化工園區(qū)有害氣體預警系統(tǒng)研究范文

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《環(huán)境科技》2014年第三期

1對有害氣體預警監(jiān)測的重要性

化工園區(qū)存在2大環(huán)境風險，累積型風險：無組織排放（偷排漏排、跑冒滴漏）；突發(fā)型風險：環(huán)境事故（爆炸起火、集中泄露），這些風險導致了突發(fā)事故救援難度較大。主要表現(xiàn)為:①填補泄漏口難度大，通常泄漏口的大小和形狀都是不規(guī)則的，加上有時受到惡劣環(huán)境的影響，在進行填補泄漏口時處理起來比較困難;②化學消除有害氣體技術(shù)難以實施,一旦發(fā)生泄漏將會到處擴散，嚴重影響到周圍人員和救援人員的身體健康；③給救險人員帶來不便，救險人員必須穿戴個體防護措施，給行動帶來了不便，減緩了事故處理時間。若操作不當，也會引起中毒事故。環(huán)境預警監(jiān)測就是對環(huán)境要素進行連續(xù)的監(jiān)測與分析，預測可能發(fā)生環(huán)境污染事故或生態(tài)破壞事件的監(jiān)測活動[4]，因此，在化工園區(qū)中對有害氣體的預警監(jiān)測已經(jīng)成了不可或缺的項目。

2化工園區(qū)預警監(jiān)測現(xiàn)狀分析

我國目前對化工園區(qū)有害氣體預警監(jiān)測的能力比較落后，主要由于監(jiān)測設備匱乏、監(jiān)測技術(shù)儲備不足、無法連續(xù)實時地對重點區(qū)域的有害氣體泄漏進行預警監(jiān)測。而通常對氣體監(jiān)測有2種做法：便攜式儀器巡檢和安裝固定式檢測儀，這2種方法都屬于接觸式監(jiān)測，其中前者需要監(jiān)測人員攜帶便攜式監(jiān)測儀器或采樣設備進入現(xiàn)場，這時監(jiān)測過程中往往存在著巨大的中毒風險，該方法能夠?qū)崟r，但不能連續(xù)監(jiān)測，所以，該方法一般用于應急監(jiān)測或環(huán)境執(zhí)法部門的監(jiān)督監(jiān)測，不適合預警監(jiān)測。而傳統(tǒng)的安裝固定檢測儀，一般在監(jiān)測預警區(qū)域內(nèi)設置自動監(jiān)測站，對環(huán)境要素進行連續(xù)監(jiān)測，但每個自動監(jiān)測站的監(jiān)測范圍受到限制，一般安裝位置都是根據(jù)泄漏源的位置分布情況、依據(jù)規(guī)范確定，再根據(jù)出現(xiàn)有害氣體頻率高低以及人員作業(yè)活動頻繁程度來確定安裝的位置，對于較大的監(jiān)測區(qū)域需設置多個監(jiān)測點，增加了投入。上述方法只能對目標附近小區(qū)域有害氣體濃度進行連續(xù)、實時地監(jiān)測。因此，這種方法只適合于點源的預警監(jiān)測（如對某個裝置、儲罐進行預警監(jiān)測），不適合于線源、面源的預警監(jiān)測（如不適合危險化學品管道、園區(qū)的預警監(jiān)測），而現(xiàn)代移動監(jiān)測技術(shù)為線源、面源的預警監(jiān)測提供了一個新的方案。

3現(xiàn)有移動監(jiān)測技術(shù)的比較分析

現(xiàn)代移動監(jiān)測技術(shù)是以現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測技術(shù)為支撐，選擇其中精度高、適合現(xiàn)場監(jiān)測，且監(jiān)測儀器便于攜帶、對現(xiàn)場環(huán)境要求不高的方法，目前，常用技術(shù)有氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用法和光譜分析法，這3種技術(shù)的比較見表1。上述3種分析儀是目前應用最為廣泛的化工園區(qū)有害氣體預警監(jiān)測儀器。比較起來，這3類儀器從檢測組分、檢測下限、動態(tài)范圍等指標來看各有上下，都可以用來滿足化工園區(qū)有毒有害類、惡臭類等多組分污染氣體的監(jiān)測需求。

