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| 環保在線監測系統在煉化行業中的綜合應用現狀及驗收標準 | |
| 發布時間:2019-05-31 11:26:53 | |
近年來，國內大氣污染狀況十分嚴重。污染物主要來源是火電廠，其次為煉鋼廠和水泥廠、機動車尾氣等，而煉化行業的排放也一直備受社會關注，如煉化行業中高架源排出的SO2、NOx、揮發性有機物、顆粒物等。其中SO2，NOX與大氣中的H2O，O2反應，形成硫酸、硝酸分子，產生酸雨破壞生態平衡。顆粒物排入大氣使空氣污濁，導致PM10，PM2.5增加，尤其PM2.5，當粒徑≤2.5μm時，吸入人體后導致肺功能下降，嚴重危害人類生存。揮發性有機物VOCs危害明顯，揮發性有機化合物濃度過高時很容易引起急性中毒，輕者會出現頭痛、咳嗽、惡心、嘔吐或呈酩醉狀，重者會引起肝中毒，很快昏迷，長時間接觸會有生命危險。本文例舉污染源種類，并從測量原理出發，結合現場特殊情況提出了以下觀點，分析了如何能正常平穩地運行環保在線監測分析儀表。 1 環保在線監測系統組成及各自功能 1.1 環保在線監測系統組成 現有煉化企業中環保在線監測可大體分為固定污染源排放連續監測系統和揮發性有機物在線監測系統。 固定污染源排放連續監測系統（CEMS），國內簡稱煙氣排放連續監測系統。CEMS主要用于火電廠鍋爐、市政垃圾焚燒爐、危險物焚燒爐等，煉化企業高架源是近年來國家管控加入的。CEMS可對上述固定污染源排放煙氣中的顆粒物、氣態污染物和排放率做實時連續地跟蹤測定。 CEMS由現場監測設備和數采系統兩部分組成。其中，由現場監測設備部分采集的煙氣經一體化伴熱管纜，預處理過濾處理后經制冷除去煙氣中的水分。然后分別通過自動恒流裝置傳至SO2、NOX、CO、O2等氣體檢測器，各類檢測器把4mA～20mA標準信號同時傳至現場工控機和數據采集器。煙氣溫度、煙氣壓力、煙氣流速或流量、煙氣含濕量、煙氣含氧量等傳感器將4mA～20mA標準信號傳至工控機和數據采集器[1]?，F場工控機通過RS485總線將現場各路采樣數據經分析處理后存入現場數據庫中并實時顯示。數采儀經無線4G網絡將數據上傳至環保局監控中心。環保主管部門按照國家規定，在污染源在線自動監測數據管理平臺上完成排污單位監測點位，污染物排放限值，自動檢測設施等的信息核定，實現實時對排污企業的監控。 VOCs主要測量非甲烷總烴，采用氣相色譜法測量非甲烷總烴。由現場探頭取壓管線部分、預處理載氣部分、色譜分析儀部分和數采部分組成?，F場檢測設備把煙氣通過射流泵恒流抽至預處理系統，經預處理減壓，干燥后的樣品通過色譜分析儀中的色譜柱系統，根據介質組分的不同，出柱系統的時間不同區分各組分含量，再經氫火焰燃燒，測量出總烴量和甲烷量，相減得出非甲烷總烴的含量，經過數采運算后，通過無線4G網絡將數據上傳到環保局監測中心的計算機系統。環保監測中心可以隨時調用日報、周報、月報、年報，達到實時監測的目的。 1.2 環保在線監測系統各自功能 1.2.1 CEMS監測系統測量原理 顆粒物監測子系統主要測量煙氣中顆粒物濃度，一般采用光散射法。光學法測塵儀測量光線穿過煙氣后的透射率，清潔煙道透射率100%，煙塵顆粒的增加透射率降低。氣態污染物監測子系統測量煙氣中NOx、CO、SO2、CO2的濃度，常見的分析原理為非散射紅外吸收法（或紫外吸收法）。煙氣排放參數測量子系統主要檢測煙氣中的溫度、壓力、流量（流速）、濕度、含氧量等參數。通過皮托管可以得出煙氣流量，同時根據煙氣溫度、壓力、濕度計算出標準干煙氣量，通過煙氣中的含氧量換算成排放總量。系統控制子系統主要由探頭部分的反吹、樣品的采樣部分構成；數據采集處理子系統對信號采集、進行數據處理并生成報表等；氣源為系統提供反吹氣體；電源部分分別設置為分析儀和數采儀供電的UPS電源與分析小屋內空調、電伴熱、照明等GPS電源。 1.2.2 VOCs監測系統測量原理 非甲烷總烴采用GC-FID原理測量，根據多組分混合氣體通過色譜柱時，被色譜柱內的填充劑吸附后，速度產生差異，柱出口處發生混合氣體分離為各個組分，從而進行非甲烷總烴定量和定性的測量分析。載氣為氮氣，助燃氣為氧氣，燃燒氣為氫氣。氣相色譜輸出為標準4mA～20mA信號或者RS485信號，數據采集處理子系統對信號采集、進行數據處理并生成報表等。 