有机气体在线分析仪

 TR-9300C型在线式VOCs气体连续监测系统是一款基于气相色谱技术的在线监测系统，可以在线监测气体中的挥发性有机物（包括甲烷、非甲烷总烃、苯系物等），也可以根据用户需求扩展至其它多种挥发性组分（例如酮类、脂类等有机物）的监测，具有较高的测量精度和较宽的动态范围。该系统适用于石油化工、橡胶制品、半导体制造、医药、印刷、喷涂、有机溶剂制造、汽车制造等工业固定污染源的有机物排放监测。 1.1 系统特点 有机废气在线监测系统具有以下特点： l 采用气相色谱法进行检测，符合VOCs检测方法的国际检测标准； l 预处理方法符合美国、欧盟和国内固定污染源废气测量标准，方法可靠性高； l 系统采用全热法，从采样到分析全程高温，无需除水，有效避免样品损失，保证监测数据准确可靠； l 具有快速旁通流路，仪表采样响应速度快； l 具备自动吹扫功能，可自动去除探头滤芯表面的粉尘，延长探头使用寿命； l 具备自动校准功能，支持全程自动校准，无需值守，Zui大限度减少人工维护量； l 系统可监测总烃、甲烷、非甲烷总烃、苯系物、恶臭以及上百种有机废气等，可满足不同客户的监测需求； l 用户可选防爆型设计，采用正压防爆柜设计，可安装在防爆区域，安全可靠。 1.2 主要技术参数 表1-1 有机废气在线监测系统的主要技术参数 项目 指标 VOCs挥发性有机物 测量原理 气相色谱原理 测量组分 甲烷/非甲烷总烃、苯系物（苯、甲苯、乙苯、邻/间/对二甲苯）等 测量范围 0~1000ppm（可配置） 检出限 甲烷 0.1ppm 重复性 RSD≤3% 测量偏差 ≤2%F.S. 分析周期 1.5min 响应时间 90 s（25 m伴热管线） 采样管线 伴热温度125℃以上 数据采集与处理 工控机 6路RS232/485 4路USB接口 Windows XP操作系统 系统软件 废气治理VOC在线监测系统 输出 模拟量输出通道 RS485通讯接口 GPRS通讯接口 以太网通讯接口 系统状态开关量输出（选配） 电源 220 V AC/50 Hz  2 kW（主机部分，不含伴热管、空压机） 机柜尺寸 600 mm×900 mm×2055 mm 机柜环境温度 (5~35) ℃ 机柜环境湿度 (20%~90%) RH     2 系统组成 有机废气在线监测系统由VOCs（甲烷、非甲烷总烃、苯系物）监测子系统和数据采集与处理子系统两部分构成，如图2-1和图2-2所示。   图1-1 有机废气在线监测系统现场示意图 图2-1 有机废气在线监测系统构成 VOCs监测子系统主要由采样探头、伴热管线、预处理单元、电控单元、VOCs分析仪及辅助系统组成，测量时烟气由机柜内的外置高温泵抽取，经由采样探头、伴热管线、除尘过滤器后通入VOCs分析仪进行测量，仪表的辅助系统包括零气发生单元、氢气发生器及标气等。 数据采集与处理子系统由工控机和有机废气在线监测系统监测软件构成。有机废气在线监测系统监测软件安装在外置工控机内，用于监测和汇总所有的气体浓度信息和工作状态信息，同时生成报表、存储数据、记录历史数据、与联网通信等功能。 有机废气在线监测系统仪表柜的前面板如图2-3所示。       图2-2 有机废气在线监测系统仪表柜前面板 表2-1 机柜各部分名称 部件名称 功能 工控机 协调控制各模块，汇总所有的气体浓度信息和工作状态信息，具有生成报表、存储数据、查询历史记录、与联网通信等功能。 VOC气体分析仪 与采样预处理系统结合，测量CH4和NMTHC等气体浓度。 零气发生器 给VOC气体分析仪提供纯净的零气。 