水质在线分析仪表在石化装置污染源排放口的应用

张锋

（嘉科工程（上海）有限公司，上海200122）

随着国家环保政策的日益完善和环保监督制度的建立健全，对企业环保工作的要求日益严格。其中建立和完善环境预警和应急处置体系是解决环境安全问题重要措施之一。为了防治环境污染突发事件的发生，中国石油股份有限公司兰州石化公司成立了兰州石化公司安全环境隐患治理项目。该项目主要目的是建立有效的污染预警子系统。在该公司9个重要污染源排放口安装了水质在线分析，实时分析水中主要污染物如还原性物质、氨氮、水中油的含量，对监测点进行24h实时监测。

1 系统构架

水质在线分析仪将所有的在线分析测得的实时数据，通过因特网或局域网传输至公司的环境监测中心，监测中心可以随时查看各个监测点的情况，判断污染物的浓度变化趋势。对在线分析可以设置报警数值，在突发性污染事件发生时，监测系统及时分析或感应到污染事故的发生，并向监测中心发出警报，从而作出预警。

当污染物浓度的变化速率（突然增大）超过一定值时，在线分析仪也会向监测中心发出警报，同样可以作出预警，从而可以在第一时间获悉污染发生的时间、地点和种类，有效控制污染的漫延，这对排污量比较大的企业是十分必要的，系统结构如图1所示。

2 排放口的选择以及分析仪表的配置

该公司有9个重要污染源排放口，每个污染源排放口排放的介质指标有各自的特点，根据其各自的污染物排放指标确定水质分析仪表的配置。以该公司3个重要污染源排放口的年平均指标为例，阐述分析仪表的配置。

图1 系统结构示意

1）污水处理场炼油污水入口指标见表1所列：

表1 炼油污水入口年均指标

2）污水处理场化工污水入口指标见表2所列：

表2 化工污水入口年均指标

3）303洗雨排指标见表3所列：

表3 303洗雨排年均指标

根据表1～表3决定在污水处理场炼油污水入口配置化学需氧量（COD）在线分析仪和水中油在线分析仪；在化工污水入口配置COD在线分析仪、氨氮在线分析仪和水中油在线分析仪；在303洗雨排配置COD在线分析仪。

该公司其他6个污染源排放口的在线分析仪表配置都是根据污染物的主要构成，在每个排放口都配置一个分析小屋放置分析仪器。

3 水质在线分析仪表的特性

石化装置污染源排放口的特征物主要为还原性物质、氨氮、水中油等指标，该类监测仪表的测试原理及方法多种多样，导致在适用领域、测量范围等方面也存在较大差别。

3.1 COD在线分析仪

COD的分析测试方法根据氧化剂的种类的不同分为重铬酸钾法和高锰酸钾法。仪器通过比色测量直接计算出试样的COD值。仪器的测量范围10～5 000mg／L，输出4～20mA标准信号，可选Modbus RS－485和Profibus DP等数字通信协议。

3.2 氨氮在线分析仪

氨氮在线分析仪的主要测量方法有纳氏试剂比色法、靛酚蓝法和氨气敏电极法。氨氮在线分析仪的测量范围根据试剂的不同分成三段：0.2～12mg／L，2～120mg／L和20～1 200mg／L。输出4～20mA标准信号，可选 Modbus RS－485和Profibus DP等数字通信协议。

3.3 水中油在线分析仪

油分属于有机物，主要以碳氢化合物为主。测量水中油的方法有红外光度法、紫外分光光度法、紫外荧光法等。仪器的测量范围0～0.5mg／L，输出4～20mA标准信号，可选 Modbus RS－485和Profibus DP等数字通信协议。

4 水质在线分析仪表的应用

水质在线分析仪表的使用情况，很大程度由试样预处理系统决定。试样预处理系统一般包括取样、输送、预处理和试样排放等。

1）取样和输送。水质在线分析仪表分析时间较慢，为了减少时滞，应该建立快速的输送系统。另外污水排放口的的试样经济价值不高，应该建立快速的单线输送系统，如图2所示。

图2 单线输送系统示意

2）预处理。该公司污染源排放口的污水中含有大量的黏性物质如石油类、颗粒物和易堵塞管道的物质等。许多排放口的成分含量甚至超出了仪表测量的量程。在一些典型的取样口，如污水处理场炼油污水入口和化工污水入口如果不做好预处理设施，分析仪表无法工作，为此必须由分析仪表供应商提供成熟的预处理装置。

3）超量程特征物的测量。对于超出仪表量程的地点，如污水处理场炼油污水入口，还原性物质和石油类都超出了仪表测量的范围，采取10倍新鲜水稀释的办法，降低特征污染物的浓度以适应仪表的量程。并且使用电磁阀参与新鲜水与试样之间的混比，通过在线分析仪配套的原装PLC系统进行控制。

4）污水处理场炼油污水入口的应用。污水处理场炼油污水入口是该项目的重点监测点之一。炼油污水是由电脱盐、常减压、催化裂化等工段产生的污水汇集而成，是一种集悬浮油、乳化油、溶解性有机物及盐于一体的多相体系，主要污染物包括石油类，还原性物质，硫化物，挥发酚，悬浮物以及氨氮等。

a）采样环节。炼油污水入口管线有一段经过厂区的明渠管线，旁边有一个二层平台用于观察入口的情况。以此地作为取样点，分析小屋安放在该平台上。通常选择的取样点首先应满足所选试样具有代表性。对于油品来说，流动介质中的湍流位置是最理想的采样点，使得该点的取样具有代表性，而炼油污水入口观测点处试样流速不大，试样由南向北有一个拐弯，形成小湍流，因此可以作为理想的采样点。

b）为了把试样迅速输送到在线分析仪表上，采用快速回路输送系统，使采样点的水样快速流动，从而减少试样分析的滞后时间。为了形成这样的流路，采样点和回样点之间需要有一个压差，该压差一般在0.3～1.6MPa，可以使用水泵抽取试样。另外应考虑油性介质的腐蚀性，输送管线宜选用不锈钢材质。此外，采样点与分析仪表之间的距离也是一个很重要的因素。在快速回路中，水样流速相同的情况下，采样点与分析仪表的距离越近，试样分析滞后的时间越短，越具有实时性。

5 结束语

该公司污染源排放口环境复杂，条件恶劣，对在线分析仪表的应用是一个极大的挑战。通过不断的实践与改进，使在线分析仪表能够适应各种工况，开车顺利进行，达成了该项目的目的。

石化装置污染源排放口污染物的监测是对水质在线分析仪的一个挑战。能否顺利应用水质在线分析仪表，预处理装置是关键。建立快速的输送回路是减少分析仪表时滞的有效措施。该公司终端污水处理装置有4套，目前处理后的污水COD在100mg／L左右。一旦发生重特大突发事故，在事故救援过程中会产生大量污水，造成污染。通过在线分析仪表的应用，应急预警子系统的建立，有效杜绝了此类事故的发生。

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