环保监测系统在石油炼化企业中的应用

王晓山 宋 涛

(兰州寰球工程公司，兰州 730060)

石油炼化装置产生的废水和烟气，经过集中处理分别达到《污水综合排放标准》[1]及《大气污染物综合排放标准》[2]等才能实施排放。为保证各排放口水质和烟气的各项检测指标达标，必须按照《水质 采样方案设计技术规定》[3]及《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》[4]等国家标准进行操作和检测。为了保证各种环境监控监测仪器设备、传输网络和环保部门应用软件系统之间的连通对数据的传输标准和传输设备做出了明确要求，如《污染源在线自动监控(监测)数据采集传输仪技术要求》[5]和《污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》[6]。

环保监测系统通过现场分析和测量仪表对炼化企业的中间废水、排放水和废气的各项监测参数进行在线动态检测，笔者将GPRS网络应用于环保监测系统，将检测数据连续且实时地传输到监控平台，实现了对监测点的自动化无人值守式环保数据监控和报警。

1 环保监测系统①

环保监测系统主要由现场分析仪表、数据采集传输仪(集成数据采集器和数据传输模块)和数据监控中心站组成。现场分析仪表和数据采集传输仪构成了现场系统。环保监测系统的结构如图1所示。

1.1 现场分析仪表

现场分析测量仪表为环保监测系统的底层设备，大部分安装在取样监测点附近的分析小屋。通过COD在线分析仪、氨氮在线分析仪、水中油在线分析仪、明渠流量计及pH计等对各项参数进行检测，并输出标准4～20mA模拟信号。

图1 环保监测系统的组成结构简图

COD的分析采用重铬酸钾法，在强酸环境下，以重铬酸钾作为氧化剂，在催化剂作用下加热消解水样，氧化水中的还原性物质，重铬酸钾中的六价铬离子被还原为三价，从而引起混合液颜色的变化，颜色的变化程度反应了水样中还原性物质的量，通过比色换算得到COD含量。在油含量较大的监测点采用UV紫外吸收方式进行COD测量。氨氮测量采用氨气敏电极法，通过加入逐出液将样水中的NH4+转化为NH3，NH3进入氨气敏电极经电化学反应改变电极内的pH值，该pH值与氨氮含量成线性关系。水中油分析仪采用红外光度法，碳氢化合物对红外光波段有特定吸收波长，通过测量吸光度来确定碳氢化合物的浓度。在进行COD含量、氨氮含量和水中油含量检测时设置了自吸泵，将监测点水源取样输送到在线分析仪。取样快速回水、预处理回水和分析废水的排放点设置在取样点下游，尽量低且远离取样点，对于有毒有害废水需要单独回收处理，不能混入回水管路，如铬法COD测量废水。

烟气各参数的检测采用烟气排放连续监测系统(CEMS)。CEMS由颗粒物监测、气态污染物监测(SO2、NOx、CO及O2等)、烟气参数测量(压力、流速、温度及湿度等)及数据采集与处理等系统构成[7,8]。颗粒物监测采用激光透射法，原位安装测量。气态污染物监测，利用紫外差分技术测量高温烟气中的SO2和NOx，系统内置氧化锆传感器测量氧含量。该部分通常包含取样单元、预处理单元、分析转化单元和后处理回收排放单元。烟气参数测量，烟气压力使用隔膜压力变送器进行测量；流速(流量)采用皮托管差压法或热式质量流量计进行测量；烟气的温度采用铂电阻温度传感器测量；烟气的湿度采用湿度传感器测量。测量信号送入数据采集与处理子系统，该系统通常为PLC，通过RS-485/RS-232接口对外输出通信数字信号，具有现场数据实时传送及远程故障诊断等功能，实现了工作现场的无人值守。

为了保证取样工作在冬季顺利可靠完成，需要对取样线和返回线进行保温伴热。由于部分监测点位置偏远，无伴热介质，本项目中统一采用电伴热。由分析小屋内的供电系统和接地系统为现场各类分析仪表和伴热设备提供电源和接地处理。

1.2 数据采集传输仪

数据采集传输仪接收从现场分析测量仪表传输来的标准4～20mA模拟信号和CEMS通信数字信号(Modbus)，经过采样等处理，按照《污染源在线自动监控(监测)系统数据传输标准》(HJ/T 212-2005)通信协议打包发送到数据监控中心站，通信包除CRC校验码外都由ACSII码字符编码组成。HJ/T 212-2005数据传输标准规定了多种发送方式，本项目中由于各监测点分布分散，且部分监测点离主厂区太远，故采用了GPRS通用无线分组业务，利用数据采集传输仪的无线收发模块接入商用移动网络，进行数据传输，减低了现场布线的难度，每台数据采集传输仪每月大概产生20～50元的流量费用。

根据环保部门要求，属于国家重点监控排放口的数据需要发送到当地政府环保局环保监测中心，为环保部门提供执法依据。故需要对该部分监测点分析仪表的输出信号，在接入数据采集传输仪之前进行信号分配，一路信号去企业环保监测系统数据采集传输仪，另一路送环保局环保监测系统数据采集传输仪。对于参与DCS控制联锁的信号，还需要分配一路信号采用硬线接入相关DCS系统，常采用信号分配器或带信号分配功能的隔离安全栅实现模拟信号的分配。

