汽車4S店VOCs在線監(jiān)測系統(tǒng)

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(tǒng)方案 7

2.1 汽車4S店VOCs特點 7

2.2 總體設計 10

2.3 系統(tǒng)架構 11

2.4 主要功能 11

3現(xiàn)場監(jiān)測設備 12

3.1概述 12

3.2 在線監(jiān)測終端 12

3.2.1功能參數(shù) 12

3.2.2技術實現(xiàn) 13

3.3 傳感探頭 14

3.3.1功能參數(shù) 14

3.3.2技術實現(xiàn) 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(xiàn) 16

4.3.1數(shù)據(jù)采集模塊 16

4.3.2在線監(jiān)測管理模塊 16

4.3.3地圖實時數(shù)據(jù)顯示 16

4.3.4數(shù)據(jù)查詢模塊 17

4.3.5 統(tǒng)計分析模塊 17

4.3.6系統(tǒng)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(xiàn)場監(jiān)測設備開發(fā) 18

5.1.3 管控平臺開發(fā) 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(fā)物即VOCs的定義為熔點低于室溫而沸點在50-260℃之間的揮發(fā)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(fā)；
• 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(fā)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(huán)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(huán)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(xiàn)抽搐、昏迷，并會傷害到人的肝臟、腎臟、大腦和神經系統(tǒng)，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(huán)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(fā)布了一系列標準和規(guī)范進行監(jiān)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(yè)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(yè)污染物排放標準（GB21902-2008）；
• 《省政府關于印發(fā)江蘇省生態(tài)紅線區(qū)域保護規(guī)劃的通知》（蘇政發(fā)[2013]113號）；
• 《關于加強建設項目環(huán)評文件固體廢物內容編制的通知》（蘇環(huán)辦【2013】283號）；
• 《中華人民共和國*公告（2013年第59號）環(huán)境空氣細顆粒物綜合防治技術政策》；
• 《省政府關于印發(fā)江蘇省大氣污染防治行動計劃實施方案的通知》，蘇政發(fā)〔2014〕1號；
• 《揮發(fā)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(huán)境保護公眾參與的意見》蘇環(huán)規(guī)【2012】4號；
• 《關于切實加強風險防范嚴格環(huán)境影響評價管理的通知》環(huán)發(fā)【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(huán)境影響評價準入的通知》（蘇環(huán)辦【2014】104號）；
• 《關于印發(fā)江蘇省重點行業(yè)揮發(fā)性有機物污染控制指南的通知》（蘇環(huán)辦【2014】128號）；
• 《關于加強建設項目煙粉塵、揮發(fā)性有機物準入審核的通知》（蘇環(huán)辦【2014】148號）；
• 《汽車產業(yè)發(fā)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(guī)范正在制訂中：

• 石油煉制工業(yè)污染物排放標準；
• 石油化工化纖工業(yè)污染物排放標準；
• 樹脂工業(yè)污染物排放標準（環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等）；
• 農藥工業(yè)污染物排放標準（系列標準）；
• 制藥工業(yè)污染物排放標準（系列標準）；
• 電子工業(yè)污染物排放標準（系列標準）；
• 涂料工業(yè)污染物排放標準；
• 油墨工業(yè)污染物排放標準；
• 橡膠制品工業(yè)污染物排放標準；
• 皮革制品工業(yè)污染物排放標準；
• 人造板工業(yè)污染物排放標準；
• 涂裝工業(yè)污染物排放標準；
• 鑄造工業(yè)污染物排放標準；
• 服裝干洗業(yè)污染物排放標準；
• 汽車維修業(yè)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(tǒng)，不僅可以使 VOCs濃度大大降低，實現(xiàn)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(fā)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(fā)氣體殘余，因有機溶劑本身易揮發(fā)，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(tǒng)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(huán)境影響評價因子：

    汽車4S店環(huán)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(fā)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(zhí)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(yè)）揮發(fā)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(zhí)行《飲食業(yè)油煙排放標準》(GB18483-2001)中的小型飲食業(yè)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(jiān)測數(shù)據(jù)：

由上表監(jiān)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(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)針對大氣中廣泛存在的VOCs氣體，將無線傳輸技術、數(shù)據(jù)庫技術、軟件技術與傳感檢測技術結合，實時監(jiān)測汽車4S店排放氣體中的溫度、濕度、VOCs濃度等相關參數(shù)，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(huán)境遠程監(jiān)測和預警能力，在環(huán)境惡化時及時提醒處理。

