空气自动站技术方案教学教材.docx

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空气自动站技术方案教学教材

连续监测系统

技

术

方

案

一、环境空气监测的必要性3

二、技术方案4

（一）系统组成及结构图4

1.1污染物监测方法4

1.2数据采集、传输系统与中心站5

1.3中心站5

（二）设备选型、技术指标及性能5

2.1、DOASt体监测仪5

2.2、大气颗粒物监测仪8

2.3、气象系统10

2.4、数据采集和处理系统12

2.5、中心站系统13

2.6、长光程差分吸收法与干法点式的比较15

三、子站房建设设计16

四、施工组织方案19

五、系统运行与日常维护方案21

六、单套空气子站系统供货清单23

一、环境空气监测的必要性

洁净大气是人类赖于生存的必要条件之一，是维持生命所必需的物质。

大气有一定的自我净化能力，因自然过程等进入大气的污染物，由大气自我净化过程从大气中移除，从而维持洁净大气。

但是，随着工业化进程的加快，经济的高速发展，生产和消费规模日益扩大，越来越多的污染物源源不断地排放到大气环境中，改变了大气的正常组成，增加自然界自身净化的负担，使空气质量变坏；另一方面，由于人类生产活动的发展，人类对自然界的攫取越来越多，对生态环境的破坏越来越严重，削弱了自然界自身净化的能力，导致了大气污染物浓度不断地增加。

当我们生活在受到污染的空气之中健康就会受到严重影响。

污染物名称

取值时间

浓度限值（ug/m3）

一级标准

二级标准

S02

年平均

20

60

24小时平均

50

150

1小时平均

150

500

N02

年平均

40

40

24小时平均

80

80

1小时平均

200

200

臭氧

1小时平均

160

200

日最大8小时平均值

100

160

表1新《环境空气质量标准》浓度限值

当前我国大气污染状况十分严重，主要呈现为煤烟型污染特征。

城市大气环境中总悬浮颗粒物浓度普遍超标；二氧化硫污染保持在较高水平；机动车尾气污染物排放总量迅速增加从而导致以机动车排放为主导的光化学烟雾污染严重；氮氧化物污染呈加重趋势，很多大城市臭氧的大气浓度呈现上升趋势，大气污染控制急需尽快提上日程。

二、技术方案

环境空气质量连续自动监测系统是是一种集光、机、电及计算机技术为一体

的高科技产品，采用国家环保总局最新推荐的开放长光程分析方法及美国环境保护组织（USEPA）推荐的B射线吸收法，利用光学差分吸收光谱技术研制而成，与传统的点式仪器相比，具有在线连续测量、系统工作稳定、测量范围广（遥测功能）、运行维护费用低、维护周期短、无需人员监守等优点。

（一）系统组成及结构图

全套系统由长光程差分吸收光谱（DOAS）气体监测仪、PMio自动监测仪、PM2.5监测仪、气象站系统及数据采集器和中心站统计分析软件等几部分组成。

由长光程差分吸收光谱气体分析仪测量空气中SO2、NO2、O3及苯系物等痕量

污染物的浓度；由空气质量PM10自动监测仪器和PM2.5监测仪测量空气中可吸入颗粒物（inhalableParticulateMatter）10微米以下和2.5微米以下的固态粉尘颗粒的浓度；气象站系统测量环境空气中的风向、风速、气压及温湿度。

上述几种监测仪把测得的结果送入数据采集器进行储存及记录，并把测量数据远传到中心站进行分析、统计并生成各类报表。

子站中心站系统

图1系统组成结构图

1.1污染物监测方法

监测项目

测定方法

SO2

差分光谱吸收法

NO2

差分光谱吸收法

O3

差分光谱吸收法

PM10

B射线吸收法

PM2.5

B射线吸收法

表2污染物监测方法

1.2数据采集、传输系统与中心站

上述几种监测仪把测得的结果通过模拟量输出接口（0-1、0-5、0-10或

4-20mA）或数字量接口（RS232或RS485接口）将分析仪测量的结果传输至数据采集器保存，并通过传输系统把测量数据远传到中心站进行分析、统计并生成各类报表。

