气体在线监测系统技术方案应该包括哪些内容

气体在线监测系统技术方案是指导项目实施、设备选型、安装调试、验收运维的核心文件，需兼顾技术可行性、工况适配性、合规性、安全性，覆盖“监测需求-系统设计-硬件选型-软件开发-安装调试-运维保障-合规验收"全流程。以下是工业级气体在线监测系统技术方案的核心内容框架，适用于环保排污监测、工业安全监控（如有毒有害、易燃易爆气体）、园区环境监测等场景：

 一、项目概述与需求分析

1. 项目背景

项目名称、建设单位、监测地点（如工厂排污口、园区边界、车间内部）；

建设目的（如环保合规监测、安全风险预警、工艺优化、应急响应）；

依据标准（列出核心引用标准，如环保类：HJ 212《污染物在线监控（监测）系统数据传输标准》、HJ/T 397《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》；安全类：GB 50493《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》；防爆类：GB 3836《爆炸性环境》系列标准）。

2. 监测需求明确

监测对象：明确气体种类（如环保类：SO₂、NOₓ、VOCs、CO、O₂；安全类：甲烷、氢气、氯气、氨气等），需注明每种气体的**核心参数**（测量范围、精度要求、响应时间）；

监测点位：点位数量、安装位置（如管道内、车间天花板、园区边界）、现场工况（温度、压力、湿度、粉尘含量、是否防爆区域）；

监测频率：连续监测（24小时不间断）、间歇监测（如每5分钟1次）、应急监测（触发条件下加密监测）；

数据要求：数据存储周期（≥1年）、传输方式（4G/5G、RS485、LoRa、以太网）、对接平台（环保部监控平台、企业SCADA系统、园区监控中心）；

功能要求：是否需要报警联锁（如超标触发阀门关闭、风机启动）、远程校准、自动清洗、故障自诊断。

 二、系统总体设计

1. 设计原则

合规性：符合国家环保、安全、计量相关标准，数据可用于监管验收；

可靠性：适应恶劣工业环境（高温、高湿、高粉尘、腐蚀），平均时间（MTBF）≥8000小时；

精准性：测量误差、重复性满足行业标准，具备温度/压力/湿度补偿功能；

可扩展性：支持新增监测气体、点位，兼容后续系统升级；

安全性：防爆、防雷、防静电，避免监测过程中引发二次安全风险。

2. 系统架构设计

（1）架构图

绘制“现场监测层-数据传输层-平台管理层"三级架构图，明确各层级组件及连接关系：

现场监测层：采样预处理系统、分析单元、传感器、现场控制器；

数据传输层：无线传输模块（4G/5G）、有线传输接口（RS485/Modbus）、数据采集器（DTU）；

平台管理层：云端监控平台、本地服务器、客户端（电脑/手机APP）。

 （2）核心工作流程

描述全流程自动化逻辑：  

采样→预处理→分析检测→信号转换→数据采集→传输→平台存储/显示→报警/联锁→校准/清洗**

3. 技术路线选择

根据监测气体种类、工况、精度要求，明确核心技术方案：

分析技术：如红外吸收法（SO₂、NOₓ）、PID光离子化法（VOCs）、顺磁式（O₂）、氧化锆（高温氧）、电化学（有毒气体）、激光光谱法（高精度气体）；

采样方式：管道内直接测量（原位式）、抽取式（伴热采样/常温采样）、扩散式（车间空气监测）；

预处理技术：针对高粉尘/高湿度/高腐蚀工况，明确预处理方案（如高温过滤、冷凝脱水、化学吸附、伴热防冷凝）。

 三、核心硬件选型与技术参数

1. 现场监测层硬件

（1）采样预处理系统

组件名称 选型参数 功能说明 

采样探头 材质（316L不锈钢/PTFE）、耐温（≤800℃）、过滤精度（5μm陶瓷滤芯） 抽取气体样品，初步过滤粉尘 

伴热管路 伴热温度（≤120℃，可调节）、保温材质（岩棉/聚氨酯）、长度（根据现场距离定制） 防止气体冷凝（如VOCs、焦油）导致管路堵塞 

冷凝脱水器 制冷温度（≤5℃）、脱水效率（≥99%）、自动排水功能  去除气体中水分，避免影响分析精度 

