摘要：南京化工园是一个以石油化工和石油深加工为主的产业基地,目前南京地区的化工企业主要集中在南京化工园区。以该园区的废气在线监测系统的调研、安装为例,介绍了VOCs挥发性有机物在线监测系统、烟气连续在线监测系统、电化学在线监测系统的组成、安装和调试。
0引言
位于南京大厂的南京化工园是一个以石油化工和石油深加工为主的产业基地，目前南京地区的化工企业主要集中在南京化工园区，园区约45,km2，有130多家生产企业。近年来，随着社会的不断进步，公众的环保意识逐步增强。2016年6月20日，化工园环保局下发了《化工园区第二批企业废气在线监测工作要求》(简称《化工园工作要求》)，对园区所辖未安装在线监测的企业进行安装。某公司作为第1批废气监测设施建设工作考核通报中前3名安装单位，对环保局组织随机抽取的33家企业进行前期调研、设备选型、制定技术方案、施工调试、在线联网等工作，并于2017年3月份完成验收。
1前期调研
某公司在2016年9月份安排技术人员根据《化工园工作要求》对园区33家企业进行了为期一个月的前期调研，并提供调研报告，由环保局、企业进行审核确认。本次调研选用美国热电公司ThermoFisherScientific的便携仪器TVA2020C，该仪器通过真空泵由手柄采样口进行采样，抽取的样气分别经过PID通路和FID通路，经过传感器响应后得出示值，结合企业排口类型以及环评报告中的监测因子、排放量等确定现场安装设备的监测方法和设备类型。经调研发现VOC排口56个，废气类无机排口32个，废气特征因子排口18个(详细参考表1)。
2设备选型
2.1测试方法(见表1)
2.1.1非甲烷总烃采用氢火焰离子检测FID+气相色谱法
除甲烷以外的碳氢化合物(其中主要是C2～C8)的总称(这里指技术规范规定的条件下，用氢火焰离子监测器所测得的除甲烷以外的碳氢化合物及其衍生物的总量)以碳计，选用在线监测方法为“FID+气相色谱”，即固定源挥发性有机物在线检测系统。对于有机废气工艺排口将采用该系统。
2.1.2光离子PID测试方法
光离子气体传感器(PID)采用光离子电离气体原理进行气体检测，PID固定源挥发性有机气体监测系统适用于混合气体中挥发性有机物总含量的测定，对于呼吸阀、储罐呼吸孔等有机物排口采用此方法进行监测。
2.1.3烟气排放连续监测系统(CEMS)
CEMS的气体分析采用抽取冷干法，支持SO2、NOx、O2、颗粒物、流量、温度、压力、湿度等标准八参数的测试。O2和NOx采用紫外差分法，烟尘测量采用激光后散射法，流量测量采用差压式流量计，温度测量采用铂电阻法，对于焚烧炉、锅炉废气、水洗或碱洗塔和车间工艺排口将采用烟气排放连续监测系统。
2.1.4电化学传感器监测无机物
电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是疏水屏障层，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的电信号，同时防止电解
质漏出传感器。园区企业无机物类型包括了HCl、Cl2、NH3、CS2、H2S、丙烯晴等传感器，对于焚烧炉、车间、实验室、呼吸阀等工艺和非工艺排口将采用电化学监测系统进行监测。
2.1.5激光散射发烟尘浓度在线测试
烟尘浓度在线监测仪采用激光后向散射测试原理完成对被测烟道的烟尘浓度测定。烟尘浓度在线监测仪内嵌的高稳定激光信号源穿越烟道，照射烟尘粒子，被照射的烟尘粒子将反射激光信号，反射的信号强度与烟尘浓度成正变化。烟尘浓度在线监测仪检测烟尘反射的微弱激光信号，通过特定的算法即可计算出烟道烟尘的浓度。对于医药精致车间、树脂包装、油炉尾气等排口将采用独立烟尘测试仪。
2.2设备选型
根据《化工园工作要求》，结合前期调研结果，工艺排口的有机废气排口(包括VOC治理排口)监测中存在有机污染物但PID不响应的均安装FID监测设备，其余安装PID在线监测设备，无机废气排口安装CEMS或烟尘监测设备；非工艺排口如呼吸阀、实验室排放口、储罐呼吸孔等安装电化学传感器监测设备，所有设备均连接数采仪，经环保局专用SIM通过
4G网络与平台实现实时在线监测。根据前期调研结果以及环保局技术要求确定了设备选型，参考表1，最终确定固定源挥发性有机物在线监测系统44套(FID)，固定源VOC在线监测(PID)监测系统10套，烟气连续在线监测系统(CEMS)7套，NH3、Cl2等电化学在线监测系统18套，独立烟尘测试仪24台。
