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便携气相色谱在固定污染源废气监测中的应用
发布时间: 2020/04/22  发布者: 原创  浏览量:

摘要介绍了便携式气相色谱仪在石化、汽车喷涂、焦化以及包装印刷四种典型固定污染源现场的检测应用,并与在线式挥发性有机物的监测数据进行比对分析,讨论便携式气相色谱仪在挥发性有机物现场监测的适用性。

关键词便携式气相色谱仪;非甲烷总烃;GC 4310

0 引言
      由于国家对挥发性有机物排放的日益重视,越来越多的生产企业需要安装挥发性有机物在线监测设备。但由于在线监测设备与第三方实验室比对数据的差异,在线设备监测数据的准确性备受质疑。在环保督察、应急检查、数据比对的工作过程中,需要提供现场快速的检测结果,因此对于环境执法部门而言,亟需一款满足要求的便携式挥发性有机物分析仪。生态环境部2019年初发布的《环境空气和废气 便携式环境空气和废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃便携式监测仪技术要求及检测方法》(HJ 1012-2018),为挥发性有机物便携式监测提供了标准依据。本文采用华电智控(北京)技术有限公司生产的GC 4310便携式气相色谱仪,对石化、汽车喷涂、焦化以及包装印刷四种典型固定源挥发性有机物排放现场的非甲烷总烃进行检测分析,并同在线监测设备进行对比,并对便携设备的应用提出部分建议。

1 GC 4310便携式气相色谱仪简介

1.1仪器检测原理
      GC 4310 气相色谱仪采用GC-FID原理,内置采样泵,使用定量环进行定量。设备使用机械多通阀进行采样与进样切换,载气将定量环中的样气送至检测器进行分析。在外置的操作平板上显示分析结果。监测因子为非甲烷总烃。

1.2 主要特点
      3色谱柱双多通阀设计,自带内部反吹功能,可使非甲烷总烃的分析周期在2min以内;使用EPC流量控制技术,分别控制载气、助燃气和氢气的流量,具有较高的控制精度;内置电池,可满足连续运行4小时使用,内置载气瓶、氢气瓶,气瓶使用时间可满足8小时的使用;内置打印机,可现场打印监测数据。

2 现场分析条件
①石化工艺废气
      某石化企业,主要生产石油树脂。工艺废气经催化焚烧炉处理后,经30m排放口排放至大气中。
②汽车喷涂烘干车间废气
      某汽车生产企业的喷涂车间烘干室的工艺废气,经收集管道收集后,进入转轮RTO处理工艺。处理后的废气经30m烟囱排放至大气中。
③焦化企业工艺废气
      某焦化企业,主要成产焦炭,沥青。炼焦过程产生的工艺废气经废气管道收集后,进入催化焚烧炉处理。处理后的废气经60m烟囱排放至大气中。
④包装印刷行业工艺废气
      某包装印刷企业,主要生产食品包装袋,印刷车间的废气经收集管道收集后,进入碱液喷淋+活性炭处理工艺处理。处理后的废气经15m烟囱排放至大气。

所有排口其它相关信息见表1。
1  现场测试排口条件

废气来源 石化工艺废气 汽车喷涂烘干废气 炼焦废气 包装印刷工艺废气
排放口直径/m 1.2 1.6 6 1.5
排放口风量/万方/小时 3 23000 6000 5.2
排放口高度/m 30 30 60 15
排放口温度/℃ >100℃ 80℃左右 120℃左右 常温
污染物治理工艺 RCO 转轮浓缩+RTO RCO 碱洗+活性炭
 
3 便携设备的校准检定
      现场监测前,需对便携式设备进行校准检定。检定的依据是《环境空气和废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃便携式监测仪技术要求及检测方法》(HJ 1012-2018)II型仪器的性能指标要求。分别对设备的检出限、分析周期、定量重复性、线性误差、氧气的影响、温度流量电压对测量结果的影响,响应因子进行检定。由于条件限制,未能验证振动的影响。由于使用的现场条件的监测平台振动幅度非常小,因此忽略由于振动带来的测试结果的影响。具体试验分析结果见表2。
2  GC 4310校准检定结果

