石化行业VOC监测方案

概   述

石化行业作为国民经济的支柱产业，为社会发展提供必要的石油能源和化工产品，但同时也属于重点工业污染源。其中大气污染以无组织排放形式为主，污染物主要为种类繁多的高浓度挥发性有机气体VOCs，给生态环境和人体健康带来极大危害。对此，国家相继出台多项政策文件，以改善环境质量：

• 2012年，我国《重点区域大气污染防治“十二五”规划》将VOCs列入控制指标；

• 2013年，国务院颁布《大气污染防治行动计划》（[2013]37号）推进挥发性有机物污染治理；

• 2014年12月5日，环保部发布《石化行业挥发性有机物综合整治方案》（[2014]177号）；

• 2015年11月18日国家环保部发布了《石化行业泄漏检测与修复工作指南》，同时《石油炼制工业污染物排放标准》和《石油化工工业污染物排放标准》陆续出台；

• 2015年10月1日开始试行的《挥发性有机物排污收费试点办法》和《关于制定石油化工及包装印刷等试点行业挥发性有机物排污费征收标准等有关问题的通知》（财政部会同国家发展改革委、环境保护部颁布），随后北京、上海、广州等14省相继发布了地方挥发性有机物排污收费细则，各省市也相继启动此项工作。

• 2017年印发《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》，提出实施石化、化工、工业涂装、包装印刷等重点行业VOCs治理工程，制定建立健全以改善环境空气质量为核心的 VOCs 污染防治管理体系的目标方针，计划到2020年石化企业基本完成VOCs治理，全国VOCs排放总量比2015年下降10%以上。

 

行业污染现状

2012年，据相关人员研究得出：我国VOCs人为源中工业源所占比重最大，为56%的权重，而工业源中石化化工行业仅次于溶剂使用，占据23%的权重。

无独有偶，VOCs管控实施较成熟的美国EPA公布的信息中，也明确指出石油和相关工业VOCs排放仅次于溶剂使用，随着时间的推移，溶剂使用中VOCs的排放持续下降，石化行业VOCs排放量却逐年增加，也许有赶超溶剂使用的可能。

 

由国内外统计可以看出，尽管基准方法不同，但总体来看溶剂使用VOCs排放量均占主导地位；而石化行业则是主要生产行业中的VOCs的主要排放源。因此作为VOCs的重要来源，石化行业成为了最先试水VOCs治理的行业，石化VOCs也成为了空气污染治理的焦点。石化行业的VOCs具体情况如下：

● 石化行业VOCs排放环节：

● 石化行业VOCs产污节点：

* 设备动静密封点泄漏

* 有机液体储存、调和、装卸无组织挥发损失

* 废水集输、储存、处理装置过程逸散

* 工艺有组织、无组织、非正常工况排放

* 冷却塔、循环水冷水系统无组织释放，火炬燃烧烟气石油炼制/化工行业主要工艺

* 石油炼制：常压蒸馏和减压蒸馏、催化裂化、催化重整、加氢裂化、延迟焦化、炼厂气加工

* 石油化工：对炼油过程提供的原料油和气（如乙烷、丙烷）进行裂解及后续有机合成、化学加工

● 石化行业VOCs特征：

* 成分复杂（多包含烷烃、烯烃硫醇、硫醚、多环芳烃等）

* 难处理（传统的吸附、吸收、燃烧等技术难以达到满意的去除效果）

* 排放量大（2010年，石化行业VOCs排放量全国第一）

 

建设方案

在此项目中，我们旨在利用工业园区专用VOC在线监测系统对石化企业进行全面监测，设立专属的企业污染物排放管理档案，实时监测企业污染状况，及时发现疏漏节点，寻找最适合的治理技术，最终实现到2020年完成VOCs治理的计划方针。

● 建设思路

结合实际与用户需求分析理解，石化行业VOC监测项目将充分结合当地环境状况及信息化的基础现状，以高科技技术成果为基础，进行有效采集；以政策和标准规范相结合的方式推动数据的统一汇聚，利用示范性推广建设的方式稳步推动项目整体性建设，具体思路包括：

Ø 结合实际，有效规划点位布设

合理规划企业园区内的区域布局，结合石化行业VOCs排放环节，细化整体区域内各点环境影响评价，在重点区域进行点位布设；同时需要结合地区的实际环境因素，在上、下风向口，厂界等地分别布设参照点位与监测点位，使实时监测数据具有合理性，VOC监测项目展现实际意义。