3系统构成和技术方案
3.1系统组成
3.1.1非甲烷总烃在线监测(FID)系统组成
由上图1所示，整个系统包括烟气采样器、伴热管线、气体预处理系统、分析仪、温压流检测器、反吹系统、中央控制系统。烟气采样器从烟道中采取样气，进行初步过滤烟道中的大粉尘颗粒，由采样单元、加热单元、过滤单元和反吹单元共同组成，适应各种高温、高湿、高油气环境中进行烟气采样。器具有反吹功能，是用清洁的压缩空气吹扫附在过滤器外表面的浮尘，将其吹扫回烟道内。
分析仪分析样气中非甲烷总烃组分的浓度值。干燥洁净的样气进入分析仪后，有六通阀定量管定量分析。同时将检测的数据存储，供后期综合分析、制表。同时根据温压流数据，综合分析烟道甲烷、非甲烷总烃及三苯组分排放量。分析仪将以上数据经数采仪通过无线网络传输至环保局监控平台。
3.1.2烟气连续监测在线系统(CEMS)组成
CEMS系统由置于烟囱上的采样探头，以及置于小屋中的分析机柜、标气和空压机组成。其中采样探头负责烟气采样，高温伴热避免烟气中水蒸汽冷凝，内置陶瓷滤芯用于过滤烟气中的粉尘；粉尘仪用于测量烟囱粉尘浓度，温压流湿用于测量烟囱内烟气的温度、压力和流速；分析机柜负责抽取烟气，并直接测量NOx；标气用于校准分析仪表；空压机(选配件)产生压缩空气，用于对伴热管线、采样探头、温压流湿进行定期反吹。数据经数采仪与环保局平台连接实现实时在线监控(见图2)。
3.1.3固定源VOC在线监测(PID)系统组成
系统主要由3部分组成：烟气采样和预处理单元、分析机柜单元、温压流检测器单元，数据经485接口连接数采仪，实现数据在线监测。
3.1.4电化学在线监测系统组成
系统主要由简易采样探杆和伴热带、预处理系统和电化学传感器分析系统组成，数据经485接口连接数采仪，实现数据在线监测。
3.2技术方案
根据前期调研报告需整理出技术方案作为企业合同附件进行备案。技术方案包含了公司简介和资质、企业调研和排口分析、设备清单、系统介绍、主要性能参数、施工方案和指导等。
4安装与调试
4.1基建施工与安装
系统安装前需要具备一定的安装环境、满足相应要求的电源和气源，基建施工主要包括站房、桥架铺设、采样器采样点预埋法兰、温压流皮托管预埋法兰以及支架的施工，施工一般由企业负责。某公司将在技术方案中提供施工要求和指导，基建施工大约需要一到两周时间。设备安装包括采样器和温压流安装、机柜安装、系统配线、系统配管、气源安装等几大部分，安装必须按照指导文件和规范进行，设备安装比较复杂，通常需要3,d左右的时间。由于各企业基建进度不一致，按照《环保局工作要求》，各企业基建工作在2016年底前完成。
4.2调试与验收
系统运行和调试主要分为系统一般功能及操作、图像采集、谱图分析、标定和反标、设备控制参数设置、数采仪设置和调试。按照环保局的系统要求完成系统和园区平台的联网对接，实现园区污染源自动监控系统的实时传输(见图3)。系统平台分为废气类(CEMS连续烟气监测系统)、VOC(FID/PID挥发性有机物监测系统)和废气特征因子(电化学监测系统)等，实现排放站点数据实时监控、报警信息、统计分析、历史数据等的显示和跟踪。上传平台的数据VOC类为非甲烷总烃浓度、排放量、温度、压力、流速等指标；废气类为SO2(mg/m3)、NOx(mg/m3)、烟尘(mg/m3)的浓度，以及烟气温度(℃)、烟气流速(m/s)、烟气湿度(%,)、烟气压力(MPa)；废气特征因子主要为浓度等。
按环保局验收要求提供设备备案表、环境监测仪器质量监督检验中心适用性检测报告及国家环境保护产品认证证书等资质证明，以及相关的管理制度、相应系统的调试报告等。
5结语
南京化工园废气在线监测系统项目于2017年3月份完成验收，某公司获得了南京化工园VOCs自动安装监测系统评比第一名。随着我国环保事业的高速发展，公司也迎来环保产业发展的契机，已先后在江苏(南京、大丰、镇江等)、山东淄博、河北石家庄、广东、天津(普利司通、顶正包材、艾玛自行车、大丰橡胶、万达轮胎和阿克苏诺贝尔涂料等企业)等地安装了固定源和厂界废气在线监测系统。相信通过企业治理和环保部门的共同努力，必将使我国的废气排放指标进一步降低，使人民生活的环境得到更大的改善。
