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      近年來，國內(nèi)大氣污染狀況十分嚴(yán)重。污染物主要來源是火電廠，其次為煉鋼廠和水泥廠、機(jī)動(dòng)車尾氣等，而煉化行業(yè)的排放也一直備受社會(huì)關(guān)注，如煉化行業(yè)中高架源排出的SO2、NOx、揮發(fā)性有機(jī)物、顆粒物等。其中SO2，NOX與大氣中的H2O，O2反應(yīng)，形成硫酸、硝酸分子，產(chǎn)生酸雨破壞生態(tài)平衡。顆粒物排入大氣使空氣污濁，導(dǎo)致PM10，PM2.5增加，尤其PM2.5，當(dāng)粒徑≤2.5μm時(shí)，吸入人體后導(dǎo)致肺功能下降，嚴(yán)重危害人類生存。揮發(fā)性有機(jī)物VOCs危害明顯，揮發(fā)性有機(jī)化合物濃度過高時(shí)很容易引起急性中毒，輕者會(huì)出現(xiàn)頭痛、咳嗽、惡心、嘔吐或呈酩醉狀，重者會(huì)引起肝中毒，很快昏迷，長時(shí)間接觸會(huì)有生命危險(xiǎn)。本文例舉污染源種類，并從測量原理出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場特殊情況提出了以下觀點(diǎn)，分析了如何能正常平穩(wěn)地運(yùn)行環(huán)保在線監(jiān)測分析儀表。

1 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)組成及各自功能

1.1 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

現(xiàn)有煉化企業(yè)中環(huán)保在線監(jiān)測可大體分為固定污染源排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)和揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測系統(tǒng)。

固定污染源排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS），國內(nèi)簡稱煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。CEMS主要用于火電廠鍋爐、市政垃圾焚燒爐、危險(xiǎn)物焚燒爐等，煉化企業(yè)高架源是近年來國家管控加入的。CEMS可對(duì)上述固定污染源排放煙氣中的顆粒物、氣態(tài)污染物和排放率做實(shí)時(shí)連續(xù)地跟蹤測定。

CEMS由現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備和數(shù)采系統(tǒng)兩部分組成。其中，由現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備部分采集的煙氣經(jīng)一體化伴熱管纜，預(yù)處理過濾處理后經(jīng)制冷除去煙氣中的水分。然后分別通過自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)同時(shí)傳至現(xiàn)場工控機(jī)和數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳至工控機(jī)和數(shù)據(jù)采集器[1]?，F(xiàn)場工控機(jī)通過RS485總線將現(xiàn)場各路采樣數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后存入現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫中并實(shí)時(shí)顯示。數(shù)采儀經(jīng)無線4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至環(huán)保局監(jiān)控中心。環(huán)保主管部門按照國家規(guī)定，在污染源在線自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理平臺(tái)上完成排污單位監(jiān)測點(diǎn)位，污染物排放限值，自動(dòng)檢測設(shè)施等的信息核定，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)排污企業(yè)的監(jiān)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(xiàn)場探頭取壓管線部分、預(yù)處理載氣部分、色譜分析儀部分和數(shù)采部分組成?，F(xiàn)場檢測設(shè)備把煙氣通過射流泵恒流抽至預(yù)處理系統(tǒng)，經(jīng)預(yù)處理減壓，干燥后的樣品通過色譜分析儀中的色譜柱系統(tǒng)，根據(jù)介質(zhì)組分的不同，出柱系統(tǒng)的時(shí)間不同區(qū)分各組分含量，再經(jīng)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(jīng)過數(shù)采運(yùn)算后，通過無線4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到環(huán)保局監(jiān)測中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。環(huán)保監(jiān)測中心可以隨時(shí)調(diào)用日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。

1.2 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)各自功能

1.2.1 CEMS監(jiān)測系統(tǒng)測量原理

顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)主要測量煙氣中顆粒物濃度，一般采用光散射法。光學(xué)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(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)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(shù)測量子系統(tǒng)主要檢測煙氣中的溫度、壓力、流量（流速）、濕度、含氧量等參數(shù)。通過皮托管可以得出煙氣流量，同時(shí)根據(jù)煙氣溫度、壓力、濕度計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)干煙氣量，通過煙氣中的含氧量換算成排放總量。系統(tǒng)控制子系統(tǒng)主要由探頭部分的反吹、樣品的采樣部分構(gòu)成；數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采集、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并生成報(bào)表等；氣源為系統(tǒng)提供反吹氣體；電源部分分別設(shè)置為分析儀和數(shù)采儀供電的UPS電源與分析小屋內(nèi)空調(diào)、電伴熱、照明等GPS電源。

