煙氣排放連續監測系統（CEMS）運維淺析

沈太寧

摘 要：本篇文章對煙氣排放連續監測系統的發展階段和定義以及工作原理進行了簡單的介紹，并對檢測過程中出現的數據異常的原因進行了分析和處理。然后展望CEMS系統在中國的應用和將來的發展前景。

關鍵詞：CEMS;檢查;標定

中圖分類號：X773 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）06-0013-02

0引言

科學技術不斷發展，全球經濟化趨勢越來越明顯，環境卻遭到了嚴重的破壞，大氣被污染的很嚴重，為了防治大氣污染，企業使用煙氣排放連續監測系統（簡稱CEMS系統）監測污染物排放量，為了保證監測數據準確性及系統的穩定運行，系統日常的維護和故障解決就尤其重要。

1 CEMS在中國發展的三個階段

改革開放后中國比較重視重要農業的發展，對于環保產業的重視程度不夠。所以CEMS在中國的使用也比較晚，可以分為三個階段。

1.1 CEMS從無到有的階段

我國在1980年首次引進了第一套自動煙氣連續監測系統，是CEMS開始出現在國內的時期，我國人民對CEMS的探索時期是在1980年到1996年期間。那個時候我們對于污染物的檢測僅僅是對顆粒物，二氧化硫，一氧化碳的監測。之后中國也開始自己研發產品，其中就有北京分析儀器廠。但在我國進行自主研發之前，對于煙氣排放的檢測都是人工取樣，這就出現了工作量大并且不能夠實時檢測的問題。對于CEMS的引進，很大程度上改善了這個問題，但是我們不太重視對自動連續煙氣檢測裝置的保護，對于它的使用操作步驟也不準確專業，并且缺乏維修工作者，導致當時引進的裝置并沒有發揮多大的作用。

1.2 從1997年到2000年

直到1997年，一部關于《火電廠大氣污染物排放標準》的法律性文件被發布。在文件中，我們可以明確的知道，CEMS連續檢測裝置對于火電廠污染物排放的重要性。之后在1998年2月6日，《酸雨控制區和二氧化硫污染控制區劃分方案》的出臺，進一步要求對在線式連續監測計量裝置進行安裝。在這個時期，CEMS逐漸應用于各種污染源的檢測，并且，產品的種類也相對比較多。但是大多數是依賴外國的技術和手段，所以在這個階段，中國所研發的產品都質量良莠不齊，所以測得的數據相對來說也不具備權威性。只起到為煙氣檢測系統將來的發展奠定基礎的作用。

1.3 2001年到今天

在第三階段，相關政策的完善和對應文件的發布，使中國CEMS的應用得到規范，這些文件對CEMS的使用做出規范說明。并且隨著信息技術的不斷發展，裝置自動化水平的不斷提高，CEMS在中國的使用得到不斷的完善，并且形成一套完整的體系，符合中國的基本國情，基本完成了對污染物如顆粒物，二氧化硫，一氧化碳等污染物的監測，也可以對煙氣參數的指標進行檢測，比如對煙氣的溫度、濕度、壓力以及氧流量的測定。環保部門也要定期對CEMS進行實時的檢測，監測所得數據和表格格式也被規范，數據完成后，要上報給環保監測部門，CEMS系統得到了最大程度上的利用。

2 CEMS現狀

2.1 CEMS的技術現狀

固定污染源煙氣排放的在線連續監測是由CEMS裝置完成的，其重要組成部分分別為顆粒物監測子系統、煙氣參數監測子系統、氣態污染物監測子系統和數據處理與通訊子系統組成。還有煙氣分析技術、煙塵分析技術、流量測量技術、數據控制采集技術和采樣技術等共同組成了排放煙氣連續監測統。

2.2 采樣技術

參數法、直接測量法、抽取法是CEMS采樣方法的3個種類，其中抽取法中包括稀釋法和直接測量法，然而直接測量法又可以分為點測試測量和管路測量兩種方法，物理參數的測量是參數法的主要測量手段，比如測量估計排放量時可以依賴于對于壓力，溫度，濕度的測量。一般來講，反應性氣體和可壓縮性氣體由于自身的性質原因對于測定時非常不利的，在煙道流動時，這些性質的氣體在一定情況下會發生反應或者在一定條件下被壓縮成液體或固體，這大大加大了測定的難度。所以，要想使測定結果更加精確，采取合適的采樣方式是必要的。

