水質(zhì)在線分析儀表在石化裝置污染源排放口的應(yīng)用

張鋒

（嘉科工程（上海）有限公司，上海200122）

隨著國(guó)家環(huán)保政策的日益完善和環(huán)保監(jiān)督制度的建立健全，對(duì)企業(yè)環(huán)保工作的要求日益嚴(yán)格。其中建立和完善環(huán)境預(yù)警和應(yīng)急處置體系是解決環(huán)境安全問題重要措施之一。為了防治環(huán)境污染突發(fā)事件的發(fā)生，中國(guó)石油股份有限公司蘭州石化公司成立了蘭州石化公司安全環(huán)境隱患治理項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要目的是建立有效的污染預(yù)警子系統(tǒng)。在該公司9個(gè)重要污染源排放口安裝了水質(zhì)在線分析，實(shí)時(shí)分析水中主要污染物如還原性物質(zhì)、氨氮、水中油的含量，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行24h實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

水質(zhì)在線分析儀將所有的在線分析測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過因特網(wǎng)或局域網(wǎng)傳輸至公司的環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心可以隨時(shí)查看各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況，判斷污染物的濃度變化趨勢(shì)。對(duì)在線分析可以設(shè)置報(bào)警數(shù)值，在突發(fā)性污染事件發(fā)生時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)分析或感應(yīng)到污染事故的發(fā)生，并向監(jiān)測(cè)中心發(fā)出警報(bào)，從而作出預(yù)警。

當(dāng)污染物濃度的變化速率（突然增大）超過一定值時(shí)，在線分析儀也會(huì)向監(jiān)測(cè)中心發(fā)出警報(bào)，同樣可以作出預(yù)警，從而可以在第一時(shí)間獲悉污染發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和種類，有效控制污染的漫延，這對(duì)排污量比較大的企業(yè)是十分必要的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 排放口的選擇以及分析儀表的配置

該公司有9個(gè)重要污染源排放口，每個(gè)污染源排放口排放的介質(zhì)指標(biāo)有各自的特點(diǎn)，根據(jù)其各自的污染物排放指標(biāo)確定水質(zhì)分析儀表的配置。以該公司3個(gè)重要污染源排放口的年平均指標(biāo)為例，闡述分析儀表的配置。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

1）污水處理場(chǎng)煉油污水入口指標(biāo)見表1所列：

表1 煉油污水入口年均指標(biāo)

2）污水處理場(chǎng)化工污水入口指標(biāo)見表2所列：

表2 化工污水入口年均指標(biāo)

3）303洗雨排指標(biāo)見表3所列：

表3 303洗雨排年均指標(biāo)

根據(jù)表1～表3決定在污水處理場(chǎng)煉油污水入口配置化學(xué)需氧量（COD）在線分析儀和水中油在線分析儀；在化工污水入口配置COD在線分析儀、氨氮在線分析儀和水中油在線分析儀；在303洗雨排配置COD在線分析儀。

該公司其他6個(gè)污染源排放口的在線分析儀表配置都是根據(jù)污染物的主要構(gòu)成，在每個(gè)排放口都配置一個(gè)分析小屋放置分析儀器。

3 水質(zhì)在線分析儀表的特性

石化裝置污染源排放口的特征物主要為還原性物質(zhì)、氨氮、水中油等指標(biāo)，該類監(jiān)測(cè)儀表的測(cè)試原理及方法多種多樣，導(dǎo)致在適用領(lǐng)域、測(cè)量范圍等方面也存在較大差別。

3.1 COD在線分析儀

COD的分析測(cè)試方法根據(jù)氧化劑的種類的不同分為重鉻酸鉀法和高錳酸鉀法。儀器通過比色測(cè)量直接計(jì)算出試樣的COD值。儀器的測(cè)量范圍10～5 000mg／L，輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可選Modbus RS－485和Profibus DP等數(shù)字通信協(xié)議。

3.2 氨氮在線分析儀

氨氮在線分析儀的主要測(cè)量方法有納氏試劑比色法、靛酚藍(lán)法和氨氣敏電極法。氨氮在線分析儀的測(cè)量范圍根據(jù)試劑的不同分成三段：0.2～12mg／L，2～120mg／L和20～1 200mg／L。輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可選 Modbus RS－485和Profibus DP等數(shù)字通信協(xié)議。

3.3 水中油在線分析儀

油分屬于有機(jī)物，主要以碳?xì)浠衔餅橹?。測(cè)量水中油的方法有紅外光度法、紫外分光光度法、紫外熒光法等。儀器的測(cè)量范圍0～0.5mg／L，輸出4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，可選 Modbus RS－485和Profibus DP等數(shù)字通信協(xié)議。

