石油化工企業環境安全應急監控和預警管理系統的設計

呂品

(中國昆侖工程有限公司 遼寧分公司， 遼寧 遼陽 111003)

石油化工企業生產規模大、環節多，企業在生產產品的同時會排放出廢水和廢氣污染物等，這些污染物對廠區及周圍環境影響較大。近年來，一些石油石化企業相繼發生安全生產和環境污染事故，造成了嚴重的經濟損失和環境污染，引起了社會各界的普遍關注。某大型石油化工企業為保護內部及周邊環境，有效降低環境安全事故所造成的社會、經濟等各種損失，建立了環境安全應急監控和預警管理系統。

1 系統硬件設計

該企業的環境安全應急監控和預警管理系統的硬件由數據采集系統、數據傳輸系統、環境安全應急監控和預警管理平臺組成。該系統結構如圖1所示，圖1中無線傳輸的流量計用于測量該企業各分廠排放污水的流量。

1.1 數據采集系統

數據采集系統硬件包括： 1套空氣監測站、5套廢水監測站和2套廢氣監測站，以及原有的2套空氣監測站、65臺固定報警儀、15臺無線傳輸的流量計和33臺其他控制系統的現場檢測儀表。

空氣監測站設置SO2/H2S分析儀，氮氧化物分析儀，甲烷-非甲烷碳氫化合物分析儀，PM2.5和PM10顆粒物監測儀，常規空氣監測、氣體供應及多種氣體校準系統，空氣質量監測系統輔助設施，用于檢測太陽總輻射、風速、風向、氣溫、氣壓、相對濕度的氣象傳感器，采集空氣中SO2，H2S，氮氧化物，非甲烷總烴，PM2.5，PM10等參數，以及相關氣象參數的數據采集系統。

廢氣監測站設置氮氧化物分析儀、熱擴散式流量計、采樣系統和數據采集系統等，用于采集廢氣中氮氧化物和廢氣流量等參數。

圖1 環境應急監控和預警管理系統結構示意

廢水監測站設置COD在線分析儀、氨氮在線分析儀、水中油在線分析儀、pH在線分析儀、流量計、采樣系統和數據采集系統等，用于采集廢水中的COD、氨氮、水中油、pH及廢水流量等參數。

空氣、廢氣、廢水監測站均配套分析小屋，小屋內設置電暖氣、空調、風扇、滅火器等設備。當監測站設置在爆炸危險區內時，小屋內的所有電氣設備均應滿足該區域的防爆等級要求，防爆儀表優先選用隔爆或本安防爆型；當不能選用隔爆或本安防爆的儀表時，可選正壓防爆型儀表。廢水監測站需要另提供新鮮水并設置排水設施。

固定報警儀采用有毒氣體報警儀和可燃氣體報警儀，采集空氣中的H2S和可燃氣體參數。其他控制系統的現場檢測儀表采用已有的空氣、廢氣、廢水在線分析儀表和事故池的液位計等儀表采集現場參數。

1.2 數據傳輸系統

數據傳輸系統的硬件主要包括： 信號分配器、信號轉換器、光電轉換器、交換機、原有MES網絡等。

新建空氣、廢氣、廢水監測站的數據利用光電轉換器、原有MES交換機、原有MES網絡光纜備用芯等上傳至監控中心的環境安全應急監控和預警管理平臺。原有空氣監測站和無線傳輸的流量計數據利用原有的局域網上傳至環境安全應急監控和預警管理平臺。

固定報警儀和已引至其他控制系統的現場檢測儀表利用“一入兩出”信號分配器將信號一分為二： 一路信號引至原有控制系統或報警儀指示報警；另一路信號利用信號轉換器、光電轉換器、原有MES交換機、原有MES網絡光纜備用芯等上傳至環境安全應急監控和預警管理平臺。

1.3 環境安全應急監控和預警管理平臺

環境安全應急監控和預警管理平臺硬件主要包括： 數據庫服務器、應用服務器、數據傳輸服務器、工作站、數字KVM、服務器機柜、網絡交換機、磁盤陣列、光電轉換器和防火墻等。該平臺通過上述硬件和軟件將環境數據應用于管理平臺，實現資料查詢、預警預報、管理決策等功能。

2 系統軟件設計

2.1 系統軟件架構

該系統軟件架構按照分層思想設計為采集層、數據層、應用支持層、應用層，架構如圖2所示。

采集層數據來源包括在線數據和離線數據。其中，在線數據包括廢水、廢氣、空氣、有毒氣體、可燃氣體數據；離線數據既包括廢水、廢氣、空氣等實驗室數據，也包括消耗，裝置運行情況，三廢，工業產值等生產數據。監控設備收集到的各類數據統一由采集層后臺業務系統收集并整理匯總，為開展業務應用提供基礎支持。