电控系统 电控系统由开关、继电器、ADAM、PLC、温控器、接线端子等组成，主要实现系统内设备的供电及信号传输功能。 采样预处理系统 由采样探头、伴热管线、高温泵、精密过滤器等组成，实现气体的采样和预处理过程。 气路控制系统 由过滤减压阀、电磁阀、压力开关组成，主要实现采样泵供气、探头反吹，流速反吹等功能。 1.1 气态污染物监测子系统 1.1.1 采样预处理系统 采样预处理系统由采样单元、标定单元、反吹单元及电气控制单元组成。   图2-3 有机废气在线监测系统气路流程图 图2-4是预处理系统气路流程图，该图方便用户理解整个系统的气路流向，也方便用户进行日常检修参考。 图中所示为两个探头的情况，可用于同一套系统在两个不同点位的监测。用户也可根据自己的需求，配置单个采样探头进行单点位的监测。 2.0.1 VOC气体分析仪 VOC气体分析仪采用高温伴热双柱并联反吹色谱分离技术，可以自动测量和分析甲烷和总烃的含量，通过总烃和甲烷含量的差值计算得到非甲烷总烃的含量，大大缩短了分析周期，同时针对高沸点非甲烷总烃研制的高温伴热技术大幅度减少了高沸点非甲烷总烃的色谱峰展宽，允许仪表对高沸点物质进行地测量，甚至在高浓度非甲烷总烃存在的情况下也可以进行该操作。 常用VOC气体分析仪是一款甲烷非甲烷总烃分析仪，除了具有常规色谱仪的分离和测量系统外，VOC气体分析仪提供了灵活的触摸屏式操作软件、自动校准和测量功能。另外，VOC气体分析仪还具有以下几个特点： l 采用EPC技术进行载气压力控制，控压稳定，控压精度优于±0.05kPa。  l 采用EFC技术进行氢气和空气流量控制，控流精度优于0.5%F.S.。 l 柱箱控制精度优于±0.1℃。 l 采用低维护的隔膜泵和定量环进行定体积采样。 l 采用进口VALCO十通阀/六通阀，维护量低，使用寿命长。 l 采用双柱并联反吹技术分析非甲烷总烃，减少峰展宽，缩短分析时间。 l 采用微型的FID检测器，对甲烷和总烃响应较为灵敏。 l 内置标准工业PC机，高清晰彩色液晶触摸显示屏，采用的人机交互控制软件界面，基于微软视窗操作系统，可实现全系统的自动无人运行。用触摸屏可完成所有的维护及诊断功能操作，还可对仪器参数和分析方法进行编辑和设置，可实时显示仪器运行状态、色谱图及结果等。自动存储数据及图谱，储存时间长达(6~8)年。 l 19’’标准机箱，结构紧凑，可与同类型仪器集成安装于立式机柜，占地小，日常维护和操作方便。 2.1 数据采集与处理子系统 数据采集与处理子系统由集线箱、上位机、有机废气在线监测系统监控软件和数据远程传输单元等构成。 集线箱安装在户外的平台上，平台上的所有设备均由集线箱进行供电，同时集线箱接收所有设备的输出信号，通过内部的处理单元转换为工业现场经常使用的RS485协议传输到上位机。通过安装在上位机上的有机废气在线监测系统监控软件监控查询所有测量信息和仪表工作状态信息。上位机软件可以同时生成国家要求的数据，通过数据远传单元（GPRS、Internet等）传送到环保行政主管部门。 有关有机废气在线监测系统监控软件的功能和操作方法请参见3 有机废气在线监测系统监控软件操作。 3 系统常规操作 3.1 操作区域概述 系统日常操作所涉及的主要有以下三个区域： 有机废气在线监测系统监控软件：可以完成参数设定、自动功能设置、仪表校准等。详细操作请参见4 有机废气在线监测系统监控软件操作。   图3-1 有机废气在线监测系统监控软件操作界面 VOC分析仪：可以实现甲烷和非甲烷总烃的测量 ，VOC分析仪的操作请参见《GC-3000-115在线气相色谱仪用户手册》。     