Разработка автоматизированных систем мониторинга для предприятий нефтепереработки и нефтехимии

 

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….3

1.Особенности размещения и оптимизация  постов наблюдения…..…6

2.Особенности информационных систем  мониторинга выбросов……11

3.Основные требования к созданию  системы 

автоматизированного мониторинга  водного бассейна…………………….16

Заключение………………………………………………………………18

Список используемой литературы…………………………………….19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Огромное количество информации, ежедневно  поступающее с постов наблюдения, требует мощных автоматизированных компьютерных информационных систем мониторинга, предназначенных для хранения, обработки  и использования аналитической  информации. Целью данного раздела  является изучение общих принципов  разработки и действия таких систем.

Динамика накопления информации и  ее выдача автоматической системой определяются периодичностью управляющих воздействий. Периодичность управляющих воздействий  систем экологического менеджмента  различных уровней можно разделить  на три уровня:

- плановые воздействия с периодом, измеряемым годами, для общего улучшения экологической обстановки;

- эпизодические воздействия в течение нескольких суток, вызванные неблагоприятными метеоусловиями;

- аварийные воздействия в течение часов, вызванные опасными внештатными ситуациями на предприятиях.

В соответствии с этим и определяется быстродействие средств мониторинга  окружающей среды. Понятно, что быстродействие мониторинга таких взрывопожароопасных  предприятий, как предприятия нефтепереработки и нефтехимии, и экологически опасных  районов должно измеряться единицами  и десятками минут. С учетом высокой  сосредоточенности источников выбросов на предприятиях высокая эффективность  управляющих воздействий системы  управления качеством окружающей среды  может быть обеспечена только при  использовании автоматизированных систем мониторинга окружающей среды (АСМОС).

Таким образом, целью создания АСМОС  являются информационное обеспечение  системы экологического менеджмента  путем проведения

 

непрерывных наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха и метеорологическими условиями; оценка этого состояния  для принятия мер по предотвращению ущерба здоровью населения и хозяйству; определение вклада предприятия  в общее загрязнение атмосферы  и проверка эффективности принимаемых  мер.

В общем случае, система экологического мониторинга атмосферы осуществляется на постах наблюдения. Но так как  невозможно установить датчики на каждый источник выбросов, включая автотранспорт, то приходится идти на сочетание инструментальных и аналитических средств мониторинга, при котором производят инструментальные замеры в некоторых представительных точках и затем расчетным путем с использованием математических моделей получают информацию об уровне загрязнения атмосферы и выбросах.

В соответствии со спецификой предприятий (мощность и насыщенность источниками  выбросов вредных веществ) в состав АСМОС должны быть включены: стационарные посты наблюдения, передвижные средства наблюдения, центр сбора и обработки информации о состоянии загрязнения атмосферы, величинах выбросов вредных веществ, о метеорологических параметрах приземного слоя атмосферы.

При этом стационарные посты обеспечивают выявление долговременных изменений  содержания основных и наиболее распространенных специфических загрязняющих веществ, передвижные посты - проведение подфакельных наблюдений и отбор проб с целью  выявления зоны влияния предприятия  или его подразделений.

Для обеспечения наблюдений за выбросами  в состав АСМОС кроме передвижного поста наблюдения должна быть включена сеть датчиков с основных (по крайней  мере) источников выбросов предприятия. Эта сеть обеспечивается средствами коммутации, центром сбора и обработки информации по выбросам вредных веществ.

 

Целесообразность объединения  центров сбора и обработки  информации систем наблюдения за средой и наблюдения за выбросами будет  зависеть от аппаратурной базы и методологии  обработки информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1.Особенности размещения

                                и оптимизация постов наблюдения

 

Представительность наблюдений (достоверность получаемой информации) за состоянием загрязнения атмосферы зависит от правильности расположения поста наблюдения. Выбор места для размещения поста производится также в зависимости от необходимости получить информацию либо об уровне загрязнения воздуха, характерном для данного района (МС), либо получить информацию о концентрации примесей в конкретной точке, находящейся под влиянием выбросов отдельных источников загрязнения атмосферы (MB).

Независимо от цели каждый пост размещается на открытой, проветриваемой со всех сторон площадке с твердым, непылящим покрытием: на асфальте, твердом  грунте, газоне.

Стационарные посты размещают  в местах, выбранных на основе проведенного предварительного исследования состояния  воздушной среды, выбросов внешних  и внутренних источников загрязнения  и изучения метеорологических условий  рассеивания примесей, учета размещения крупных источников выбросов и жилых  районов.

Существует несколько  подходов к размещению стационарных постов контроля. За рубежом для  характеристики загрязнения предлагается применять регулярную сеть наблюдений, которая предусматривает размещение постов контроля за качеством воздуха  в узлах сетки с шагом 2 км. Недостатком такого подхода является возможность нерепрезентативного расположения постов по отношению к источникам и значительные финансовые издержки. Для оптимизации выбора постов наблюдения используют статистические методы. В соответствии с зонально-функциональным методом на основании однофакторного дисперсионного анализа данных наблюдений посты наблюдения располагаются в

 

зависимости от их принадлежности к функциональным зонам. Трудность  заключается в том, что функциональные зоны не имеют четких границ и могут  заметно влиять друг на друга. Использование  зонально-функционального метода приводит к необходимости размещения стационарных постов наблюдения по периметру предприятия  по направлению к функциональным зонам - жилым массивам, автомагистралям  и другим мощным источникам выбросов.

Стационарные посты могут  располагаться также в районе расположения низких и неорганизованных источников выбросов. В этом случае район предприятия, в котором  расположены такие источники  загрязнения, может рассматриваться  как функциональная зона. Стационарный пост, расположенный в данной зоне, определяет влияние источников загрязнения  на состояние атмосферы.

