Главная » Новости » ОСОБЕННОСТИ ОСНАЩЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ 1-ОЙ КАТЕГОРИИ АВТОМАТИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ КОНТРОЛЯ

Новости

ОСОБЕННОСТИ ОСНАЩЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ 1-ОЙ КАТЕГОРИИ АВТОМАТИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ КОНТРОЛЯ

В.В. Сергеечев, В.М. Панарин, Н.А. Рыбка,

ООО «СервисСофт Инжиниринг»

ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»

АННОТАЦИЯ. В статье рассмотрена проблема оснащения стационарных источников промышленных выбросов 1-ой категории автоматическими средствами контроля. Примером технического решения проблемы выступает автоматизированная система измерения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Аргаяшской ТЭЦ. Приводится схема устройства
и работы автоматической системы непрерывного контроля вредных выбросов в атмосферу.

Ключевые слова: атмосфера, атмосферный воздух, выброс, мониторинг, автоматизированная система.

Внедрение новых и усовершенствование существующих систем мониторинга атмосферы является одним из основных направлений реформирования системы государственной власти и управления Российской Федерации в области природопользования и охраны окружающей среды [1-2].

Несмотря на обязательный характер информатизации процессов мониторинга, а также поддержки и принятия управленческих решений в сфере охраны атмосферного воздуха, анализ действующих систем мониторинга атмосферы на различных уровнях управления демонстрирует острую нехватку аппаратно-технического оснащения.

В связи с чем, на государственном уровне в России разработаны и реализуются Федеральная и, входящие в нее, региональные целевые программы «Охрана окружающей среды
на 2012-2020 годы» (далее Программа). Одной из задач которой является «Повышение эффективности функционирования системы гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды». На первом месте среди всех целевых индикаторов программы находятся индикаторы охраны атмосферного воздуха:

— объем выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников на единицу ВВП (тонн на млн. рублей ВВП);

— количество городов с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха (единиц);

— численность населения, проживающего в неблагоприятных экологических условиях (в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха (индекс загрязнения атмосферного воздуха более 7), (млн. человек) [3].

В ответ на поставленные Программой задачи, вышел ряд нормативных документов, в том числе и Федеральный Закон «О внесении изменений в Федеральный Закон «Об охране окружающей среды» и статьи 1 и 5 Федерального Закона «О внесении изменений в Федеральный Закон «Об охране окружающей среды» и отдельные законодательные акты Российской Федерации» в части создания систем автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ, сбросов загрязняющих веществ.

Правительство Российской Федерации постановило оснащать стационарные источники выбросов 1-ой категории, оказывающие значительное негативное воздействие
на окружающую среду и относящиеся к областям применения наилучших доступных технологий (НДТ) автоматическими средствами измерения и учета объема или массы выбросов, концентрации загрязняющих веществ, а также техсредствами фиксации и передачи указанной информации в госфонд данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) [3-4].

В разработанный перечень стационарных источников и вредных (загрязняющих) веществ, подлежащих контролю, были включены источники выбросов таких производств,
как добыча сырой нефти и природного газа; производство нефтепродуктов, кокса; обеспечение электроэнергией, газом и паром; металлургическое производство; производство неметаллической минеральной продукции, химических веществ и химических продуктов, пестицидов, целлюлозы, древесной массы, бумаги и картона; деятельность по обезвреживанию отходов.

Принимая во внимание вышеперечисленные обстоятельства, природоохранные службы предприятий должны инициировать разработку заданий на проектирование автоматических средств контроля промышленных выбросов (АСКПВ), сфокусировавшись на крупных стационарных источниках выбросов загрязняющих веществ, которые подлежат инструментальному контролю в автоматическом режиме.

Учитывая, что объекты 1-ой категории относятся к областям применения НДТ, при формировании требований к АСКПВ целесообразно использовать Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «Общие принципы производственного экологического контроля и его метрологического обеспечения», который содержит достаточно полный обзор парка измерительных средств, методик измерений и требований к метрологическим характеристиками АСКПВ [5-6].

Техническим решением проблемы оснащения стационарных источников вредных (загрязняющих) веществ автоматическими средствами контроля промышленных выбросов объектов 1-ой категории стала Автоматизированная система измерения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в ОАО «Фортум» филиала Энергосистема «Урал» Аргаяшской ТЭЦ, устройство и работа которой представлено на рисунке 1. Структурная схема системы изображена на рисунке 2.

Рисунок 1 – Устройство и работа автоматической системы непрерывного контроля вредных выбросов в атмосферу на Аргаяшской ТЭЦ

Рисунок 2 – Структурная схема непрерывного контроля вредных выбросов в атмосферу дымовой трубы № 1

В состав АСИВ входит четыре точки измерения (ТИ):

  • Дымовая труба №1 (условно ДТ №1);
  • Дымовая труба №2 (условно ДТ №2);
  • Дымовая труба №3 (условно ДТ №3);
  • Дымовая труба №4 (условно ДТ №4).

АСИВ создается как иерархическая двухуровневая интегрированная автоматизированная измерительная система, в состав которой входят: уровень измерительных компонентов измерительной системы (измерительный компонент ИС); уровень вычислительных компонентов измерительной системы (вычислительный компонент ИС); вспомогательные компоненты измерительной системы (вспомогательный

компонент ИС).

Оборудование  измерительных компонентов измерительной системы выполняет следующие функции: измерения абсолютного давления дымовых газов, кПа; измерения температуры дымовых газов, °С; измерения объемного расхода дымовых газов, м3/ч; измерение объемной доли кислорода (О2), %; измерение объемной доли диоксида углерода (СО2), %; измерение концентрации оксида углерода (CO), мг/м3; измерение концентрации оксида азота (NO), мг/м3; измерение концентрации диоксида азота (NO2), мг/м3; измерение концентрации диоксида азота (SO2), мг/м3; измерение концентрации твердых (взвешенных) частиц, мг/м3; измерение концентрации влажности (H2O), %; расчет объемного расхода сухих газов, м3/час.