3.2 系统运行前的准备工作 3.2.1 气路连接及设置 系统气路供气主要连接在VOC气体分析仪载气、FID检测器供气、气动阀驱动气、探头和反吹箱反吹气等。其中探头和反吹箱反吹气需高压压缩气单独供给外，其它气路用气均由随系统发货的气体发生器或高压钢瓶气提供。 VOC分析仪及FID检测器用气体主要从VOC分析仪设备背面气源接口接入，分别为：载气、零气、旁路排空、标气、氢气、预留。 l 载气：作为分析仪的载气，一般为由零气发生器产生的零气，接口为OD1/8”氟管。 l 零气：作为FID检测器的助燃气体，接口为OD1/8”氟管。 l 旁路排空：用于排出烟气采集的大流量气体，接口为OD8mm氟管。 l 标气：用于给仪表提供的标准气体，接口为OD1/8”氟管。 l 氢气：用于给仪表提供的氢气，接口为OD1/8”氟管。 l 预留：用于接入外置泵，接口为OD1/8”氟管。 3.2.2 电控接线及要求 系统供电 电控板的X2：1，X2：2，X2：3分别为系统供电220 V的火线，零线和地线接入端。 供电要求 l 机柜供电：220 V AC，功率2 kW（不包括伴热管线）； l 伴热管线供电：220 V AC，功率(kW)=伴热管线长度(m)×0.04 kW/m。据伴热管线的实际长度，结合现场的供电情况，选择合适的供电功率。 l 系统总供电功率：为机柜供电与伴热管线供电的功率之和。 注意 本设备Zui高能实现功率为3 kw伴热管线的供电。当伴热管线的功率超过3 kw时，本设备不适用。 所有气路连接好后，打开空压机和零气发生器，调整零气发生器压力表示数为0.4Mpa。 高温泵打开后，调整机柜前面板转子流量计示数为2L/min。 3.2.3 上电前的检查 一般来讲，在系统上电前主要检查以下几点： l 系统接地良好。 l 仪表风(0.4~0.7) MPa应该准备并连接好。 l 氢气(0.1~0.4) MPa应该准备并连接好。 l 系统旁路排空应该用气管引出室外。 3.2.4 上电的顺序 系统上电顺序为：总开关→其他分开关→多功能插座开关→A零气发生器开关→VOC分析仪仪表开关。 系统上电后，GC仪表要经过30 min左右的预热，探头、伴热管要经过60 min左右的预热，所有温度、压力指标达到要求、仪表无故障报警后，系统自动或手动触发进入测量状态。    图3-1 开关上电顺序   3.3 系统校准 有机废气在线监测系统在出厂前均经过严格验证并进行准确标定，由于现场工况条件不同，初次使用时建议进行重新标定。随着系统内部电子元器件老化，系统参数将会缓慢漂移，影响测量准确性，因此为了保证有机废气在线监测系统测量结果准确，在使用过程中，每隔一定的周期，也需要对组成系统的各类分析仪进行重新校准。 校准主要是对系统进行零点和灵敏度标定，校准时需要通入零气和相应浓度的标准气体。 注意 一般情况下，VOC分析仪标定周期为30天。 3.3.1 调节高压气瓶 如图3-6所示，一般气瓶内装的是高压气体，因此使用气体时需要在气瓶出口（由气瓶旋钮控制）处连接一个两级压力调节器进行减压后才能使用。两级压力调节器有两个表头，靠近气瓶的是高压表头，气瓶旋开后它能自动显示气瓶内的剩余压力，远离气瓶的是分压表头，通过它能调节所需要输出的气体压力值。 l 开气瓶：开气瓶顺序是先开气瓶开关（逆时针方向）、再慢慢打开两级压力调节器至相应的压力，为了保证标准的可靠性和准确度，一般调节分压表头（顺时针方向）的示值保持在0.3 MPa左右。 l 关气瓶：关气瓶的顺序是先关气瓶开关（顺时针方向），再关气体压力二级减压阀中的开关（逆时针方向），当分压表头的示值将为0 MPa即可。关闭气瓶开关后校准值为不可靠值，建议不再使用。 