Таким образом, при использовании  зонально-функционального метода для  размещения стационарных постов наблюдения роль функциональных зон могут играть площадные источники загрязнения (например, открытые поверхности испарения  объектов очистных сооружений) или расположенные рядом неорганизованные точечные источники выбросов.

Нецелесообразно использовать стационарные посты системы мониторинга  среды для определения влияния  организованных, высоких источников загрязнения. Это связано с тем, что от таких источников основная масса загрязняющих веществ переносится  за пределы предприятия и соответственно не может быть зафиксирована стационарными  постами системы мониторинга  среды, расположенными в пределах производства. Для их мониторинга целесообразно  использовать средства системы мониторинга  выбросов, например, датчики, установленные  на дымовых трубах и соответствующие  модели рассеяния для обработки  полученных данных.

Количество стационарных постов определяется в зависимости  от численности населения жилых  районов, окружающих завод, площади 

 

предприятия, рельефа местности  и степени индустриализации (наличие  внешних мощных источников загрязнения).

Для расчета количества постов наблюдения используются методы оптимальной  или линейной интерполяции. Для районов  с высокой степенью загрязнения (I_i > 0,25) были рассчитаны расстояния между постами наблюдения, при которых поля концентрации примеси будут восстанавливаться с точностью 0,20 ПДК. По этим расчетам, максимальное расстояние между постами должно быть 1,6-3 км.

Следует отметить, что методы подхода к решению проблемы размещения стационарных постов наблюдения для  систем мониторинга городского и  заводского уровней не совпадают. Это  связано с тем, что в системах мониторинга городского уровня промышленные предприятия рассматриваются как  единый точечный источник, что неприемлемо  для систем заводского мониторинга.

Предложен новый подход к  оптимальному размещению стационарных постов наблюдения и определению  объектов автоматизированной системы  мониторинга предприятия, заключающийся  в следующем. Источники выбросов предприятия разбиваются на два  типа. К источникам выбросов первого  типа относятся те, от которых максимальная приземная концентрация вредных  веществ С_m достигается на расстоянии h_m вне территории предприятия. Величина С_m для источников выбросов второго типа достигается внутри периметра предприятия. К источникам выбросов первого типа применимы методы и средства системы мониторинга выбросов. Для наблюдения за источниками второго типа целесообразно использование автоматизированных стационарных постов мониторинга среды.

В соответствии с характерными размерами предприятия задается величина h_m. Например, для Московского НПЗ величина h_m принята равной 800 м. При выполнении условия h_m > 800 м для любого источника выбросов максимальная приземная концентрация вредных веществ достигается за

 

периметром предприятия  вне зависимости от его расположения на территории завода. В качестве дополнительного  условия включения источников выбросов первого типа в автоматизированную систему мониторинга выбросов используется неравенство C_m > 0,01С¹_ф. Это условие обеспечивает исключение из объектов системы мониторинга выбросов, вносящих незначительный вклад в общее загрязнение атмосферы.

Проведенные расчеты величин  С_m и h_m показали, что к источникам, контролируемым системой мониторинга выбросов, относятся мощные, высокие, организованные источники. Это дымовые трубы технологических печей и печей дожига установок первичной и вторичной переработки нефти, ГФУ и получения элементной серы.

Для источников выбросов второго  типа, после исключения объектов автоматизированной системы мониторинга выбросов, были проведены расчеты и построены  среднегодовые концентрационные поля распределения вредных веществ  по территории предприятия с учетом метеорологических параметров.

Расположения среднегодовых  концентрационных полей оксидов  азота, оксида углерода(II) и диоксида серы схожи между собой, а распределение  среднегодовых значений концентраций сероводорода и углеводородов по территории предприятия подобны  друг другу. Это связано с тем, что основными факторами, определяющими  форму, размер и расположение среднегодовых  концентрационных полей вредных  веществ, являются: структура источников выбросов вредных веществ, их расположение на территории предприятия и метеорологические  параметры атмосферы. Максимум среднегодовых  значений концентраций углеводородов  и сероводорода располагается в  западной части предприятия (блок основного  нефтеулавливания и блок доочистки  сточных вод). Для оксидов азота, серы и углерода поля максимальных среднегодовых значений концентраций располагаются в северо-восточной  и восточной части предприятия.

 

Показано, что при использовании  нового подхода по критерию C_m-h_m поля максимальных среднегодовых значений концентраций для всех веществ располагаются внутри территории предприятия и, соответственно, стационарные посты автоматизированной системы мониторинга среды размещаются на территории предприятия.

Для определения оптимального расположения стационарных постов необходимы расчеты  и последующее построение распределения  значений индекса загрязнения атмосферы  приоритетными веществами (I₁). Например, для Московского НПЗ посты № 1-3 размещены в областях максимального значения (I₁), а посты № 4-5 - со стороны муниципального района Капотня, находящегося в непосредственной близости от территории предприятия.

Регулярное наблюдение на стационарных постах возможно по одной из четырех  программ: полной, неполной, сокращенной, суточной. Программы отличаются друг от друга частотой и временем отбора проб. В соответствии со спецификой систем мониторинга окружающей среды  на предприятиях должна проводиться  программа непрерывных наблюдений, предназначенная для получения  информации о разовых, среднесуточных и средних за более длительный период концентрациях.

При определении приземной концентрации вредных веществ в атмосфере  отбор должен проводиться на высоте 1,5-3,5 м. Одновременно с отбором проб воздуха определяются следующие  метеорологические параметры: направление  и скорость ветра, температура воздуха, состояние погоды.