CN112540148A - 一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污染物监测预警与溯源***构建方法技术领域，具体涉及一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法。所述炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，包括以下步骤：S1：企业环境风险评估；S2：监测站点建设：基于步骤S1确定的监测因子及风险单元，进行监测点位布设、监测仪器选择，形成多种监测仪器联合应用的污染物监控***；S3：溯源与预警信息化平台建设。本发明提供的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***建设方法选择能够代表炼化企业污染特性的监测因子，依托多种高灵敏度设备，结合生产单元指纹图谱技术和污染物源解析技术，形成全方位大气污染物监控预警与溯源***，建立了炼化企业新型污染防治模式。

Description

一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法
技术领域
本发明涉及污染物监测预警与溯源***构建方法技术领域，具体涉及一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法。
背景技术
炼化企业是指炼油企业以及以石油和天然气为原料的化工企业，是我国重要的支柱产业。炼化生产一般处于高温高压条件，产生的部分物料具有易燃易爆和毒害性质，不可避免要排放出一些污染物，对环境造成水污染、大气污染、固体废物污染等不利影响。近几年国内炼化行业连续发生多起重大安全生产、天然气运输以及仓储***等事故，给地区环境造成了一系列污染问题，已经严重影响到人民的健康生活，这些问题也越来越受到重视。
炼化企业大气污染物排放产生的主要问题表现在：(1)、异味气体排放影响周边环境及居民健康，成为环保投诉热点，企民矛盾突出；(2)、导致企业加工损失增加，影响企业的经济效益；(3)、容易发生安全事故，VOCs泄漏量大时容易产生火灾***事故，影响装置安全生产；(4)、容易对现场操作人员造成生命危害，如苯系物等致癌物质、硫化氢等高毒物质泄漏严重影响职工身体健康。
目前无论是企业自行监测还是第三方检测机构监测、执法部门监测均采取苏玛罐或气袋手工采样，以实验室分析为主，每季度或半年监测一次。上述方法一方面无法有效实时全面的监控企业污染物变化，无法准确把握污染物来源，另一方面不能形成长期性、连续性观测数据，无法研究企业污染物排放趋势，从而导致企业无法对高风险单元针对性治理。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，该方法可实现炼化企业大气污染物的在线式全方位监控、准确把握污染物动态特征、高风险区域污染物来源自动化溯源。
为了实现上述目的，本发明提供一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，包括以下步骤：
S1：企业环境风险评估，所述企业环境风险评估包括监测因子识别和风险单元识别；
S2：监测站点建设：基于步骤S1确定的监测因子及风险单元，进行监测点位布设、监测仪器选择，形成多种监测仪器联合应用的污染物监控***；
S3：溯源与预警信息化平台建设：在步骤S2自动监测站点建设的基础上，通过数据传输及***集成，将污染物监测信息实时传输至平台，实现对各站点采集到的污染物数据进行实时分析，利用多种展示方式实现污染物的可视化。
优选条件下，在步骤S1中，所述监测因子包括总烃、非甲烷总烃、硫化氢、氨气、苯系物和恶臭OU中的至少一种。
优选条件下，在步骤S1中，所述风险单元识别的方法为：对企业临厂界生产单元进行划分，工艺相近且边缘距离小于50m的生产单元可合并为一个风险单元；识别的主要、重大风险单元作为***的监控目标。
优选条件下，在步骤S2中，所述监测点位按照功能与风险单元关系分为：节点站、边界站、中心站，其中，所述监测点位的布设方法具体为：
所述节点站设置在两个风险单元相交叉的边界，设置高度采样口距离地面为1.5-2.0m；
所述边界站设置在风险单元中心点与厂界垂直的相交位置，临近厂界同时尽可能避开树木等遮挡物的相对空旷区域，设置高度为有围墙的边界采样口高于围墙20-50cm，没有围墙的采样口距离地面高度为1.5-2.0m；
所述中心站设置在多个风险单元中间位置或多个风险单元共同影响的受体区域，采样口设置高度为距离地面2.5m-5m。
优选条件下，在步骤S2中，所述监测点位布设的方法为：在临近周边企业或生活居民区的边界，监测点位之间的平均距离≤300m；
