環保監測系統在石油煉化企業中的應用

王曉山 宋 濤

(蘭州寰球工程公司，蘭州 730060)

石油煉化裝置產生的廢水和煙氣，經過集中處理分別達到《污水綜合排放標準》[1]及《大氣污染物綜合排放標準》[2]等才能實施排放。為保證各排放口水質和煙氣的各項檢測指標達標，必須按照《水質 采樣方案設計技術規定》[3]及《固定污染源煙氣排放連續監測技術規范》[4]等國家標準進行操作和檢測。為了保證各種環境監控監測儀器設備、傳輸網絡和環保部門應用軟件系統之間的連通對數據的傳輸標準和傳輸設備做出了明確要求，如《污染源在線自動監控(監測)數據采集傳輸儀技術要求》[5]和《污染源在線自動監控(監測)系統數據傳輸標準》[6]。

環保監測系統通過現場分析和測量儀表對煉化企業的中間廢水、排放水和廢氣的各項監測參數進行在線動態檢測，筆者將GPRS網絡應用于環保監測系統，將檢測數據連續且實時地傳輸到監控平臺，實現了對監測點的自動化無人值守式環保數據監控和報警。

1 環保監測系統①

環保監測系統主要由現場分析儀表、數據采集傳輸儀(集成數據采集器和數據傳輸模塊)和數據監控中心站組成。現場分析儀表和數據采集傳輸儀構成了現場系統。環保監測系統的結構如圖1所示。

1.1 現場分析儀表

現場分析測量儀表為環保監測系統的底層設備，大部分安裝在取樣監測點附近的分析小屋。通過COD在線分析儀、氨氮在線分析儀、水中油在線分析儀、明渠流量計及pH計等對各項參數進行檢測，并輸出標準4～20mA模擬信號。

圖1 環保監測系統的組成結構簡圖

COD的分析采用重鉻酸鉀法，在強酸環境下，以重鉻酸鉀作為氧化劑，在催化劑作用下加熱消解水樣，氧化水中的還原性物質，重鉻酸鉀中的六價鉻離子被還原為三價，從而引起混合液顏色的變化，顏色的變化程度反應了水樣中還原性物質的量，通過比色換算得到COD含量。在油含量較大的監測點采用UV紫外吸收方式進行COD測量。氨氮測量采用氨氣敏電極法，通過加入逐出液將樣水中的NH4+轉化為NH3，NH3進入氨氣敏電極經電化學反應改變電極內的pH值，該pH值與氨氮含量成線性關系。水中油分析儀采用紅外光度法，碳氫化合物對紅外光波段有特定吸收波長，通過測量吸光度來確定碳氫化合物的濃度。在進行COD含量、氨氮含量和水中油含量檢測時設置了自吸泵，將監測點水源取樣輸送到在線分析儀。取樣快速回水、預處理回水和分析廢水的排放點設置在取樣點下游，盡量低且遠離取樣點，對于有毒有害廢水需要單獨回收處理，不能混入回水管路，如鉻法COD測量廢水。

煙氣各參數的檢測采用煙氣排放連續監測系統(CEMS)。CEMS由顆粒物監測、氣態污染物監測(SO2、NOx、CO及O2等)、煙氣參數測量(壓力、流速、溫度及濕度等)及數據采集與處理等系統構成[7,8]。顆粒物監測采用激光透射法，原位安裝測量。氣態污染物監測，利用紫外差分技術測量高溫煙氣中的SO2和NOx，系統內置氧化鋯傳感器測量氧含量。該部分通常包含取樣單元、預處理單元、分析轉化單元和后處理回收排放單元。煙氣參數測量，煙氣壓力使用隔膜壓力變送器進行測量；流速(流量)采用皮托管差壓法或熱式質量流量計進行測量；煙氣的溫度采用鉑電阻溫度傳感器測量；煙氣的濕度采用濕度傳感器測量。測量信號送入數據采集與處理子系統，該系統通常為PLC，通過RS-485/RS-232接口對外輸出通信數字信號，具有現場數據實時傳送及遠程故障診斷等功能，實現了工作現場的無人值守。

為了保證取樣工作在冬季順利可靠完成，需要對取樣線和返回線進行保溫伴熱。由于部分監測點位置偏遠，無伴熱介質，本項目中統一采用電伴熱。由分析小屋內的供電系統和接地系統為現場各類分析儀表和伴熱設備提供電源和接地處理。

1.2 數據采集傳輸儀

數據采集傳輸儀接收從現場分析測量儀表傳輸來的標準4～20mA模擬信號和CEMS通信數字信號(Modbus)，經過采樣等處理，按照《污染源在線自動監控(監測)系統數據傳輸標準》(HJ/T 212-2005)通信協議打包發送到數據監控中心站，通信包除CRC校驗碼外都由ACSII碼字符編碼組成。HJ/T 212-2005數據傳輸標準規定了多種發送方式，本項目中由于各監測點分布分散，且部分監測點離主廠區太遠，故采用了GPRS通用無線分組業務，利用數據采集傳輸儀的無線收發模塊接入商用移動網絡，進行數據傳輸，減低了現場布線的難度，每臺數據采集傳輸儀每月大概產生20～50元的流量費用。