有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)總體技術架構如下：

2.3 系統(tǒng)架構

汽車4S店有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)控中心和監(jiān)測終端組成：

2.4 主要功能

汽車4S店有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、模型計算、數(shù)據(jù)存取、網(wǎng)絡發(fā)布、報表查詢、報警控制、維護管理等功能，主要包括：

• 監(jiān)測溫度、濕度、VOCs等級等，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡或手機短信傳送到監(jiān)控中心，實時在線，數(shù)據(jù)主動上報（GPRS/CDMA/3G可選）；

n 通過傳感器檢測參數(shù)綜合分析城市大氣中VOCs的狀況；

n 監(jiān)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(jiān)測終端的在線數(shù)據(jù)；
• 實時數(shù)據(jù)、事件記錄、操作記錄的長期保存；
• 系統(tǒng)可以針對某一監(jiān)測點顯示趨勢曲線，也可以進行多監(jiān)測點同時顯示趨勢曲線，通過分析和對比實現(xiàn)預測預警功能；
• 監(jiān)控中心對于出現(xiàn)的通信故障和數(shù)據(jù)超限產生報警，并將產生報警的時間和原因記錄入數(shù)據(jù)庫，報警方式為窗口提示、聲音報警、短信發(fā)送等；
• 可通過設置不同的查詢條件（包括時間、用戶、數(shù)據(jù)范圍等）從數(shù)據(jù)庫中獲得各種歷史數(shù)據(jù)，也可查詢報警記錄，獲得產生報警的時間和原因，對各種數(shù)據(jù)進行分析，并可在權限范圍內實現(xiàn)局域網(wǎng)內數(shù)據(jù)共享；
• 系統(tǒng)可錄入每個公廁名字、設備數(shù)量類型等，以及現(xiàn)場的名字和，方便使用；
• 可采用標準環(huán)保協(xié)議、通用MODBUS協(xié)議或優(yōu)化自定義通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)接受時自動辨別。并可根據(jù)用戶要求增加通信協(xié)議；
• 根據(jù)系統(tǒng)要求，可對各采集終端設定不同的采集間隔。

3現(xiàn)場監(jiān)測設備

3.1概述

有機揮發(fā)物現(xiàn)場監(jiān)測設備安裝在現(xiàn)場，由在線監(jiān)測終端和傳感探頭兩部分組成。在線監(jiān)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(jiān)測終端通過傳感探頭采集大氣溫度、濕度、VOCs濃度等原始數(shù)據(jù)，并進行綜合分析，zui終得到現(xiàn)場綜合環(huán)境等級。

3.2 在線監(jiān)測終端

3.2.1功能參數(shù)

監(jiān)控終端基于模塊化設計原則，采用符合標準的環(huán)保通訊協(xié)議和現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。

監(jiān)控終端技術參數(shù)：

• 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(yè)級電路，高穩(wěn)定性、高可靠性設計；
• 1路RS232，用于系統(tǒng)設置；
• 提供按鍵、串口、短信等配置功能，可以遠程修改參數(shù)；
• 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(shù)據(jù)傳輸設備，保證連續(xù)、及時、可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)即時數(shù)據(jù)發(fā)送、批量數(shù)據(jù)發(fā)送、狀態(tài)信息發(fā)送；
• 數(shù)據(jù)采集時間間隔和發(fā)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(huán)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(xiàn)

在線監(jiān)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(shù)設置按鍵，具備強大的人機界面功能，保證良好的交互性。數(shù)字液晶顯示表頭能顯示各種測量參數(shù)和配置菜單。

在線監(jiān)測終端結構框圖如下：

3.3 傳感探頭

3.3.1功能參數(shù)

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?shù)葦?shù)學模型計算，得出較高準確度的VOCs濃度等級，通過數(shù)字化通訊接口傳輸?shù)奖O(jiān)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(huán)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(wěn)定可靠；
• 傳感探頭還有特殊的保護功能，如果探頭與監(jiān)測終端之間的電纜被拔下或者破壞，監(jiān)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(xiàn)

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(fā)性有機化合物。

PID檢測基于化學物質在紫外光源的激發(fā)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(fā)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(xù)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(xiàn)代石油化工、勞動衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)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(shù)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。可用于試驗分析；
• 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(huán)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(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)應用平臺體系結構如下：

