王曉山 宋 濤

(蘭州寰球工程公司，蘭州 730060)

石油煉化裝置產(chǎn)生的廢水和煙氣，經(jīng)過集中處理分別達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]及《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》[2]等才能實(shí)施排放。為保證各排放口水質(zhì)和煙氣的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，必須按照《水質(zhì) 采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》[3]及《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[4]等國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作和檢測(cè)。為了保證各種環(huán)境監(jiān)控監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備、傳輸網(wǎng)絡(luò)和環(huán)保部門應(yīng)用軟件系統(tǒng)之間的連通對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)和傳輸設(shè)備做出了明確要求，如《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控(監(jiān)測(cè))數(shù)據(jù)采集傳輸儀技術(shù)要求》[5]和《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控(監(jiān)測(cè))系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》[6]。

環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)分析和測(cè)量?jī)x表對(duì)煉化企業(yè)的中間廢水、排放水和廢氣的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)，筆者將GPRS網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)且實(shí)時(shí)地傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的自動(dòng)化無人值守式環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)控和報(bào)警。

1 環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)①

環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)分析儀表、數(shù)據(jù)采集傳輸儀(集成數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)傳輸模塊)和數(shù)據(jù)監(jiān)控中心站組成?，F(xiàn)場(chǎng)分析儀表和數(shù)據(jù)采集傳輸儀構(gòu)成了現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)。環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)分析儀表

現(xiàn)場(chǎng)分析測(cè)量?jī)x表為環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的底層設(shè)備，大部分安裝在取樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近的分析小屋。通過COD在線分析儀、氨氮在線分析儀、水中油在線分析儀、明渠流量計(jì)及pH計(jì)等對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并輸出標(biāo)準(zhǔn)4～20mA模擬信號(hào)。

圖1 環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

COD的分析采用重鉻酸鉀法，在強(qiáng)酸環(huán)境下，以重鉻酸鉀作為氧化劑，在催化劑作用下加熱消解水樣，氧化水中的還原性物質(zhì)，重鉻酸鉀中的六價(jià)鉻離子被還原為三價(jià)，從而引起混合液顏色的變化，顏色的變化程度反應(yīng)了水樣中還原性物質(zhì)的量，通過比色換算得到COD含量。在油含量較大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用UV紫外吸收方式進(jìn)行COD測(cè)量。氨氮測(cè)量采用氨氣敏電極法，通過加入逐出液將樣水中的NH4+轉(zhuǎn)化為NH3，NH3進(jìn)入氨氣敏電極經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)改變電極內(nèi)的pH值，該pH值與氨氮含量成線性關(guān)系。水中油分析儀采用紅外光度法，碳?xì)浠衔飳?duì)紅外光波段有特定吸收波長(zhǎng)，通過測(cè)量吸光度來確定碳?xì)浠衔锏臐舛取Ｔ谶M(jìn)行COD含量、氨氮含量和水中油含量檢測(cè)時(shí)設(shè)置了自吸泵，將監(jiān)測(cè)點(diǎn)水源取樣輸送到在線分析儀。取樣快速回水、預(yù)處理回水和分析廢水的排放點(diǎn)設(shè)置在取樣點(diǎn)下游，盡量低且遠(yuǎn)離取樣點(diǎn)，對(duì)于有毒有害廢水需要單獨(dú)回收處理，不能混入回水管路，如鉻法COD測(cè)量廢水。

煙氣各參數(shù)的檢測(cè)采用煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS)。CEMS由顆粒物監(jiān)測(cè)、氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)(SO2、NOx、CO及O2等)、煙氣參數(shù)測(cè)量(壓力、流速、溫度及濕度等)及數(shù)據(jù)采集與處理等系統(tǒng)構(gòu)成[7,8]。顆粒物監(jiān)測(cè)采用激光透射法，原位安裝測(cè)量。氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè)，利用紫外差分技術(shù)測(cè)量高溫?zé)煔庵械腟O2和NOx，系統(tǒng)內(nèi)置氧化鋯傳感器測(cè)量氧含量。該部分通常包含取樣單元、預(yù)處理單元、分析轉(zhuǎn)化單元和后處理回收排放單元。煙氣參數(shù)測(cè)量，煙氣壓力使用隔膜壓力變送器進(jìn)行測(cè)量；流速(流量)采用皮托管差壓法或熱式質(zhì)量流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量；煙氣的溫度采用鉑電阻溫度傳感器測(cè)量；煙氣的濕度采用濕度傳感器測(cè)量。測(cè)量信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常為PLC，通過RS-485/RS-232接口對(duì)外輸出通信數(shù)字信號(hào)，具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送及遠(yuǎn)程故障診斷等功能，實(shí)現(xiàn)了工作現(xiàn)場(chǎng)的無人值守。

