析仪表，仅在上位机操作就能实现分析仪表校准、采样、分析及报表等所有功能。

（3）样气管路全程120℃以上高温，中间无冷点。

（4）正压进样分析。

（5）氢气发生器泄露监测，监测到漏气自动停止产氢，保证系统安全。

（6）氢气发生器自动调节流量，根据分析仪表要求自动调节输出流量。

2.1.2 分析仪表要求

（1）惰性化管路保证无吸附，总烃峰为高斯峰。

（2）内部管路全程120℃以上伴热，无冷点。

（3）自动点火功能，点火实时监测功能，熄火氢气自动关闭功能。

（4）分析仪表内散热风扇需包含报警输出功能。

（5）采用进口色谱柱分离甲烷、苯系物等VOCs。

（6）采用进口EPC（电子压力控制器），进口气动转子阀（VICI），进样稳定性和重复性高。

2.2 系统分项技术要求

2.2.1 采样系统

（1）高温探头

系统采用完全抽取全高温的采样方式，探头按照国家规范安装在管道（或烟囱）的适当位置，经过定制长度的伴热管线采集管道中的气体，伴热管线温度伴热到120℃以上，并进行除尘后进入气相色谱仪分析气体成份。分析主流路由高温泵不间断采样，确保样气处于实时更新的状态，有效提高系统响应时间。

（2）伴热管线

VOCs在线监控系统采用的伴热管应用在各种防爆与非防爆场合。

2.2.2 预处理系统

（1）滤芯

滤芯主要是过滤高温烟气中的颗粒，防止小颗粒进入管道和色谱仪，发生堵塞。

（2）高温采样泵

（3）电磁阀

电磁阀主要是控制反吹、标定等气路。

2.2.3 在线气相色谱仪

（1）非甲烷总烃在线气相色谱仪

在线气相色谱仪采用双阀、双柱、单FID、全过程高温伴热的解决方案，样品经过双阀进样系统、双色谱柱分离、氢火焰离子化检测器检测、分别测定样品中的总烃和甲烷含量，总烃（THC）扣除甲烷（CH4）及空气中氧计算非甲烷总烃（NMHC）的含量。

采样：仪器内置两种采样模式，分别用于固定污染源废气和仪器校准，两种模式均采用定量环进行定体积采样，采样结束后均与大气压力平衡。测量固定污染源废气时，仪器以高温泵作为采样动力冲洗定量环并进行定体积采集。仪器进行零气或标气校准时，采用正压标气或零气冲洗定量环并进行定体积采样。

注样和分析：十通阀和六通阀通过气缸驱动从一个状态切换到另外一个状态，将载气引入定量环回路上。载气流过定量环，将样品分别注入到空柱和色谱柱内进行分离。本仪器总烃分析采用空柱，总烃由于在空柱上无保留，能够快速通过色谱柱到达FID检测器进行检测。甲烷分析采用PLOT Q填充柱，PLOT Q填充柱位于80℃的柱温箱，利用沸点差异，甲烷在PLOT Q填充柱上快速分离。

反吹：当甲烷色谱峰完成后，十通阀和六通阀从Inject状态切换到Load状态。此时，样气流路被转接到采样系统，而流经甲烷色谱柱的载气的方向相比于Inject状态已反转，随着色谱柱载气方向转换后，非甲烷总烃被反吹出甲烷色谱柱，不被FID检测，且不影响下一次的分析检测。

2.2.4 气源

气源包括机架式氢气发生器、机架式零级空气发生器、空压机、氮气钢瓶等。

（1）机架式氢气发生器

内置单片机计算机智能控制，全中文液晶显示，自动补水，自动显示流量，流量可根据用量自动调节。

仪器内部采用全封闭设计，相比传统碱液型氢气发生器最大限度的避免了碱液的危害。

内置完善的智能保护措施，超压、超流量等都能完善的保护，有RS232接口可与主机通讯。

氢气发生器产生的氢气流量小于500ml/min，压力小于0.3Mpa，纯度99.999%，不足以发生爆炸。

氢气发生器与VOCSs主仪表（在线气相色谱仪）之间设有截止阀，在FID使用完后，即可关闭截止阀，确保H2不泄露。

（2）机架式零气发生器

高效催化：采用高温催化氧化技术，以多种贵金属材料做催化剂。将烃类物质完全氧化生成二氧化碳和水，达到净化的目的。

洁净干燥：内置进口脱水膜和颗粒过滤装置，使产品气的露点降至-20℃以下，颗粒直径小于0.01微米。

内置单片计算机控制，全中文液晶显示，有完善的保护措施，有RS232接口与主机通讯。

可加装二氧化碳、氮氧化物及无机硫脱除装置。

可加装缓冲罐，用于推阀。

（3）无油空气压缩机

低噪声：采用减震系统，快速增压系统。

洁净干燥：优化仪器配置，降低气体中的水分。

2.2.5 数据采集系统

（1）適用范围

VOCs CEMS在线监测系统软件对本系统进行整体数据采集和管理。系统软件按要求生成国家环保部门要求的报表，通过数据远端传输传送到环保相关主管部门，监测系统也可以实现与企业内部的智能监控系统联网。

