揮發性有機物TVOC、VOC、VOCS氣體檢測解決方案

VOCs是揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds)的英文縮寫，是指在室溫下飽和蒸氣壓大於70.91Pa，常壓下沸點小於260℃的有機化合物。從環境監測的角度來講，指以氫火焰離子檢測器檢出的非甲烷總烴類檢出物的總稱，主要包括烷烴類、芳烴類、烯烴類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他有機化合物。這裡重點要說明的是：VOC和VOCs其實是同一類物質，即揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds)的英文縮寫，由於揮發性有機化合物一般成分不止一種，因此VOCs更精準。再者，在日常交流過程中，人們習慣性將s省去，就造成了部分朋友搞不清VOC和VOCs。

TVOC是Total Volatile Organic Compounds的縮寫，即總揮發性有機物。世界衛生組織(WHO，1989)對TVOC的定義是：熔點低於室溫，沸點範圍在50～260℃之間的揮發性有機化合物的總稱。

下面就VOCs氣體的主要特性、來源及危害、檢測的法律依據、毒性 VOCs 的檢測範圍，以及VOCs氣體檢測的解決方案進行分析總結。

一、VOCs 的基本特性

1. VOCs 的定義

VOCs 的學術定義：是指在正常狀態下（20℃，101.3kPa），蒸氣 壓在 0.1mmHg（13.3Pa）以上沸點在 260℃(500℉)以下的有機化學物質。

2.VOCs 的特性

●均含有碳元素，還含有 H、O、N、P、S 及鹵素等非金屬元素。

● 熔點低，易分解，易揮發，均能參加大氣光化學反應，在陽光下 產生光化學煙霧。

●常溫下，大部分為無色液體，具有刺激性或特殊氣味。

● 大部分不溶於水或難溶於水，易溶於有機溶劑。

● 種類達數百萬種，大部分易燃易爆，部分有毒甚至劇毒。

● 相對蒸氣密度比空氣重。

3.VOCs 的分類

VOCs 按其化學結構，可以分為：烴類（烷烴、烯烴和芳烴）、 酮類、酯類、醇類、酚類、醛類、胺類、腈（氰）類等。

二、VOCs的來源及危害

常見的VOCs種類及成分見表1-1。

表1-1 常見的VOCs種類及成分

2.1 VOCs的來源

VOCs的排放源及其污染物排放量的研究是控制大氣中VOCs的根本，而VOCs氣體的來源很廣泛。典型的VOCs排放源可分為人為排放源（包括固定源與移動源）和自然排放源（包括生物源與非生物源）兩類，其中以人為排放源為主，多半為石油化工相關產業的生產過程、產品消費行為以及機動車尾氣造成。通過分析總結，VOCs主要來源於以下幾個方面：

（1）石油化工廠排出的工藝尾氣，如石油煉製工藝，石油化工氧化工藝，石油化工儲罐生產工藝；

（2）石油、煤炭、天然氣等的開採和儲運過程中可有大量VOCs氣體產生；

（3）煤、石油、石油製品、天然氣、木材、煙草燃燒時的不完全燃燒產物，廢棄物焚燒時產生的煙氣，機動車排放的尾氣中含有的未完全燃燒的烴類物質；

（4）室內裝飾、裝修材料如油漆、噴漆及其溶劑、木材防腐劑、塗料、膠合板等常溫下可釋放出苯、甲苯、甲醛、酚類、二甲苯、甲醛等多種揮發性有機物質；

（5）日常生活中使用的化妝品，有機農藥、除臭劑、消毒劑、防腐劑、各種洗滌劑的加工和使用過程中可產生酚類、醚類、多環芳烴等揮發性有機物質；

（6）各種合成材料、有機粘合劑及其他有機製品遇到高溫時氧化和裂解，可產生部分低分子有機污染物；

（7）澱粉、脂肪、蛋白質、纖維素、糖類等氧化與分解時產生部分有機污

染物。

另外，根據調研結果，我國工業VOCs排放源的行業分佈情況見圖1-1。

圖1-1 我國工業VOCs 排放源的行業分佈情況

2.2 VOCs的危害

VOCs種類眾多，其對人類的健康和生存環境的危害主要體現以下幾個方面：

（1）大多數VOCs具有刺激性氣味或臭味，可引起人們感官上的不愉快，嚴重降低人們的生活質量。惡臭氣體指一切刺激嗅覺器官並引起人們不愉快的氣體物質。

（2）VOCs成分複雜，有特殊氣味且具有滲透、揮發及脂溶等特性，可導致人體出現諸多的不適癥狀。還具有毒性、刺激性及致畸致癌作用，尤其是苯、甲苯、二甲苯及甲醛對人體健康的危害最大，長期接觸會使人患上貧血症與白血病。另外，VOCs氣體還可導致呼吸道、腎、肺、肝、神經系統、消化系統及造血系統的病變。隨著VOCs濃度的增加，人體會出現噁心、頭痛、抽搐、昏迷等癥狀。