• 采集服務實現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控組網(wǎng)、網(wǎng)絡通信協(xié)議、網(wǎng)絡接口服務、網(wǎng)絡平臺管理、監(jiān)控數(shù)據(jù)遠程實時采集等軟件的集成，并為數(shù)據(jù)服務層提供數(shù)據(jù)支持。
• 數(shù)據(jù)服務實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫軟件平臺、數(shù)據(jù)服務（Web Services、DCOM組件、數(shù)據(jù)接口服務、中間件等）軟件的集成，并為應用軟件層提供數(shù)據(jù)支持。
• WEB應用實現(xiàn)對組態(tài)應用軟件、工具軟件、各類人機界面軟件、WEB發(fā)布軟件的集成，從而zui終滿足用戶對系統(tǒng)的需求。

4.2軟件架構

有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)管理軟件、WEB發(fā)布軟件等，軟件框架示意如下：

4.3技術實現(xiàn)

有機揮發(fā)物在線檢測系統(tǒng)應用平臺軟件主要包括數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)總覽、實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)設置與管理等模塊。

4.3.1數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊接受監(jiān)測終端的網(wǎng)絡連接請求，接收監(jiān)控終端上報的設備狀態(tài)、VOC濃度、報警信息、維護信息，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

4.3.2在線監(jiān)測管理模塊

在線監(jiān)測模塊主要處理實時數(shù)據(jù)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(tài)、報警狀態(tài)等，可輸出各種實時數(shù)據(jù)的報表。根據(jù)各企業(yè)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，表格監(jiān)測可按照實時狀態(tài)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(jiān)測報表。

在線監(jiān)測軟件刷新和數(shù)據(jù)庫存儲頻率為５分鐘每次。在表格監(jiān)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(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫和軟件*數(shù)據(jù)儲存時間大于五年、實現(xiàn)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(shù)據(jù)顯示

通過GIS技術使VOCs監(jiān)測狀態(tài)能夠在地圖上實時展現(xiàn)，按區(qū)域、達標狀況等不同的方式進行展現(xiàn)，并能夠實時分析出相應的數(shù)據(jù)。在電子地圖上直觀標示安裝在線監(jiān)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(jiān)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(jiān)測數(shù)據(jù)。

4.3.4數(shù)據(jù)查詢模塊

通過本系統(tǒng)實現(xiàn)對大氣中VOCs濃度的監(jiān)測，對歷史數(shù)據(jù)進行追憶，進行偏差分析和存檔。

數(shù)據(jù)查詢按排放情況分為:一般查詢、超標查詢、嚴重超標查詢。

數(shù)據(jù)查詢按區(qū)域分為全部、片區(qū)、街道、路。全部查詢生成所有監(jiān)測點的詳細列表信息。片區(qū)查詢只統(tǒng)計所屬片區(qū)的監(jiān)測點，生成本片區(qū)的匯總數(shù)據(jù)。街道查詢只統(tǒng)計所屬街道的監(jiān)測點，生成本街道的匯總數(shù)據(jù)。可以輸入統(tǒng)計的起止時間段，可以按照小時、日、月進行統(tǒng)計，包括序號、監(jiān)測點編號、監(jiān)測點名稱、監(jiān)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(tǒng)計分析模塊

統(tǒng)計分析模塊用于查看達標、超標、故障天數(shù)、VOC濃度值等，包括：

• 異常數(shù)據(jù)統(tǒng)計；
• 運行狀態(tài)統(tǒng)計；
• 綜合報表（日報表，周報表，月報表）。

4.3.6系統(tǒng)設置與管理模塊

系統(tǒng)設置可設置系統(tǒng)的相關工作參數(shù)，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(tǒng)一管理）；
• 權限管理（菜單操作權限和管理區(qū)域數(shù)據(jù)權限，根據(jù)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(shù)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(fā)方案確定

5.1.2 現(xiàn)場監(jiān)測設備開發(fā)

硬件開發(fā)

嵌入軟件開發(fā)

單機測試

設備接口調試

5.1.3 管控平臺開發(fā)

數(shù)據(jù)庫表設計

數(shù)據(jù)庫表建立

數(shù)據(jù)庫操作功能測試

報表格式設計

報表功能開發(fā)

設備管理功能開發(fā)

用戶管理功能開發(fā)

WEB發(fā)布及遠程監(jiān)控