Ø 依照功能，配合使用监测设备

石化行业VOC的监测主要可分为两种：一种作为污染源排放的监测，主要是对VOCs治理后浓度是否达标进行监测；一种作为厂界、周边的VOCs监测，主要监测企业整体的环境状况，对可能存在的无组织排放泄漏节点周边以及企业厂界进行监测，查看对企业附近地区的影响。依据产品不同的功能原理特性，将光离子化和气相色谱分析技术的产品配套使用，分别用于厂界周边及污染源排放的VOCs监测。

Ø 分析现状，构建统一的数据接入机制

目前各地政府相关部门均对环境问题尤为重视，建设了大量的系统平台及监测设备，项目建设初期就需全面考虑，方便用户后期的可能存在的扩展性建设，实现既兼容政府系统标准又满足企业信息化标准的数据体系，建立从数据采集、数据存储、数据编目、数据挖掘分析的全生命周期的大数据融合与管理流程。

Ø 整体规划，实现大数据平台落地

建设大数据平台时充分借鉴国内其他大数据建设的经验教训，立足当地信息化建设的现状，采用整体规划、分布实施的建设思路，在规划层面，建立大数据管理平台，为企业大数据应用提供底层基础数据支撑，最终实现大数据平台的落地。

Ø 科学评估，结合模型实现靶向治理

在网格化精准监控及大数据分析的基础上，构建高斯算法模型，进行有效、系统的动态源解析分析，掌握石化企业内不同环节、不同治理、不同区域的污染贡献率，实现靶向治理。

Ø 一源一档，依据监测结果完善企业环境管理服务

平台的实时监测、历史查询、数据分析、系统管理等多项功能的有效使用，可实现企业环境档案的电子化、归一化综合整理，基于污染源的全生命周期的变化，实现对所有与污染源相关信息的查询、统计和分析，实现污染源从产生到消散全生命周期过程的“一源一档”式管理，依据结果完善企业生产工艺、治理手段等相关服务体系。

系统概述

根据污染物来源建立石化行业的网格化监控系统，区域网格化监控系统采用单元网格管理法的方式，按照“网定格、格定责、责定人”的理念，建立“横向到边、纵向到底”的区域网格化监控平台，应用、整合多项智慧环保技术，在全面掌握、分析污染源排放的基础之上，采用基于高斯算法模型进行开发。实时统计各监测点的监测设备数据，并根据各监测点的排放情况，来分析与推测区域内整体的排放情况。实现对VOCs排放区域整体监控，污染物扩散趋势推算，排放源解析等功能，同时结合物联网、智能采集系统、地理信息系统、动态图表系统等先进技术，整合、共享、开发，建立全面化、精细化、信息化、智能化的区域在线监测平台，实现对控制污染源无组织排放，减少大气污染等综合管理，为制定节能减排方案提供可靠的数据信息和科学的辅助管理决策。

● 系统架构

系统采用四层架构，包括数据采集层、基础支撑层、数据资源层和应用层。

数据采集层通过VOCs监测设备实时获取监测对象的各类原始数据，并将采集到的不同传输协议的数据转换成统一格式上送至监控中心软件平台，实现监测结果、设备运行状态等数据及时自动上报；

基础支撑层处理数据管理与交换业务，包括从监测子站工控机及其它源采集数据，对采集的数据进行存储、处理、分析以及备份等；

数据资源层包括对采集的空气质量数据和业务应用数据进行分类和管理，为功能展示层提供支持。

系统在应用层可以进行最终监测结果的展示，实时数据、统计分析、历史查询、预报预警等。系统逻辑结构如图所示：

 

● 4G专网传输

结合多数石化企业为无外网覆盖的实际现状，本案特制定4G专网传输系统。根据需要，搭建一定数量的基站，采用面向企业和行业应用的专业型LTE网络DTU进行内网建设。我司提供的LTE网络DTU集LTE调制解调器、路由器和接入点三者功能于一体，为用户提供安全、可靠、方便、灵活的无线宽带连接；在提供上网的同时，可以实现组建物联数据专网、远程数据接入、视频监控等7x24小时无人值守的应用功能。

● 数据库管理系统

数据库管理是通过利用大型关系型数据库在数据安全、一致性和分布式处理等方面的优势，将监测所得数据集中起来，使用户通过单一界面就可以方便的管理、查询、分析大量的环境数据，从而简化环境数据管理的难度，提高环境数据管理水平。

