水中油濃度在線監測系統的研究和應用

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(1.沈陽中科韋爾腐蝕控制技術有限公司，遼寧 沈陽 110180；2.沈陽中科腐蝕控制工程技術中心，遼寧 沈陽 110016)

近年來，國內水環境污染嚴重，全國各地的油污泄漏事件時有發生，湖泊、水庫富營養化問題突出，影響了生態平衡，油污的監測也成為環保的重點。煉油裝置經常會出現設備泄漏問題，因此水環境的油濃度檢測，對于監測設備的泄漏具有重要意義。目前，常用的水中油濃度檢測大多是取樣分析法，需要操作人員定時、定點取樣，然后將樣品送至循環水廠或者實驗室進行濃度測量，這種檢測存在分析時間長、操作過程繁瑣、靈敏度低等缺點，因此，研究一種水中油濃度的在線監測系統勢在必行。

1 在線監測系統技術原理

水中油濃度在線監測系統采用紫外熒光法,其光電傳感器采用紫外熒光原理制成,紫外熒光是一種能檢測水中芳香族碳氫化合物的高靈敏度方法，可以通過對多環芳烴的測量間接測定油類的濃度[1]。傳感器測量被測介質時，集成在傳感器內部的LED(發光二極管)光源激發水中的多環芳烴，多環芳烴分子吸收和其特征頻率相一致的光線，由原來的能級躍遷至高能態，當其從高能態躍遷至低能態時，以光的形式釋放能量，產生熒光[2]。熒光經過傳感器內部的高靈敏度光電轉換電路的作用，轉化為直觀的水中油濃度數據。圖1為水中油測量原理圖。

圖1 水中油測量原理

2 水中油監測系統的開發

水中油濃度在線監測系統包括現場監測、數據傳輸、信息采集和遠程監控等，具體構成見圖2。

圖2 系統組成框圖

2.1 現場監測

每套監測系統可以采集多達32個監測點的水中油濃度數據，從而滿足現場的系統擴展需求,實現水中油數據的采集、顯示和存儲，并通過數據傳輸網絡將信息傳遞到控制系統,設置在監測點的數據變送器，實時顯示水中油的濃度。

2.2 數據傳輸

數據傳輸采用現場總線技術。在工業生產中，現場總線技術具有良好的抗噪聲干擾性和傳輸長距離信號穩定等優點使其成為首選的方式。通訊線纜采用抗干擾的屏蔽線，安裝在監測點的數據變送器采集水中油濃度數據，將現場采集的水中油濃度數據傳送至服務器計算機。

2.3 信息采集

根據在線數據監、檢、控的多功能處理需求，結合B/S(瀏覽器/服務器)結構和C/S(客戶端/服務器)結構各自的優勢和特點，水中油濃度在線監測系統采用B/S和C/S混合架構的數據處理形式[3]。

現場測量的水中油數據，通過現場總線技術以數據傳輸系統為媒介上傳至C/S，經過接收、解析并顯示在客戶端上。同時，將這些數據存儲到SQL SERVER 2005數據庫中，作為原始數據，為后期繪制趨勢曲線及設置報警值提供參考依據。該模式具有傳輸速度快、可靠性高和數據界面交互性強等優點。C/S的內容及形式單一、兼容性差并且維護復雜,而B/S的結構形式，可以很好地解決C/S形式在這方面的問題。各種跨平臺的系統通過特定的網絡接口形式，可以在同一平臺上看到不同系統上傳的監測數據，具有操作簡便、擴展性強的特點。

2.4 遠程監控

遠程監控采用B/S架構形式，通過互聯網技術，在局域網內任意計算機的瀏覽器上輸入目的IP地址，就可以登錄ZKWell Suite STS 5.0軟件瀏覽監測點數據信息。根據相應的權限設置，信息中心技術人員就可以通過B/S界面對整個在線監測系統實現監測、管理和維護。