2.3 煙氣分析技術

隨著科學技術的飛速發展，氣體分析技術已經發展的相對比較完善，其中有紫外線氣體分析、化學熒光氣體分析、非分散紅外氣體分析、焰離子檢測分析、磁氧氣體分析、傅立葉變換紅外分析等等分析方法。但是這些分析方法并非適應所有氣體的檢測，它們通常有一定的局限性，對應著幾種氣體的檢測。比如紅外吸收和紫外熒光法通常適合檢測煙氣中的二氧化硫。其中CEMS檢測方法中比較重要的是化學發光法和紫外熒光法，它們所占的價格比例約為全部檢測方法的20%，其中主要檢測氮氧化物的化學發光法和檢測二氧化硫的紫外熒光法是HJ 1044-2019中規定的。

2.4 煙氣測量技術

在我國，煙氣測量技術相對來說比較完善和獨立。光學檢測和電學檢測是如今連續監測系統的比較重要并且最常使用的方法。而濁度作為煙氣測量技術的單位再合適不過了。在電學方法和光學方法中應用質量分數對稱法是特別適合的，但也存在一些問題。

3 CEMS系統主要功能的應用范圍

煙塵質量分數、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳、硫化物、氮氧化物、氨氣等的體積分數，同時CEMS系統監測數據包括煙氣流速、煙氣濕度、煙氣溫度、煙氣中氧氣所占總體積的比例等數據。火電行業、建材行業、化學化工行業等是使用CEMS的主要的行業。我國許多主要的工業工廠是主要的污染源，還有一些主要的區域，比如一些酸雨，二氧化硫超標的城市與地區[1]。

4 運行過程中比較常見故障及解決方法

CEMS系統是十分復雜的，在檢測過程中，任何一個步驟都有可能出現問題，這些問題的出現將會使最后的數據存在很大的錯誤。所以如果數據與預期有差距，我們應該根據相關數據去判斷最可能出現故障的部位，并且逐一排查，直到找到故障發生的部位，將其維修并使裝置恢復正常。

4.1分析儀量程或零點出現漂移

CEMS裝置的分析儀出現零點或者量程漂移時，肉眼并看不出來，一般可以采用對比分析的方法來判斷零點或量程的漂移現象是否出現。

4.2分析儀顯示氧量低于或者高于正常值

當分析儀顯示氧量超出正常值時，檢測管路是否出現漏洞是必要的;若是氧量低于正常值，則應該對氧量傳感器進行相應的檢測，觀察其功能是否正常，若不正常，應該及時更換。

4.3氣路中的水分含量大

對于取樣探頭和伴熱管線加熱裝置的檢測是重要的，為了排除管路中所含有的水分，我們應該對取樣管路進行反吹。

4.4 分析儀故障

分析儀老化和樣氣預處理系統出現問題是分析儀出現故障的兩大原因。因此，需要及時維修或者更換分析儀，不僅如此，對于提前處理裝置工作的狀況和查看采樣管線的加熱情況是必要的。

4.5 樣氣流量出現問題

樣氣流量低于正常值或者沒有流量顯現是流量異常的兩大表現形式。為了解決這些問題，我們應該對轉子流量計的堵塞情況進行檢測，如果轉子流流量是正常的，我們需要對整個取樣的管路進行檢測，觀察是否存在少許片段堵塞的情況。

4.6 溫度、壓力、流量數據異常

如果出現溫度、壓力、流量數據異常的現象，應該對相應元件進行檢測，觀察取樣管路的通暢程度。

4.7 氨逃逸測量數值異常

對氨逃逸分析儀能量值、探頭、對光、密封風機進行檢測，觀察是否可以正常的使用。

4.8 顆粒物測量值異常

如果顆粒物測量值異常，那我們應該對粉塵儀電源是不是正常、粉塵儀是不是損毀、探頭鏡片的潔凈程度進行相應的檢測，如果出現問題，我們應該采取相應措施。除此之外，還應該對吹掃壓縮空氣能否正常使用進行檢測。