圖2 系統軟件架構示意

數據層處理和存儲大量復雜的檢測、遠程傳輸來的信息，主要包括實時數據和業務應用數據。業務應用數據按功能劃分為環境污染源數據、氣象數據、有毒/可燃氣體數據、預警/報警數據、專家庫數據、物資數據、事務數據。

應用支持層包括應用支持與綜合應用管理和第三方服務。應用支持與綜合應用管理包括： 統一用戶管理、數據交互引擎、數據報表工具，第三方服務包括： 視頻服務、短信和實時數據服務。應用支持層各個子模塊對外提供可供訪問的接口，對內則通過相應的機制形成一體化的基本服務層，為各應用系統提供各類通用的功能。

應用層由首頁、監控系統、報表系統、應急預警系統、專家庫和事務助手等功能模塊組成。

該系統的整體架構設計有利于對數據進行分析和管理，供有需求的人員進行監控，達到遠程監視的目的。通過應急預警程序，結合當地氣象等條件，會同該企業各分廠管理人員分析高風險物質突發性事件產生的可能，通過通信工具為應急指揮部門提供快捷和專業的技術支持，并作出應急決策。

2.2 系統軟件功能

1)監測設備配置總覽。利用圖控軟件繪制該企業監測設備分布圖并顯示各監測點的數值。

2)查詢功能。以數據庫為系統的根本，實現實時測量值監視、實時趨勢圖監視、歷史值監視、歷史趨勢圖查詢、系統事件查詢、校正查詢等功能。

3)報警功能?？稍O定高、低等多重警報，依不同警報提供不同等級的通知與防范。報警記錄應包含事件的開始、結束時間以及事件的說明，并可事件確認及打印。當測點異常的同時，立即顯示周邊相關測點的實時趨勢圖。

4)報表功能。可根據設定的時間自動打印，可根據手動篩選的范圍及測點進行查尋或打印日報表、周報表、月報表、年報表。可統計測點數據可用率，可記錄當月未結案的異常事件，并可依照工廠監測項或監測點作查詢。

5)自動預警。自動報警系統可對污染源在線監測數據進行綜合分析，判斷監測數據異常的原因，預測環境污染事件的發生，并整合附近監測站或監測儀數據，判斷是否為單一事件或污染事件。以月、年等宏觀指標為度量，統計可能出現污染的概率與不良氣候天數，并分析影響環境事件的主要因素，為宏觀決策提供輔助支持。對各類環境事件進行統計分析，觀察事件多發地點，對發生的各類環境事件進行統計匯總，關注歷年環境事件發展趨勢、各類環境事件的構成，為決策提供依據。根據預測預警輔助分析結果進行預警分級，事件一旦發生，系統能夠自動根據已經配置好的報送流程和事件等級的不同，直接報送到不同的對口機構，同時根據不同的事件等級將信息報送或抄送不同的應急指揮部門。

6)物資管理。物資管理系統可對救援物資按物資性質類別分類，如救生、救治等?？刹榭纯臻g分布及其信息，使執行過程透明可見。定期對儲備物資進行種類、存儲數量等自動評估、預警提示，及時補充不足資源。

7)專家庫。建立環境專家人才庫，逐步充實環境事件應急處理等知識庫，為應急響應系統的建立做好充分準備。

8)系統安全管理。系統安全管理包括以下內容：

a)基本管理。依據管理人員職務分配應有的權限；以樹狀結構展示監測數據，提供直接對監測站數據的設定及維護；根據監測站內的監測數據進行遠程數據設定及維護。

b)通信管理。可與數據庫服務器進行數據交換；可搜集來自數據記錄器上的各項資料；可控制管理監測站內各計算機設備、監測儀器、電器設備的電源開關。

c)數據備份。具有手動/自動備份數據、數據備份異地儲存、備份數據查詢的功能。

d)系統安全。系統中加入使用認證的模式，登錄該系統必須有密碼；對使用者的授權應該預設為最低權限政策；數據傳輸時必須做加密處理，以防數據在傳輸時被外人擷取，且數據僅能在特定軟件或系統中開啟。

3 結束語

環境安全應急監控和預警管理系統的建立，可為該企業提供全面實時的環境安全數據，提供數據管理和決策分析，為預警和處理環境突發事件提供及時的數據和方案，為管理環境風險提供有力的技術支持和保障。目前，石油化工行業尚沒有關于環境安全應急監控和預警管理系統的相關標準和指南，該系統是根據用戶相關要求設計的，且已成功投用，可為國內其他大型石油化工企業的環境預警及安全管理系統的建立提供可借鑒的經驗。