基于TDLAS的储油库油气回收系统VOCs浓度检测方法研究.pdfVIP

摘要

随着化石能源的不断消耗，由此带来的环境污染问题也不断威胁人民群众的生命

健康权，因此，近些年来，国家出台了诸多政策与法规对污染进行治理。为降低储油

库在存储、运输、销售过程中挥发的烃类有机物对环境的污染，目前国家要求储油库

加装油气回收系统对挥发性有机物（VolatileOrganicCompounds，VOCs）进行回收处

理，同时要求定期对油气回收处理装置排放口的非甲烷总烃（Non-Methane

Hydrocarbons，NMHC）浓度、油气收集系统任何泄漏点排放的VOCs摩尔质量分数浓

度等参数进行检测，以确保装置运行良好。经过运行油气回收系统，近几年储油库周

边环境得到了明显的改善，但部分储油库因存在油气回收系统年久失修、设备故障、

密封处松动等问题，在检测空窗期未能及时发现与维修，而传统的气相色谱检测法与

氢火焰离子化检测器（FlameIonizationDetector，FID）现场检测法因其复杂的检测流

程与较低的检测效率无法进行实时在线检测，储油库存在超标排放的风险。因此，本

文针对储油库油气回收系统在线检测方法展开研究。

可调谐激光二极管吸收光谱（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy，TDLAS）

技术可有效克服自动化程度低、检测时效性差等缺点。此技术以Lambert-Beer定律为

基本原理，利用被测气体分子对特定波段的光选择吸收的特点进行气体浓度测量。此

技术具有非入侵性与快速响应的特点，且适用于有防爆要求的区域。

本文基于TDLAS技术对油气回收系统在线检测问题进行讨论。首先，详细的介绍

了TDLAS技术基本理论及分子吸收谱线的选择；其次，系统地分析了储油库油气回收

系统工作原理与结构，分析出在对系统检测过程中需要关注的点位；第三，本文介绍

了气相色谱法与FID现场检测法检测设备原理与检测流程，通过采用以上两种检测方

法对所分析的排放口和密封点进行检测，最终确定油气回收装置排放口、真空泵转动

密封、供油泵转动密封和回油泵转动密封4个需要重点关注的检测关键点位；第四，

进一步推导了检测的理论公式，并结合所分析出的油气回收系统各检测关键点位CH4

在VOCs中的占比，得到了不同点位的浓度反演公式；第五，根据以上分析提出了在

线检测装置的设计方案，详细地介绍了各部分特征和方案具有的优势。通过MATLAB

对方案进行了仿真分析，验证了所推导公式的正确性，研究了当温度传感器精度为±

0.5K，气压传感器精度为±0.0025atm时，理论上将会为系统带来不超过0.4%的误差；

最后，通过搭建实验室系统，在温度为288.15K，气压为1.006atm的环境下对CH4和

油气浓度进行测量，并从系统准确度、线性度、精密度三个角度分别分析了检测的可

行性。为后续系统的小型化以及工业应用奠定了基础。

关键词：TDLAS；VOCs浓度；CH4浓度；油气组分；傅里叶级数展开

ABSTRACT

Withthecontinuousconsumptionoffossilenergy,environmentalpollutionproblemshavethreatened

people’slifeandhealth.Therefore,thestatehasintroducedmanypoliciesandregulationstocontrolpollution.

Oneofthemistoinstalloilandgasrecoverysystemsinoilstoragedepotstorecovervolatileorganic

compounds(VOCs),whicharethemainsourceofhydrocarbonpollution.Thestatealsorequiresregular

testingoftheconcentrationofnon-methanehydrocarbons(NMHC)atthed