汽車4S店VOCs在線監測系統

技術方案

北京普瑞分析儀器有限公司

2017年5月12日

目  錄

1概述 4

1.1 VOCs定義 4

1.2 VOCs危害 4

1.3 VOCs治理 5

2系統方案 7

2.1 汽車4S店VOCs特點 7

2.2 總體設計 10

2.3 系統架構 11

2.4 主要功能 11

3現場監測設備 12

3.1概述 12

3.2 在線監測終端 12

3.2.1功能參數 12

3.2.2技術實現 13

3.3 傳感探頭 14

3.3.1功能參數 14

3.3.2技術實現 14

4 軟件應用平臺 15

4.1概述 15

4.2軟件架構 15

4.3技術實現 16

4.3.1數據采集模塊 16

4.3.2在線監測管理模塊 16

4.3.3地圖實時數據顯示 16

4.3.4數據查詢模塊 17

4.3.5 統計分析模塊 17

4.3.6系統設置與管理模塊 17

5 工作分解 18

5.1主要任務 18

5.1.1 前期準備 18

5.1.2 現場監測設備開發 18

5.1.3 管控平臺開發 18

5.2任務分解及進度控制 18

1概述

1.1 VOCs定義

有機揮發物即VOCs的定義為熔點低于室溫而沸點在50-260℃之間的揮發性有機化合物的總稱。VOCs室外主要來自燃料燃燒和交通運輸，室內主要來自燃煤和天然氣等燃燒產物、吸煙、采暖和烹調等得煙霧，建筑和裝飾材料、家具、家用電器、清潔劑和人體本身的排放等。

VOCs的來源分析如下：

• 煉油、石化、儲油庫、加油站等油品揮發；
• 污水廠、填埋場等生物作用；
• 油墨、有機溶劑；
• 鞋類制品所用的膠水等；
• 涂改液、香味玩具等；
• 涂料、油漆、膠黏劑等；
• 燃料燃燒、垃圾焚燒、汽車尾氣等；
• 電子電氣產品在較高溫度下使用時會揮發出VOC、電子五金的清潔溶劑等；
• 洗滌劑、清潔劑、衣物柔順劑、化妝品、辦公用品、壁紙及其他裝飾品。

1.2 VOCs危害

在一般的室內環境中存在100種以上的VOCs，常見的種類有甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯、甲醛、乙醛等，其中苯、甲苯等已被懷疑或確定為致癌物質。

VOCs對人體健康有巨大影響。VOCs在室外太陽光和熱的作用下能參與氧化氮反應并形成臭氧，臭氧導致空氣質量變差并且是夏季煙霧主要組分，當環境中的VOCs達到一定濃度時，短時間內人們會感到頭痛、惡心、嘔吐、乏力等，嚴重時會出現抽搐、昏迷，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統，造成記憶力減退等嚴重后果。

VOC的分級控制要求：

• 高毒害，如丙烯腈、苯、環氧乙烷、1,3-丁二烯、1,2-二氯乙烷、氯乙烯等：控制在5mg/m3以內；
• 中等毒害，如甲醛、乙醛、酚類、苯胺、硝基苯、氯甲烷等，控制在20mg/m3以內；
• 低毒害，如甲苯、二甲苯、乙苯、氯苯、甲醇、丙酮等，控制在100mg/m3以內。