1.2.2 VOCs監(jiān)測系統(tǒng)測量原理

非甲烷總烴采用GC-FID原理測量，根據(jù)多組分混合氣體通過色譜柱時(shí)，被色譜柱內(nèi)的填充劑吸附后，速度產(chǎn)生差異，柱出口處發(fā)生混合氣體分離為各個(gè)組分，從而進(jìn)行非甲烷總烴定量和定性的測量分析。載氣為氮?dú)?，助燃?xì)鉃檠鯕?，燃燒氣為氫氣。氣相色譜輸出為標(biāo)準(zhǔn)4mA～20mA信號(hào)或者RS485信號(hào)，數(shù)據(jù)采集處理子系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采集、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并生成報(bào)表等。

2 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型

煉化行業(yè)的環(huán)保在線監(jiān)測的國家標(biāo)準(zhǔn)還在逐步地探索中，迄今關(guān)于污染物在線監(jiān)測已經(jīng)有明確的國家標(biāo)準(zhǔn)HJ75-2017、HJ 76-2017[2,3]，而揮發(fā)性有機(jī)物在線測量仍沒有明確的國家標(biāo)準(zhǔn)，所以各個(gè)企業(yè)針對(duì)自身的特點(diǎn)各自選擇相對(duì)嚴(yán)格的設(shè)備。

某石化環(huán)保項(xiàng)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(jiān)控，所以分析小屋的配置，分析儀的防爆形式，取樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)，取樣管纜的設(shè)計(jì)，預(yù)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一系列問題都待解決。

根據(jù)污染源在線自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集傳輸儀技術(shù)要求HJ477-2009中的要求，數(shù)采儀電源需采用UPS，且在外部供電切斷時(shí)連續(xù)工作6h，并在外部電源斷電時(shí)自動(dòng)通知上位機(jī)。由于環(huán)保設(shè)施的供電連續(xù)性，同時(shí)要求環(huán)保設(shè)施包括分析儀在內(nèi)也需要UPS供電，保證數(shù)據(jù)分析的連續(xù)性。

2.1 分析儀及附件的防爆形式選擇

因?yàn)镃EMS和VOCs需要設(shè)計(jì)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?yàn)閂OCs是采用GC-FID形式測量，在存在氫氣環(huán)境的情況下，小屋的危險(xiǎn)區(qū)域提升至1 Zone，那么要求分析小屋中的儀表設(shè)備的防爆要求均達(dá)到Ex d IIC+T4標(biāo)準(zhǔn)。因此，CEMS可以采用加隔爆機(jī)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(shè)備的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求IP56以上級(jí)別，現(xiàn)場取樣點(diǎn)的設(shè)備仍沿用本安或者隔爆的形式。

2.2 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)的采樣及預(yù)處理

2.2.1 CEMS的采樣及預(yù)處理

CEMS的采樣利用取樣泵從煙道內(nèi)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(yùn)輸?shù)倪^程中就會(huì)因?yàn)闇囟冉档投顾謴臒煔庵蟹蛛x出來，煙氣中的NOx、SO2會(huì)與析出的水相互融合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成硝酸和硫酸，硝酸和硫酸的產(chǎn)生會(huì)使樣品管線腐蝕，并且還會(huì)影響到測量的準(zhǔn)確性。樣品氣傳輸至冷凝器后，冷凝器中的蠕動(dòng)泵會(huì)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(biāo)需每天清理。除去水分的煙氣經(jīng)過氣體過濾器后傳送到分析儀主機(jī)中，從而對(duì)煙氣進(jìn)行檢測。在對(duì)煙氣進(jìn)行取樣的過程中，煙氣中的粉塵極易堵塞探頭，必須在系統(tǒng)中設(shè)定定期反吹功能，通過反吹裝置對(duì)伴熱管線和一次取樣閥進(jìn)行吹掃。

