2 1.Системы автоматического контроля загрязнений окружающей среды

Загрязнение воздуха и водного бассейна на предприятиях, где используются химико-технологические процессы, связано в основном с выделениями и выбросами вредных веществ из оборудования, плохой работой очистных установок, фикального хозяйства и сжиганием топлив (газа, мазута) в огневых нагревателях химико-технологических процессов.

В нефтехимическом производстве наиболее типичными загрязнителями воздушного бассейна являются: сероводород, диоксид серы, оксид углерода, диоксид углерода, углеводороды, оксиды азота, сажа и др. Гамма веществ, являющихся загрязнителями водного бассейна, весьма разнообразна и зависит в основном от используемых в конкретном процессе реагентов и сырья.

Успешное решение проблемы охраны окружающей среды возможно только при наличии средств, обеспечивающих получение информации о загрязнениях воздушного и водного бассейнов. В настоящее время многие фирмы, научно-исследовательские и конструкторские организации в нашей стране и за рубежом разрабатывают и выпускают различные средства контроля загрязнений окружающей среды, в том числе автоматические системы (станции), основой которых являются автоматические анализаторы концентраций отдельных компонентов, рассмотренные выше. Находят применение стационарные и передвижные автоматические станции контроля загрязнений воздушного и водного бассейнов. Эти станции обеспечивают автоматический отбор проб, измерение выбранных параметров контролируемых сред, автоматическую проверку и корректировку нулевого уровня сигналов анализаторов и их автоматическую градуировку, регистрацию информации от анализаторов в аналоговой и цифровой формах, запись информации на магнитной ленте или перфоленте, передачу информации по радио или телефонной сети в центр контроля для дальнейшей обработки и использования, включение сигнала тревоги и отбор контрольных проб для дальнейшего исследования. Станции для контроля загрязнений водного бассейна снабжаются специальными устройствами для ультразвуковой очистки чувствительных элементов анализаторов.

Передвижные автоматические станции монтируются обычно на автобусах. Модульный принцип построения автоматических систем контроля загрязнений окружающей среды позволяет использовать самые различные автоматические анализаторы газов и жидкостей. Наиболее распространенные из них приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Автоматические анализаторы систем контроля загрязнений атмосферы

Измеряемый компонент	Анализатор	Минимальный диапазон измерений, млн-1
Оксид углерода	Инфракрасный абсорбционный	0 — 50
Оксид азота	Хемилюминесцентный, пламенный фотометрический, инфракрасный абсорбционный	0 — 0,5
Оксиды азота (сумма)	Хемилюминесцентный, пламенный фотометрический	0 — 0,5
Диоксид азота	То же	0 — 0,5
Озон	Хемилюминесцентный	0 — 0,1
Диоксид серы	Кондуктометрический с предварительным поглощением газа жидкостью	0—0,2
Углеводороды	Пламенный ионизационный	0—10
Сероводород	Пламенный фотометрический	0—0,1 мг/м3

Таблица 2

Автоматические анализаторы систем контроля загрязнений вод

Измеряемый параметр	Анализатор	Минимальный диапазон измерений
Содержание:
растворенного кислорода	Гальванический	0 — 5 млн-1
углерода (суммы)	Инфракрасный абсорбционный с предварительным дожиганием до СО2	0 — 5 мг/л
диоксида углерода	Потенциометрический с ионоселективным электродом	0 — 10-4 моль
хлора	То же	0 — 10-6 моль
фтора	То же	0 — 10-6 моль
сероводорода	То же	0 — 10-6 моль
аммония	То же	0 — 10-6 моль
Электрическая проводимость	Кондуктометрический	0 — 2000 мкСм/см
Окислительно-восстановительный потенциал	Потенциометрический	0 — 70 мВ
Концентрация водородных ионов	Потенциометрический	0 — 1 ед. рН

Стационарные посты и передвижные лаборатории контроля

На базе описанных выше отдельных анализаторов строятся автоматизированные посты и системы. наиболее известна система типа АНКОС. Последняя версия АНКОС называется АНКОС—AM. Автоматизированная система контроля загрязнения воздуха типа АНКОС—AM предназначена для автоматизированного сбора и обработки информации об уровне загрязнения атмосферного воздуха в промышленных центрах и регионах. Система имеет двухуровневую структуру. На нижнем уровне АНКОС содержит стационарные и передвижные станции наблюдения, а на верхнем уровне находится центр обработки информации. В павильон каждой станции входят следующие технические средства: павильон с системами жизнеобеспечения (освещение, вентиляция, отопление, кондиционирование, пожаротушение) с габаритными размерами не более 2300x4700x7600 мм; мачтовое устройство на крыше павильона с комплектом метеодатчиков; комплект газоанализаторов; управляющий контроллер со средствами передачи данных.