1.3 VOCs治理

針對VOCs的危害性，國家發布了一系列標準和規范進行監管：

• 大氣污染物綜合排放標準（GB16297-1996）；
• 惡臭污染物排放標準（GB14554-1993）；
• 煉焦爐大氣污染物排放標準（GB16171-1996）；
• 飲食業油煙排放標準（GB18483-2001）；
• 儲油庫大氣污染物排放標準（GB20950-2007）；
• 汽油運輸大氣污染物排放標準（GB20951-2007）；
• 加油站大氣污染物排放標準（GB20952-2007）；
• 合成革與人造革工業污染物排放標準（GB21902-2008）；
• 《省政府關于印發江蘇省生態紅線區域保護規劃的通知》（蘇政發[2013]113號）；
• 《關于加強建設項目環評文件固體廢物內容編制的通知》（蘇環辦【2013】283號）；
• 《中華人民共和國*公告（2013年第59號）環境空氣細顆粒物綜合防治技術政策》；
• 《省政府關于印發江蘇省大氣污染防治行動計劃實施方案的通知》，蘇政發〔2014〕1號；
• 《揮發性有機物（VOCs）污染防治技術政策》*公告【2013】 31號；
• 《關于切實加強建設項目環境保護公眾參與的意見》蘇環規【2012】4號；
• 《關于切實加強風險防范嚴格環境影響評價管理的通知》環發【2012】98號；
• 《江蘇省大氣顆粒物污染防治管理辦法》2013年8月1日實施；
• 《關于落實省大氣污染防治行動計劃實施方案嚴格環境影響評價準入的通知》（蘇環辦【2014】104號）；
• 《關于印發江蘇省重點行業揮發性有機物污染控制指南的通知》（蘇環辦【2014】128號）；
• 《關于加強建設項目煙粉塵、揮發性有機物準入審核的通知》（蘇環辦【2014】148號）；
• 《汽車產業發展政策》（2009 年修訂），*、*第10 號令，2009 年9 月1 日起實施。

同時一系列標準規范正在制訂中：

• 石油煉制工業污染物排放標準；
• 石油化工化纖工業污染物排放標準；
• 樹脂工業污染物排放標準（環氧樹脂、酚醛樹脂等）；
• 農藥工業污染物排放標準（系列標準）；
• 制藥工業污染物排放標準（系列標準）；
• 電子工業污染物排放標準（系列標準）；
• 涂料工業污染物排放標準；
• 油墨工業污染物排放標準；
• 橡膠制品工業污染物排放標準；
• 皮革制品工業污染物排放標準；
• 人造板工業污染物排放標準；
• 涂裝工業污染物排放標準；
• 鑄造工業污染物排放標準；
• 服裝干洗業污染物排放標準；
• 汽車維修業污染物排放標準。

VOCs的治理可采用以下方式：

• 活性吸附法

在有機廢氣治理工藝中，吸附是處理效果好、使用較廣的方法之一，吸附劑有活性炭、硅藻土、沸石等，其中活性炭吸附應用zui多。通過吸附系統，不僅可以使 VOCs濃度大大降低，實現廢氣達標排放，而且吸附后通過氣提解吸，收集物可回用于生產。

• 引風高空排放法

該方式成本低、易操作、效果明顯。但高空排放只是污染的轉移，并沒有真正解決污染問題，而引風機功力大小和風口安裝高度又直接影響引風效果。

• 燃燒處理法

VOCs 為有機揮發性物質，易燃燒，可采用常溫或催化氧化燃燒處理。氣體由引風管道通入鍋爐或焚燒爐燃燒，但對高溫有機氣體還要經過安全論證。此法處理比較*，基本可以把VOC s轉化為CO2 、H2O。

• 吸收除氣法

因VOCs一般都溶解于柴油或 200 # 汽油等有機溶劑，可用柴油或 200 # 汽油吸收 VOCs，吸收后的溶劑可用于燃料或稀釋劑。這種方法操作方便、成本低，但吸收處理后一般尚有揮發氣體殘余，因有機溶劑本身易揮發，因此不能使 VOCs 降為零，若遇高溫，則吸收率更低。

• 冷凝收集法

對反應釜高溫有機氣體可采用冷凝收集，先用直冷凝再螺旋冷凝，該法除氣效果明顯、易操作、運行成本低，但對低沸點氣體效果不佳。

• 生物處理法

有機廢氣的生物處理是有效的方法，效果好、運行費用低于任何一種處理方法、安全、易操作。VOCs的生物凈化法有直接微生物凈化法、間接微生物處理法 ( 先水吸收再廢水生物處理 ) 及植物凈化法等。