（3）VOCs多半具有光化學反應性，在陽光照射下，VOCs會與大氣中的NOx發生化學反應，形成二次污染物（如：臭氧等）或強化學活性的中間產物（如：自由基等），從而增加煙霧及臭氧的地表濃度，會對人造成生命危險，同時也會危害農作物的生長，甚至導致農作物的死亡。由光化學反應所造成的煙霧，除了能降低能見度之外，所產生的臭氧、過氧乙醯硝酸酯（PAN）、過氧苯醯硝酸酯（PBN）、醛類等物質可刺激人的眼睛和呼吸系統，危害人的身體健康，倫敦、東京等城市都相繼出現過光化學煙霧污染事件。

（4）某些VOCs易燃，如苯、甲苯、丙酮、二甲基胺及硫代烴等，這些物質的排放濃度較高時如果遇到靜電火花或其他火源，容易引起火災。近年來由於VOCs造成的火災及爆炸事故時有發生，尤其是常發生在石油化工企業。

（5）部分VOCs可破壞臭氧

層，如氟氯烴物質。當其受到來自太陽的紫外輻射時，可發生光化學反應，產生氯原子，從而對臭氧層中的臭氧進行催化破壞。臭氧量的減少以及臭氧層的破壞使到達地面的紫外線輻射量增加。紫外線對人類皮膚、眼睛及免疫系統有較大的危害。

VOCS在日常的生活、工作、作業等環境中無處不在，因此對於VOCS的檢測和治理應加強和普及。深圳市無眼界科技針對這一問題，研發生產了VOCS檢測儀，可以精確、實時的檢測VOCS的濃度。深圳無眼界科技研發生產的VOCS檢測儀，符合國家的VOCs 檢測法律，使用放心、安全、精確。

三、 VOCs 檢測的法律依據

1、安全生產法規

（1）《危險化學品安全管理條例》（中華人民共和國國務院令第 344 號）第 18 條：危險化學品的生產、儲存、使用單位，應當 在生產、儲存和使用場所設置報警裝置。

（2）《生產過程安全衛生要求總則》（GB/T 12801 -2008）5.3.1.c： 對產生危險和有害因素的過程，應配置監控檢測儀器儀錶。

（3）《產許可證條例》（國務院令第 397 號 2004）第 6 條：企業 取得安全生產許可證，應當具備下列安全生產條件：（十一）有重 大危險源檢測、評估、監控措施和應急預案。 （4）《危險化學品重大危險源 罐區 現場安全監控裝備設置規範》 （AQ 3036-2010）

2、職業健康衛生法規

（1）《中華人民共和國職業病防治法》 第 23 條：對可能發生職 業損傷的有毒、有害工作場所,用人單位應當設置報警裝置。

（2）《國家職業衛生標準-工業企業設計衛生標準》（GBZ 1 -2010） 6.1.6 應結合生產工藝和毒物特性，在有可能發生急性 職業中毒的工作場所，根據自動報警裝置技術發展水平設計自動 報警或檢測裝置。

（3）《工作場所有害因素職業接觸限值—化學有害因素》 (GBZ2.1-2007)

（4）《使用有毒物品作業場所勞動保護條例》（國務院 2002 年 第 352）第 11 條：可能突然泄漏大量有毒物品或者易造成急性中毒 的作業場所,設置自動報警裝置。

3、環保法規

（1）《國家環境保護「十二五」科技發展規劃》(2011，環保部) 該 文將「有機污染物自動監測系統」列為「支持關鍵技術、裝備和 產品研發」項目。

（2）《重點區域大氣污染防治「十二五」規劃》（2012，環保部） 該文規定「工業 VOCs 排放逐步安裝在線連續監測系統，廠界安裝 VOCs 環境監測設施」。

（3）《關於推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量指導意 見》（國辦發[2010]33 號）(二十三)各地環保部門應加強對重點 企業的監督性監測,並推進其安裝污染源在線監測裝置。

4、生產使用法規

（1）《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規範》 （GB50493-2009）

（2）《石油化工企業設計防火規範》（GB50160-2008）第 4.6.11 條：在使用或產生甲類氣體或甲、乙 A 類液體的裝置內，宜 按區域控制和重點控制相結合的原則，設置可燃氣體報警器 探頭。

四、毒性 VOCs 的檢測範圍

1、確定依據

（1）《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規範》 (GB50493-2009) 5.3.1(4)「有毒氣體的測量範圍宜為 0～300%最 高容許濃度或 0～300%短時間接觸容許濃度」。

