加油站有機(jī)揮發(fā)物（VOC）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1加油站VOC特點(diǎn)

  目前國(guó)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(diǎn)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(gè)環(huán)節(jié)：在裝卸作業(yè)中，油罐車通過輸油管道向儲(chǔ)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(jìn)入大氣，此外油品在儲(chǔ)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(duì)是比較少的。

2.2 總體設(shè)計(jì)

有機(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)空氣中存在的VOC氣體，將無線傳輸技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、軟件技術(shù)與傳感檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(jí)和報(bào)警信號(hào)，從而達(dá)到完善和提升大氣環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力，在環(huán)境惡化時(shí)及時(shí)提醒處理。

加油站有機(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測(cè)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(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)控中心和監(jiān)測(cè)終端組成：

2.4 主要功能

加油站有機(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、模型計(jì)算、數(shù)據(jù)存取、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、報(bào)表查詢、報(bào)警控制、維護(hù)管理等功能，主要包括：

• 監(jiān)測(cè)溫度、濕度、VOC等級(jí)等，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)或手機(jī)短信傳送到監(jiān)控中心，實(shí)時(shí)在線，數(shù)據(jù)主動(dòng)上報(bào)（GPRS/CDMA/3G可選）；

n 通過傳感器檢測(cè)參數(shù)綜合分析城市大氣中VOC的狀況；

n 監(jiān)測(cè)探頭斷線報(bào)警功能；

• 基于電子地圖或表格實(shí)時(shí)顯示每個(gè)監(jiān)測(cè)終端的在線數(shù)據(jù)；

• 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、事件記錄、操作記錄的長(zhǎng)期保存；

• 系統(tǒng)可以針對(duì)某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)顯示趨勢(shì)曲線，也可以進(jìn)行多監(jiān)測(cè)點(diǎn)同時(shí)顯示趨勢(shì)曲線，通過分析和對(duì)比實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)預(yù)警功能；

• 監(jiān)控中心對(duì)于出現(xiàn)的通信故障和數(shù)據(jù)超限產(chǎn)生報(bào)警，并將產(chǎn)生報(bào)警的時(shí)間和原因記錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，報(bào)警的方式為窗口提示、聲音報(bào)警、短信發(fā)送等；

• 可通過設(shè)置不同的查詢條件（包括時(shí)間、用戶、數(shù)據(jù)范圍等）從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得各種歷史數(shù)據(jù)，也可查詢報(bào)警記錄，獲得產(chǎn)生報(bào)警的時(shí)間和原因，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可在權(quán)限范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)共享；

• 系統(tǒng)可錄入每個(gè)公廁名字、設(shè)備數(shù)量類型等，以及現(xiàn)場(chǎng)的名字和，方便使用；

• 可采用標(biāo)準(zhǔn)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(shí)自動(dòng)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(duì)各采集終端設(shè)定不同的采集間隔。

3現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備

3.1概述

有機(jī)揮發(fā)物現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在現(xiàn)場(chǎng)，由在線監(jiān)測(cè)終端和傳感探頭兩部分組成。在線監(jiān)測(cè)終端集成GPRS無線通信模塊，采用實(shí)時(shí)在線、自動(dòng)上報(bào)的方式工作。在線監(jiān)測(cè)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(jìn)行綜合分析，zui終得到現(xiàn)場(chǎng)綜合環(huán)境等級(jí)。

3.2 原理介紹

PID是一種光離子化檢測(cè)器，主要用來檢測(cè)濃度在1ppb-15000ppm數(shù)量級(jí)的低濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物和其它的有毒氣體。PID是一個(gè)高度靈敏、適用范圍廣泛的檢測(cè)器。

PID使用了一個(gè)紫外燈（UV）光源將有機(jī)物分子電離成可被檢測(cè)器檢測(cè)到的正負(fù)離子（離子化）。檢測(cè)器捕捉到離子化了的氣體的正負(fù)電荷并將其轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)實(shí)現(xiàn)氣體濃度的測(cè)量。當(dāng)待測(cè)氣體吸收高能量的紫外光時(shí)，氣體分子受紫外光的激發(fā)暫時(shí)失去電子成為帶正電荷的離子。氣體離子在檢測(cè)器的電極上被檢測(cè)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(cè)器，它不會(huì)"燃燒"或*性改變待測(cè)氣體分子，經(jīng)過PID檢測(cè)的氣體仍可被收集做進(jìn)一步的測(cè)定。

理論上，所有的化學(xué)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(gè)電子和電離一個(gè)化合物的能量叫電離能，用電子伏特（eV）作為計(jì)量單位。紫外燈所發(fā)出的能量也可以用電子伏特來計(jì)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(cè)的zui主要的氣體或揮發(fā)物是大量的含碳原子的有機(jī)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?xì)浠衔铩１热纾憾野返龋?/span>