2.2.2 VOCs的采樣及預(yù)處理

本項(xiàng)目中由于CEMS與VOCs為監(jiān)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(hào)進(jìn)行柜內(nèi)傳輸，這樣就可以免去在高架源處開多處取樣口，從而對(duì)高架源進(jìn)行結(jié)構(gòu)破壞。但是揮發(fā)性有機(jī)物的樣品還需要通過現(xiàn)場探頭來進(jìn)行抽取，經(jīng)過樣品預(yù)處理、除塵、除濕后進(jìn)入色譜分析儀。針對(duì)探頭部分易堵的情況，設(shè)計(jì)有定時(shí)、手動(dòng)反吹功能，加之定期更換探頭部分的過濾芯，保證設(shè)備正常運(yùn)行。

2.3 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)通過GPRS方式與環(huán)保局實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，傳輸數(shù)據(jù)。所有測量信號(hào)進(jìn)買方DCS系統(tǒng)采用硬接線方式，信號(hào)為4mADC～20mADC，分析小屋外設(shè)中間接線箱。數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)應(yīng)至少有一個(gè)RS485 MODBUS RTU接口。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有滿足正常運(yùn)行所需的模擬量輸入/輸出通道、數(shù)字量輸入/輸出通道，并為VOCs系統(tǒng)將來擴(kuò)容預(yù)留10%的備用通道。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能對(duì)影響到系統(tǒng)的精度和準(zhǔn)確性的任何VOCs部件進(jìn)行檢查，并在發(fā)生異常時(shí)報(bào)警。數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能控制日常VOCs運(yùn)行，包括：自動(dòng)校正循環(huán)的運(yùn)行、采樣系統(tǒng)過濾器和探頭的吹掃、提供認(rèn)證測試和檢查所需材料。

3 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

3.1 環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)的FAT情況

通過對(duì)石化某項(xiàng)目的驗(yàn)收，發(fā)現(xiàn)了分析小屋集成商存在的幾處問題，以下分別列出：根據(jù)《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法HJ 75-2017》《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法HJ 76-2017》《石油化工儀表接地規(guī)范SH3081-2003T》《石油化工在線分析儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范SH3174-2013T》等國標(biāo)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)集成商均對(duì)強(qiáng)弱電的布局沒有做分開敷設(shè)或者加裝隔板來處理，分析小屋中設(shè)備的地線沒有做與分析小屋絕緣處理，地線的線徑?jīng)]有逐級(jí)增加，小屋內(nèi)排風(fēng)口的設(shè)計(jì)沒有按照要求分別設(shè)計(jì)上排風(fēng)口和下排風(fēng)口。

驗(yàn)收監(jiān)測執(zhí)行中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法HJ 76-2017 》。

3.2 分析方法與規(guī)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(tài)污染物采樣方法GB/T 16157-1996》；③《環(huán)境監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)分析方法》(試行)；④《固定污染源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范HJ/T 397-2007》；⑤《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》（HJ 212-2005）。

3.3 固定污染源煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)驗(yàn)收

CEMS在完成安裝、調(diào)試檢測并和主管部門聯(lián)網(wǎng)后，進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)收，其中包括CEMS技術(shù)指標(biāo)和聯(lián)網(wǎng)驗(yàn)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(shù)據(jù)采集和傳輸是否按照《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)HJ/T212-2017》要求，是否穩(wěn)定運(yùn)行7d，是否能提供一個(gè)月自檢報(bào)告，及調(diào)試檢測合格報(bào)告。CEMS技術(shù)驗(yàn)收包括：顆粒物CEMS、氣態(tài)污染物CEMS、煙氣參數(shù)CEMS技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)收。

3.4 固定污染源煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)校準(zhǔn)時(shí)的質(zhì)量保證和措施