Перечень и диапазоны измерений метеопараметров и концентраций ингредиентов, измеряемых станцией, представлены в табл. 1.

Таблица 1 Измеряемые параметры станция АНКОС

Измеряемый параметр Диапазон

Температура воздуха, ⁰С ±50

Относительная влажность, % 15 — 98

Скорость ветра, м/с 1,5 — 40

Направление ветра, град 0 — 360

Диоксид серы, мг/м³ 0 — 5

Оксид углерода, мг/м³ 0 — 80

Оксид азота, мг/м³ 0 — 2,5

Диоксид азота, мг/м³ 0 — 2,5

Сумма оксидов азота, мг/м³ 0 — 2,5

Метан, мг/м³ 0 — 50

Сумма углеводородов без метана, мг/м³ 0 — 50

Сумма углеводородов, мг/м³ 0 — 50

В центре обработки информации находится рабочее место диспетчера на базе IBM PC—XT и рабочее место эколога на базе IBM PC—XT. Программное обеспечение рабочего места диспетчера позволяет вести: обработку и хранение информации, поступающей от автоматических и неавтоматических звеньев системы; оперативную оценку по критериям ПДК; формирование отчетных документов; управление работой системы; управление передачей данных потребителю. Программное обеспечение рабочего места эколога позволяет вести формирование базы данных и базы знаний оценки экологических ситуаций; прогнозирование уровней загрязнений в точках; построение полей загрязнения; анализ ситуации с целью выявления причин неблагоприятной экологической обстановки.

Аппаратура передачи данных функционирует автоматически и обеспечивает: централизованный сбор данных от станции; получение данных от внесистемных источников; сохранность поступающих данных при отказах аппаратуры рабочих мест. Передача данных в системе осуществляется по телефонным и (или) телеграфным коммутируемым или некоммутируемым каналам связи.

За рубежом автоматизированные посты производят такие фирмы, как Raiicon (Италия), Antechnika (Германия), Thermo Environmental (США) и т. д.

Например, модель 1500 последней фирмы включает газоанализаторы, метеодатчики, загрузчики данных и аппаратуру передачи данных. Все оборудование встроено в 19-дюймовую стойку стандарта NEMA 1. Стойка включает также необходимые насосы, энергоснабжение, так что поставляемая система готова к применению. Система, в частности, содержит:

— газовые анализаторы на SO₂, H₂S, NH₃, NO, NO₂, NO_х , CO, O₃;

— метеодатчики температуры, относительной влажности, направления и силы ветра, солнечной радиации, давления, уровня осадков и вертикальной скорости ветра;

— автоматический пробоотборник;

— загрузчик данных на 8, 16, 24 или 32 канала со стандартным математическим обеспечением;

— оборудование передачи данных на базе IBM PC—XT.

Передвижные лаборатории обладают рядом существенных преимуществ перед стационарными, так как позволяют расширить контролируемую территорию при том же объеме измерений и обеспечивать оперативный контроль точечных источников выбросов. При этом осуществляются:

— отбор пробы из атмосферы или из газохода источника выбросов;

— автоматическое определение концентрации загрязняющих веществ;

— контроль скорости газового потока в газоходе и расчет валового выброса;

— контроль метеопараметров;

— обработка, регистрация и передача информации по каналам связи в центр обработки данных;

— автоматическое управление входящих в состав станции техническими средствами.

Характерной особенностью лабораторий является наличие в их составе автоматических газоанализаторов системы сбора, обработки метеопараметров а также средств калибровки приборов. Кроме того, станции могут комплектоваться различными переносными анализаторами для оперативного контроля вредных компонентов.

При анализе промышленных выбросов лаборатории дополнительно оборудуются специальными средствами (зондами, измерителями скорости газовых потоков или расходомерами, гибкими обогреваемыми линиями транспортирования газовой пробы, системой пробоподготовки).

Фирмой Biotronik (Германия) предлагается передвижная лаборатория для контроля концентрации загрязнения атмосферного воздуха с одновременным измерением метеорологических параметров, контролем точечных и распределенных по площади источников загрязнения, а также обеспечением анализа распространения загрязнений от источников выбросов. Лаборатория размещена на шасси автомобиля в контейнере, выполненном из теплоизолирующего материала, и оснащена системой пробоотбора в виде телескопической штанги, которая при движении автомобиля убирается внутрь. Аналитическая система для измерения концентрации загрязнителей, установленная в приборном отсеке, выполнена в виброустойчивом исполнении. В состав лаборатории входят также устройства для вспомогательных — нулевого и калибровочного — газов.

Измерение концентраций загрязнителей осуществляется в диапазонах:

—диоксид серы —0—0,5; 0—1 ррт;

— оксид углерода —0—20, 20—40, 40—80, 0—100 ррт;

— оксид, диоксид, сумма оксидов азота — 0—0,02; 0—0,5; 0—1; 0—2 ррт;

— сумма углеводородов (без метана) —0—10, 0—20, 0—50 ррт;

—озон—0—0,01;0—0,002;0—0,05;0—0,1;0—0,5;0—1;0—2; 0—5; 0—10 ррт;

— пыль —0,005—20 мг/м³.