项目类别 测试结果 标准要求
检出限 0.45 0.8
定量重复性 0.93 2%
线性误差 1.31 F.S. 2%F.S.
氧气的影响 2.37 F.S. 5%F.S.
温度的影响 1.78 F.S. 5%F.S.
压力的影响 0.82 F.S. 2%F.S.
流量的影响 0 2%F.S.
响应因子 丙烷:0.93
脂肪烃:0.94
芳香烃:0.90
二氯甲烷:0.81
丙烷:0.9-1.2
脂肪烃:0.8-1.2
芳香烃:0.8-1.2
二氯甲烷:0.75-1.15
 
注:设备量程为200 mg/m³
 
4 现场测试方案
      因选取的四个排放口均已安装在线监测设备,安装的在线监测设备的品牌型号各不相同,均按照《固定污染源废气非甲烷总烃连续监测系统技术要求及检测方法》(HJ 1013-2018)的要求执行,在线监测设备监测的因子与便携设备相同,均为非甲烷总烃。测试选择企业工况相对稳定的条件下,对便携式FID设备进行现场监测,同时与同时段的在线监测数值进行比对。便携设备与在线设备的测试条件见表3。
3  GC 4310与在线设备的测试条件

  采样时间 进样时间 采样探头温度 伴热温度 测量次数 分析间隔
GC 4310 60 60 无加热 120 10 3min
在线监测设备1 60 60 120 120 10 3min
在线监测设备2 60 60 120 120 10 3min
在线监测设备3 60 60 120 120 10 3min
在线监测设备4 60 60 120 120 10 3min
 
注:因选取的四个排放口均已安装在线监测,并已联网。因此无法对在线设备进行调整,无法对在线设备进行校准检定。 

5 分析结果
便携式气相色谱仪现场测试的结果与在线设备的比对结果见表。
4 GC4310便携式气相色谱仪与在线数据比对结果             单位mg/m³

注:①准确度要求引自《固定污染源废气 非甲烷总烃排放连续监测技术指南(试行)(征求意见稿)》的准确度要求;②因对便携设备进行测试验证,故示值误差以在线监测作为参比方法
 
由比对结果可知,GC4310便携式色谱仪的测试结果比较稳定,其测试结果反映的趋势也与在线设备一致。在示值误差方面,石化与包装印刷的两个排口的示值误差相对较小,而喷涂与焦化车间的示值误差相对较大。所有现场的甲烷浓度值都非常低,便携设备和在线设备在甲烷的测试的绝对误差基本都小于1 mg/m³。因此试验误差主要体现在总烃的误差方面。
分析产生误差原因可能主要有两方面的原因:一方面,便携设备是近端采样,而在线设备要经过较长的伴热管线输送,理论上非同一时刻的同一样气,虽然生产工况相对稳定,但仍会产生些许波动;另一方面,在线设备比对前,没有经过检定校准,无法验证在线设备是否满足HJ 1013-2018中对响应因子的要求。由于样气成分未知,对于不同样气组成,设备的响应度/灵敏度将成为设备误差的主要原因。
虽然GC 4310便携式气相色谱仪与现在设备的结果有一定的误差,但都满足根据《固定污染源废气 非甲烷总烃排放连续监测技术指南(试行)(征求意见稿)》的准确度要求。

6 结论与建议
      根据现场测试的结果可知,GC 4310便携式气相色谱仪在实际的现场监测数据结果比较稳定,与在线设备的比对的误差满足标准要求,可以用来现场监测固定源排放口的非甲烷总烃的浓度数据,也可用作参比方法与在线监测设备进行数据比对,作为应急监测、比对验收监测的一种重要手段。但可明确的是,本文试验仍具有一定的局限性。现场监测的4个排口的排放浓度均不高,试验并没有验证在高浓度排放条件下的应用与比对。此外,GC 4310便携式气相色谱仪没有采用防爆设计,暂时不能应用于防爆场合。因此在后续的发展升级时应用考虑防爆场合的设计与应用。

7 参考文献
      固定污染源废气 非甲烷总烃排放连续监测技术指南(试行)(征求意见稿)
      环境空气和废气 总烃、甲烷和非甲烷总烃便携式监测仪技术要求及检测方法(HJ 1012-2018)