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        有機廢氣VOC排放過程(工況)監控系統設計與應用
        點擊次數:863 發布時間:2019-07-01

        目前,我國正在大力治理大氣污染,其中有機廢氣VOCs治理是重要內容。本文從有機廢氣排放情況的自動監控、系統運營維護、自動監測數據應用、系統監管考核等方面綜合考慮,開發綜合利用VOCs 在線監測子系統、4G 視頻數據采集子系統、過程監控子系統等設備組成的有機廢氣VOCs排放過程監控系統。它通過采集有機廢氣的產生、處理、排放過程中的全過程參數,將有機廢氣排放監管的范圍從末端排放治理延伸到生產環節,對污染治理過程進行實時監控及管理,并通過建立相關模型,實現污染治理設施運行狀態分析、排放數據真實性判定,為確認有機廢氣排放數據的科學性提供基礎數據,為有機廢氣排放總量核算、排污收費提供技術支撐。有效提升監管水平,同時也滿足了企業自身減排管理的要求。

        1 系統架構

        有機廢氣 VOC 排放過程(工況)監控系統主要由企業端VOC排放過程監控系統和環保局監控平臺兩部分構建,見圖1。

        1.jpg

        企業端 VOC排放過程監控系統包含VOCs 在線監測子系統、4G視頻數據采集子系統、排放過程監控子系統。VOCs在線監測子系統主要是實現連續獲取準確、完整的VOC 監測數據。4視頻數據采集子系統實現現場數據的采集、存儲、視頻監測、無線傳輸等功能?,F場VOC 排放過程監控子系統實現依據生產工藝建立的關鍵環節工藝監控、數據審核、異常報警和趨勢預警功能,并運用相關模型對有機廢氣排放在線監測數據進行分析,對污染治理設施運轉狀態進行統計。

        環保局監控平臺采用B/S 體系架構,以依據一企一策(VOC生產工藝差異大,治理工藝不同)中生產工藝建立的關鍵環節工藝監控為核心,形成依據同行業類似生產工藝的分類過程監控方式,根據工藝情況,從產生環節(電流、電壓數據)、治理環節(閥、泵、風機等開關信號)和排放環節(VOCs 參數濃度、流量等數據)分別進行采集,通過4G 視頻數據采集子系統實時傳到監控中心,監控平臺實現對現場端數據匯總、報警管理、數據分析等業務功能。監控平臺末端控制主要是過程監控數據的應用,體現為有機廢氣排放在線監測數據的準確性和可靠性判定、排放總量核定、有機廢氣排污費的核算等方面。

        2 子系統實現

        2.1 VOCs 在線監測子系統

        VOCs在線監測子系統,充分利用傳感器技術、物聯網技術實現對企業VOC污染源相關指標進行24小時不間斷監控的設備,是集儀器控制、數據采集、傳輸、存儲、顯示功能一體的在線監控設備。采用先進的在線色譜技術連續監測苯、甲苯、二甲苯或甲烷、非甲烷總烴濃度或其他工藝固定污染源指標(配置不同的傳感器)、采用溫壓流一體機監測流速、壓力、溫度等多項相關參數及統計排放率、排放總量等,并能對測量到的數據進行有效管理。該系統具有現場數據實時采集,傳送實時數據和歷史數據,具有遠程故障診斷等功能,能夠與4G視頻數據采集子系統通訊,實現了現場的無人值守。

        2.2 4G視頻數據采集子系統

        4G視頻數據采集子系統主要功能是現場數據采集、視頻采集和無線4G 傳輸。全面采集污染源監測數據、污染產生數據及污染治理主要設備運行參數和過程參數,要求采用安全隔離網閘確保生產系統安全運行,支持斷線重連。

        2.3 排放過程監控子系統

        排放過程監控子系統主要包括現場端工控機、工況數據采集模塊和過程監控軟件等組成。通過現場采集模塊將污染治理設施的進出口VOCs數據以及污染產生、治理、排放等環節的各種重要工況設備的運行狀態、運行數據等工況數據采集、傳輸、接收匯總到統一的現場端工況數據庫中,經過程監控軟件發到4G視頻數據采集子系統,而后轉發至環保局的監控平臺。

        工況數據通過采集程序采集后,數值按照統一帶時間標簽的存儲規約格式,存入工況存儲單元。工況服務器按照小采樣精度(通常為秒級)將數據地存入工況過程數據庫中。通常工況過程數據庫能確保工況過程數據長久地保存,以備相關人員隨時調閱、比對及分析。工況數據監測軟件采用工藝流程圖的方式對企業的生產設施、治污設施、有機廢氣監測設施的運行情況進行實時監控,并可查詢、統計監測參數任意時間段內的變化趨勢,支持將多個工況參數組合進行對比、分析。工況實時圖形界面不但要具備實時顯示模擬量的數值變化功能,還要能顯示狀態量的變化情況。

        工況報警查詢能夠顯示設施報警列表、主報警與詳細報警之間的關聯。通過選擇條件,能夠搜索出符合條件的報警類型,還可以查詢到報警的詳細信息,包括規則名稱、開始時間、結束時間和報警原因等相關信息。同時系統具備良好的用戶權限管理功能,能夠對整個系統的zuidi層模塊進行基本配置與管理。