在无其他企业或生活居民区的边界，监测点位之间的平均距离≤600m。
优选条件下，在步骤S2中，所述节点站监测仪器的选择方法为：以TVOC为监测因子，采用光离子检测原理的传感器式分析仪器，其检出限≤10ppb。
优选条件下，在步骤S2中，所述边界站监测仪器的选择方法为：
A、对于不存在硫化氢、氨气的风险单元，采用光离子检测原理的传感器式分析仪器或FID法检测仪器作为监测仪器；
B、对于有硫化氢、氨气或其他异味气体排放的风险单元，采用电子鼻或具有同等功能的气体分析仪作为监测仪器；
C、对于污染物扩散路径面向居民区的监测因子为恶臭OU值、硫化氢、氨、非甲烷总烃、苯系物的风险单元，同时使用电子鼻和气相色谱仪作为监测仪器。
优选条件下，在步骤S2中，所述中心站监测仪器的选择方法为：选择伴有热脱附或冷凝富集等前处理功能的在线式气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪、气相-飞行时间质谱联用仪或在线式分析仪器作为监测仪器。
优选条件下，所述中心站、边界站和节点站还配备气象监测仪器，用于监测站点的温度、湿度、大气压、风速和风向。
优选条件下，在步骤S3中，所述溯源与预警信息化平台建设的具体方法，包括以下步骤：
3.1数据传输；
3.2监控地图：在企业地图上综合展示各站点位置和监测仪器实时采集的气体浓度数据信息、气象信息等，监测点位图标颜色按其当前特征污染因子监测数值大小进行动态显示；
3.3风险单元指纹图谱：录入各个风险单元的指纹图谱信息；
3.4溯源解析：通过建立风险单元的指纹图谱特征，中心站在线分析数据为受体点数据，利用化学质量平衡法实现区域性污染物来源分析；
3.5扩散分布：结合风速、风向、地理位置、建筑障碍等参数，以及边界位置的监测数据，利用小尺度污染扩散模型，获取污染物的扩散状况并追踪扩散轨迹；
3.6监测预警：对监测仪器采集的数据进行计算，通过与预先设定的阈值范围、量程范围进行对比，获取预警信息，进行存储并展示，按照预警阈值将警告信息通知到相关联系人；
3.7统计查询：以柱状图、折线图、雷达图、图表等多维度的查询统计功能，实现历史数据的汇总、查询、比对；
3.8终端设备。
进一步优选的，在步骤S3.6中，所述预警阈值的设定方法为：中心站各监测因子的报警值按照相关标准规定的限值设置，边界站及节点站各监测因子的报警值按照国标或地方标准规定的限值设置；预警值阈值为报警值的80％。
通过上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
1、本发明将在线式监测设备、***平台、数据分析进行集成，形成在线式全方位监控***，准确把握企业污染物动态特性、实现污染物超标实时预警与高风险区域污染物的精准溯源功能，有助于企业更好地掌握污染物状况及来源，提升企业污染防治的智慧化水平。
2、本发明提供的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***建设方法充分考虑到炼化企业装置密集、污染物种类多、生产装置之间污染物相似性高、污染强度大等特点，分析生产装置与边界关联性，选择能够代表炼化企业污染特性的监测因子，结合多种高灵敏度设备，形成从内由外层层覆盖、重点部位具体分析的全方位大气污染物监控***，建立了炼化企业新型污染防治模式。
附图说明
图1为炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法流程图。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，包括以下步骤：
S1：企业环境风险评估，所述企业环境风险评估包括监测因子识别和风险单元识别；
其中，炼化企业中的常规监测因子主要为总烃、非甲烷总烃、硫化氢、氨气、苯系物和恶臭OU值，特殊的如污水处理单元临近边界的，可增加有机硫化物为监测因子；此外，外部企业可能扩散至本企业的污染物信息，也可以作为其中一项监测因子。
所述风险单元识别的方法为：对企业临厂界生产装置进行划分，通过工艺资料分析、现场排查、走访调研、资料查阅、走航监测等方法分析企业边界主要风险单元。工艺相近且边缘距离小于50m的生产单元可合并为一个风险单元，识别的主要、重大风险单元作为***的监控目标。
S2：监测站点建设：基于步骤S1确定的监测因子及风险单元，进行监测点位布设、监测仪器选择，形成多种监测仪器联合应用的污染物监控***；
S2.1：监测点位布设
在监测点位布设的过程中，需要综合考虑经济成本与炼化企业风险要素，根据周界与其他企业或居民生活区的关系，沿企业周界针对性布设点位，优选条件下，所述监测点位布设的方法为：在临近周边企业或生活居民区的边界，点位之间平均距离≤300m；在无其他企业或生活居民区的边界，点位之间平均距离≤600m。