2系統方案

2.1 汽車4S店VOCs特點

    汽車4S店產生的大氣污染物主要為噴漆廢氣、晾干廢氣、焊接煙塵及補胎廢氣。

汽車4S點的環境影響評價因子：

    汽車4S店環境空氣質量標準：

注：因涂裝車間排放的有機廢氣成分復雜，故用TVOC（揮發性有機物）代替。

汽車4S店大氣污染物排放標準：焊接煙塵、漆霧顆粒、甲苯、二甲苯及非甲烷總烴的排放執行《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996），TVOC參照廣東省《表面涂裝（汽車制造業）揮發性有機化合物排放標準》。

汽車4S店食堂中產生油煙廢氣參照執行《飲食業油煙排放標準》(GB18483-2001)中的小型飲食業單位的有關標準：油煙zui高允許排放濃度2mg/m³，凈化率≥60%。

典型汽車4S店排氣筒監測數據：

由上表監測結果可知，項目噴漆過程中產生的特征污染物甲苯、二甲苯、非甲烷總烴、顆粒物的zui大排放速率分別為0.184mg/m³、11.73mg/m³、98.55mg/m³、6.0 mg/m³，符合排放標準。

2.2 總體設計

有機揮發物在線監測系統針對大氣中廣泛存在的VOCs氣體，將無線傳輸技術、數據庫技術、軟件技術與傳感檢測技術結合，實時監測汽車4S店排放氣體中的溫度、濕度、VOCs濃度等相關參數，通過邏輯判斷和智能分析，輸出VOCs等級和報警信號，從而達到完善和提升大氣環境遠程監測和預警能力，在環境惡化時及時提醒處理。

有機揮發物在線監測系統總體技術架構如下：

2.3 系統架構

汽車4S店有機揮發物在線監測系統由監控中心和監測終端組成：

2.4 主要功能

汽車4S店有機揮發物在線監測系統實現在線監控、數據采集、模型計算、數據存取、網絡發布、報表查詢、報警控制、維護管理等功能，主要包括：

• 監測溫度、濕度、VOCs等級等，并將監測到的數據通過無線網絡或手機短信傳送到監控中心，實時在線，數據主動上報（GPRS/CDMA/3G可選）；

n 通過傳感器檢測參數綜合分析城市大氣中VOCs的狀況；

n 監測探頭斷線報警功能；

• 基于電子地圖或表格實時顯示每個監測終端的在線數據；
• 實時數據、事件記錄、操作記錄的長期保存；
• 系統可以針對某一監測點顯示趨勢曲線，也可以進行多監測點同時顯示趨勢曲線，通過分析和對比實現預測預警功能；
• 監控中心對于出現的通信故障和數據超限產生報警，并將產生報警的時間和原因記錄入數據庫，報警方式為窗口提示、聲音報警、短信發送等；
• 可通過設置不同的查詢條件（包括時間、用戶、數據范圍等）從數據庫中獲得各種歷史數據，也可查詢報警記錄，獲得產生報警的時間和原因，對各種數據進行分析，并可在權限范圍內實現局域網內數據共享；
• 系統可錄入每個公廁名字、設備數量類型等，以及現場的名字和，方便使用；
• 可采用標準環保協議、通用MODBUS協議或優化自定義通訊協議，數據接受時自動辨別。并可根據用戶要求增加通信協議；
• 根據系統要求，可對各采集終端設定不同的采集間隔。

3現場監測設備

3.1概述

有機揮發物現場監測設備安裝在現場，由在線監測終端和傳感探頭兩部分組成。在線監測終端集成GPRS無線通信模塊，采用實時在線、自動上報的方式工作。在線監測終端通過傳感探頭采集大氣溫度、濕度、VOCs濃度等原始數據，并進行綜合分析，zui終得到現場綜合環境等級。