采用的Modem/ADSL通讯方式。

如图2所示:

图2数采系统与中心站的通讯方式

1.3中心站

采用目前配置比较高的国内知名品牌的电脑作为中心站电脑，并安装一套中

心站软件，实现用户的数据处理及报表统计、打印功能。

（二）设备选型、技术指标及性能

2.1、DOAS%体监测仪

1）测量原理:

长光程差分吸收光谱（DOAS）气体分析仪通过被测物质对各特定波长的光的吸收情况来检测化学物浓度。

可同时测量SO2，NO2,03、苯系物等多种污染物。

气体分子具有各自的特征吸收截面，DOAS技术是通过研究气体对光源强度的特征吸收以确定其浓度。

气体在大气中的吸收服从比尔定律，见下式：

1（）1。

（）exp{L（）C}

式中：

Io（）—光源发出的起始光强；

I（）—经过L距离传输后的光强；

L—光程；

（）—气体的吸收截面；

C-测量气体的浓度。

C就可以从实验中测量并计算：

CIn{Io（）/1（）}/L（）

光源（氙灯）发出的光，通过卡塞格伦望远镜系统准直传输到大气路径，一部分光被安放在路径另一端的角反射镜反射回来，被望远镜接收聚焦在光纤的入射端面。

光纤把光导入光谱仪，经光谱仪分光，出射约为66nm的谱宽。

光谱被

探测器一一光电二极管阵列PDA接收后，将光信号转变为电信号，经A/D模数转化后的数据通过计算机进行进一步处理。

通过比较经过大气痕量气体吸收的大气光谱与灯谱的不同而确定大气中的气体成分。

由于每种气体都有自己的特征吸收光谱，分析光谱的谱线结构及变化就可以确定吸收气体及气体的浓度。

结构图如图3所示。

图3DOAS系统光路结构

2）技术指标

项目

SO

NO

O3

测量范围

（0〜1）ppm

（0〜1）ppm

（0〜1）ppm

噪音

<0.5ppb

<1ppb

<1ppb

最低检测限

<1ppb

<2ppb

<2ppb

零点漂移（24h）

<±2ppb

<±5ppb

<±5ppb

20%量程漂移（24h）

<±5ppb

<±5ppb

<±5ppb

80%量程漂移（24h）

<±5ppb

<±10ppb

<±10ppb

线性误差

<±1%F.S.

<±1%F.S.

<±2%F.S.

电压稳定性

<±1%F.S.

<±1%F.S.

<±1%F.S.