為了保證取樣工作在冬季順利可靠完成，需要對(duì)取樣線和返回線進(jìn)行保溫伴熱。由于部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置偏遠(yuǎn)，無伴熱介質(zhì)，本項(xiàng)目中統(tǒng)一采用電伴熱。由分析小屋內(nèi)的供電系統(tǒng)和接地系統(tǒng)為現(xiàn)場(chǎng)各類分析儀表和伴熱設(shè)備提供電源和接地處理。

1.2 數(shù)據(jù)采集傳輸儀

數(shù)據(jù)采集傳輸儀接收從現(xiàn)場(chǎng)分析測(cè)量?jī)x表傳輸來的標(biāo)準(zhǔn)4～20mA模擬信號(hào)和CEMS通信數(shù)字信號(hào)(Modbus)，經(jīng)過采樣等處理，按照《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控(監(jiān)測(cè))系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》(HJ/T 212-2005)通信協(xié)議打包發(fā)送到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心站，通信包除CRC校驗(yàn)碼外都由ACSII碼字符編碼組成。HJ/T 212-2005數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多種發(fā)送方式，本項(xiàng)目中由于各監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布分散，且部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)離主廠區(qū)太遠(yuǎn)，故采用了GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)，利用數(shù)據(jù)采集傳輸儀的無線收發(fā)模塊接入商用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，減低了現(xiàn)場(chǎng)布線的難度，每臺(tái)數(shù)據(jù)采集傳輸儀每月大概產(chǎn)生20～50元的流量費(fèi)用。

根據(jù)環(huán)保部門要求，屬于國家重點(diǎn)監(jiān)控排放口的數(shù)據(jù)需要發(fā)送到當(dāng)?shù)卣h(huán)保局環(huán)保監(jiān)測(cè)中心，為環(huán)保部門提供執(zhí)法依據(jù)。故需要對(duì)該部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)分析儀表的輸出信號(hào)，在接入數(shù)據(jù)采集傳輸儀之前進(jìn)行信號(hào)分配，一路信號(hào)去企業(yè)環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀，另一路送環(huán)保局環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸儀。對(duì)于參與DCS控制聯(lián)鎖的信號(hào)，還需要分配一路信號(hào)采用硬線接入相關(guān)DCS系統(tǒng)，常采用信號(hào)分配器或帶信號(hào)分配功能的隔離安全柵實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的分配。

1.3 數(shù)據(jù)監(jiān)控中心站

數(shù)據(jù)監(jiān)控中心站的主要作用在于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)、處理與發(fā)布。監(jiān)控中心站硬件主要由兩臺(tái)服務(wù)器(數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器各一臺(tái))和一臺(tái)短信報(bào)警Modem構(gòu)成，其他輔助硬件(如交換機(jī)及安全服務(wù)器等)利用企業(yè)原網(wǎng)的機(jī)房設(shè)備。服務(wù)器采用機(jī)架式，雙CPU四核,主頻2.0GHz以上，內(nèi)存8GByte，雙千兆網(wǎng)卡，采用冗余電源供電，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器配備3×300GByte熱插拔式硬盤。占用19寸42U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的5U位置(其中服務(wù)器各占2U，中間隔開1U空間用于空氣流通，減少熱量堆積)。兩臺(tái)服務(wù)器同屬一個(gè)VLAN之下，為了通過Internet獲取來自GPRS的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，必須為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提供外網(wǎng)靜態(tài)IP地址或外網(wǎng)靜態(tài)IP地址的NAT映射。

為監(jiān)控中心站配置的軟件包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫采用的是Windows操作系統(tǒng)和MS SQL Server數(shù)據(jù)庫。監(jiān)控應(yīng)用軟件在廠區(qū)地圖上顯示各在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)或煙氣狀態(tài)，報(bào)警觸發(fā)時(shí)醒目提示，并給相關(guān)人員發(fā)送短信報(bào)警信息。監(jiān)控應(yīng)用軟件的主要功能包括數(shù)據(jù)接收、手工監(jiān)測(cè)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和用戶權(quán)限的維護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置、地理信息數(shù)據(jù)展示、預(yù)警報(bào)警、報(bào)警事件記錄，并提供查詢、統(tǒng)計(jì)、匯總、分析及圖表等功能。根據(jù)項(xiàng)目要求，將環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到企業(yè)MES系統(tǒng)，環(huán)保工作人員和裝置管理人員可以依托企業(yè)MES系統(tǒng)很方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)查看，為環(huán)保工作人員和裝置決策部門的日常工作提供支持。