图3-1 高压气瓶实物图  注意 一般情况下，甲烷/丙烷标气可以使用黄铜材质减压阀；而高沸点组分标气使用不锈钢减压阀，避免标气组分在减压阀残留。 3.3.2 校准 在长期的在线测量过程中，系统的标定系数有可能发生变化，需定期进行零气和标准气的校准，确保测量数据的准确性。为了节约人工成本，使系统更加智能化，系统提供了自动零点和标气校准功能。 零点校准：通入纯净的零气，对仪器进行零点校准。 标气校准：通入待校准的标气（CH4/C3H8/Air或CH4 /Air），进行量程校准。具体量程可根据具体工况进行调整。 4 有机废气在线监测系统监控软件操作 1.1 运行环境 软件运行环境 操作系统 Windows XP/Win7 .Net FrameWork版本 .Net FrameWork 2.0 数据库 数据库管理软件：MySQL Server 5.1 数据库驱动程序：MyS 3.51 数据库客户端软件：MyS 3.2 其他 办公软件：Microsoft Office Excel 2003/2007/TXT   1  1.1  4.1 主界面介绍 有机废气在线监测系统软件无需安装，内部命名为“GC3000 Manager”软件，解压缩完成后可在桌面建立GC3000 Manager软件的快捷方式，双击桌面上的快捷图标或通过访问有机废气在线监测系统软件所在文件夹，找到图标，启动有机废气在线监测系统软件。 有机废气在线监测系统软件主界面如下所示，由实时监测界面和浓度趋势界面组成。 实时监测：用于显示系统当前运行的状态，进行系统运行、停止、反吹和关闭操作，并能实时显示被测化合物的实时浓度值。系统状态主要有预热、待机、运行、反吹、报警和关闭等6个状态。除报警灯外，当系统处于某个状态时，此状态的灯显示绿色，其它不被显示的状态灯显示灰色。   图4-1 主界面 – 实时监测   图4-2 主界面 – 浓度趋势 浓度趋势：用于显示一段时间内或更新当前化合物浓度趋势，并进行显示化合物的选择和浓度趋势的导出。浓度趋势导出格式为TXT格式或EXCEL格式，用户可根据需要进行选择。 表4-1 主界面含义及功能 名称 功能 标题栏 显示软件名称。 菜单栏 提供各种操作功能 工具栏 提供快捷操作，比如运行、停止等 主界面显示区 实时数据：实时显示系统的数据值 浓度趋势：以曲线图的形式显示系统的历史数据值，每一个化合物对应一条自己的浓度趋势曲线 系统信息栏 显示系统运行的信息，包括普通信息、警告信息和错误信息。 状态栏 显示系统当前运行状态及当前用户。   4.2 开始 [开始]菜单提供了化合物编辑、系统配置、通信设置、日志设置和退出系统等5个子菜单。   图4-1 文件菜单 1.1.1 化合物编辑 [化合物编辑]子菜单提供化合物信息编辑的功能，点击[化合物编辑]可进行化合物列表的增加或删除、寻峰时间的设置等操作。对于已经确定的化合物列表可进行保存，便于后续相同列表的导入。   图4-2 化合物编辑文本框 点击“保存”按钮即可保存相应编辑好的化合物信息，点击“关闭”按钮回到主显示界面。 4.2.1 系统配置 [系统配置]子菜单提供压力单位和浓度单位的设置功能。常用压力单元有kPa、psig和bar，默认值为kPa。常用浓度单位有ppm、ppb、mg/m3、µg/m3，默认单位为ppm。需要注意的是，此处设置单位时，只是在实时监测和浓度趋势界面将相应单位进行变化，而不具有单位间的数值换算功能。   图4-1 系统配置文本框 4.2.2 通信设置 [通信设置]子菜单可以设置GC通信和PLC通信的通信端口和波特率，实现工控机与VOC分析仪和PLC电控单元的通讯功能。   