响应时间

<2min

<2min

<2min

输出

模拟信号或数子信号

工作电压

AC220\±10%、50HZ

工作环境温度

-20°C〜40C

表3DOAS气体分析仪技术指标

3）技术特点

1、阵列探测器，一次获取72nm宽的光谱，不需要频繁切换光谱区间，具有高时间分辨率。

2、精度高，信噪比高，浓度测量下限低。

3、可实时、连续测量。

4、可同时监测多种气体成分，新增监测项目无需改变硬件。

5、完全非接触在线自动监测。

该技术不需要抽取样品（传统的湿法化学监测技术和干式电化学法自动监测技术均需采样），避免了由于采样带来的不准确性，可完全真实反映大气的污染状况。

6、平均污染状况，无须多点取样。

7、便于维护，运行成本低。

图4DOAS气体分析仪

2.2、大气颗粒物监测仪

1）设备选型：

PM10颗粒物：

LGH-01B型PM10监测仪

PM2.5颗粒物：

LGH-01E型PM2.5监测仪

2）测量原理：

本仪器采用B射线吸收原理。

原子核在发生B衰变时，放出B粒子。

B粒子实际上是一种快速带电粒子，它的穿透能力较强，当它穿过一定厚度的吸收物质时，其强度随吸收层厚度增加而逐渐减弱的现象叫做B吸收。

当吸收物质的厚度比B粒子的射程小很多时，B射线在物质中的吸收，近似为：

IIoemtm

式中：

I0为没有吸收物质时的强度；

I是B射线穿过厚度为tm的吸收物质度，

卩m称为质量吸收系数或质量衰减系数，单位为cm/g；tm称为质量厚度，单位为g/cm2。

实验表明，对于不同的吸收物质，卩m随原子序数的增加而缓慢地增加。

对于同一吸收物质，卩m与放射能量有关。

3）仪器组成：

可吸入颗粒物PM0（PM.5）自动监测仪包括仪器主机，PM0（PM5）切割器,以及采样泵。

结构图如图5所示：

图5结构组成图

4）技术指标:

项目名称

指标

PM0自动监测仪

PM5监测仪

测量范围

（0〜1）或（0〜10）mg/n3

（0〜1）或（0〜10）mg/m

50%切割粒径

10^n±0.5卩m空气动力学直径

2.5卩m±0.2卩m空气动力学直径

最小显示单位

3

0.001mg/m

3

0.001mg/m

米样流量偏差

<±3%设定流量/24h

<±3%设定流量/24h

平行性

<+7%

<±7%

测量精度

斜率：

1±0.15截距：

土10卩g/m3相关系数：

》0.95

斜率：

1±0.15截距：

土10卩g/m3相关系数：

》0.93

校准膜重现性

<±2%

<±2%

输出信号

模拟信号或数子信号

模拟信号或数子信号

工作电压

AC220\±10%、50HZ

AC220\±10%、50HZ

工作环境温度

0C—40r

0C—40r

表4大气颗粒物监测仪技术指标

5）技术特点:

1大屏幕字符液晶屏

2、功能强大的微处理器和设计简洁的硬件线路

3、采用低密度，低辐射，半衰期长的C14源

4、质量更好的滤纸，可以使测量更精确

5、精密的机械加工技术使仪器机械运动更稳定可靠

6、系统采用的高性能组件和更贴近用户的软硬设计使本仪器仅仅需要非常有限的维护和保养。

7、可靠的远距离RS485通讯。

图6PMio（PM5）监测仪

2.3、气象系统

1）设备选型：

WS500-UMB

生产厂家：

德国LUFFT

2）测量原理：

1气温和相对湿度

温度通过一个高精度NTC电阻进行测量，而湿度则通过一个电容式传感器进行测量。

为了降低外部影响（例如太阳辐射），这些传感器应置于防辐射、通风良好的外壳内。

与传统非通风式传感器相比，此类传感器在强辐射条件下测量精度更高。

结合气压因素，可根据气温和相对湿度来计算露点、绝对湿度和混合比等参数。

2气压

通过一个内置传感器（MEM）测量绝对气压。

利用当地海拔高度（用户可在设备中设定），通过气压公式可计算出以海平面为基准的相对气压。

3风向和风速

风力计中有4个超声波传感器，可在各个方向循环进行测量。

根据测得的声波传输时间差异计算并确定最终风速和风向。

该传感器内置了一个风的检测质量输出信号作为参考，从而指出在测量期间有多少合格的测量数据。

3）技术指标:

