VOC在线监控系统的设计与实施

卢朝晖

（浙江力嘉电子科技有限公司，浙江 诸暨 311800）

0 引言

针对企业的工艺废气及无组织排放，VOC在线监测是判断企业是否正常开启环保治理设施的最直接有效的解决办法，但目前尚未出台国家标准，安装VOC在线监测系统的方式存在一定的政策风险，可能会导致无效投资或重复投资。同时，VOC在线监测系统在国内尚未形成规模建设，其系统建设费用还比较昂贵，会给企业和当地政府带来较大的经济压力。另一方面，VOC在线监测仅得到最终的企业废气治理结果，而无法知晓是企业那个环节存在问题，在工业企业较集中的区域，甚至无法知晓是那家企业存在问题。基于以上分析，利用VOC在线监测系统实现对大区域范围内的空气质量评估，以企业VOC实时动态监管系统实现对特定企业的VOC治理监管是较理想的选择[1-3]。

1 总体目标

本系统的总体建设目标是针对重点企业，要求其VOC产生环节收集装置完备、输送环节VOC无泄漏、VOC处理环节运行高效，其主要建设目标如下：

1.1 一厂一档

针对不同的企业，根据其环评报告及现场调查摸排，重点梳理工艺废气产生、收集、处理各环节的关键设备，建立生产工艺以及环保处理工艺流程档案。并针对上述关键设备，安装现场实时工况监测设备。

1.2 停产企业生产监管

针对按监管部门要求实施停产的企业，通过实时监测生产设备用电量，对擅自启动生产设备的行为，自动向监管部门发送预警信息。

1.3 限产企业生产监管

针对按监管部门要求实施限产的企业，通过实时监测生产设备用电量，对超计划启动生产设备的行为，自动向监管部门发送预警信息。

1.4 擅自停运环保治理设施监管

针对企业在正常生产时，通过实时监测环保设施用电量，对擅自停运环保设施的行为，自动向监管部门发送预警信息。

1.5 生产能力与污染治理能力不相适应

利用大数据分析技术，建立生产用电量与环保设施用电量之间的数学关系模型，对异常用电情况进行实时监管并自动向监管部门发出预警信息。

1.6 污染治理设施低效运行

对有条件的环保治理设施，通过实时采集其运行工况，针对该设施的工艺参数，分析其运行效率，对低效运行的环保治理设施自动向监管部门发出预警信息。

1.7 工艺废气无组织排放

通过在废气收集管道安装压力传感器及流速传感器，结合各生产设施的用电量，利用大数据分析技术，对无组织排放行为自动向监管部门发出预警信息。

1.8 环保违法行为视频取证

对发现问题的生产设备，利用生产现场的视频监控系统主动录像存档，作为调查取证的依据。

1.9 涉气信访及群众举报平台

建立完善的涉气信访及群众举报处理程序，并跟踪相应的处理过程。

2 关键技术

2.1 建立生产能力与治理能力之间的数学关系模型

不同的企业有不同的生产工艺，以及VOC治理工艺，但究其本质而言，绝大部分状况下，针对具体的企业，其生产能力可由生产设施的用电量所反映，而治理能力可由治理设施用电量所反映。通过数学建模等技术，分析得到正常条件下生产用电量和治理设施用电量之间的关系模型，当实际监测得到的关系偏离正常关系，则系统自动发出预警。该技术的关键一是通过调查摸排以及系统试运行，获得不同生产工况条件下生产及治理用电量数据；二是采用何种数学建模技术，获得正常条件下两者之间的数学关系，不同的企业有不同的模型。该技术主要用于自动检测预警治理设施低负荷运行。

2.2 治理设施低效运行

环保治理设施在长期运行或不当运行的条件下，导致处理效率降低，该指标无法通过治理设施用电量反映，主要取决于该设施的运行维护等方面。针对特定的环保治理设施，在具备自动监测的前提条件下，分析其正常运行条件下的工艺参数，通过在关键部位安装相应的工艺参数采集传感器，如温度、压力、电流、场强等，分析其是否处于正常运行，从而对该设施的运行效率提供预警[4]。

2.3 生产过程的VOC是否有效收集

在VOC的产生、收集环节，一是需要通过现场调查摸排，分析其工艺流程中产生VOC的关键部位，该部位VOC收集装置是否完备且符合要求；二是收集后的VOC是否达到密闭传输的效果，主要监测管道内压力及引风机工作电流，通过监测上述两指标，可对预警VOC无组织排放行为[5]。

2.4 违法行为自动录像存证

由于系统实行自动预警监测，在现有法律体系下，无法依赖该系统的监测数据对企业实施查处。为此，需要结合企业生产现场的视频监控，在系统自动发出预警的同时，对相关的生产场所及关键部位进行自动录像存证，以此作为环保执法部门查处的事实证据之一[6]。