根據環保部門要求，屬于國家重點監控排放口的數據需要發送到當地政府環保局環保監測中心，為環保部門提供執法依據。故需要對該部分監測點分析儀表的輸出信號，在接入數據采集傳輸儀之前進行信號分配，一路信號去企業環保監測系統數據采集傳輸儀，另一路送環保局環保監測系統數據采集傳輸儀。對于參與DCS控制聯鎖的信號，還需要分配一路信號采用硬線接入相關DCS系統，常采用信號分配器或帶信號分配功能的隔離安全柵實現模擬信號的分配。

1.3 數據監控中心站

數據監控中心站的主要作用在于現場檢測數據的接收、存儲、處理與發布。監控中心站硬件主要由兩臺服務器(數據庫服務器和應用服務器各一臺)和一臺短信報警Modem構成，其他輔助硬件(如交換機及安全服務器等)利用企業原網的機房設備。服務器采用機架式，雙CPU四核,主頻2.0GHz以上，內存8GByte，雙千兆網卡，采用冗余電源供電，數據庫服務器配備3×300GByte熱插拔式硬盤。占用19寸42U標準機柜的5U位置(其中服務器各占2U，中間隔開1U空間用于空氣流通，減少熱量堆積)。兩臺服務器同屬一個VLAN之下，為了通過Internet獲取來自GPRS的現場檢測數據，必須為數據庫服務器提供外網靜態IP地址或外網靜態IP地址的NAT映射。

為監控中心站配置的軟件包括操作系統、數據庫和監控應用軟件。操作系統和數據庫采用的是Windows操作系統和MS SQL Server數據庫。監控應用軟件在廠區地圖上顯示各在線監測點水質或煙氣狀態，報警觸發時醒目提示，并給相關人員發送短信報警信息。監控應用軟件的主要功能包括數據接收、手工監測和自動監測數據的管理、基礎數據和用戶權限的維護、標準設置、地理信息數據展示、預警報警、報警事件記錄，并提供查詢、統計、匯總、分析及圖表等功能。根據項目要求，將環保監測數據上傳到企業MES系統，環保工作人員和裝置管理人員可以依托企業MES系統很方便地進行數據查看，為環保工作人員和裝置決策部門的日常工作提供支持。

2 環保監測系統的應用

某煉化企業為提升對各污染源和排放口的在線監控能力，建設并投運了完整的環保監測系統。對其煉油污水處理廠、化工污水處理廠、各分廠雨排水及事故緩沖池等各監測點的水質和催化裂化裝置脫硫及動力廠鍋爐等裝置的煙氣進行集中在線監控，保證能夠及時發現并處理由于各裝置非正常運行造成的污染物超標。水質的在線檢測項主要包括COD、氨氮、水中油的含量，pH值和流量；煙氣的在線檢測項主要包括顆粒物、SO2、NOx、CO、O2、壓力、流速(流量)、溫度和濕度。

3 結束語

筆者設計的環保監測系統在某煉化企業中已經投入實際運行，實現了對監測點的自動化無人值守式監控和報警的目的，提高了環保監測報警的覆蓋面和超標處理的及時性，系統提供的數據傳輸、處理及發布等功能，在一定程度上提高了環保監測工作人員的效率，同時為優化設備操作和生產管理決策提供了依據。

《化工自動化及儀表》2014年征稿簡則

1.專業范圍

報道化工、石油化工、冶金、電力、醫藥、造紙、紡織等行業過程控制理論與應用、計算機技術及其應用、檢測技術研究與應用、控制裝置設計及應用、儀器儀表技術開發與應用、企業技術改造經驗等。

2.報道內容

◆綜述與評論。博采眾覽，兼收并蓄，及時、準確、全面地反映國內外過程控制技術、檢測技術、計算機技術及儀器儀表技術的發展動態、趨勢和水平。著文要求準確性和權威性，信息量大，能夠較全面地闡明命題的過去、現狀及發展。

◆過程控制。報道現代控制理論的研究與應用，新型控制策略及控制技術的應用實例；先進控制系統及控制裝置的現場應用；國家重大科技攻關項目及成果。

◆檢測與儀表。報道國內外先進的檢測技術、自動化儀器儀表技術的開發與應用。

◆研究與應用。報道控制技術、檢測技術、計算機技術、儀器儀表技術等的研發及其在工業生產中的應用。

◆技改與創新。報道技術改造和技術成果，系統及儀表的日常檢測與維修經驗等，著文要求突出實用性。

3.投稿要求

◆文稿應簡明扼要，突出重點，公式、數據準確。

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◆每篇文章請附150～200字中、英文摘要，4～6個中、英文關鍵詞，作者所在單位的中、英文名稱。

◆若條件允許，每篇文章請附中圖分類號(分類方法請參考《中國圖書館分類法》第四版)。

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◆公式另行居中書寫，大/小寫、上/下標標注清楚。

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