多级过滤器 精度（1μm/0.1μm）、滤芯材质（活性炭/PTFE） 去除粉尘、油污、腐蚀性杂质 

采样泵 流量（0.5-2L/min）、耐腐蚀性、防爆等级（Ex d II BT6） 提供稳定采样动力 

（2）分析检测单元

按监测气体分类列出设备选型，明确技术参数：

监测气体 分析仪器型号 技术原理  核心参数（测量范围、精度、响应时间） 适配工况 

SO₂ XXX-IR-01  红外吸收法  0-50/100/500mg/m³，误差≤±2%FS，T90≤10秒 锅炉烟气、工业废气 

VOCs XXX-PID-02 PID光离子化法 0-10/100/1000ppm，误差≤±3%FS，T90≤5秒 化工车间、涂装废气 

 O₂ XXX-Paramag-03  顺磁式  0-21%VOL，误差≤±0.1%FS，T90≤8秒  煤气管道、燃烧系统 

甲烷  XXX-EC-04  电化学法 | 0-100%LEL，误差≤±5%FS，T90≤3秒 防爆车间、燃气管道 

（3）数据采集与传输设备

数据采集器（DTU）：支持Modbus RTU/TCP协议、数据存储≥10万条、断电不丢失；

传输模块：4G/5G全网通（支持双卡双待）、RS485/以太网接口、信号强度≥-85dBm；

现场控制器（PLC）：品牌（西门子/Schneider/国产）、I/O接口数量、支持联锁控制逻辑编程。

（4）辅助设备

防爆外壳：防爆等级Ex d II BT6/CT6、防护等级IP65；

校准设备：标准气体钢瓶（如零点气N₂、跨度气已知浓度标气）、校准阀组、便携式校准仪；

防雷设备：电源防雷器（AC 220V）、信号防雷器（RS485/4G）、接地装置（接地电阻≤4Ω）；

供电设备：UPS不间断电源（续航≥4小时）、太阳能供电系统（偏远无市电场景）。

2. 平台管理层硬件

 服务器：CPU、内存、硬盘容量（满足数据存储1年以上）、操作系统（Windows Server/Linux）；

监控终端：电脑客户端、大屏显示设备（可选）。

四、软件系统设计

 1. 数据采集与处理

采集功能：支持多协议（Modbus、HJ 212、MQTT）、数据采集频率（可配置，1-60秒/次）；

处理功能：数据滤波、异常值剔除、温度/压力/湿度补偿算法、单位换算（mg/m³/ppm/VOL/LEL）。

2. 监控平台核心功能

（1）实时监控

数据可视化：气体浓度实时数值、趋势曲线（分钟/小时/日/月）、点位地图（GIS定位）；

设备状态监控：在线/离线状态、运行参数（电压、温度）、故障报警（如传感器故障、管路堵塞）。

（2）报警与联锁

报警类型：浓度超标报警（上限/下限）、设备故障报警、数据异常报警；

报警方式：声光报警（现场）、短信/APP/邮件推送（远程）、报警日志存储；

联锁控制：支持与现场设备联动（如超标触发阀门关闭、风机启动、喷淋装置开启），可自定义联锁逻辑。

（3）数据管理

数据存储：本地+云端双重存储，支持历史数据查询（按时间/点位/气体类型）；

报表生成：自动生成日报/周报/月报（含浓度统计、超标次数、设备运行时长），支持Excel导出；

数据追溯：数据篡改防护、操作日志记录（校准、维护、参数修改）。

（4）远程管理

远程控制：远程启动/停止设备、远程校准、参数配置（如报警阈值、采集频率）；

权限管理：分级权限（管理员、操作员、查看员），限制操作权限。

3. 接口设计

对外接口：支持对接环保监管平台（如省/市污染源自动监控平台）、企业SCADA/ERP系统、园区应急指挥平台；

协议支持：HJ 212-2017（环保专用）、Modbus RTU/TCP、MQTT、OPC UA。

 五、安装与调试方案

 1. 现场安装要求

安装环境：温度（-20℃~60℃）、湿度（10%~95%无冷凝）、无剧烈振动、远离强电磁干扰；

安装位置：管道采样点需选择气流稳定段（前后直管段≥5倍管径）、车间监测点需按GB 50493要求布置（如有毒气体距地面0.3-0.6m，可燃气体距天花板0.3-0.6m）；