测量项目

测量范围

测量精度

备注

气压

300〜1200hPa

±0.5hPa

模拟或数字信号

R485标准接口

风向

0〜359.9°

±3°

风速

0〜75m/s

±0.3m/s

气温

-50°C〜60°C

±0.2C

湿度

0%RI■〜100%RH

±2%RH

表6气象系统技术指标

4）

5）技术特点：

1）采用先进的、高精度、坚固耐用的工业级气象传感器。

超声波气象站重量轻,体积小巧，便于安装。

2）外形坚固可靠，没有转动部件，不易损坏。

3）测量精度较高，没有机械转动部件，寿命长，在超大风速下也便于使用。

4）

5）不受启动风速影响，0风速起即可测量，亦适合于微风的测量。

6）由于其特有的工作原理无需昂贵的现场校准或维护，免去了固定站高位安装拆卸的困难。

7）

2.4、数据采集和处理系统

1）

2）、技术特点

1、可正确显示监测分析仪器测定的数据资料；

2、数采仪可与中心站实现远程校时；

3、具备远程自动控制功能，可以利用中心站软件可以对采集仪发送命令，实现

监测仪器的远程控制；

4、适时状态传输功能，可采集系统各仪器的适时状态参数，并向中心站或中心管理平台适时传输；

5、具备数据标志功能，数采仪对每个状态的数据进行标志；

6、采集的数据能被中心站软件远程调用，同时具备数据查询功能，不仅能够查询一定时间段的历史数据，而且能够查询小时均值、日均值、月均值和年均值，并且配有形象的图形显示，便于用户了解各个参数随时间的变化趋势；

7、开机自动运行功能，当停电或仪器重新启动后，无需要人工操作，数据采集仪软件能够自动运行，数采仪支持GPRS/CDMA/ADSL/WL等多种通讯方式实时传输子站数据；

&数据采集器的硬件配置和分析软件完全独立，各分析仪相互独立，保证各功能模块互不干扰；

9、子站数据采集传输能与原中心站数据软件无缝对接兼容。

精品文档

2）、技术指标

序号

指标或性能

1

数据米集器应可储存30天以上的小时平均值数据，同时保存相应时期发生的有关校准、事件记录

2

数据采集器应可正确显示分析仪测定的数据

3

数据米集器应可与中心站自动对时

4

数据米集器应对每个非正常监测数据（如校准数据、异常数据等）作标志

5

数据采集器显示的监测数据对应的监测时间应与监测仪显示的时间一致

表7数据采集和处理系统技术指标

3）、硬件配置

电脑配置：

主频不低于1.5GHz,

内存不低于1G；

硬盘不小于150G;

RS232扩展卡4口；

10/100M网卡。

2.5、中心站系统

1）、中心站简介

中心站数据管理子系统主要是完成各监测子站系统测量数据的远程调用、数

据存储及数据报表生成，为环境管理提供基础数据和决策依据。

其结构图如图

10所示：

图10中心站系统示意图

2）、技术指标

序号

指标或性能

1

中心站软件符合国家环保部HJ/T193-2005《环境空气质量自动监测技术规范》要求，兼容性强；

2

与数据米集仪设备建立连接并进行交互，负责对各监测点数据的米集、整理、保存、查询、显示、发布等；另外，可以实现对各监测点仪器的实时远程监控及诊断功能。

能够通过灵活的配置方式管理各监测点的各类参数，通过直观的图表形式对数据进行查询显示；

3

中心站软件具有完整的备份安装软件

4

中心站软件能够将原始监测资料自动生成可在其它通用软件上使用的基础数据

文件（.txt）

5

能对子站进行遥控操作，能对子站进行远程诊断和故障查询以及远程数据传输和参数设置；

6

对已经获取的监测数据能进行各种统计计算和分析，能输出各种符合国家规定的中文报表（日报表、月报表和年报表）和图表，并可对报表和图表分别进行打印；

7

自动监测系统在连续24小时监测中，中心控制室计算机定时自动或手动向各子站发出指令，检查自动监测仪参数是否合格，并将结果反馈中心控制室；

8

能对子站进行遥控操作，能对子站进行远程诊断和故障查询以及远程数据传输和参数设置；

9

能够通过中心站远程控制监测仪器的开关机操作，并能控制监测仪器进行校准等操作；

10

通过子站数据米集器下载的监测数据中带有相应的数据标志（如校准数据、异

常数据等）；并能够对各种异常数据以不同的颜色进行显示，并在打印中能以不

同的标志进行区分；

11

中心站能够下载并储存子站的校准记录、校准设置及停电复点等事件记录。

12

对已经获取的监测数据能进行各种统计计算和分析，能输出各种符合国家规定的中文报表（日报表、月报表和年报表）和图表，允许操作人员设置密码进行保护，并可对报表和图表分别进行打印；