2.5 监测数据的展示方式

为了更直观展示企业的实时监测数据，应可视化展示企业的生产工艺流程，以及治污工艺流程，并直观显示各监测设备部署位置及监测数据。

3 总体架构

系统的总体架构包括企业现场采集系统、现场数据传输系统、远程数据通讯网络、云端大数据中心以及监控中心实时监管预警平台。

3.1 现场数据采集系统

针对不同的企业，根据其生产工艺流程，以及治污工艺流程，识别关键部位及重点监控设施，按照需要安装不同的传感器，采集生产工况及治污工况。数据采集应重点考察以下五方面：（1）企业核心生产车间总用电量；（2）重点生产设备用电量；（3）重点治污设施用电量及关键工艺参数；（4）废气收集设施用电量；（5）废气收集管路内部压力及流量。

3.2 现场数据传输系统

现场数据传输系统包括数据传输网络，以及现场数据终端。现场数据采集设备采集到的工况数据，通过现场数据传输网络汇聚到现场数据终端，该终端通过电信网络将数据传输到云端大数据中心。考虑到系统施工问题、IP资源问题，以及企业现场电磁环境复杂度，现场数据传输网络的设计遵循以下原则：（1）数据采集数据尽可能采用无线网络传输；（2）确实无法利用无线网络的情况下，采用有线网络。现场数据终端汇聚各采集数据，按照一定的规则进行数据编码、加密，而后上传至云端大数据中心[7-8]。

3.3 远程数据通讯网络

利用电信网络，将各企业采集得到的数据上传至云端大数据中心。

3.4 云端大数据中心

云端大数据中心包括数据通讯服务器、存储服务器以及应用服务器，可根据实际需要进行扩充。（1）数据通讯服务器。实时接收各企业现场数据终端的数据，一方面，根据企业所属地域以及相应的权限，将企业数据分发实时传输至各环保监管部门。另一方面，数据实时传输至数据存储服务器进行保存。（2）数据存储服务器。所有企业数据存储中心。（3）数据应用服务器。为各监管部门提供数据查询、统计、分析等应用服务，并提供移动端数据应用服务APP。

3.5 监控中心实时监管预警平台

实时监管预警平台部署在各环保监管部门，主要包括以下几方面的功能：（1）数据实时展示。以直观的方式展示各企业的工艺流程、治污流程，并显示各企业采集点的实时数据。（2）预警分析模型。实时分析各企业实时传输的数据，利用大数据技术，建立各企业的预警分析模型。（3）预警报送系统。企业实时数据经预警分析模型，得到预警信息，并通过短信等方式，将预警信息发送到相关监管人员的手机。（4）预警查处系统。跟踪督查每一条预警信息的处理流程。（5）实时视频监控。所有在地监管企业的实时视频接入、存储。

4 实施规划

按照总体规划、分步实施的原则，项目的总体实施步骤如下：

4.1 调查摸底

对重点监管企业进行摸排，重点调查企业厂区平面结构图、生产车间及生产线、生产工艺流程、治污工艺流程、废气收集系统、重点生产设备、重点治污设备及其工艺参数等，并按照“一厂一档”的原则，建立监管企业档案。

4.2 现场监测系统

现场监测系统包括数据采集方案及现场数据总线设计，在前期调查摸底的基础之上，针对不同的企业，逐一拟定现场数据采集终端型号及数量、数据传输网络结构等，并编制现场数据监测系统预算。

4.3 云端大数据中心方案设计

在前期调查摸底的基础上，估算需要的数据存储、应用资源，并设计云端大数据中心方案。

4.4 监控中心监管平台设计

各环保执法部门在授权范围内，对监管的企业以可视化、图形化的方式，展示各监管企业的工艺流程、治污流程；各类监测设备部署位置及实时监测数据；对各类环保违法行为进行实时分析并预警；结合各监管企业生产现场实时视频监控系统，对违法行为进行录像存证；同时，记录并跟踪调查处理辖区内各类涉气信访及群众举报案件。

4.5 现场施工安装计划

根据前期摸排的结果，编制企业现场监测设备安装施工计划，并根据实施计划要求，结合企业生产情况，进行现场监测系统施工。

5 结语

通过“一厂一案”机制，逐一调查摸排监管对象的工艺流程以及污染物处理流程，实时采集分析各企业的生产工艺环节用电量及污染治理设施用电量，利用大数据技术，建立两者之间的数学关系模型，实现受监管企业有计划停产与限产、废气治理设施擅自停运与低负荷运行、废气治理设施低效运行、生产过程中废气无组织排放等现象的实时监测、预警、分析与管理，同时结合生产现场实时视频监控系统，对上述环保违法行为视频录像取证。在此基础上，建设涉气信访投诉及群众举报平台，对严重影响群众生活环境质量的臭气异味区域，进行重点督查记录，彻查分析导致该问题的原因，跟踪督查信访处理业务流程。本系统有助于环保部门强化对涉气企业生产过程的环保实时动态监管，达到环保监管前移的目的。