数据管理平台建设遵循《环境数据库设计与运行管理规范》相应要求。采用Web Service数据访问技术、ETL数据加工分析技术等整合环境质量监测各项数据，并通过对数据的整理、加工、挖掘、分析，提取综合、有效的环境数据结果，为环境质量数据的发布提供支撑，为环境管理决策提供数据支持。架构如下图所示：

● 整体环境监测硬件产品

该仪器是我公司推出的一款用于提供室外空气污染物实时、准确监测的产品，主要用于本项目中厂界、周边VOCs的监测，包括所在地主导风向的上风向和下风向厂界布设的点位和靠近居民区方向布设的点位以及园区内可能存在的排放泄漏节点周边布设的点位等。通过监测数据结合气象条件分析污染扩散趋势和污染源排放特点，实现厂区内及周边污染排放掌控及溯源，项目的有效实施，最终实现面源、边界和重点区域的全覆盖监测。

这款产品的名称为ZWIN-PVOC08光离子化扩散式VOC在线监测仪，采用节能供电，降低能耗，也可选择市电，可同步集成其他敏感气体传感器和气象五参数传感器。结合无线通讯技术，实现实时数据监测，将环境大数据汇集到“云平台”，为网格化平台提供数据基础；此设备体积轻小，外形美观，安装方便，其成本比基于分析仪构建的传统型参考站低3~5倍，可根据现场进行校准，确保其具有最佳的可追溯性。

 

用户可根据自身需求对ZWIN-PVOC08（扩散式）所测量的参数自定义。不仅可以监测VOC气体的浓度也可扩展二氧化硫（SO2）、颗粒物（PM10、PM2.5）等的监测。

名称

规格/明细

ZWIN-PVOC08光离子化扩散式VOC在线监测仪

抱箍式安装固定，独立的空气质量监测箱，采用悬挂式安装，保证采样充分。

VOC（PID）气体传感器

检测原理：PID光电离子； 检测气体：有机挥发气体；

精确度：≤±3%； 相应时间（T90）：≤30s；

量程：0—2、20、50、100、200、1000、2000、5000、10000PPM可选

大气温湿度传感器

温度：量程：-40～120℃；分辨率：0.1℃；准确度：±0.3℃；

湿度：量程：0～100%RH；分辨率：0.1%RH；准确度：±2%RH；

风速、风向传感器

风速：量程：0~45m/s；分辨率：0.1m/s；准确度：±0.3m/s；启动风速：≤0.5m/s；

风向：量程：0-360o；分辨率：1℃；准确度：±3℃；启动风速：≤0.5m/s；

气压传感器

测量范围：0~120KPa；响应时间：≤1s

基础软件系统

数据监测基本功能（实时监测、查询等，非平台）

 

● 治理后VOCs监测硬件产品

本产品属于质量型监测仪器，不仅具有灵敏度高、线形范围宽的特点，而且对操作条件变化相对不敏感，稳定性好。特别适合做常量或微量的常规分析，因为响应快所以与毛细管分析技术配合使用可完成痕量的快速分析，是气相色谱仪器中应用最广泛的一种，但由于成本相对较高，且需要站房建设等因素，所以在本项目中主要用于园区内污染源治理后排放气体浓度的监测。

● 软件平台

有机挥发物在线监测系统应用平台体系结构如下：

*  采集服务实现对系统监控组网、网络通信协议、网络接口服务、网络平台管理、监控数据远程实时采集等软件的集成，并为数据服务层提供数据支持。

*  数据服务实现对数据库软件平台、数据服务（Web Services、DCOM组件、数据接口服务、中间件等）软件的集成，并为应用软件层提供数据支持。

*  WEB应用实现对组态应用软件、工具软件、各类人机界面软件、WEB发布软件的集成，从而最终满足用户对系统的需求。

有机挥发物在线检测系统应用平台软件主要包括实时监测、数据采集存储、预警报警、统计分析、数据管理、系统设置等模块。

天津智易时代科技发展有限公司拥有雄厚的研发和技术支持力量，并以南开大学为技术的研发支撑，从而使公司核心技术的研发得到强有力支持。同时，智易时代致力于各类环境要素的在线监测，以大气监测网格化管理系统为基础，不断深入，逐步细化，研发了针对石化行业污染监测的“一平台两设备”（VOC在线监测平台、无组织排放监测的光离子化VOC监测仪以及污染源浓度监测的气相色谱法VOC监测仪），形成了完善的VOC监测环保体系。