3 水中油在線監測系統的應用

通過對某煉油廠常減壓蒸餾裝置的設備評估，選取了3個監測點安裝水中油濃度在線監測系統進行試驗，監測點位置見表1，系統采用電纜供電、現場總線方式傳輸、實現數據的遠程監控和網頁方式瀏覽功能。

表1 水中油濃度在線監測點情況

3.1 測點效果分析

以減二線冷換設備E2153出水側的水中油測量為例，從2016年5月16日至6月5日，水中油的濃度保持穩定。由于入水側的水中油質量濃度由循環水廠測量并給出定值，一般不超過0.5 mg/L，判定漏油的指標為出水側的水中油質量濃度超過入水側3 mg/L即判定為漏油；所以，出水側用紅線設置的報警值為3 mg/L。

減二線換熱器E2153出水側水中油的質量濃度較低且數據穩定，沒有達到3 mg/L報警值而觸發報警。

根據監測系統實測并定期與循環水廠化學分析值對比，在監測時間段內，該監測點水中油濃度與化驗分析值數據接近、趨勢相同，沒有因為泄漏而導致水中油濃度超標。

3.2 數據對比分析

以常減壓蒸餾裝置循環水監測點為例，由于在循環水進口和出口均設置了監測點,施工時將兩個監測點集成安裝在一個測量控制箱內部，既可以實時采集水中油濃度數據，也方便進行對比分析。

根據現場監測，循環水進口和循環水出口的水中油濃度曲線趨勢相同，數據穩定。但是，在2016年11月初，常頂一線油換熱器管束出現垢下腐蝕造成管束泄漏，造成監測曲線出現較大波動。循環水出口監測界面變紅，水中油濃度超過報警值。由于使用了水中油濃度在線監測系統發現及時，通過現場排查后，盡早地將泄漏的冷卻器進行切換，通過除油、管路清洗等操作后才逐漸恢復正常。整個過程中循環水出口的水中油濃度先升高后降低，循環水進口的水中油濃度基本保持不變。

將循環水進口和出口監測曲線進行對比分析(見圖3)看出：2016年11月6日接近7日時，循環水出口的濃度逐漸增大，剛到11月7日之后超過水中油質量濃度高位報警值(10 mg/L)并繼續上升，預判裝置運行異常，可能存在泄漏現象，現場開始查漏直至找到泄漏位置。在這期間循環水出口檢測水中油質量濃度最高范圍達到30～40 mg/L。整個變化過程持續近40 h后，循環水出口的水中油濃度才逐漸回落至正常水平。

圖3 循環水進口/出口水中油質量濃度

同時，取得相同時間的化學分析和在線監測值對比。化學分析的循環水進口和出口水中油質量濃度分別為0.67 mg/L和29.4 mg/L，在線監測的循環水進口和出口水中油質量濃度分別為0.99 mg/L和31.2 mg/L。兩種檢測方法原理不同測量結果存在偏差，但變化趨勢相同，且在可接受范圍內，說明水中油濃度在線監測系統是比較可靠的。

4 結 論

(1)紫外熒光原理測量水中油濃度線性好、適應性強，測量時不需要其他藥劑，環保無污染，是一種快速測量水中油濃度的方法。

(2)水中油濃度在線監測系統安裝方便，容易維護，能夠實現即時讀數，可以直觀地反映水中油濃度的變化趨勢。在煉油廠水體監測中應用前景好，能夠指導生產，值得推廣應用。

[1] 劉偉，翟崇治，余家燕,等.水中油類紫外熒光法在線儀器的性能評價[J].環境科學導刊，2012，31(6)：125-126.

[2] 趙廣立，馮巍巍，付龍文，等.基于紫外熒光法檢測水中油含量的浸入式傳感裝置的研究[J].海洋通報，2014，33(1)：77-83.

[3] 王德芳，秦剛.基于B/S和C/S混合架構的遠程監控系統的設計[J].電光系統，2009(1):24-26.

(編輯 王菁輝)