5維護過程中的注意事項

要想得到精確的CEMS裝置的監測數據，對于CEMS各設備的工作情況，歷史數據和數據報表的仔細查閱是必不可少的，除此之外，還需要對出現故障的設備進行實時的排查并且更換，以便使系統的可靠性加以提高。做好以下日常維護保養工作是必要的[2]。

5.1 對分析儀進行定期標定

分析儀定期的量程標定、零點標定是重要的工作。高中低三種濃度的被測介質因子標準氣體和高純氮在CEMS小室中都被配有，在標定完成后，將另一濃度的標準氣通進去并進行對比，就分析儀而言，不到半年就要進行一次標定。根據實際情況，自動零點的校正大約每8-12小時進行一次，從而使零點漂移的現象得以避免，使分析數據更加精確。

5.2 參數量程的一致性

選擇分析儀和標準氣體時，我們應該十分注意，煙氣中所測介質因子的設計濃度決定了分析儀的量程，一般情況下，量程小于等于污染源排放最大量的兩倍，使分析儀監測數據的精確性在一定情況下得到保證。除此之外，分析儀的量程和所測介質因子一般濃度也決定了對于標準氣體的選擇，所以標準氣體選擇的濃度應該適宜。并且在設置上位機、DCS及數據采集儀的量程時，應該遵循一致性的原則。

5.3 加熱設備和制冷設備檢查

用來保護分析儀的重要設備是加熱設備和制冷設備，日常巡查和維護時，應該著重查看。130℃左右對于加熱生活設備來說是比較合適的，在不加熱時，分析儀中會進入一些水氣，濾芯堵塞，分析儀損壞等問題將會出現，不僅如此，酸霧也會在管路中出現，檢測結果將會出現偏差;4℃左右是制冷設備的合適溫度，如果冷凝器溫度一直高于6℃，則需要對其進行維修或者更換。

5.4 反吹系統檢查

在檢測反吹系統時，應著重檢查反吹氣源壓力的范圍。除此之外，手動反吹可能會損壞儀器，所以應該將儀器切換到維護狀態再進行反吹，而自動反吹則不會出現儀器和設備受到損壞的情況。

5.5 蠕動泵檢查

對于制冷器冷凝筒內的水和密封取樣氣路的排出主要依賴蠕動泵。在蠕動泵長時間沒有工作的情況下，冷凝水會進入采樣泵和分析儀，從而使設備遭到損毀。在蠕動泵泵管損壞時，取樣管路會出現密封不嚴的現象，使檢測數據不準確。

5.6 采樣泵的檢查

CEMS中的主要裝置之一是采樣泵，為了使采樣泵的負荷得到降低，可以在采樣泵上額外裝上旁路閥，這樣的話，采用泵可以使用更長的時間。還有，采樣泵的膜片由于長期使用會發生變形，使采樣泵的密封性變得不好。

5.7 過濾器的檢查

過濾掉樣氣中的雜質和水分由一級過濾器、二級過濾器及疏水過濾器發揮作用。當然，定期更換過濾器濾芯也是必要的，一個季度或者半年為一個更換的周期。

5.8 檢查采樣探頭

探頭濾芯的堵塞情況和采樣探頭加熱器的工作情況應該被定期檢查。除此之外，應及時對采樣探頭濾芯進行清灰。當發生堵塞情況時，應及時的更換，大約半年為一個周期。

6 中國CEMS現狀和前景展望

自1990年至今，陸續引進了不同型號的CEMS大約有上百套，其中引進較早的應該是電力行業、火力行業、化學化工行業。隨著中國經濟水平的不斷提高，人們越來越重視對于環境的保護，所以我們應該科學技術在環境方面的應用，使環境得到改善。就煙氣連續排放監測系統來說，伴隨著人類環保意識的不斷加強和國家對于環境治理的積極做法，相信煙氣連續排放系統的應用將更加的廣泛。

7 結語

CEMS裝置是十分復雜的，各個部件都有可能出現故障，所以在使用過程中，精準排查出現故障的原因，以便迅速找到故障并進行相應的處理。最后希望煙氣連續排放系統能夠廣泛應用，我們的環境變得越來越好。

參考文獻

[1] 趙延萍.煙塵在線監測開發與應用[J].工業安全與環保，2004（8）：4-5.

[2] 梅玲強.煙塵在線分析系統的應用[J].儀器儀表用戶，2019（3）：30-31.