CEMS日常運(yùn)行質(zhì)量保證正常穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)提供有質(zhì)量保證的監(jiān)測數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)不能滿足技術(shù)指標(biāo)而失控時(shí)，應(yīng)及時(shí)采用糾正措施，縮短校準(zhǔn)、維護(hù)和校驗(yàn)的時(shí)間間隔。當(dāng)對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行相關(guān)校準(zhǔn)、復(fù)檢和校驗(yàn)時(shí)，必須聯(lián)系工藝人員負(fù)責(zé)監(jiān)督工況，生產(chǎn)負(fù)荷達(dá)到75%以上，環(huán)境保護(hù)設(shè)施運(yùn)行正常時(shí)，進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測；若不能滿足上述條件時(shí)，應(yīng)通知監(jiān)測人員停止監(jiān)測，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。使檢測中的狀態(tài)不發(fā)生明顯的波動(dòng)保持相對(duì)穩(wěn)定。為了減少測定煙氣數(shù)據(jù)的誤差，保證準(zhǔn)確度，可使用自動(dòng)跟蹤煙塵采樣器進(jìn)行相關(guān)校準(zhǔn)和復(fù)檢，校準(zhǔn)和復(fù)檢盡可能用同一臺(tái)采樣器。測定煙道斷面每一次顆粒物樣品，采樣量應(yīng)不低于10mg或采氣量不低于0.5m3。在測量氣態(tài)污染物CEMS時(shí)，采樣前和采樣后應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，測定標(biāo)準(zhǔn)氣體的相對(duì)誤差不應(yīng)超過±5%，超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)對(duì)測定值進(jìn)行修正。應(yīng)在固定污染源正常排放污染物條件下復(fù)檢和校驗(yàn)CEMS。

4 環(huán)保設(shè)備投用可能出現(xiàn)的問題及解決方案

4.1 CEMS投用可能出現(xiàn)的問題及解決方案

CEMS投用初期問題大概分成兩點(diǎn)：一是溫壓流濕4個(gè)參數(shù)測量準(zhǔn)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(zhǔn)即可保證其測量值在精度范圍內(nèi)，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(guī)儀表中均有表現(xiàn)；二是測量NOX的紅外分析儀零點(diǎn)漂移的情況還是存在，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，半個(gè)月標(biāo)定一次使其測量更加準(zhǔn)確。

4.2 VOCs投用可能出現(xiàn)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(guān)系。根據(jù)HJ 75-2017要求監(jiān)測站房與采樣點(diǎn)距離盡可能近，原則上不超過70m。采樣管線材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼和聚四氟乙烯導(dǎo)管，不銹鋼材質(zhì)相較聚四氟乙烯材質(zhì)在取樣管線敷設(shè)時(shí)不好處理外，其他方面都優(yōu)于聚四氟乙烯材質(zhì)。因聚四氟乙烯材質(zhì)會(huì)在加熱時(shí)有可能揮發(fā)出部分總烴，影響設(shè)備的正常測量，這種揮發(fā)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(huì)隨時(shí)間而降低甚至消失，長時(shí)間的120℃高溫伴熱及大流量的采樣會(huì)使聚四氟乙烯材質(zhì)代謝掉總烴的析出。

5 結(jié)束語

隨著CEMS煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)和揮發(fā)性有機(jī)物在線監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際的煉化行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，CEMS系統(tǒng)的作用不單純?yōu)榱吮粍?dòng)地提供排放數(shù)據(jù)，環(huán)保部門的監(jiān)管也不單純?yōu)榱藨土P各相關(guān)企業(yè)。裝置操作人員和工程師可以根據(jù)排放記錄，特別是年度、月度測量值波動(dòng)的次數(shù)和測量值的范圍，煙氣除塵、脫硫脫硝裝置的運(yùn)行、煙氣中含氧量和含濕量的參數(shù)都對(duì)優(yōu)化工藝和設(shè)備的操作有直接或間接地影響，控制好各參數(shù)排放值在法律限定值內(nèi)，同時(shí)亦可使企業(yè)降本增效。本文通過對(duì)測量原理的剖析，使故障類型和故障原因在今后的運(yùn)行維護(hù)期間很容易暴露出來，按照HJ/T 75-2017標(biāo)準(zhǔn)，至少進(jìn)行每周巡檢和每季度標(biāo)定，針對(duì)國控源分析儀故障的情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)修約，保證數(shù)據(jù)的完整性和實(shí)時(shí)性。

原標(biāo)題:環(huán)保在線監(jiān)測系統(tǒng)在煉化行業(yè)中的綜合應(yīng)用現(xiàn)狀及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

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