13

能显示污染物浓度动态变化趋势，并具有污染统计预报的功能；

14

对原始数据和编辑后的数据分别进行保存，随时可将编辑后的数据恢复为原始数据，并可在数据库中对每个校准数据、异常数据做记录；

15

具有数据编辑和管理功能，能方便地对数据库进行查询、编辑、打印等操作，能将数据库中的数据存储为其他格式的数据文件；

16

中心站软件能够让操作人员根据原始数据生成空气质量日报

表8中心站系统技术指标

2.6、长光程差分吸收法与干法点式的比较

项目

干法点式仪器

长光程DOAS仪器

系统组成

一种污染物成分需要一台检

测仪器，另外还需配备零气发

生器、标气和配气系统

一套系统可测量多种污染成分

系统升级

增加新的监测项目，必需配备

相应的检测单元。

增加新的检测项目，无需硬件投入，

只需软件升级既可。

仪器检测项目

S02、NOx、NO

S02、03、N02、NO

（有机物、NH3有机物、NH3、C6H6、

C7H8、CH2O）

运行消

耗费用

耗材

约3万元/年（含灯、滤膜、活

性炭、干燥剂、标气等）

约1万元左右/年（含氙灯、滤纸）

电耗

（不含空调）

设备功率2KW

年耗电：

1.75万KWH

设备功率0.6KW

年耗电：

0.53万KWH

性能

测量范围

0〜0.5ppm

0〜0.5ppm

最低检测限

2ppb

2ppb

噪声

1ppb

1ppb

零点

5ppb/24h

5ppb/24h

仪器方法技术水平

化学发光法、紫外荧光法、红

外吸收法（当代主要技术水平）

紫外差分吸收光谱法（国内外当前

最咼技术水平）

监测样品特性

代表一个取样点

样品范围为一条长100米至1公里的监测线，可进行二维多通路空气监测（消除了某些非常集中的污染排放源对测量的干扰，使测量数据更具有代表性）

是否抽取样品

抽取样品

不需抽取样品，非接触自动监测。

操作特点

较复杂

设备安装简单，使用方便，测试快捷

维护周期

〜30天

>90天

故障率

不咼

低

机房噪音

较咼

低

表9长光程与点式仪器比较

二、子站房建设设计

空气子站房是空气子站监测系统正常工作的必要保证。

其站房的设计好坏

直接影响监测系统的寿命和正常运行。

站房安装在屋顶时，四周要留有通道。

1站房面积要求：

以满足站房操作人员正常操作和维护仪器方便为宜，不应过大过高。

2、站房保温要求：

为无窗（或双层密封窗）结构，墙体应有较好的保温性能。

有条件时，门

与仪器房之间可设有缓冲间，用于开门时保持站房内温度和湿度恒定，阻挡灰

尘和泥土带入站房，并可安全放置气体钢瓶。

3、安装要求：

在屋顶上建立站房时，站房重量应满足屋顶承重要求，若站房重量经正规

建筑设计部门核实超过屋顶承重，在建房前应先对屋顶进行加固。

4、防水、防潮要求：

站房应有防水、防潮措施，一般站房地层应离地面应有25cm的距离。

5、气象杆或气象塔安装要求：

在四周比较开阔的站房顶上，设置用于固定气象传感器的气象杆或气象塔

时，气象杆、气象塔与站房顶的垂直距离高度不能小于2米，并且气象杆、塔

和子站房的建筑结构应能经受10级以上的风力（南方沿海地区应能承受12级以上的风力）。

同时需在墙面上预埋一用于将气象传器电缆引入站房的空心弯头。

弯头应在室外，以防雨水顺电缆进入室内。

6、水泥平台、圆孔设计要求：

⑴望远镜墙壁支撑圆孔直径300mm（视具体安装情况现场开孔）。

望远镜

筒伸出去后与开孔边缘要有20mn左右的间隙。

⑵平台面积要求：

长X宽X高=1750mmx750mmx900mm