• 鹵代烴類：如三氯乙烯(TCE)、全氯乙烯(PCE)等；

• 含硫有機(jī)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(jī)物，PID還可以測(cè)量一些不含碳的無機(jī)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(cè)終端

3.2.1功能特點(diǎn)

1）標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)路線：根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求提供完整的配置系統(tǒng)；

2）優(yōu)質(zhì)的軟件平臺(tái)：通過中心端軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)數(shù)據(jù)集成、分析、上報(bào)和發(fā)布。

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

4）精確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：可同時(shí)監(jiān)測(cè)多種污染氣體，具有很高的時(shí)間、空間分辨能力和探測(cè)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(cè)效率。

6）PID發(fā)展趨勢(shì)：采用自主研發(fā)的、擁有多項(xiàng)的第三代本安型PID傳感器，響應(yīng)時(shí)間更快，抗?jié)裥阅芨鼜?qiáng)，測(cè)量范圍大；無需工具可實(shí)現(xiàn)傳感器互換，支持離線標(biāo)定；

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

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

9）超寬測(cè)量范圍，量程自由設(shè)定：測(cè)量精度達(dá)到ppb級(jí)：

10）3G開放式氣路結(jié)構(gòu)：使檢測(cè)范圍擴(kuò)大2倍，響應(yīng)時(shí)間加快10s，免維護(hù)時(shí)間有效延長(zhǎng)；

11）智能的溫度和零點(diǎn)補(bǔ)償算法：使儀器表現(xiàn)出更加優(yōu)良的性能；

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

13）多種信號(hào)輸出：可微調(diào)標(biāo)準(zhǔn)4~20mA（三線制）、RS485 Modbus、三級(jí)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(shí)現(xiàn)

在線監(jiān)測(cè)終端核心部件采用單片機(jī)，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(qiáng)大的人機(jī)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(cè)量參數(shù)和配置菜單。

在線監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)框圖如下：

3.2.4 TVOC在線檢測(cè)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(cè)，測(cè)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(diǎn)補(bǔ)償算法，可檢測(cè)數(shù)千種氣體，內(nèi)置氣體庫(kù)，可多信號(hào)輸出，友好清晰的人機(jī)界面，既方便操作又方便觀察，傳感器響應(yīng)時(shí)間快，恢復(fù)時(shí)間短；支持離線標(biāo)定，壽命長(zhǎng)。

4 軟件應(yīng)用平臺(tái)

4.1概述

有機(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如下：

• 采集服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)管理、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件平臺(tái)、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(shí)現(xiàn)對(duì)組態(tài)應(yīng)用軟件、工具軟件、各類人機(jī)界面軟件、WEB發(fā)布軟件的集成，從而zui終滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的需求。

4.2軟件架構(gòu)

有機(jī)揮發(fā)物在線監(jiān)測(cè)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(shí)現(xiàn)

有機(jī)揮發(fā)物在線檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)軟件主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、預(yù)警報(bào)警、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)設(shè)置等模塊。

4.3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)入庫(kù)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存到監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，可以對(duì)接不同類型的監(jiān)測(cè)因子。

4.3.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)

原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將全部存儲(chǔ)在監(jiān)測(cè)平臺(tái)分布式文件系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)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(chǔ)于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4.3.3實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)

對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)設(shè)置對(duì)應(yīng)的閥值，超過該值超過一分鐘在*時(shí)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(dòng)，及時(shí)阻止破壞環(huán)境保護(hù)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(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析、總量核算、源解析及源強(qiáng)計(jì)算、區(qū)域排放監(jiān)測(cè)與預(yù)警、污染源擴(kuò)散預(yù)測(cè)及分析等，同時(shí)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(shí)，由于數(shù)據(jù)量巨大，需要調(diào)度使用云計(jì)算技術(shù)管理多臺(tái)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行并行處理。

4.3.5數(shù)據(jù)管理

查看系統(tǒng)內(nèi)超標(biāo)數(shù)據(jù)，并配置短信設(shè)置，可進(jìn)行超標(biāo)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(tái)對(duì)接。

4.3.7監(jiān)測(cè)設(shè)備自動(dòng)校準(zhǔn)

采用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備的自動(dòng)校準(zhǔn)，降低設(shè)備運(yùn)維費(fèi)用，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 工作分解

5.1 前期準(zhǔn)備

硬件采購(gòu)

軟硬件平臺(tái)搭建

開發(fā)方案確定

5.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備開發(fā)

硬件開發(fā)

嵌入軟件開發(fā)

單機(jī)測(cè)試

設(shè)備接口調(diào)試

5.3 管控平臺(tái)開發(fā)

數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)表建立

數(shù)據(jù)庫(kù)操作功能測(cè)試

報(bào)表格式設(shè)計(jì)

報(bào)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(yuǎn)程監(jiān)控