4 水質(zhì)在線分析儀表的應(yīng)用

水質(zhì)在線分析儀表的使用情況，很大程度由試樣預(yù)處理系統(tǒng)決定。試樣預(yù)處理系統(tǒng)一般包括取樣、輸送、預(yù)處理和試樣排放等。

1）取樣和輸送。水質(zhì)在線分析儀表分析時(shí)間較慢，為了減少時(shí)滯，應(yīng)該建立快速的輸送系統(tǒng)。另外污水排放口的的試樣經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，應(yīng)該建立快速的單線輸送系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 單線輸送系統(tǒng)示意

2）預(yù)處理。該公司污染源排放口的污水中含有大量的黏性物質(zhì)如石油類、顆粒物和易堵塞管道的物質(zhì)等。許多排放口的成分含量甚至超出了儀表測(cè)量的量程。在一些典型的取樣口，如污水處理場(chǎng)煉油污水入口和化工污水入口如果不做好預(yù)處理設(shè)施，分析儀表無法工作，為此必須由分析儀表供應(yīng)商提供成熟的預(yù)處理裝置。

3）超量程特征物的測(cè)量。對(duì)于超出儀表量程的地點(diǎn)，如污水處理場(chǎng)煉油污水入口，還原性物質(zhì)和石油類都超出了儀表測(cè)量的范圍，采取10倍新鮮水稀釋的辦法，降低特征污染物的濃度以適應(yīng)儀表的量程。并且使用電磁閥參與新鮮水與試樣之間的混比，通過在線分析儀配套的原裝PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制。

4）污水處理場(chǎng)煉油污水入口的應(yīng)用。污水處理場(chǎng)煉油污水入口是該項(xiàng)目的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之一。煉油污水是由電脫鹽、常減壓、催化裂化等工段產(chǎn)生的污水匯集而成，是一種集懸浮油、乳化油、溶解性有機(jī)物及鹽于一體的多相體系，主要污染物包括石油類，還原性物質(zhì)，硫化物，揮發(fā)酚，懸浮物以及氨氮等。

a）采樣環(huán)節(jié)。煉油污水入口管線有一段經(jīng)過廠區(qū)的明渠管線，旁邊有一個(gè)二層平臺(tái)用于觀察入口的情況。以此地作為取樣點(diǎn)，分析小屋安放在該平臺(tái)上。通常選擇的取樣點(diǎn)首先應(yīng)滿足所選試樣具有代表性。對(duì)于油品來說，流動(dòng)介質(zhì)中的湍流位置是最理想的采樣點(diǎn)，使得該點(diǎn)的取樣具有代表性，而煉油污水入口觀測(cè)點(diǎn)處試樣流速不大，試樣由南向北有一個(gè)拐彎，形成小湍流，因此可以作為理想的采樣點(diǎn)。

b）為了把試樣迅速輸送到在線分析儀表上，采用快速回路輸送系統(tǒng)，使采樣點(diǎn)的水樣快速流動(dòng)，從而減少試樣分析的滯后時(shí)間。為了形成這樣的流路，采樣點(diǎn)和回樣點(diǎn)之間需要有一個(gè)壓差，該壓差一般在0.3～1.6MPa，可以使用水泵抽取試樣。另外應(yīng)考慮油性介質(zhì)的腐蝕性，輸送管線宜選用不銹鋼材質(zhì)。此外，采樣點(diǎn)與分析儀表之間的距離也是一個(gè)很重要的因素。在快速回路中，水樣流速相同的情況下，采樣點(diǎn)與分析儀表的距離越近，試樣分析滯后的時(shí)間越短，越具有實(shí)時(shí)性。

5 結(jié)束語

該公司污染源排放口環(huán)境復(fù)雜，條件惡劣，對(duì)在線分析儀表的應(yīng)用是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。通過不斷的實(shí)踐與改進(jìn)，使在線分析儀表能夠適應(yīng)各種工況，開車順利進(jìn)行，達(dá)成了該項(xiàng)目的目的。

石化裝置污染源排放口污染物的監(jiān)測(cè)是對(duì)水質(zhì)在線分析儀的一個(gè)挑戰(zhàn)。能否順利應(yīng)用水質(zhì)在線分析儀表，預(yù)處理裝置是關(guān)鍵。建立快速的輸送回路是減少分析儀表時(shí)滯的有效措施。該公司終端污水處理裝置有4套，目前處理后的污水COD在100mg／L左右。一旦發(fā)生重特大突發(fā)事故，在事故救援過程中會(huì)產(chǎn)生大量污水，造成污染。通過在線分析儀表的應(yīng)用，應(yīng)急預(yù)警子系統(tǒng)的建立，有效杜絕了此類事故的發(fā)生。

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