所述监测点位按照功能与风险单元关系分为：节点站、边界站、中心站，通过三种站点相结合，实现了炼化企业污染物的全方位、动态监控。为了解污染物动态变化特征，区分与周边企业污染界限，处理周边居民投诉、污染事故预警及溯源追踪等污染防治工作提供技术依据。其中，所述监测点位的布设方法具体为：
1、所述节点站设置在两个风险单元相交叉的边界，设置高度采样口距离地面为1.5-2.0m；
2、所述边界站设置在风险单元中心点与厂界垂直的相交位置，临近厂界同时尽可能避开树木等遮挡物的相对空旷区域，设置高度为有围墙的边界采样口高于围墙20-50cm，没有围墙的采样口距离地面高度为1.5-2.0m；
3、所述中心站设置在多个风险单元中间位置或多个风险单元共同影响的受体区域，采样口设置高度为距离地面2.5m-5m，此外，还应该充分考虑周边建筑物、树木等遮挡物、气体密度差异及其他因素对垂直方向采集气体效果的影响。
S2.2：监测仪器的选择
1、节点站：节点站是整个***的辅助点位，其作用为依据风向的初步预警，判断污染物的大致来源，节点站的一般监测因子为总烃(TVOC)，因此采用光离子(PID)检测原理的传感器式分析仪器，其检出限≤10ppb。
2、边界站：边界站是整个***的主要点位，用于监控污染物动态变化特征及实时预警，对于边界站的监测仪器选择分3种情况：
(1)对于不存在硫化氢、氨气的风险单元，其对应的监测因子为总烃(TVOC)以及非甲烷总烃，因此，采用光离子(PID)检测原理的传感器式分析仪器或火焰离子化检测仪器(FID)作为监测仪器；
(2)对于有硫化氢、氨气或其他异味气体排放的风险单元，其对应的监测因子为恶臭OU值、硫化氢、氨气、总烃(TVOC)，采用电子鼻或具有同等功能的气体分析仪作为监测仪器；其中，恶臭OU值的最大检出限为1，硫化氢的检出限≤10ppb，氨气的检出限≤10ppb，TVOC的检出限≤10ppb；
(3)对于污染物扩散路径面向居民区的监测因子为恶臭OU值、硫化氢、氨、非甲烷总烃、苯系物的风险单元，采用电子鼻作为监测仪器监测恶臭OU值、硫化氢、氨气，采用气相色谱仪作为监测仪器监测非甲烷总烃、苯系物的浓度；其中，恶臭OU值的最大检出限为1，硫化氢的检出限≤10ppb，氨气的检出限≤10ppb，TVOC的检出限≤10ppb；非甲烷总烃的检出限≤50ppb，苯系物的检出限≤1ppb；
3、中心站：选择伴有热脱附或冷凝富集等前处理功能的在线式气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪、气相-飞行时间质谱联用仪或在线式分析仪器作为监测仪器。
由于中心站是整个***的核心点位，其主要作用为基于风险单元的指纹图谱特征，利用源解析模型实现复杂区域的自动溯源解析功能，准确识别覆盖范围内污染来源。监测因子PMAS+EPATO15中C2-C14的有机物之间包含烷烃、烯烃、苯系物、卤代烃、醛酮等107种化合物，检出限应当≤0.1ppb。因此，设备选择伴有热脱附或冷凝富集等前处理功能的在线式气相色谱(GC)、气质(GC-MS)、气相-飞行时间质谱(GC-TOF)或其他符合技术要求的在线式分析仪器。此外，中心站建设时需要配备相应的分析站房，并配备空调、UPS电源、工作台等配套设施。
此外，中心站、边界站、节点站每个站点配备气象仪器，气象仪器监测项目包括温度、湿度、大气压、风速、风向。
S3：溯源与预警信息化平台建设：在步骤S2自动监测站点建设的基础上，通过数据传输及***集成，将污染物监测信息实时传输至平台，实现对各站点采集到的污染物数据进行实施分析，利用多种展示方式实现污染物的可视化，具体包括以下步骤：
3.1：数据传输：联网通讯根据企业实际情况选择光线、无线、LoRa等合适的网络接入方式；
3.2：监控地图：在企业地图上综合展示各站点位置和监测仪器实时采集的气体浓度数据信息、气象信息等，监测点位图标颜色按其当前特征污染因子监测数值大小进行动态显示；
3.3：风险单元指纹图谱：录入各个风险单元的指纹图谱信息。指纹图谱是表征风险单元排放特性的多组组分浓度数据，代表了该风险单元主要排放污染物之间的相互关联性，具有唯一性。指纹图谱库用于匹配判断某敏感区域是否与某风险单元相关，也可结合一些解析算法，用于定性定量解析某敏感区域污染状况受某风险单元的影响程度。
所述风险单元指纹图谱的建立方法为：根据风险单元特征设计监测方案，经长周期连续监测，获取风险单元的监测数据；进而针对所获取的大量监测数据，去除异常、未检出的数据组；最后利用相关性分析、成分分析、最优化算法等处理办法，提取监测数据中内在关联性的物质组合，归一化后形成风险单元的指纹图谱。
在本发明的一个具体实施方式中，所述风险单元指纹图谱的建立方法包括如下步骤：
一、监测各风险单元内污染物的浓度，监测周期不少于7天；