Канал измерения диоксида серы состоит из газоанализатора, включающего в себя пламенно-фотометрический анализатор суммы сернистых соединений и селективный фильтр для удаления сероводорода. Кроме того, имеется генератор калибровочного газа.

Измерения оксида углерода обеспечиваются инфракрасным газоанализатором.

Контроль оксидов азота осуществляется хемилюминесцентным газоанализатором и генератором газа с встроенным диффузионным детектором, используемым для калибровки прибора, что позволило отказаться от баллонов с поверочными газами и смесями.

Для анализа углеводородов используется пламенно-ионизационный газоанализатор с генератором углеводородов, обеспечивающим получение следующих калибровочных смесей;

— метан в нулевом газе — 5 ррт;

— углеводороды без метана в нулевом газе — 5 ррт;

— сумма углеводородов в нулевом газе — 5 ррт.

Хемилюминесценгный анализатор озона также располагает встроенным генератором озона для калибровки.

В станции также используется переносной прибор для контроля хлора с электрохимическим детектором, а также радиоизотопный пылемер.

Микропроцессорная система обеспечивает управление измерительными приборами, обработку и выдачу информации на цифропечать и 6-канальные самописцы, работу в режиме диалога по радио- и телефонным каналам с внешним центром обработки данных.

Фирмой ETI (Германия) выпускается автоматическая стационарная станция (возможен и передвижной вариант) для контроля загрязнения атмосферы, включающая в себя пробоотборную систему, стойку с газоаналитической аппаратурой и микропроцессор, обеспечивающий обработку результатов измерений и возможность передач по телефонным каналам в центр сбора и обработки информации, а также управление анализаторами, в том числе подачу нулевого и калибровочного газа.

Осуществляется контроль загрязнения атмосферы в диапазонах:

— диоксид серы — 0—1 ррт;

— оксид азота —0—1, ..., 0—10 000 ррт;

— озон —0—1000 ррт;

— оксид углерода —0—200 ррт;

— углеводороды —0—1, ..., 0—1000 ррт.

Кроме того, анализируется содержание ароматических углеводородов и пыли.

Фирма Thermo Environmental (США) разработала станцию контроля загрязнения атмосферы. Станция включает в себя автоматические газоанализаторы с системой калибровки, метеодатчики (влажность, скорость ветра, температура, уровень солнечной радиации), систему обработки данных и управления приборами, а также телеметрическую аппаратуру и обеспечивает измерение загрязнителей:

— диоксид серы —0—100, 0—200, 0—500, 0—1000, 0—2000 ррт;

— оксид углерода — 0—1,0—2,0—5,0—10,0—20, 0—50, 0—100,0—200, 0—500, 0—1000 ррт ;

— озон —0—1000 ррт ;

— оксиды азота —0—0,05, 0—0,1; 0—0,2; 0—0,5; 0—1; 0—2; 0—5; 0—10 ррт ;

— сероводород —0—0,5; 0—1; 0—5 ррт .

Высокая чувствительность аппаратуры и уровень автоматизации позволяют отнести станцию к наиболее перспективным.

Автоматизированные посты контроля промышленных выбросов

В нашей стране разработан передвижной пост (лаборатория), однако его серийное производство не организовано. Представляет интерес лаборатория контроля промышленных выбросов фирмы KRONE (Германия). В состав лаборатории входят: оборудование для отбора проб и пробоподготовки, приборы для автоматического контроля состава выбросов, средство измерения метеопараметров, приборы для проведения комплексных исследований.

Газоанализаторы фирмы Hartman Braun (Германия) контролируют 11 загрязняющих компонентов с минимальными диапазонами (максимум 0— 100). Это оксид углерода — 0,003 %; диоксид серы — 0—0,3 %, диоксид углерода— 0—0,002%; углеводороды—0—0,2%; оксид азота—0—0,03%; диоксид азота —0—0,005 %; сумма оксидов азота —0—0,03 %; кислород — 0—21 %; водород —0—3 %, сероводород —0—2,5, 0—750 мг/м3; аммиак — 0—0,05 %.

Средства измерения метеопараметров объединены в единую систему. В составе станции имеется ЭВМ для обработки и отображения получаемых результатов и управления режимами работы. Имеется возможность вывода данных для дистанционной передачи в центр обработки информации. Комплект пробоотборников для отбора газовых сред и проб пыли позволяет обеспечить проведение дополнительных исследований в зависимости от специфики источника выбросов при помощи универсальных приборов физико-химического анализа: спектрофотометра, газового хроматографа и пылемера.