        3 系統模型

        利用過程監控和有機廢氣末端排放監測系統獲得的大量實測數據,以現場操作數據集為基礎,建立神經網絡模型,由模型預測的結果與有機廢氣在相應時間測定有機廢氣的結果比較,判定監測數據的可接受性。

        3.1 模型建立步驟

        (1)確定影響有機廢氣產生的獨立輸入變量和因變量;(2)確定獲取現場數據的時間段,并記錄單位時間VOC監測的排放濃度和對應時間傳感器監測的變量的數據;(3)將樣本分割成多個數據集;(4)其中一個數據集用于訓練模型的適應性,另外的數據集用于模型的驗證;(5)建立模型神經網絡模型;(6)模型置于現場,由實際的過程數據在線檢驗模型,判定模型能否提供所需數量的準確的實時估算;(7)繪制以樣本數為橫坐標,有機廢氣排放濃度為縱坐標的模型預測結果與有機廢氣實際排放濃度的圖形;(8)對照模型的技術條件檢驗是否合格;(9)經環境保護主管部門批準,用于污染源煙氣排放監測。

        3.2 模型的性能與技術指標檢測

        3.2.1 性能技術指標

        有機廢氣排放過程(工況)監控系統模型應滿足以下性能技術指標要求。

        (1)相對準確度(RA)。當模型預測值>10e-4 時,相對準確度≤15 %;當模型預測值為10e-5~10e-4 時,相對準確度≤25 %;當模型預測值<10e-5 時,模型預測值與參比方法(RM)測定值之差的值≤5×10e-6。

        (2)偏差。若模型預測值與參比方法測定值之差值的平均值大于置信系數,則用偏差系數修正模型數據。

        (3)模型方差。在90%置信水平,計算的F 值≤臨界值Fa。

        (4)模型的相關系數。相關系數≥0.75。

        (5)相對準確度審核。模型預測3次的平均值與同期參比方法測定值之間的相對誤差不大于±15%。

        3.2.2 性能技術檢測

        (1)模型初始驗證。模型進行15次相對準確度運算。

        (2)定期質量保證(QA)評估。模型執行季度相對準確度審核和年度與參比方法比對檢測審核。

        4 環保局排放過程工況監控平臺

        環保局監控平臺通過企業端VOC排放過程監控系統將現場端數據實時傳到監控中心,實現對現場端數據匯總、報警管理、數據分析等業務功能。

        4.1 系統架構

        環保局監控平臺是一個集污染源企業數據采集、企業治理一企一檔、工況流程管理、分析處理、監控管理為一體的綜合集成信息管理系統。采用基于B/S架構的系統,具有數據庫服務器、應用服務器及PC顯示終端及手機端等組成。

        4.2 軟件功能模塊

        (1)提供企業基礎信息管理功能,能對企業如地理位置、名稱、管理人員等進行增刪改查詢等功能;

        (2)根據不同生產治理工藝類型不同自動匹配工況監控數據驗證引擎,進行數據驗證;

        (3)對排放企業的基本信息進行方便且安全的維護;

        (4)對監測數據進行自動或手動備份,保證數據的完整性;

        (5)將監測數據經過校驗后上報到上級管理部門;

        (6)動態實時地更新有機廢氣設施的運轉狀態,實時全面了解運轉及排放情況;

        (7)綜合查詢統計各類有機廢氣治理設施控制信號,并形成分類報表;

        (8)針對排污收費、總量核定、排污權交易及其他業務需求進行擴展。

        5 實例應用

        在廣東某噴涂廠應用了有機廢氣VOC 排放過程工況監控系統。該項目完成了環保局監控平臺和企業端現場監控設備的建設、污染源過程工況監控數據的監測,基本達到了項目預期目的。

        5.1 監測參數選擇

        (1)出口參數:溫度、流量、氣壓、苯、甲苯與二甲苯(合計)、總VOCs、總烴;

        (2)治理設備參數:引風機狀態

        電流、治理設備電流及功率、噴淋塔電流及功率;

        (3)生產設備參數:生產線驅動電機電流、攪拌機電流、加料閥門、噴涂機器人電流等。

        (4)視頻監控:監控煙囪排放情況。

        5.2 數據采集傳輸方式

        數據采集使用信號隔離獲取相關設備電控箱處的電源線電流、電壓及開關狀態數據,直接采用互感器、光電檢測開關等傳感器獲取監測數據,經過程監控系統把采集的數據存儲、顯示、并發送給4G視頻數據采集儀;數據傳輸采用4G 無線數據傳輸方式。

        5.3 應用效果分析

        首先,可通過排放出口參數、治理設備參數、生產設備參數,結合判讀模型等來判定整個系統的運行狀況。

        通過對企業生產過程工況參數的監控,有效地實現了對企業污染治理設施運行規律的自動分析,提升了企業的自我監管能力,同時對企業的有機廢氣監測數據起到了有效的監督和驗證作用,提升了環保工作的管理水平。

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