2 環保在線監測系統的設計選型 煉化行業的環保在線監測的國家標準還在逐步地探索中，迄今關于污染物在線監測已經有明確的國家標準HJ75-2017、HJ 76-2017[2,3]，而揮發性有機物在線測量仍沒有明確的國家標準，所以各個企業針對自身的特點各自選擇相對嚴格的設備。 某石化環保項目有其特殊的情況，因CEMS和VOCs需要在同一裝置，同一高架源上監控，所以分析小屋的配置，分析儀的防爆形式，取樣點的設計，取樣管纜的設計，預處理系統的設計一系列問題都待解決。 根據污染源在線自動監控數據采集傳輸儀技術要求HJ477-2009中的要求，數采儀電源需采用UPS，且在外部供電切斷時連續工作6h，并在外部電源斷電時自動通知上位機。由于環保設施的供電連續性，同時要求環保設施包括分析儀在內也需要UPS供電，保證數據分析的連續性。 2.1 分析儀及附件的防爆形式選擇 因為CEMS和VOCs需要設計到同一分析小屋中，那么原CEMS不需要防爆措施的情況就需要改變，因為VOCs是采用GC-FID形式測量，在存在氫氣環境的情況下，小屋的危險區域提升至1 Zone，那么要求分析小屋中的儀表設備的防爆要求均達到Ex d IIC+T4標準。因此，CEMS可以采用加隔爆機柜處理，VOCs可以采用整體防爆，防爆接線箱需要采用隔爆形式。儀表設備的防護標準要求IP56以上級別，現場取樣點的設備仍沿用本安或者隔爆的形式。 2.2 環保在線監測系統的采樣及預處理 2.2.1 CEMS的采樣及預處理 CEMS的采樣利用取樣泵從煙道內抽取樣品，采用一體化伴熱管纜，一體化伴熱管纜全程加熱至120℃。由于抽取的煙氣溫度比較高，而輸送的線路較長，如果不采用一體化伴熱管纜恒溫，那么煙氣在運輸的過程中就會因為溫度降低而使水分從煙氣中分離出來，煙氣中的NOx、SO2會與析出的水相互融合發生化學反應，形成硝酸和硫酸，硝酸和硫酸的產生會使樣品管線腐蝕，并且還會影響到測量的準確性。樣品氣傳輸至冷凝器后，冷凝器中的蠕動泵會將煙氣中的水分排走，使其不與NOx接觸。水分由管線直接排至廢液桶，按照國標需每天清理。除去水分的煙氣經過氣體過濾器后傳送到分析儀主機中，從而對煙氣進行檢測。在對煙氣進行取樣的過程中，煙氣中的粉塵極易堵塞探頭，必須在系統中設定定期反吹功能，通過反吹裝置對伴熱管線和一次取樣閥進行吹掃。 2.2.2 VOCs的采樣及預處理 本項目中由于CEMS與VOCs為監測同一高架源，所以其中溫、壓、流、濕、氧含量都由CEMS提供，通過4mA～20mA信號進行柜內傳輸，這樣就可以免去在高架源處開多處取樣口，從而對高架源進行結構破壞。但是揮發性有機物的樣品還需要通過現場探頭來進行抽取，經過樣品預處理、除塵、除濕后進入色譜分析儀。針對探頭部分易堵的情況，設計有定時、手動反吹功能，加之定期更換探頭部分的過濾芯，保證設備正常運行。 2.3 環保在線監測系統的數據采集和處理 數據采集和處理系統負責通過GPRS方式與環保局實現聯網，傳輸數據。所有測量信號進買方DCS系統采用硬接線方式，信號為4mADC～20mADC，分析小屋外設中間接線箱。數據采集和處理系統應至少有一個RS485 MODBUS RTU接口。數據采集和數據處理系統具有滿足正常運行所需的模擬量輸入/輸出通道、數字量輸入/輸出通道，并為VOCs系統將來擴容預留10%的備用通道。數據采集和數據處理系統能對影響到系統的精度和準確性的任何VOCs部件進行檢查，并在發生異常時報警。數據采集和數據處理系統能控制日常VOCs運行，包括：自動校正循環的運行、采樣系統過濾器和探頭的吹掃、提供認證測試和檢查所需材料。 3 環保在線監測系統的驗收標準 3.1 環保在線監測系統的FAT情況 通過對石化某項目的驗收，發現了分析小屋集成商存在的幾處問題，以下分別列出：根據《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法HJ 75-2017》《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法HJ 76-2017》《石油化工儀表接地規范SH3081-2003T》《石油化工在線分析儀系統設計規范SH3174-2013T》等國標和行業標準，發現集成商均對強弱電的布局沒有做分開敷設或者加裝隔板來處理，分析小屋中設備的地線沒有做與分析小屋絕緣處理，地線的線徑沒有逐級增加，小屋內排風口的設計沒有按照要求分別設計上排風口和下排風口。 