加油站有機揮發物（VOC）在線監測系統

1加油站VOC特點

  目前國內加油站的收發油多以汽油為主，受汽油等輕質油品沸點低(50~200e)、自身容易揮發等物理特性所決定，加油站烴類VOCs的產生不可避免。通常情況下，加油站正常作業的VOC主要產生于裝卸和加油作業2個環節：在裝卸作業中，油罐車通過輸油管道向儲罐內卸油，罐內液面上升，形成正壓，罐內飽和油蒸氣由通氣管排向大氣中(這一過程也稱“大呼吸")；在加油作業環節中，由于加油槍與油箱口的非密接，使得大量油氣從油箱口排出進入大氣，此外油品在儲存中，由于環境溫度的變化，罐內飽和油氣也存在著呼吸損失，但是這一部分的排放相對是比較少的。

2.2 總體設計

有機揮發物在線監測系統針對空氣中存在的VOC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，實時監測加油站排放氣體中的溫度、濕度、VOC濃度等相關參數，通過邏輯判斷和智能分析，輸出VOC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。

加油站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

加油站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

加油站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、VOC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VOC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，報警的方式為窗口提示、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、VOC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 原理介紹

PID是一種光離子化檢測器，主要用來檢測濃度在1ppb-15000ppm數量級的低濃度揮發性有機化合物和其它的有毒氣體。PID是一個高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測器。

PID使用了一個紫外燈（UV）光源將有機物分子電離成可被檢測器檢測到的正負離子（離子化）。檢測器捕捉到離子化了的氣體的正負電荷并將其轉化為電流信號實現氣體濃度的測量。當待測氣體吸收高能量的紫外光時，氣體分子受紫外光的激發暫時失去電子成為帶正電荷的離子。氣體離子在檢測器的電極上被檢測后，很快與電子結合重新組成原來的氣體和蒸氣分子。PID是一種非破壞性檢測器，它不會"燃燒"或*性改變待測氣體分子，經過PID檢測的氣體仍可被收集做進一步的測定。

理論上，所有的化學物質都能被離子化，但是它們被電離所需要的能量是不同的。能夠轉移一個電子和電離一個化合物的能量叫電離能，用電子伏特（eV）作為計量單位。紫外燈所發出的能量也可以用電子伏特來計量。如果某種氣體的電離能低于燈發出的能量那么這種氣體將被電離。可以被PID檢測的zui主要的氣體或揮發物是大量的含碳原子的有機化合物（VOC）。包括：

•芳香類：含有苯環的系列化合物，比如：苯、甲苯、乙苯、二甲苯等；

• 酮類和醛類：含有C=O鍵的化合物。比如：丙酮、丁酮、甲醛、乙醛等；

• 胺類和氨基化合物：含N的碳氫化合物。比如：二乙胺等；

• 鹵代烴類：如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等；

• 含硫有機物：甲硫醇、硫化物等；

• 不飽和烴類：丁二烯、異丁烯等；

• 飽和烴類：丁烷、辛烷等；

• 醇類：異丙醇(IPA)、乙醇等。

除了上述有機物，PID還可以測量一些不含碳的無機化合物氣體，如：

•氨；

•半導體氣體：化氫（砷烷）、磷化氫（磷烷）等；

•硫化氫；

•氮氧化物；

•溴和碘；

3.3 在線監測終端

3.2.1功能特點

1）標準的技術路線：根據國家相關標準要求提供完整的配置系統；

2）優質的軟件平臺：通過中心端軟件平臺，實現多站點數據集成、分析、上報和發布。

3）科學的算法技術：采用高斯煙羽模型，分布式冗余節點判斷算法實現對VOCs排放區域布點、整體監控，污染物擴散趨勢推算，VOCs排放源解析等功能。

4）精確的監測數據：可同時監測多種污染氣體，具有很高的時間、空間分辨能力和探測靈敏度；

5）的配套軟件：采用數據采集、分析及可視化軟件，大大提高監測效率。

6）PID發展趨勢：采用自主研發的、擁有多項的第三代本安型PID傳感器，響應時間更快，抗濕性能更強，測量范圍大；無需工具可實現傳感器互換，支持離線標定；

7）PID自清洗技術：確保儀表的長期穩定工作，延長傳感器使用壽命；

8）*的泵吸式采樣：內置強力采樣泵，監測范圍大，響應、恢復時間短，使儀器具有敏銳嗅覺：

9）超寬測量范圍，量程自由設定：測量精度達到ppb級：

10）3G開放式氣路結構：使檢測范圍擴大2倍，響應時間加快10s，免維護時間有效延長；

11）智能的溫度和零點補償算法：使儀器表現出更加優良的性能；

12）可檢測數千種氣體：廣譜性檢測，內置氣體庫，方便用戶選擇；

13）多種信號輸出：可微調標準4~20mA（三線制）、RS485 Modbus、三級開關量輸出（常開/常閉可選）；

3.2.2技術參數

3.2.3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：

3.2.4 TVOC在線檢測儀傳感器（PID）

此款傳感器采用不銹鋼防爆外殼，*的泵吸式采樣，將氣體吸入氣室，經過紫外燈離子化后通過傳感器檢測，測量范圍寬廣，量程可自由設定，3G式開放氣路結構，智能的溫度和零點補償算法，可檢測數千種氣體，內置氣體庫，可多信號輸出，友好清晰的人機界面，既方便操作又方便觀察，傳感器響應時間快，恢復時間短；支持離線標定，壽命長。

4 軟件應用平臺

4.1概述

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實時監測、數據采集存儲、預警報警、統計分析、數據管理、系統設置等模塊。

4.3.1實時數據入庫系統

實時數據入庫系統主要實現監測點所產生的測量數據實時存到監測平臺數據存儲中心，可以對接不同類型的監測因子。

4.3.2數據存儲系統

原始監測數據，將全部存儲在監測平臺分布式文件系統，用于存儲海量的非結構化數據。為了滿足和適應數據量、數據特征和查詢處理的不同需求，部分存儲于關系型數據庫中。

4.3.3實時預警系統

對監測指標設置對應的閥值，超過該值超過一分鐘在*時間通過郵件，App推送，或者短信等形式通知行政人員，給管理部門迅速出動，及時阻止破壞環境保護的行為。

4.3.4數據查詢分析應用系統

VOCs數據查詢分析應用提供包括實時監控數據分析、總量核算、源解析及源強計算、區域排放監測與預警、污染源擴散預測及分析等，同時可查看歷史記錄和分析數據等功能。VOCs歷史數據查詢處理時，由于數據量巨大，需要調度使用云計算技術管理多臺服務器節點進行并行處理。

4.3.5數據管理

查看系統內超標數據，并配置短信設置，可進行超標預警等，提高工作效率。

4.3.6數據接口

系統提供Web Service和Json格式數據接口，供外部系統調用系統數據，方便和第三方平臺對接。

4.3.7監測設備自動校準

采用物聯網和云計算技術，建立監測數據的神經網絡模型，實現監測設備的自動校準，降低設備運維費用，提高數據的準確性。

5 工作分解

5.1 前期準備

硬件采購

軟硬件平臺搭建

開發方案確定

5.2 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

5.3 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