（2）《國家職業衛生標準-工作場所有害因素職業接觸限值》 (GBZ2.1—2007) 4.1 工作場所空氣中化學物質容許濃度：苯的 PC-STEL 為 10mg/m3 (2.87ppm)

（3）《國家職業衛生標準-工作場所有毒氣體檢測報警 裝置設置規範》(GBZ/T223-2009) 5.3 氣體檢測儀檢測範圍 0～ 10 倍 PC-STEL，最小檢測量≤0.5 倍 PC-STEL

2、苯的檢測範圍

（1）依據上述規定，苯的檢測範圍分別為：2.87ppm×3 = 8.61 ppm≈ 9 ppm （2）目前國際、國內苯檢測器的實際測量範圍: ① 固定式：0-10 / 20 ppm ② 攜帶型：0-1,000 /2,000 ppm（主要用於測漏）

五、 毒性 VOCs 探測器報警點的設定(以苯為例)

1、設定依據

（1）《國家職業衛生標準-工業企業設計衛生標準》（GBZ 1-2010） 6.1.6.3 毒物報警值應根據有毒氣體毒性和現場實際情況至少 設警報值和高報值。預報值 為 MAC 或 PC-STEL 的 1/2,無 PC-STEL 的化學物質,預報值可設在相應超限倍數值的 1/2；警報值 為 PC-STEL 值，無 PC-STEL 的化學物質，警報值可設在相應超限倍 數值；高報值 應綜合考慮有毒氣體毒性、作業人員情況、事故 後果、工藝設備等各種因素後設定。

（2）《石油化工可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規範》 (GB50493-2009)5.3.3（3）有毒氣體的報警設定值宜小於或等於 100%最高容許濃度或短時間接觸容許濃度。

（3）《危險化學品重大危險源 罐區 現場安全監控裝備設置規範》 （AQ3036-2010）4.3.6 有毒氣體報警至少分為兩級，第一級報警 閾值為最高允許濃度的 75%；第二級報警值為最高允許濃度的 2 倍-3 倍。

2、苯檢測器的報警設定值

（1）、按上述要求，苯檢測器的報警設定值應為： ①低段報警設定值: PC-STEL 3.08ppm(10mg/m3 )的 1/2,約 1.5ppm（實際為 3-5ppm）； ② 高段報警設定值:PC-STEL 3.08ppm(10mg/m3 )，約 3ppm（實 際為 5-7ppm）。

（2）、實際應用中苯探測器的建議報警設定值為： ①低段報警設定值：一般為 1.5-3ppm（量程 0-10ppm）； ② 高段報警設定值：一般為 3-7ppm（量程 0-10ppm）。

六、解決方案

1、方案簡介

基於無線感測器網路技術的深圳信立科技有限公司TVOC、VOC、VOCS氣體無線檢測系統解決方案，具有低功耗，高精度，性能穩定，並且支持多種通訊方式和通訊協議等優勢特點。結合華為南方工廠潔凈室環境的實際情況，特制定了一套切實可行的解決方案。

（1）共2層，每層布置15個無線TVOC無線氣體感測器，採用電池供電，均勻分佈房間每個角落，通過無線傳輸上傳方式將TVOC氣體濃度實時上傳至XL90管理裝置上；

（2）每層由一個總XL90無線管理裝置來接收下面15個TVOC無線氣體感測器數據，XL90無線管理裝置接收天線在室內，發射天線放置在室外，2層的無線管理裝置都採用這種方式收集數據；

（3）最後在中控室內安裝一個XL91智能網關來接收2個總的XL90無線管理裝置上傳數據，並通過處理后以485或乙太網的方式給PC機上的上位機軟體提供實時數據；

（4）對於提供的上位機監控軟體，可實時採集並顯示數據，提供曲線圖和報警記錄或者輸出，對歷史數據可隨時查閱，完全掌握潔凈室TVOC氣體濃度變化。

2、方案結構

3、方案設備清單

（1）30台無線TVOC氣體感測器，電池供電，490MHZ吸盤天線

（2）2個無線管理裝置，XL90，2根490MHZ吸盤天線

（3）1台智能網關，XL90，1根490MHZ吸盤天線

（4）1套數據監控軟體，iView128點

4、類似業績圖

5、適用範圍

揮發性有機物TVOC、VOC、VOCS氣體檢測系統解決方案適用於學校科研、樓宇建設、消防報警、污水處理、工業氣體過程式控制制、鍋爐房、垃圾處理廠、隧道施工、輸油管道、加氣站、地下燃氣管道檢修、室內空氣質量檢測、危險場所安全防護、航空航天、軍用設備監測等。