遠程監測技術在港口氣體污染物監測中的應用研究

陳秋燕，李曉波，李 珂，趙淑媛

(中國船舶重工集團公司第七一一研究所，上海 200082)

1 引言

隨著世界經濟和國內外貿易的日益繁榮，國際航運業及遠洋船舶運輸得到了持續發展，但同時也給海洋環境和港口大氣造成了污染，為了減少船舶排氣對環境大氣的污染，世界各國和國際組織相繼制定了不同的船舶排放法規[1]，而傳統檢查方式和執法裝備無法滿足大量船舶出入港檢查的需要，一定程度上制約了我國相關排放法規的落地以及海事部門的有效監管。因此，進行港口監測系統的應用研究，是提升執法效率十分重要的途徑[2～4]。

本文主要以青島港為監測對象，進行嗅探標準站監測設備在港口的試驗驗證，確定不同影響參數對監測結果的影響，最終明確主要影響參數，為進一步驗證提供一定的技術支撐。

2 港口布點位置選擇

圖1為青島前灣港港口示意圖，經過港區人員介紹，通過現場觀察，選取距離航道最近,且船流量較多的青島前灣港集裝箱碼頭(QQCT)作為具體監測場地，設備布置在港口下風向75號泊位位置，距離航道間距0.28海里。

圖1 青島前灣港示意圖

3 港口監測試驗

本次試驗主要由嗅探監測設備進行氣體濃度監測，由氣象五參數儀進行監測點環境參數監測，嗅探監測設備主要由分析儀、CO2去除器、微型氣泵、迷你空壓機、隔膜水泵、儀器供電溫控系統、通信模塊、壓縮空氣調節元器件組成，如圖2所示，在設備現場組裝完成后，進行設備標定及校準；在嗅探監測設備上安裝氣象五參數儀，用以實時監測環境狀態，氣象五參數儀見圖3。

圖2 嗅探監測設備

圖3 氣象五參數儀

3.2 試驗驗證及結論

監測設備24 h運行，監測當前環境狀態下往來船舶運行過程中空氣中NOx、SO2、CO2氣體濃度的變化，判斷不同影響參數對監測濃度的影響，設備共監測到6艘船舶，表1為監測到的船舶排氣濃度處理后數據。

表1 數據匯總

繪制監測船舶的SO2/CO2及NO2/CO2排放濃度比趨勢圖，由圖4可以看出，SO2/CO2實測值與NOx/CO2實測值趨勢相同，即SO2/CO2/ NO2濃度增加及減小趨勢相同，監測數據符合氣體擴散規律，標準監測設備具備初步篩選功能。

圖4 S/C比、NOx/CO2趨勢

分別進行測試距離、測試夾角、風速等因素對NOx/CO2監測結果的影響分析，繪制不同影響因素與NOx/CO2監測結果趨勢曲線(圖5)。

圖5 測試距離與NOx/CO2測試值關系

從序號1～5號船舶測試結果可以看出， 測試距離、測試夾角與NOx/CO2實測值存在反相關關系，即距離越近、測試夾角越小，NOx/CO2實測值越大，且角度變化對整個測試影響更大，序號6號船舶測試結果存在異常需要進一步分析(圖6)。

圖6 測試夾角與NOx/CO2測試值關系

圖7中序號1～3船舶測試結果可以看出，當測試夾角一定風速越大NOx/CO2實測值將略微減小，這主要由于監測設備與風向夾角較大，風速越大，擴散到監測設備的廢氣濃度將越少，NOx/CO2實測值將越小。由以上可知，NOx/CO2實測值與監測夾角、監測距離及氣體流速依次相關，其中與監測夾角、監測距離反向相關，且與監測夾角相關性最大。

圖7 風速與NOx/CO2測試值關系

由于氣體在排放過程中會進行大規模擴散，而船舶尾氣中NOx、SO2排放數值基本一致，以船舶尾氣中NOx、SO2排放比作為基準，用以對比煙氣擴散后監測設備監測到的NOx、SO2排放比。

圖8表明了不同船舶最終所測試到的NOx/CO2值，從圖中可以看出， 擴散不是按照比例進行，NOx/CO2實測值與參考NOx/CO2有較大差距，可能的原因有由于監測設備的方向與風向方向偏向較大、船舶離監測點距離較遠以及風速等原因造成，其與測試距離及風向、風速的關系需要測試更多對比性數據以總結其進一步的規律。

圖8 不同船舶的NOx/CO2值

4 結論

NOx/CO2實測值與監測夾角、監測距離及氣體流速依次相關，其中與監測夾角、監測距離反向相關，且監測夾角對NOx/CO2實測值影響最大，但由于監測數據較少仍需要進一步進行驗證，明確最終港口監測結果與各參數間的具體關系[5,6]。