(1)风险单元内污染物浓度监测：在风险单元下风向距风险单元边界2m以外，设置监测点，其中下风向设置3个点，背景点设置1个点；
采用苏玛罐采集C2-C14之间的有机物，并通过GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)或者GC-TOF(气相色谱-飞行时间测距法)进行浓度分析；
采用恶臭气体分析仪直接检测NH3和H2S的恶臭OU值；
采集周期为不少于7天，监测点位布设应充分考虑到不同风向、风速下风险单元排放物质的变化，从而保证监测结果尽可能准确描述风险单元的排放特征。
(2)受体点污染物排放浓度监测：在风险单元下风向距污染源边界2m以外，下风向设置3个监测点，3个监测点按“品”字型设置；
采用苏玛罐采集C2-C14之间的有机物，并通过GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)或者GC-TOF(气相色谱-飞行时间质谱法)进行浓度分析；
采用恶臭气体分析仪直接检测NH3、H2S及恶臭OU值；
采集周期为不少于7天，监测点位布设应充分考虑到不同风向、风速下风险单元排放物质的变化，从而保证监测结果尽可能准确描述风险单元的排放特征。
其中，在上述风险单元及受体点排放监测过程中，苏玛罐的采集高度为1.5m，采集时间为1h。C2-C14之间的有机物包含烷烃、烯烃、氯代烃、苯系物等108种有机物质。
二、对步骤一监测得到的数据进行筛选，所述数据的筛选方法为：将所有监测数据按照下风向与背景点进行分类并汇总，并分别计算每个物质的监测浓度平均值，并进行如下筛选；
(1)背景点监测浓度平均值大于下风向监测浓度平均值的物质从监测因子中剔除；
(2)污染物监测浓度未检出或监测浓度平均值为0值的数量超过该污染物所有监测数量50％的污染物从监测因子中剔除；即在多次监测数据中，均未检测出某物质的浓度，则将该污染物从监测因子中剔除；或者在多次监测数据中，某污染物的监测浓度为0的比例占总数量的50％以上，也将该物质从监测因子中剔除；
(3)单个污染物监测浓度平均值与其P75分位数值相差小于1ug/m3的物质从监测因子中剔除，其中P75表示该污染物所有数据按照从小到大排列后第75％的数值。
三：对步骤二处理所剩余的数据利用因子分析法进一步分离获得一组内在关联性极强的污染物组合，然后计算组合内每种污染物的均方根值浓度，归一化后形成污染源指纹谱，具体方法如下：
(1)将单个风险单元对应的多日监测数据以各监测点位作为因子分析的变量、物质浓度为因子进行因子分析，提取特征值≥1的因子，利用主成分进行因子分解并通过最大方差法旋转获得旋转荷载矩阵，在此步骤通过SPPS软件完成；
(2)提取旋转荷载矩阵第一因子中≥0.55的污染物；
(3)计算提取后的每种污染物所有点位监测浓度均分根值，均方根值计算方法采用下式：
Figure BDA0002209725360000101
式中：Xrms——某一物质监测浓度的均方根值，mg/m3；
Xi——某一物质第n个样品的浓度，mg/m3；
N——某一物质期间所有监测点位的个数，无量纲。
3.4：溯源解析：通过建立风险单元的指纹图谱特征，中心站在线分析数据为受体点数据，利用化学质量平衡法实现区域性污染物来源分析；
3.5：扩散分布：结合风速、风向、地理位置、建筑障碍等参数，以及边界位置的监测数据，利用小尺度污染扩散模型，获取污染物的扩散状况并追踪扩散轨迹；
3.6：监测预警：对监测仪器采集的数据进行计算，通过与预先设定的阈值范围、量程范围进行对比，获取预警信息，进行存储并展示，按照预警阈值将告警信息通知到相关联系人；
所述预警阈值的设定方法为：中心站各监测因子的报警值按照相关标准规定的限值设置，边界站及节点站各监测因子的报警值按照国标或地方标准规定的限值设置；预警值阈值为报警值的80％；
3.7：统计查询：以柱状图、折线图、雷达图、图表等多维度的查询统计功能，实现历史数据的汇总、查询、比对；
3.8：终端设备：与服务器数据产生交互的电子终端产品，主要为电脑端与手机端。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：企业环境风险评估，所述企业环境风险评估包括监测因子识别和风险单元识别；
S2：监测站点建设：基于步骤S1确定的监测因子及风险单元，进行监测点位布设、监测仪器选择，形成多种监测仪器联合应用的污染物监控***；
S3：溯源与预警信息化平台建设：在步骤S2自动监测站点建设的基础上，通过数据传输及***集成，将污染物监测信息实时传输至平台，实现对各站点采集到的污染物数据进行实时分析，利用多种展示方式实现污染物的可视化。