⑶平台应采用实心砖平台结构（不能用轻质水泥空心砖）或混凝土水泥桩结构。

水泥平台不能紧靠墙面，与墙面应有一定间隙，以避免墙体震动对仪器的影响。

7、地面设计要求：

子站房地面要求为平整的水泥或瓷砖或大理石面，禁止用木地板。

8站房内供电电源要求：

交流（220±10%）V，有良好接地线。

电压不稳的地区应配备具有过压、过

载和漏电保护装置的电源。

并具有超温保护功能，可以提供4-20mA接口。

为

防止电噪声的相互干扰，站房采用（30〜40）A三相供电分相使用；站房监测仪器供电线路应独立走线，选用220V/15A的仪器设备电源插座。

9、站房内其它附属设备：

⑴要求有办公桌1张。

⑵子站房内安装空调器一台，空调参数要求依据子站房大小而定。

空调应有来电自启功能。

⑶温度范围要求：

23C至27C。

⑷湿度范围要求：

80%以下。

10、子站房应有防雷电和防电磁波干扰的措施，例如，气象杆、塔和站房应安

装可靠的避雷设施，并且要有良好的接地线路，接地电阻V4Q。

11、站房门应轻开轻关，以免震动过大引起光路骗移。

12、因气象参数仪安装站房顶，故房顶的设计应有足够的强度，并且方便气象参数仪的安装。

四、施工组织方案

根据项目的具体情况，在项目方案设计、客户培训、运行维护等多方面精心策划、精心组织，且保证整个项目能有条理、按计划、分步骤地顺利进行，特制定本项目的实施计划。

我公司将按照“£09000:

2000质量体系”、“GJB9001A-2001质量管理体系”和“项目管理制度”，凭借在ITS系统项目建设中积累的成熟经验，通过一套严谨的项目管理办法和配备优秀、精干的设计施工力量，以确保项目工程的顺利、成功地实施。

（1）、组建项目领导小组，全面负责项目的实施

项目组成员职责：

1、项目经理

（1）、负责对项目实施情况进行监督；

（2）、负责对全系统的工程质量进行监督；

（3）、负责协调处理同甲方的关系；

（4）、制定项目实施计划和时间表；

（5）、组织工程实施工作

（6）、监控项目过程和进度；

（7）、编写项目进度报告；

（8）、定期举行项目进度会议；

（9）、协调项目中的所有人员和资源；

（10）、向用户提交系统运行报告；

（11）、向用户提交竣工验收申请。

2、总体设计组

（1）、完成本项目的需求调研、分析工作；

（2）、负责整个项目业务及应用系统的规划和集成工作；

（3）、完成本项目的总体技术方案及总体实施方案的设计；

（4）、系统技术参数的制定和审核；

（5）、系统安装过程中的技术支持。

3、软件小组

（1）、负责根据客户个性化需求扩充软件功能；

（2）、负责系统软件安装、调试。

4、设备安装小组

（1）、负责整套系统的安装；

（2）、负责子站和中心控制室的设备调试；

（3）、负责空调、电话、电源等电气设备和消防设备的安装调试。

6、质量监控小组

（1）、对项目实施各个阶段进行监督、控制，并按项目进展情况组织不同级别的功能测试、性能测试和验收；

（2）、对项目实施过程中存在的安全隐患和质量缺陷，应及时向项目执行组长汇报，并督促解决；

（3）、贯彻执行有关国家标准和质量标准及验收规范，并对各小组进行质量方面的业务指导。

7、设备技术保障组

（1）、对项目所采用的所有硬件设备等提供全面的技术支持与服务保障。

（2）、通过多种服务手段及灵活多样的服务方式，提供与项目相关的所有软件方面的支持与服务。

（二）、项目实施及安装调试方案

前期安排1名工程师，配合用户负责、指导站房建设；

设备项目工程师2名，负责设备安装、调试、检测和验收工作；

第一步设立专门项目组负责该项