图4-1 通信设置文本框 4.2.3 日志配置 [日志配置]子菜单提供用户配置日志功能。   图4-1 日志配置 [日志配置]是对仪表运行过程中运行状况进行记录，包括通信日志、错误日志和系统日志。勾选相应选项后分别在对应文件夹下创建文件记录对应项的运行状况，便于系统出现问题后研发或工程人员对系统进行问题的准确定位和解决。 4.2.4 退出系统 [退出系统]菜单提供用户退出系统功能   图4-1 退出系统文本框 点击“确定”按钮退出系统，点击“取消”按钮回到系统的主界面。 注意： 通过系统主界面右上角的“”按钮也可退出系统。 4.3 报警 [报警]菜单提供用户对系统出现的当前报警和历史报警进行查询的功能。   图4-1 报警菜单 1.1.1 报警查询 [报警查询]可以进行当前报警信息和历史报警信息的查询。 l 当前报警界面：显示软件本次打开运行期间的报警信息。点击“刷新”可更新当前报警信息。点击“报警处置”可选择消除还是保留当前报警信息。   图4-2 当前报警界面 l 历史报警界面：提供历史报警信息查询、显示、清空和导出操作 Ø 历史查询：提供报警描述、报警等级或时间范围三种查询方式查找相关报警信息。同时通过每个查询方式的下拉菜单进一步定位所需查询的报警信息； Ø 查询全部：显示Zui近50条历史报警信息； Ø 导出：将历史报警信息导出成txt（或excel）文件供用户查看； Ø 清空全部：删除历史报警信息。     图4-3 历史报警界面 4.4 帮助 [帮助]菜单用于显示用户软件的一些基本信息，提供屏幕键盘供用户进行操作，如图4-12所示。     图4-1 帮助菜单 1.1.1 软件版本   [软件版本]：用于显示当前软件的版本的名称、版本号、版权等信息。 4.4.1 屏幕键盘 [屏幕键盘]：在屏幕上显示屏幕键盘，方便用户进行参数的输入输出等操作。   图4-1 屏幕键盘文本框 5 日常维护 为了保证有机废气在线监测系统能长时间准确、可靠地工作，需要周期性地对有机废气在线监测系统进行维护。本手册介绍的有机废气在线监测系统的维护都是一些简单的检查和操作，本公司的工程人员在系统安装调试完毕后，将会对现场的仪表操作工作人员进行此方面的详细培训。 5.1 维护注意事项 l 每天检查分析室小屋的室温是否保持在(5~35) ℃，若不在此范围，开启空调；每天开启分析室小屋的排风扇； l 检查零气出口压力是否在(0.4±0.02) MPa，若不正常，调节零气的调压阀； l 需定期对GC-3000进行量程校准，建议周期为一个月； l 根据使用情况需定期对氢气发生器加一次纯净水，确保液位在上下限之间，建议周期为一周； l 根据使用情况需定期更换氢气发生器的变色硅胶（蓝色变成粉红色为失效），建议周期为二个月； l 根据使用情况需定期按配比更换氢气发生器电解液，建议周期为六个月； l 根据使用情况定期更换零气发生器的活性炭和NO氧化剂，建议周期为六个月； l 根据使用情况定期更换零气发生器的HC/CO洗涤器，建议周期为六个月； l 检查是否出现仪器报警信息，处理方法见6.2节； l 根据使用情况定期检查仪表风气源，确保无油、无水； l 根据使用情况定期清洗压缩机的空气过滤器、机柜内部过滤器和探头过滤器，建议周期为三个月。 l 根据使用情况定期清理工控机和VOC分析仪散热风扇表面的灰尘。其它电气、仪表、设备的维护参照通用电气、仪表、设备维护规范进行。 5.2 VOC分析仪维护 下表是对连续使用VOC分析仪建议的维护工作频率总览。 