加油站有機揮發(fā)物（VOC）在線監(jiān)測系統(tǒng)

1加油站VOC特點

  目前國內(nèi)加油站的收發(fā)油多以汽油為主，受汽油等輕質(zhì)油品沸點低(50~200e)、自身容易揮發(fā)等物理特性所決定，加油站烴類VOCs的產(chǎn)生不可避免。通常情況下，加油站正常作業(yè)的VOC主要產(chǎn)生于裝卸和加油作業(yè)2個環(huán)節(jié)：在裝卸作業(yè)中，油罐車通過輸油管道向儲罐內(nèi)卸油，罐內(nèi)液面上升，形成正壓，罐內(nèi)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(yè)環(huán)節(jié)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(huán)境溫度的變化，罐內(nèi)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(shè)計

有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)針對空氣中存在的VOC氣體，將無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、軟件技術(shù)與傳感檢測技術(shù)結(jié)合，實時監(jiān)測加油站排放氣體中的溫度、濕度、VOC濃度等相關(guān)參數(shù)，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(huán)境遠程監(jiān)測和預(yù)警能力，在環(huán)境惡化時及時提醒處理。

加油站有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)如下：

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)

加油站有機揮發(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

加油站有機揮發(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(luò)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、VOC等級等，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)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VOC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(yù)測預(yù)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(chǎn)生報警，并將產(chǎn)生報警的時間和原因記錄入數(shù)據(jù)庫，報警的方式為窗口提示、聲音報警、短信發(fā)送等；

• 可通過設(shè)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(chǎn)生報警的時間和原因，對各種數(shù)據(jù)進行分析，并可在權(quán)限范圍內(nèi)實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享；

• 系統(tǒng)可錄入每個公廁名字、設(shè)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(shè)定不同的采集間隔。

3現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備

3.1概述

有機揮發(fā)物現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)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、VOC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 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(shù)量級的低濃度揮發(fā)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(zhuǎn)化為電流信號實現(xiàn)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(fā)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(jié)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(jīng)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(zhì)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(zhuǎn)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(fā)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(fā)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(fā)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(huán)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(dǎo)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(jiān)測終端

3.2.1功能特點

1）標準的技術(shù)路線：根據(jù)國家相關(guān)標準要求提供完整的配置系統(tǒng)；

2）優(yōu)質(zhì)的軟件平臺：通過中心端軟件平臺，實現(xiàn)多站點數(shù)據(jù)集成、分析、上報和發(fā)布。

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

4）精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)：可同時監(jiān)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(shù)據(jù)采集、分析及可視化軟件，大大提高監(jiān)測效率。

6）PID發(fā)展趨勢：采用自主研發(fā)的、擁有多項的第三代本安型PID傳感器，響應(yīng)時間更快，抗?jié)裥阅芨鼜姡瑴y量范圍大；無需工具可實現(xiàn)傳感器互換，支持離線標定；

7）PID自清洗技術(shù)：確保儀表的長期穩(wěn)定工作，延長傳感器使用壽命；

8）*的泵吸式采樣：內(nèi)置強力采樣泵，監(jiān)測范圍大，響應(yīng)、恢復(fù)時間短，使儀器具有敏銳嗅覺：

9）超寬測量范圍，量程自由設(shè)定：測量精度達到ppb級：

10）3G開放式氣路結(jié)構(gòu)：使檢測范圍擴大2倍，響應(yīng)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(xiàn)出更加優(yōu)良的性能；

12）可檢測數(shù)千種氣體：廣譜性檢測，內(nèi)置氣體庫，方便用戶選擇；

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

3.2.2技術(shù)參數(shù)

3.2.3技術(shù)實現(xiàn)

在線監(jiān)測終端核心部件采用單片機，設(shè)置有RS232和GPRS通訊接口，自帶液晶顯示和參數(shù)設(shè)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(shè)定，3G式開放氣路結(jié)構(gòu)，智能的溫度和零點補償算法，可檢測數(shù)千種氣體，內(nèi)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(yīng)時間快，恢復(fù)時間短；支持離線標定，壽命長。

4 軟件應(yīng)用平臺

4.1概述

有機揮發(fā)物在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用平臺體系結(jié)構(gòu)如下：

• 采集服務(wù)實現(xiàn)對系統(tǒng)監(jiān)控組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)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(wù)層提供數(shù)據(jù)支持。

• 數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫軟件平臺、數(shù)據(jù)服務(wù)（Web Services、DCOM組件、數(shù)據(jù)接口服務(wù)、中間件等）軟件的集成，并為應(yīng)用軟件層提供數(shù)據(jù)支持。

• WEB應(yīng)用實現(xiàn)對組態(tài)應(yīng)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(gòu)

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(shù)實現(xiàn)

有機揮發(fā)物在線檢測系統(tǒng)應(yīng)用平臺軟件主要包括實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集存儲、預(yù)警報警、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)設(shè)置等模塊。

4.3.1實時數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)

實時數(shù)據(jù)入庫系統(tǒng)主要實現(xiàn)監(jiān)測點所產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)實時存到監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)存儲中心，可以對接不同類型的監(jiān)測因子。

4.3.2數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)

原始監(jiān)測數(shù)據(jù)，將全部存儲在監(jiān)測平臺分布式文件系統(tǒng)，用于存儲海量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了滿足和適應(yīng)數(shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)特征和查詢處理的不同需求，部分存儲于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。

4.3.3實時預(yù)警系統(tǒng)

對監(jiān)測指標設(shè)置對應(yīng)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(huán)境保護的行為。

4.3.4數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用系統(tǒng)

VOCs數(shù)據(jù)查詢分析應(yīng)用提供包括實時監(jiān)控數(shù)據(jù)分析、總量核算、源解析及源強計算、區(qū)域排放監(jiān)測與預(yù)警、污染源擴散預(yù)測及分析等，同時可查看歷史記錄和分析數(shù)據(jù)等功能。VOCs歷史數(shù)據(jù)查詢處理時，由于數(shù)據(jù)量巨大，需要調(diào)度使用云計算技術(shù)管理多臺服務(wù)器節(jié)點進行并行處理。

4.3.5數(shù)據(jù)管理

查看系統(tǒng)內(nèi)超標數(shù)據(jù)，并配置短信設(shè)置，可進行超標預(yù)警等，提高工作效率。

4.3.6數(shù)據(jù)接口

系統(tǒng)提供Web Service和Json格式數(shù)據(jù)接口，供外部系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)，方便和第三方平臺對接。

4.3.7監(jiān)測設(shè)備自動校準

采用物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)，建立監(jiān)測數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備的自動校準，降低設(shè)備運維費用，提高數(shù)據(jù)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(fā)方案確定

5.2 現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備開發(fā)

硬件開發(fā)

嵌入軟件開發(fā)

單機測試

設(shè)備接口調(diào)試

5.3 管控平臺開發(fā)

數(shù)據(jù)庫表設(shè)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(shè)計

報表功能開發(fā)

設(shè)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