1.3 数据监控中心站

数据监控中心站的主要作用在于现场检测数据的接收、存储、处理与发布。监控中心站硬件主要由两台服务器(数据库服务器和应用服务器各一台)和一台短信报警Modem构成，其他辅助硬件(如交换机及安全服务器等)利用企业原网的机房设备。服务器采用机架式，双CPU四核,主频2.0GHz以上，内存8GByte，双千兆网卡，采用冗余电源供电，数据库服务器配备3×300GByte热插拔式硬盘。占用19寸42U标准机柜的5U位置(其中服务器各占2U，中间隔开1U空间用于空气流通，减少热量堆积)。两台服务器同属一个VLAN之下，为了通过Internet获取来自GPRS的现场检测数据，必须为数据库服务器提供外网静态IP地址或外网静态IP地址的NAT映射。

为监控中心站配置的软件包括操作系统、数据库和监控应用软件。操作系统和数据库采用的是Windows操作系统和MS SQL Server数据库。监控应用软件在厂区地图上显示各在线监测点水质或烟气状态，报警触发时醒目提示，并给相关人员发送短信报警信息。监控应用软件的主要功能包括数据接收、手工监测和自动监测数据的管理、基础数据和用户权限的维护、标准设置、地理信息数据展示、预警报警、报警事件记录，并提供查询、统计、汇总、分析及图表等功能。根据项目要求，将环保监测数据上传到企业MES系统，环保工作人员和装置管理人员可以依托企业MES系统很方便地进行数据查看，为环保工作人员和装置决策部门的日常工作提供支持。

2 环保监测系统的应用

某炼化企业为提升对各污染源和排放口的在线监控能力，建设并投运了完整的环保监测系统。对其炼油污水处理厂、化工污水处理厂、各分厂雨排水及事故缓冲池等各监测点的水质和催化裂化装置脱硫及动力厂锅炉等装置的烟气进行集中在线监控，保证能够及时发现并处理由于各装置非正常运行造成的污染物超标。水质的在线检测项主要包括COD、氨氮、水中油的含量，pH值和流量；烟气的在线检测项主要包括颗粒物、SO2、NOx、CO、O2、压力、流速(流量)、温度和湿度。

3 结束语

笔者设计的环保监测系统在某炼化企业中已经投入实际运行，实现了对监测点的自动化无人值守式监控和报警的目的，提高了环保监测报警的覆盖面和超标处理的及时性，系统提供的数据传输、处理及发布等功能，在一定程度上提高了环保监测工作人员的效率，同时为优化设备操作和生产管理决策提供了依据。

《化工自动化及仪表》2014年征稿简则

1.专业范围

报道化工、石油化工、冶金、电力、医药、造纸、纺织等行业过程控制理论与应用、计算机技术及其应用、检测技术研究与应用、控制装置设计及应用、仪器仪表技术开发与应用、企业技术改造经验等。

2.报道内容

◆综述与评论。博采众览，兼收并蓄，及时、准确、全面地反映国内外过程控制技术、检测技术、计算机技术及仪器仪表技术的发展动态、趋势和水平。著文要求准确性和权威性，信息量大，能够较全面地阐明命题的过去、现状及发展。

◆过程控制。报道现代控制理论的研究与应用，新型控制策略及控制技术的应用实例；先进控制系统及控制装置的现场应用；国家重大科技攻关项目及成果。

◆检测与仪表。报道国内外先进的检测技术、自动化仪器仪表技术的开发与应用。

◆研究与应用。报道控制技术、检测技术、计算机技术、仪器仪表技术等的研发及其在工业生产中的应用。

◆技改与创新。报道技术改造和技术成果，系统及仪表的日常检测与维修经验等，著文要求突出实用性。

3.投稿要求

◆文稿应简明扼要，突出重点，公式、数据准确。

◆要求E-mail投搞，一律为Word文档(A4幅面，单倍行距，通栏，五号字体)，不受理复印稿或传真稿。

◆每篇文章请附150～200字中、英文摘要，4～6个中、英文关键词，作者所在单位的中、英文名称。

◆若条件允许，每篇文章请附中图分类号(分类方法请参考《中国图书馆分类法》第四版)。

◆图、表要有图题、表题，图中文字、符号、数字、图注需清楚，图、表中标注尽量用中文。

◆公式另行居中书写，大/小写、上/下标标注清楚。

◆为使您的稿件能够被及时处理，投稿时请务必提供每位作者的详细信息，包括邮编、联系地址、工作单位、电话等。

4.稿件受理

◆来稿收到后即以电子邮件方式给以回复，并分配稿件登记号，以便于查询。

◆投稿后若有变动(如撤稿，作者通讯地址、联系方式改变等)，请务必通知编辑部。

◆审稿处理周期为15个工作日。

◆刊物出版后，向作者赠送当期刊物两本。