2 環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

某煉化企業(yè)為提升對(duì)各污染源和排放口的在線監(jiān)控能力，建設(shè)并投運(yùn)了完整的環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)其煉油污水處理廠、化工污水處理廠、各分廠雨排水及事故緩沖池等各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)和催化裂化裝置脫硫及動(dòng)力廠鍋爐等裝置的煙氣進(jìn)行集中在線監(jiān)控，保證能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理由于各裝置非正常運(yùn)行造成的污染物超標(biāo)。水質(zhì)的在線檢測(cè)項(xiàng)主要包括COD、氨氮、水中油的含量，pH值和流量；煙氣的在線檢測(cè)項(xiàng)主要包括顆粒物、SO2、NOx、CO、O2、壓力、流速(流量)、溫度和濕度。

3 結(jié)束語

筆者設(shè)計(jì)的環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某煉化企業(yè)中已經(jīng)投入實(shí)際運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的自動(dòng)化無人值守式監(jiān)控和報(bào)警的目的，提高了環(huán)保監(jiān)測(cè)報(bào)警的覆蓋面和超標(biāo)處理的及時(shí)性，系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)傳輸、處理及發(fā)布等功能，在一定程度上提高了環(huán)保監(jiān)測(cè)工作人員的效率，同時(shí)為優(yōu)化設(shè)備操作和生產(chǎn)管理決策提供了依據(jù)。

《化工自動(dòng)化及儀表》2014年征稿簡(jiǎn)則

1.專業(yè)范圍

報(bào)道化工、石油化工、冶金、電力、醫(yī)藥、造紙、紡織等行業(yè)過程控制理論與應(yīng)用、計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用、檢測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用、控制裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用、儀器儀表技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用、企業(yè)技術(shù)改造經(jīng)驗(yàn)等。

2.報(bào)道內(nèi)容

◆綜述與評(píng)論。博采眾覽，兼收并蓄，及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地反映國內(nèi)外過程控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及儀器儀表技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)、趨勢(shì)和水平。著文要求準(zhǔn)確性和權(quán)威性，信息量大，能夠較全面地闡明命題的過去、現(xiàn)狀及發(fā)展。

◆過程控制。報(bào)道現(xiàn)代控制理論的研究與應(yīng)用，新型控制策略及控制技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例；先進(jìn)控制系統(tǒng)及控制裝置的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；國家重大科技攻關(guān)項(xiàng)目及成果。

◆檢測(cè)與儀表。報(bào)道國內(nèi)外先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化儀器儀表技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。

◆研究與應(yīng)用。報(bào)道控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器儀表技術(shù)等的研發(fā)及其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

◆技改與創(chuàng)新。報(bào)道技術(shù)改造和技術(shù)成果，系統(tǒng)及儀表的日常檢測(cè)與維修經(jīng)驗(yàn)等，著文要求突出實(shí)用性。

3.投稿要求

◆文稿應(yīng)簡(jiǎn)明扼要，突出重點(diǎn)，公式、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

◆要求E-mail投搞，一律為Word文檔(A4幅面，單倍行距，通欄，五號(hào)字體)，不受理復(fù)印稿或傳真稿。

◆每篇文章請(qǐng)附150～200字中、英文摘要，4～6個(gè)中、英文關(guān)鍵詞，作者所在單位的中、英文名稱。

◆若條件允許，每篇文章請(qǐng)附中圖分類號(hào)(分類方法請(qǐng)參考《中國圖書館分類法》第四版)。

◆圖、表要有圖題、表題，圖中文字、符號(hào)、數(shù)字、圖注需清楚，圖、表中標(biāo)注盡量用中文。

◆公式另行居中書寫，大/小寫、上/下標(biāo)標(biāo)注清楚。

◆為使您的稿件能夠被及時(shí)處理，投稿時(shí)請(qǐng)務(wù)必提供每位作者的詳細(xì)信息，包括郵編、聯(lián)系地址、工作單位、電話等。

4.稿件受理

◆來稿收到后即以電子郵件方式給以回復(fù)，并分配稿件登記號(hào)，以便于查詢。

◆投稿后若有變動(dòng)(如撤稿，作者通訊地址、聯(lián)系方式改變等)，請(qǐng)務(wù)必通知編輯部。

◆審稿處理周期為15個(gè)工作日。

◆刊物出版后，向作者贈(zèng)送當(dāng)期刊物兩本。