Уровень вычислительный компонент ИС обеспечивает автоматический сбор, диагностику и автоматизированную обработку информации по анализу дымовых газов в сечении газохода, автоматизированный сбор и обработку информации, а также обеспечивает интерфейс доступа к этой информации.

Нижний уровень системы обеспечивает автоматическое и по командам с верхнего уровня управление технологическим оборудованием. Верхний уровень обеспечивает сбор данных
о состоянии оборудования путем опроса нижнего уровня, визуализацию состояния оборудования, дистанционное управление оборудованием, обработку данных, формирование
и печать отчетных документов.

Нижний уровень реализован на базе контроллера S7-300. Верхний уровень реализован на базе операторской станции. Связь уровней системы реализуется с помощью сети Enternet.

Газоотборный зонд АСИВ выполняет функцию отбора проб газа из горизонтальных и вертикальных труб (дымоходов). Фото газоотборного зонда вместе с трубой представлено
на рисунке 3.

Измерения выполняются анализаторами и иными средствами измерений, входящими в комплект системы «АСИВ».

Метод измерения массовой концентрации NO, NO2, СО, CO2, SO2 основан на принципе действия газоанализатора — оптический абсорбционный в инфракрасной области спектра поглощения газов NO, NO2, СО, CO2, SO2 (измерение ослабления светового потока в рабочем канале в выбранном (светофильтром) спектральном интервале). Метод измерения объемной доли О2 основан на электрохимическом эффекте. Измерения проводят при помощи газоанализатора ПЭМ-2М. Результаты измерений массовых концентраций веществ газоанализатор ПЭМ-2М выдает приведенные к нормальным условиям (далее – н.у., соответствуют 0 0С; 101,3 кПа  согласно ГОСТ Р ИСО 8756-2005.

Рисунок 3 — Газоотборный зонд

Метод измерения относительной влажности основан на сорбционном методе. Термогигрометр НМТ335 имеет сенсор влажности емкостного типа и платиновый сенсор температуры Pt100. НМТ335 имеет измерительный канал относительной влажности и температуры с установленными характеристиками погрешности.

Измерение температуры потока в газоходе осуществляется термопреобразователем сопротивления Метран-2000 и контроллером программируемым Siemens SIMATIC S7-300. Измерение абсолютного давления осуществляется преобразователем (датчиком) давления измерительным EJX510A и контроллером программируемым Siemens SIMATIC S7-300. Принцип действия измерителя скорости газа ИС-14.М основан на измерении корреляционным методом времени перемещения через определенный участок пути локальной неоднородности газового потока. Косвенное измерение объемного расхода газа производится расчетом по измеренной скорости дымовых газов в трубе с учетом заданной площади измерительного сечения дымовой трубы в контроллере программируемом Siemens SIMATIC S7-300.

Информационно-вычислительный комплекс системы (ИВК) обеспечивает автоматический сбор, диагностику и автоматизированную обработку информации по анализу выходных газов в сечении газохода, автоматизированный сбор и обработку информации с усреднением по заданному оператором интервалу, а также обеспечивает интерфейс доступа к этой информации. В состав ИВК входят программно-технический комплекс (ПТК) на базе контроллеров программируемых Siemens SIMATIC S7-300 и АРМ на базе промышленного компьютера SIEMENS SIMATIC IPC547C с программным обеспечением.

Рисунок 4 – Интерфейс программно-технического комплекса на базе контроллеров, программируемых Siemens SIMATIC S7-300

В состав программно-технического комплекса входят:

  • контроллер;
  • операторская станция: АРМ оператора.

Программное обеспечение контроллеров работает на базе встроенной операционной системы реального времени контроллера и реализуется в соответствии с документом «Описание алгоритма А-0797-1-ПБ». На операторской станции на базе промышленного компьютера устанавливается следующее программное обеспечение и лицензии:

  • WinCC 7.3 Software;
  • Windows 7.

Измерения всех величин проводят одновременно. Результаты 20-ти минутных измерений,  хранятся в архиве (памяти компьютера). Измерительная система подразумевает длительную эксплуатацию. Необходимо избегать частых и кратковременных отключений.

Измерительно-вычислительный комплекс ИВК позволяет перенести полученные значения измеряемых величин (давление в кПа, температуры в оС, влажность относительная дымовых газов, концентраций веществ в мг/м3 , скорость дымовых газов м/с, расхода дымовых газов в м3/с, расхода вредных веществ в г/с, г/ч)  в программу Microsoft Excel для формирования протоколов измерений и расчетных данных (массовых выбросов г/сут, т/год) по форме, принятой предприятием и дальнейших расчетов. Протокол (распечатка) результатов измерений массовой концентрации (объёмной доли) компонентов и параметров газового потока с применением программного обеспечения должен соответствовать числу знаков, соответствующим показаниям дисплея приборов. Периодичность распечатки протокола определяется в соответствии с планом-графиком предприятия.

Опыт внедрения автоматизированной системы контроля промышленных выбросов в ОАО «Фортум» филиала Энергосистема «Урал» Аргаяшской ТЭЦ свидетельствует о том,
что система повышает эффективность работы природоохранной службы предприятия за счет экономии временных, финансовых и интеллектуальных ресурсов [6-8].

Тем не менее, основная часть работы по внедрению автоматических систем контроля промышленных выбросов 1-ой категории на предприятиях Российской Федерации еще только впереди. Такие мероприятия в значительной мере будут способствовать в решении ключевой проблемы — оздоровления воздушного бассейна и окружающей среды в целом.

20.01.2020