3.2 在線監測終端

3.2.1功能參數

監控終端基于模塊化設計原則，采用符合標準的環保通訊協議和現場總線通訊協議，實現了數字化、網絡化和智能化。

監控終端技術參數：

• 接口：8路傳感器綜合接口，單臺終端zui多可接入8路傳感探頭；
• 采用16鍵電容觸摸按鍵和320*240液晶顯示屏，操作方便，顯示信息充分，界面友好；
• 高精度的模擬量采集單元，全工業級電路，高穩定性、高可靠性設計；
• 1路RS232，用于系統設置；
• 提供按鍵、串口、短信等配置功能，可以遠程修改參數；
• 帶備用電池的實時時鐘，始終可與服務器自動同步；
• 采用可靠的數據傳輸設備，保證連續、及時、可靠地進行數據傳輸，實現即時數據發送、批量數據發送、狀態信息發送；
• 數據采集時間間隔和發送時間間隔1~5分鐘可調；
• 集成傳感探頭斷線、拔出報警； 
• 無線通訊方式：GPRS/CDMA/3G；
• 尺寸：250mm×180mm×50mm，便于安裝；
• 工作環境溫度:-30～70℃、相對濕度：10～90%RH；
• 工作電壓：220V AC/12VDC。

3.2.2技術實現

在線監測終端核心部件采用單片機，設置有RS232和GPRS通訊接口，自帶液晶顯示和參數設置按鍵，具備強大的人機界面功能，保證良好的交互性。數字液晶顯示表頭能顯示各種測量參數和配置菜單。

在線監測終端結構框圖如下：

3.3 傳感探頭

3.3.1功能參數

傳感探頭具有以下特點：

• 基于多參量融合的多組分VOCs氣體濃度測量。本產品采用的VOCs傳感技術，對多種VOCs成分進行綜合分析，具有靈敏度高、低功耗、壽命長等特點；
• 配備專門的本地智能處理電路，直接采集傳感器信號，通過溫濕度補償等數學模型計算，得出較高準確度的VOCs濃度等級，通過數字化通訊接口傳輸到監控終端；
• 主動吸入氣流設計。傳感探頭采用了特殊的設計，傳感器安裝在防護罩內，通過微型風扇吸入環境氣體，流經溫濕度探頭、VOCs濃度探頭后排入大氣，確保氣流的暢通，延長探頭的使用壽命，使得設備維護簡單，維護成本低，穩定可靠；
• 傳感探頭還有特殊的保護功能，如果探頭與監測終端之間的電纜被拔下或者破壞，監測終端會自動識別并報警，如果探頭被拆下，也會自動識別并報警，從而有效防止設備被破壞或者被不正常使用。

3.3.2技術實現

傳感探頭采用先進的光離子化檢測器（Photo Ionization Detector  簡稱 PID），可以檢測在1ppb到10000ppm濃度范圍的多種揮發性有機化合物。

PID檢測基于化學物質在紫外光源的激發下產生正負離子的原理，當氣體分子吸收高能紫外線時就產生電離，分子在這種激發下產生負電子并形成正離子，這些電離的微粒產生的電流經過檢測器的放大，就能得到ppb或ppm級的濃度。這些離子經過電極后很快就重新組合到一起變成原來的有機分子。

PID光離子化VOC檢測的特點：

• 連續靈敏測量：PID可以實時檢測低至ppb濃度（十億分之一）的有機物。特別適合現代石油化工、勞動衛生、環境監測等部門健康、安全的需要；
• 快速：PID的反應較快，一般小于3秒，適合快速應急的需要；
• 適應性廣：可以檢測1ppb到10000ppm濃度范圍內的絕大多數有機物；
• 非破壞性測量：由于PID僅僅是使有機物電離，所以在有機組分離開檢測器后會重新復合，在此過程中分子不會有任何損壞?？捎糜谠囼灧治?/span>；
• 只對有機物反應：PID對常見氣體如：氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、水蒸氣等沒有反應，因此它在復雜環境中具有一定的指向性；
• 溫濕度傳感器采用HTG3515CH；
• 探頭外殼采用工程塑料，流體動力流通式設計方案，將濃度傳感器和溫濕度傳感器安裝在探頭外殼內，探頭外殼安裝時在合適位置安裝支架，探頭通過卡箍固定在安裝支架上。

4 軟件應用平臺

4.1概述

汽車4S店有機揮發物在線監測系統應用平臺體系結構如下：

• 采集服務實現對系統監控組網、網絡通信協議、網絡接口服務、網絡平臺管理、監控數據遠程實時采集等軟件的集成，并為數據服務層提供數據支持。
• 數據服務實現對數據庫軟件平臺、數據服務（Web Services、DCOM組件、數據接口服務、中間件等）軟件的集成，并為應用軟件層提供數據支持。
• WEB應用實現對組態應用軟件、工具軟件、各類人機界面軟件、WEB發布軟件的集成，從而zui終滿足用戶對系統的需求。