表5-1 VOC分析仪维护计划 工作 频率 所需物质 时间（小时） 校准 1x每两星期到1x每月 标准气体，用于提高校准速度的动态校准仪 0.5-3 过滤减压阀中过滤器的更换 1×每年 机柜内部空气过滤减压阀 0.1 过滤减压阀中的水 1x每两星期到1x每月 排放过滤减压阀的水 0.1 机柜外观及通风口除去灰尘 1×每两个月 干抹布 0.1 更换探头过滤器 1×每年 探头滤芯 0.5 更换机柜加热盒中精密过滤器 1×每年 加热盒过滤器 0.5 清洁十通阀/六通阀 1×每年 只能由聚光科技服务人员或经过培训的专业人士完成 2 硬件优化 1×每年 只能由聚光科技服务人员或经过培训的专业人士完成 1 清洁内部气体管 1×每两年 VICI不锈钢管、PTFE管 2 部件的维护详情请参见GC-3000-115在线气相色谱仪用户手册6.2~6.4章节。 5.3 零气发生器维护 下表是对连续使用零气发生器建议的维护工作频率总览。 表5-1 零气发生器维护计划 项目 维护内容 频率 是否需要校准检查 时间（小时） 验证测试功能是否正常 查看状态 每周 - 0.1 NO洗涤器 更换 建议6个月或者NO氧化剂有80%的紫色变为棕黄色时需要更换 否 0.5 活性炭 更换 6个月 否 0.5 HC/CO洗涤器 更换 每年 是 0.5 可再生洗涤器 更换 出现露点报警时更换 是 0.5   6 故障排查 本章节主要介绍常见故障处理。 进行故障排除时请注意以下几个方面： l 非专业人员请勿打开机箱盖或内部结构对分析仪进行维修； l 打开机箱盖前请先确认电源已经安全关闭，必要的话请断开电源线； l 充分利用仪器显示的报警信息进行仪器故障排查； l 对内部结构进行操作时请注意做好静电防护工作。 6.1 常见问题及故障处理 表6-1 常见问题及故障处理 序号 常见问题 处理方法 1 无法开机 1、检查电源线是否连接； 2、测量交流输入电压是否为220 V； 3、检查保险丝是否正常。 2 屏幕无显示 1、显示屏电源线是否连接； 2、断电后打开机盖确认显示屏排线与显示板的连接。 3 测量浓度偏差大 1、确认仪器是否刚开机； 2、进行气密性检查，确定气路无泄漏； 3、检查流量是否满足测量要求。 4 按键不动作 1、 确认在当前状态下该按键是否可用； 2、 若所有按键均无响应，断电后打开机盖确认按键排线与显示板的连接； 3、 若时间不走，说明系统死机，需重启仪器。 5 机箱温度过高 1、确认环境温度是否满足工作条件((5~40) ℃)； 2、检查机箱尾部的散热风扇是否正常运转。 6 VOC分析仪面板上的报警灯报警 查看GC-3000在线气相色谱仪用户手册相关的处理方法。 7 A开机时面板上报警灯报警 开机约30 min后，当仪器达到稳定，报警灯会自动消失   警告 检修工作必须由受过专门培训或具有一定仪器操作控制相关知识（例如自动化技术）的技术人员实施，实施过程中应注意按照电气检修规范操作以保证人员和设备的安全。 6.2 报警信息及处理 表6-1 系统报警 报警含义[正常范围] 解决措施 预热超时 检查探头、伴热管线、加热盒温控器模块和仪表阀箱温度 自检失败 检查自检失败时，具体的报警信息 标定超时 重新进行标定 表6-2 PLC报警 报警含义[正常范围] 解决措施 通讯异常 检查串口通讯线 温度报警 检查探头、伴热管线、加热盒温控模块和仪表阀箱温度 仪表风报警 检查仪表风出口压力是否没有达到0.4MPa以上 表6-3 分析仪报警 报警含义[正常范围] 解决措施 通讯异常 检查PC和分析仪通讯线 仪表故障 检查仪表报警码 表6-4 集线器报警 报警含义[正常范围] 解决措施 通讯异常 检查PC和集线器通讯线