廢氣在線監測系統的安裝調試及運維

劉國超，謝小琛(一汽-大眾汽車有限公司，吉林 長春 130000)

1 基本概念和原理

非甲烷總烴連續監測系統(nonmethane hydrocarbons continuous emission monitoringsystem, NMHC-CEMS)，即連續監測固定污染源廢氣中非甲烷總烴排放濃度和排放量所需的全部設備。系統依靠采樣探頭從排放管道內取樣，經高溫除塵后，通過高溫伴熱管線進入在線氣相色譜儀，經過色譜分離后進入高靈敏度氫火焰離子化檢測器(FID)進行測量，最后通過系統軟件自動完成數據的采集、分析、處理、傳輸和存儲。

2 系統組成

NMHC-CEMS 系統結構主要包括樣品采集和傳輸裝置、預處理設備、分析儀器、數據采集和傳輸設備以及其他輔助設備等(如圖1所示)。依據系統測量方式和原理的不同，系統可能由上述全部或部分結構組成。系統測量廢氣中總烴及甲烷濃度、廢氣參數(溫度、壓力、流速、流量等)，其中非甲烷總烴濃度=總烴濃度-甲烷濃度，對含氧量參與污染物折算濃度計算的要同時測量含氧量。同時計算廢氣中污染物排放速率和排放量，顯示和統計各種參數、圖表，并可將數據傳輸至管理部門。

圖1 NMHC-CEMS 系統結構

3 在工程中的應用

某汽車工廠涂裝車間的噴漆廢氣中含有大量揮發性有機物(VOCs)，主要來源于汽車噴涂過程中使用的色漆以及清漆中的溶劑成分物質等。VOCs對環境及人體健康均有不利影響，需對噴漆廢氣處理后方可排放。

廢氣治理工藝采用KPR(沸石轉輪吸附)+TNV(熱力焚燒)對廢氣進行處理。通過可循環使用的沸石將廢氣中的VOC進行濃縮，沸石轉輪分為三部分：吸附區、脫附區、冷卻區。當廢氣中VOC通過吸附區時，其包含的VOC被沸石吸附。當吸收了足夠多VOC的沸石進入脫附區時，利用高溫氣體對沸石進行脫附。脫附后的沸石經過冷卻區冷卻后繼續進行VOC吸附。脫附后的氣體基本上濃縮了絕大部分噴漆廢氣中的VOC物質，之后將濃縮氣體送至熱力焚燒爐燃燒，再經熱力交換后最終排放。

根據國家及當地環保政策要求，需對廢氣排放過程進行在線監控，以非甲烷總烴表征揮發性有機物。

3.1 系統安裝過程

在涂裝車間45 m高排放煙囪上安裝廢氣在線監測設備(兩套)監控非甲烷總烴排放指標，上傳監測數據至環境自動監控系統，同時在監測站房及采樣口位置安裝視頻監控系統，監控視頻也需上傳至相關環保監管平臺。無線傳輸監控視頻如圖2 所示。

(1)監測站房。監測站房與采樣點之間距離原則上不超過70 m；站房面積大于16 m2(多臺機柜)。監測站房內應安裝空調，室內溫度應保持在15～30 ℃，相對濕度應≤60%，空調應具有來電自動重啟功能。

(2)監測系統組裝，包括采樣傳輸裝置、分析裝置、伴熱管、電路、氣源等等，由廠家專業人員實施。監控探頭需滿足可監測廢氣的溫度、壓力、流量參數。

(3)視頻監控系統。自動監測站房內和監測采樣口處安裝視頻監控設施，監控有效傳至環保平臺，視頻傳輸需要20 M以上的專線。本工程由于監測平臺區域無可用電信光纜檢查井，施工采用有線+無線傳輸方式，取代挖鑿道路鋪設光纖、在車間內橋架鋪設光線等方案，避免對現有道路的破壞，減少施工工程量，保證施工進度。此部分工作由當地電信部門專業人員實施。無線傳輸監控視頻如圖2所示。

圖2 無線傳輸監控視頻

(4)數采儀。數采儀是由指定第三方部門提供，需聯網調試，由第三方專業人員實施。考慮預留后期增加上傳監控平臺模塊及環保在線監測數據的整合。

(5)監測采樣口位置。監測采樣口位置設置在垂直管段，應避開煙道彎頭和斷面急劇變化的部位，設置在距彎頭、閥門、變徑管下游方向不小于4倍直徑(或當量直徑)和距上述部件上游方向不小于2倍直徑(或當量直徑)處。對矩形煙道，其當量直徑D=2AB/(A+B)，其中A、B為邊長。采樣口上游垂直方位應設置比對采樣口，方便后續開展人工比對監測工作。

(6)電源氣源的確認。此部分工作需提前確認，保證現場能提供穩定的不間斷的氣源及電源，該項目的氣源和電源分別接自涂裝車間內的壓縮空氣主管路及主配電柜；同時監測站房內配備穩壓電源及UPS電源(≥8 kW)。

3.2 調試

調試主要分三部分，取樣檢測調試、數據上傳系統及視頻監控系統調試，分別由相關專業人員進行。監測設備在整套系統調試完成后，進行168 h正常運行后進行初檢，初檢期間宜輔以人工取樣檢測，一般為4次/d取樣檢測；初檢合格后，進入90 d現場運行期；90 d現場運行符合要求后，進行復檢[1]。

3.3 日常運維

監測現場的運維內容包括：每周一次現場標氣標定，運行狀態點檢，定期的設備維護，氮氣瓶更換及其他耗材的更換，出現監測數據異常，對監測設備硬件、軟件的維修更換等，并對運維情況進行記錄留底；每三個月一次比對監測。

環境自動監控系統的運維內容包括：及時關注已上傳管控平臺的監測數據，發現問題第一時間(4 h內)到現場處理；對異常數據的進行情況說明，并在管控平臺上上傳有效說明文件；異常數據產生的工單處理；定期分析近期監測數據，統計數據上傳有效率(大于90%)，異常情況響應率(95%)，分析原因并提出控制措施。運維實施要保證監測設備易損件及消耗品配備齊全，并及時更換，降低故障發生率，減少無效數據時段；同時要保證配有第三方檢測單位，以備出現應急情況時采取人工檢測，比如發生故障需要停機維修[2]。監測設備出現故障時在環境自動監控系統上報備如圖3所示。工廠停產在環境自動監控系統上報備如圖4所示。

圖3 監測設備出現故障時在環境自動監控系統上報備

圖4 工廠停產在環境自動監控系統上報備

4 結語

該項目當地環保部門要求以VOC檢測限值30 mg/L作為控制NMHC的指標，目前兩套系統運行NMHC日均值約在10 mg/L。視頻監控系統采用結合鋪設光纖+近距離無線傳輸方式，有效解決實施過程中遇到的工程問題。整套系統安裝分較多專業人員參與，有效協調各專業隊伍按期完成相應作業內容對項目的進度起到重要作用。運維過程需按既定要求按時保質保量的完成相應動作，并留有記錄，同時要保證對監測數據的及時關注，發現問題第一時間到現場處理，減少無效數據上傳，此項工作是運維過程中關鍵環節。環保在線監測可間接反映環保設施KPR+TNV的運行狀態，后續可在滿足生產需求及排放合規的前提下，對采集到的廢氣排放數據結合環保設施的運行參數進行深度分析，包括對車間生產用原材料(漆料)使用的數據分析，最后統計出環保設施最佳運行狀態參數、原材料種類對污染物排放情況的影響等，促使在線監測設備的使用不在局限于滿足環保監控的要求，更好服務工廠的環保節能管理提升工作。