4.2軟件架構

有機揮發物在線監測系統包括數據采集軟件、數據管理軟件、WEB發布軟件等，軟件框架示意如下：

4.3技術實現

有機揮發物在線檢測系統應用平臺軟件主要包括數據采集、系統總覽、實時監測、數據查詢、統計分析、系統設置與管理等模塊。

4.3.1數據采集模塊

數據采集模塊接受監測終端的網絡連接請求，接收監控終端上報的設備狀態、VOC濃度、報警信息、維護信息，并將數據存入數據庫。

4.3.2在線監測管理模塊

在線監測模塊主要處理實時數據的顯示，超標和設備報警信息的處理等，可以多種方式實時顯示當前VOCs濃度值、設備在線狀態、報警狀態等，可輸出各種實時數據的報表。根據各企業的監測數據，表格監測可按照實時狀態進行分類顯示，有“正常”、“超標”、“嚴重超標”、“斷線”、“故障”等幾類，可按照這些分類生成各種實時監測報表。

在線監測軟件刷新和數據庫存儲頻率為５分鐘每次。在表格監測的詳情中可以查看當天的實時值。軟件對于采集到的濃度值已經存儲到數據庫中，數據庫和軟件*數據儲存時間大于五年、實現備份到其它移動存儲設備并再次調出查詢等要求。

4.3.3地圖實時數據顯示

通過GIS技術使VOCs監測狀態能夠在地圖上實時展現，按區域、達標狀況等不同的方式進行展現，并能夠實時分析出相應的數據。在電子地圖上直觀標示安裝在線監測終端和傳感探頭的地點名稱位置，在地圖上以一個點顯示，可以搜索查詢每個地點的實時濃度值，對于超標地點以紅色圖標警示。

電子地圖旁有監測終端安裝地點列表，通過單擊列表中的地點名稱，可以直接定位到所在的位置并顯示監測數據。

4.3.4數據查詢模塊

通過本系統實現對大氣中VOCs濃度的監測，對歷史數據進行追憶，進行偏差分析和存檔。

數據查詢按排放情況分為:一般查詢、超標查詢、嚴重超標查詢。

數據查詢按區域分為全部、片區、街道、路。全部查詢生成所有監測點的詳細列表信息。片區查詢只統計所屬片區的監測點，生成本片區的匯總數據。街道查詢只統計所屬街道的監測點，生成本街道的匯總數據?？梢暂斎虢y計的起止時間段，可以按照小時、日、月進行統計，包括序號、監測點編號、監測點名稱、監測點地址、濃度范圍標記、本時間段內的濃度均值、極大、極小值，濃度超標率等。

4.3.5 統計分析模塊

統計分析模塊用于查看達標、超標、故障天數、VOC濃度值等，包括：

• 異常數據統計；
• 運行狀態統計；
• 綜合報表（日報表，周報表，月報表）。

4.3.6系統設置與管理模塊

系統設置可設置系統的相關工作參數，以及各級操作、管理權限和密碼等，包括：

• 用戶管理（對訪問Web平臺帳號進行統一管理）；
• 權限管理（菜單操作權限和管理區域數據權限，根據分配該帳號權限）；
• 角色管理；
• 部門、職位管理；
• 設備信息維護；
• 日志查看；
• 參數設置（報警值，臨界值等進行設定）；
• 短信報警設置；
• 個人信息維護。

5 工作分解

5.1主要任務

5.1.1 前期準備

硬件采購

軟硬件平臺搭建

開發方案確定

5.1.2 現場監測設備開發

硬件開發

嵌入軟件開發

單機測試

設備接口調試

5.1.3 管控平臺開發

數據庫表設計

數據庫表建立

數據庫操作功能測試

報表格式設計

報表功能開發

設備管理功能開發

用戶管理功能開發

WEB發布及遠程監控