（2）主要功能

1）数据显示功能

屏幕显示甲烷、总烃、非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯等因子的实时浓度，且标记数据的状态。

屏幕显示设备各参数的实时数据和设备运行状态，如烟气温度、压力、流速或流量、烟气湿度等。

2）数据的转换功能

污染物浓度以干基标准状态值计算。

浓度数据自动处理为整点1小时数据组，如果数据超标则进行报警。

屏幕显示甲烷、总烃、非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯的浓度的有效小时均值、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传。

3）数据的检索功能

可根据时间段检索，绘制甲烷、总烃、非甲烷总烃、苯、甲苯、二甲苯的浓度趋势谱图。

4）数据的存储功能

上位机单次数据存储不少于12个月，1小时数据存储不少于5年。

在线气相色谱仪原始数据存储不少于2周，可根据需要设定。

5）监测参数设置功能

可设置各测量数据的报警上限和下限。

可设置（4～20）mA模拟输入量有关参数和数据输入开关量所代表的报警含义。

可设置管道横断面面积。

系统具有二级管理权限，管理员可以根据需要设置管理权限和登陆密码。

6）数据远传功能

现场的气相色谱仪定时段数据不仅能够在本地磁盘中备份，也可以上传至远端服务器。

选择合适数据远传单元，利用当地网络与环保局环保信息平台通信，上报监测数据。

7）与企业端系统联网

与企业端系统联网，向企业端系统输送浓度数据和报警信息。

2.2.6 辅助监测系统（根据监测要求选配）

烟气温度、压力、流量（流速）测量仪（温压流一体机）。

2.2.7 标定系统

2.2.7.1 标气

适配标气

标气瓶配备相关的减压阀，具体的浓度根据工况进行调整，举例如表4：

3 小结

3.1 在线监测系统应用常见的几个难点

（1）监测数据真实性如何保证;

（2）监测数据的长期一致性如何保证;

（3）如何适应高温、高湿、腐蚀环境;

（4）挥发性有机物的成分复杂如何精确测量;

（5）如何降低客户综合使用成本。

3.2 Honeywell Aura F系统特点

3.2.1 数据真实准确，稳定性高

（1）準确测量非甲烷总烃，苯系物及定制化特征因子;

（2）色谱分析仪采用EPC压力流量控制，及特有ATC技术的恒温柱箱，保证监测数据的高重复性及长期稳定性;

（3）色谱分析仪压力精度达到0.001psi，温度控制精度达到0.01?C;

（4）色谱分析仪采用全程伴热，及有限元热分析设计，保证数据的准确性;

（5）采样管线采用PTFE或惰性化金属，降低样品吸附，保证数据准确性;

（6）前处理采用带反吹的多级过滤系统，保证各种工况测试的准确性;

（7）高可靠性流程分析及工控技术，保证系统稳定性。

3.2.2 系统操作简单，维护轻松

（1）平台软件支撑;

（2）断电恢复现场，断气保护，实现无人值守;

（3）界面简洁易懂，操作简单;

（4）自动校准&提醒，降低人工成本;

（5）自动去除滤芯杂质，降低更换成本;

（6）内部空间开阔，操作舒适性强;

（7）专家团队实时远程支持，维护成本低;

（8）系统耗气量小，降低运维成本。

3.2.3 安全可靠，现场环境适应性好

（1）熄火自动断气，稳定后自动点火，安全性高;

（2）完整的系统诊断日志，安全日志强健;

（3）可选配防爆应用方案，适应防爆环境;

（4）可选配多种气体组分，通用性强。

3.3 在线监测系统项目实施的其它注意事项

（1）采样点及采样位置的选取;

（2）采样平台的设计及安装;

（3）桥架的选取及铺设;

（4）监测小室体的设计;

（5）在线监测系统的验收标准。

在线监测系统的应用可实时的对涂装车间 VOCs 排放进行连续监控。实时监测排放的废气有害物质含量是否持续达到国家或地方的排放标准和总量控制标准;连续评价涂装废气治理设施的性能和运行情况，为企业的大气排放环境评价和日常管理提供支持。