2.根据权利要求1所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S1中，所述监测因子包括总烃、非甲烷总烃、硫化氢、氨气、苯系物和恶臭OU值中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，所述风险单元识别的方法为：对企业临厂界生产单元进行划分，工艺相近且边缘距离小于50m的生产单元可合并为一个风险单元；识别的主要、重大风险单元作为***的监控目标。
4.根据权利要求1所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S2中，所述监测点位按照功能与风险单元关系分为：节点站、边界站、中心站，其中，所述监测点位的布设方法具体为：
所述节点站设置在两个风险单元相交叉的边界，设置高度采样口距离地面为1.5-2.0m；
所述边界站设置在风险单元中心点与厂界垂直的相交位置，临近厂界同时尽可能避开树木等遮挡物的相对空旷区域，设置高度为有围墙的边界采样口高于围墙20-50cm，没有围墙的采样口距离地面高度为1.5-2.0m；
所述中心站设置在多个风险单元中间位置或多个风险单元共同影响的受体区域，采样口设置高度为距离地面2.5m-5m。
5.根据权利要求1或4所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S2中，所述监测点位布设的方法为：在临近周边企业或生活居民区的边界，监测点位之间的平均距离≤300m；
在无其他企业或生活居民区的边界，监测点位之间的平均距离≤600m。
6.根据权利要求5所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S2中，所述节点站监测仪器的选择方法为：以TVOC为监测因子，采用光离子检测原理的传感器式分析仪器，其检出限≤10ppb。
7.根据权利要求5所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S2中，所述边界站监测仪器的选择方法为：
A、对于不存在硫化氢、氨气的风险单元，采用光离子检测原理的传感器式分析仪器或火焰离子化检测仪器作为监测仪器；
B、对于有硫化氢、氨气或其他异味气体排放的风险单元，采用电子鼻或具有同等功能的气体分析仪作为监测仪器；
C、对于污染物扩散路径面向居民区的监测因子为恶臭OU值、硫化氢、氨、非甲烷总烃、苯系物的风险单元，同时使用电子鼻和气相色谱仪作为监测仪器。
8.根据权利要求5所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S2中，所述中心站监测仪器的选择方法为：选择伴有热脱附或冷凝富集等前处理功能的在线式气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪、气相-飞行时间质谱联用仪或在线式分析仪器作为监测仪器。
9.根据权利要求6～8中任意一项所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，所述中心站、边界站和节点站还配备气象监测仪器，用于监测站点的温度、湿度、大气压、风速和风向。
10.根据权利要求1所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S3中，所述溯源与预警信息化平台建设的具体方法，包括以下步骤：
3.1数据传输；
3.2监控地图：在企业地图上综合展示各站点位置和监测仪器实时采集的气体浓度数据信息、气象信息等，监测点位图标颜色按其当前特征污染因子监测数值大小进行动态显示；
3.3风险单元指纹图谱：录入各个风险单元的指纹图谱信息；
3.4溯源解析：通过建立风险单元的指纹图谱特征，中心站在线分析数据为受体点数据，利用化学质量平衡法实现区域性污染物来源分析；
3.5扩散分布：结合风速、风向、地理位置、建筑障碍等参数，以及边界位置的监测数据，利用小尺度污染扩散模型，获取污染物的扩散状况并追踪扩散轨迹；
3.6监测预警：对监测仪器采集的数据进行计算，通过与预先设定的阈值范围、量程范围进行对比，获取预警信息，进行存储并展示，按照预警阈值将警告信息通知到相关联系人；
3.7统计查询：以柱状图、折线图、雷达图、图表等多维度的查询统计功能，实现历史数据的汇总、查询、比对；
3.8终端设备。
11.根据权利要求10所述的炼化企业大气污染物监测预警与溯源***构建方法，其特征在于，在步骤S3.6中，所述预警阈值的设定方法为：中心站各监测因子的报警值按照相关标准规定的限值设置，边界站及节点站各监测因子的报警值按照国标或地方标准规定的限值设置；预警值阈值为报警值的80％。
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