驗收監測執行中華人民共和國環境保護行業標準：《固定污染源煙氣排放連續監測系統技術要求及檢測方法HJ 76-2017 》。 3.2 分析方法與規范 ①《固定污染源廢氣 總烴、甲烷和非甲烷總烴的測定氣相色譜法HJ 38-2017》；②《固定污染源排氣中顆粒物測定與氣態污染物采樣方法GB/T 16157-1996》；③《環境監測標準分析方法》(試行)；④《固定污染源廢氣監測技術規范HJ/T 397-2007》；⑤《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》（HJ 212-2005）。 3.3 固定污染源煙氣連續監測系統技術驗收 CEMS在完成安裝、調試檢測并和主管部門聯網后，進行技術驗收，其中包括CEMS技術指標和聯網驗收。CEMS在安裝完成后，檢查安裝位置，手工采樣位置是否符合要求，數據采集和傳輸是否按照《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準HJ/T212-2017》要求，是否穩定運行7d，是否能提供一個月自檢報告，及調試檢測合格報告。CEMS技術驗收包括：顆粒物CEMS、氣態污染物CEMS、煙氣參數CEMS技術指標驗收。 3.4 固定污染源煙氣連續監測系統校準時的質量保證和措施 CEMS日常運行質量保證正常穩定運行，持續提供有質量保證的監測數據，當數據不能滿足技術指標而失控時，應及時采用糾正措施，縮短校準、維護和校驗的時間間隔。當對相關設備進行相關校準、復檢和校驗時，必須聯系工藝人員負責監督工況，生產負荷達到75%以上，環境保護設施運行正常時，進行現場監測；若不能滿足上述條件時，應通知監測人員停止監測，以保證監測數據的有效性。使檢測中的狀態不發生明顯的波動保持相對穩定。為了減少測定煙氣數據的誤差，保證準確度，可使用自動跟蹤煙塵采樣器進行相關校準和復檢，校準和復檢盡可能用同一臺采樣器。測定煙道斷面每一次顆粒物樣品，采樣量應不低于10mg或采氣量不低于0.5m3。在測量氣態污染物CEMS時，采樣前和采樣后應用標準氣體對設備進行校準，測定標準氣體的相對誤差不應超過±5%，超過規定時，應對測定值進行修正。應在固定污染源正常排放污染物條件下復檢和校驗CEMS。 4 環保設備投用可能出現的問題及解決方案 4.1 CEMS投用可能出現的問題及解決方案 CEMS投用初期問題大概分成兩點：一是溫壓流濕4個參數測量準確性的問題和O2含量與工藝測量不同。其中溫壓流濕按周期校準即可保證其測量值在精度范圍內，O2含量測量原理與工藝測量原理、位置均不同，這種問題在常規儀表中均有表現；二是測量NOX的紅外分析儀零點漂移的情況還是存在，制定相關標準，半個月標定一次使其測量更加準確。 4.2 VOCs投用可能出現的問題及解決方案 VOCs投用初期的問題在于采樣形式和樣品濃度與流量的關系。根據HJ 75-2017要求監測站房與采樣點距離盡可能近，原則上不超過70m。采樣管線材質應為不銹鋼和聚四氟乙烯導管，不銹鋼材質相較聚四氟乙烯材質在取樣管線敷設時不好處理外，其他方面都優于聚四氟乙烯材質。因聚四氟乙烯材質會在加熱時有可能揮發出部分總烴，影響設備的正常測量，這種揮發出的總烴與管路中的流速成反比，流速越大測量的非甲烷總烴越小，這種影響測量的因素會隨時間而降低甚至消失，長時間的120℃高溫伴熱及大流量的采樣會使聚四氟乙烯材質代謝掉總烴的析出。 5 結束語 隨著CEMS煙氣連續監測系統和揮發性有機物在線監測系統在實際的煉化行業中得到廣泛應用，CEMS系統的作用不單純為了被動地提供排放數據，環保部門的監管也不單純為了懲罰各相關企業。裝置操作人員和工程師可以根據排放記錄，特別是年度、月度測量值波動的次數和測量值的范圍，煙氣除塵、脫硫脫硝裝置的運行、煙氣中含氧量和含濕量的參數都對優化工藝和設備的操作有直接或間接地影響，控制好各參數排放值在法律限定值內，同時亦可使企業降本增效。本文通過對測量原理的剖析，使故障類型和故障原因在今后的運行維護期間很容易暴露出來，按照HJ/T 75-2017標準，至少進行每周巡檢和每季度標定，針對國控源分析儀故障的情況，應及時進行數據修約，保證數據的完整性和實時性。 原標題:環保在線監測系統在煉化行業中的綜合應用現狀及驗收標準
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