防爆要求：爆炸危险区域内设备必须符合防爆等级，接线方式为防爆密封；

接地要求：设备接地、防雷接地、防静电接地共用接地体，接地电阻≤4Ω。

2. 安装流程

施工准备：现场勘查、管线规划、设备清点；

基础施工：支架安装、接地装置施工、管线铺设（伴热管路、电缆）；

设备安装：采样探头安装、预处理系统固定、分析单元与控制柜安装、传输模块调试；

管线连接：气路连接（密封无泄漏）、电路连接（按接线图施工，绝缘测试）。

 3. 调试方案

气路调试：气密性测试（压力保持≥30分钟无泄漏）、采样流量校准（0.5-2L/min）；

设备调试：传感器零点校准（通入氮气）、跨度校准（通入标准气体）、响应时间测试；

软件调试：数据采集验证、传输稳定性测试、报警功能测试、联锁逻辑验证；

 系统联调：全流程运行测试（≥72小时连续运行），记录数据精度、设备稳定性、报警响应速度。

六、运行维护与校准方案

1. 日常维护计划

维护周期 维护内容 维护要求 

每日 查看设备运行状态、数据是否正常、试剂余量（若有） 记录运行日志，及时处理轻微故障 

每周 清洁设备外壳、检查采样管路是否堵塞、校准零点  确保气路通畅，零点漂移≤±1%FS 

每月  更换过滤器滤芯、检查伴热管路温度、跨度校准  滤芯无破损，跨度校准误差≤±2%FS 

每季度  全面检修气路/电路、测试报警联锁功能、校准传感器 设备无松动，联锁响应时间≤5秒 

每年 第三方检测校准、设备性能评估、更换老化部件（如传感器、蠕动泵管） 符合计量认证要求，数据溯源至国家基准 

2. 校准方案

校准标准：采用有证标准气体（浓度为测量范围的70%-80%）；

校准流程：零点校准（通入氮气≥5分钟）→ 跨度校准（通入标气≥3分钟）→ 误差计算→ 保存校准曲线；

校准记录：详细记录校准日期、标准气体浓度、校准前后数值、操作人员。

 3. 故障处理预案

常见故障  排查方法  处理措施 

数据偏高/偏低  检查采样管路是否堵塞、标气是否过期、传感器是否老化 清理管路、更换标气、校准传感器/更换传感器 

设备离线 检查电源、传输模块信号、SIM卡欠费  恢复供电、重启模块、充值SIM卡 

气路泄漏 用肥皂水检测接头、管路  重新密封接头，更换破损管路 

报警失灵 检查报警阈值设置、传感器是否故障、联锁线路  重新设置阈值、更换传感器、修复线路 

 七、安全与合规设计

1. 安全设计

防爆安全：所有现场设备符合Ex d II BT6/CT6防爆等级，接线盒、电缆密封；

电气安全：设备接地可靠、电缆绝缘等级≥AC 500V、安装漏电保护装置；

气体安全：采样管路远离火源、预处理系统设置排气口（接入安全管道）、有毒气体监测点设置应急通风接口；

应急设计：设备故障时自动切断采样、超标时触发联锁保护、平台支持应急远程操作。

 2. 合规设计

数据合规：数据存储≥1年、支持审计追踪、符合HJ 212数据传输标准；

设备合规：分析仪器通过CCEP环保产品认证、CPA计量认证、防爆认证；

验收合规：提供完整的技术资料（说明书、校准报告、检测报告），满足环保/安全部门验收要求。

八、项目实施计划与进度安排

阶段 工作内容 时间周期 责任方 

项目启动 现场勘查、需求确认、方案细化  1-2周  甲方+乙方 

设备采购与生产  按选型清单采购设备、定制化生产（如伴热管路）  3-4周 乙方 

现场施工与安装 基础施工、设备安装、管线连接  2-3周 乙方 

调试与试运行 系统调试、72小时连续运行测试  1-2周  乙方 

人员培训 操作培训、维护培训、应急处理培训 1周  乙方 

验收交付 提交验收资料、第三方检测、甲方验收  1周  甲乙双方 

人员培训计划

培训对象：操作人员、维护人员、管理人员；

培训内容：设备原理、操作流程、校准方法、故障处理、平台使用；

培训形式：现场实操培训+书面手册+视频教程。

九、质量保障与售后服务

 1. 质量保障

设备质量：核心部件（传感器、分析单元）质保1-2年，整机质保1年；

施工质量：严格按设计方案施工，隐蔽工程验收合格后方可继续；

数据质量：通过校准、补偿算法确保数据精度，符合计量标准。

2. 售后服务

响应时间：24小时技术支持，现场故障48小时内（省内）/72小时内（省外）到达；

备件供应：长期提供原厂备件，确保维护需求；

定期回访：每季度回访一次，评估设备运行状态，提供优化建议；

软件升级：免费提供平台软件终身升级服务。

核心注意事项

1. 工况适配：重点关注现场温度、压力、粉尘、湿度等参数，针对性设计预处理系统（如高粉尘工况需加强过滤，高湿度需强化脱水）；

2. 合规优先：所有设备必须通过对应认证（环保用设备需CCEP，计量用需CPA，防爆区域需防爆认证），避免验收风险；

3. 可操作性：维护流程需简单清晰，校准、更换部件无需专业技术人员即可完成；

4. 扩展性：预留新增点位、气体种类的接口，避免后续升级重复施工。