3.1氣相色譜技術(shù)（GC）和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（GC—MS）特點分析氣相色譜法是以氣體為流動相對混合物組分進行分離分析的色譜分析法。根據(jù)固定相不同，氣相色譜法可分為氣-固色譜和氣-液色譜；氣-固色譜的固定相是固體吸附劑顆粒；氣-液色譜的固定相是表面涂有固定液的擔體。氣相色譜法具有高效、靈敏、快速、能同時分離分析多種組分、樣品用量少等特點，在環(huán)境有機污染物的分析中得到廣泛的應用，如苯、二甲苯、多環(huán)芳烴、酚類、農(nóng)藥等。質(zhì)譜法是通過對樣品離子的質(zhì)量和強度的測定，進行成分和結(jié)構(gòu)分析的一種分析方法。氣質(zhì)聯(lián)用在工作狀態(tài)上均為氣相動態(tài)分析，除了工作氣壓之外，色譜的每一特征都能和質(zhì)譜相匹配，且都具有靈敏度高、樣品用量少的共同特點但是氣相色譜法和氣質(zhì)聯(lián)用法屬于接觸式的檢測，盡管監(jiān)測精度比較高，但檢測儀只有當接觸到的有害氣體濃度達到一定程度后才開始顯示并報警，因此，只能監(jiān)測儀器所處位置的有害氣體濃度，不能實現(xiàn)遠距離遙測;另外，目前有害氣體監(jiān)測傳感器一般采用電化學傳感器或紫外差分吸收光譜氣體傳感器，這些氣體傳感器需要進行定期的維護、保養(yǎng)，需要投入大量的人力物力。

3.2紅外光譜技術(shù)特點分析大氣氣體組分的測量分析中，紅外光譜法是應用最為廣泛的方法之一。因為大氣中絕大多數(shù)氣體都是紅外活性氣體，都具有吸收和發(fā)射紅外特征光譜的能力，通過對這些特征譜的測量和分析，可以獲得大氣成分的濃度及其時空變化信息。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)采用Michelson干涉儀將接受到的紅外光分為兩束后造成一定光程差再使之復合以產(chǎn)生干涉，所得到的干涉圖函數(shù)即包含了光源的全部頻率和強度信息，用計算機將干涉圖函數(shù)進行傅立葉變換就可以計算出紅外光源的強度按波長的分布。該技術(shù)有如下幾個特點：可測量譜帶寬及多種氣體；光譜分辨率高，定性定量分析準確；信噪比高，檢測下限更低；掃描速度快，測量響應時間快。該技術(shù)的優(yōu)勢：①突破了多點定標、多譜段擬合算法核心技術(shù)，解決了不同氣體光譜之間的交叉干擾問題，使得儀器即使是在污染氣體組分復雜的環(huán)境中也能做到良好的定性和定量分析；②突破了長光程多次反射測量池技術(shù)工藝，測量光程從10m至64m可選，適用于化工園區(qū)巡檢與溯源、預警的最佳測量光程應為32m或64m。保證了檢測靈敏度得到極大提升。目前GAS-MET便攜式測量光程為9.8m；③擁有超過300種特征污染物光譜庫。下面簡要介紹了幾種常見的有害氣體參數(shù)，見表2。針對化工園區(qū)多組份氣體檢測需求，采用2個關(guān)鍵技術(shù)滿足多組份高靈敏度檢測：①采用MCT檢測器，液氮制冷，檢測溫度為-196℃，信噪比高。保證了檢測靈敏度；②采用1cm-1的光譜儀分辨率，保證了多組份定性定量分析測量。其中，MCT檢測器性能特點見表3。它能同時測量10～20種以上氣體組分；可進行監(jiān)測的氣體成分多達300多種；可實時、連續(xù)、自動長期運行，實現(xiàn)無人值守監(jiān)測；樣品不需要提前進行預處理；多種光程長度和容積氣體吸收池配置選擇滿足多種應用場合監(jiān)測需求。FTIR分析儀不僅可以監(jiān)測有機物，還可以監(jiān)測無機物，屬于非接觸式、在線監(jiān)測，一方面避免采樣帶來的人為干擾，另一方面計算得到的是測量光程內(nèi)的平均濃度，直接反映目標區(qū)域的污染信息，適應工業(yè)園區(qū)污染監(jiān)測的需要，能滿足化工園區(qū)巡檢、預警監(jiān)測所要求的響應時間短、使用操作方便、運營成本低等要求，因此，F(xiàn)TIR分析技術(shù)優(yōu)勢明顯。

4車載監(jiān)測系統(tǒng)

4.1車載監(jiān)測系統(tǒng)的研究目前，園區(qū)需要一種機動靈活,反應迅速,集連續(xù)監(jiān)測、爆炸危險性判別及災害預測于一體的預警監(jiān)測系統(tǒng),即有害氣體車載預警監(jiān)測系統(tǒng)。利用車載系統(tǒng)，可以在監(jiān)測現(xiàn)場營造一個的相對獨立的監(jiān)測環(huán)境，并可以提供電源，因此，目前，車載系統(tǒng)一般都配備GC、GC-MS等分析儀器，而在車載系統(tǒng)中如果配置FTIR分析儀，就不需要直接接觸有害物質(zhì)，通過傳感器探測并獲取目標信息，使用通訊技術(shù)傳輸采集來的信息再加以分析，來判斷目標物體的屬性以及其分布等特征。整個系統(tǒng)包括核心監(jiān)測設備、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)、信息化應用平臺和車體及輔助設備4部分。根據(jù)上文分析，核心監(jiān)測設備是在車上搭載MCT檢測器進行監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)實時顯示、儀器控制、數(shù)據(jù)查詢、報表、分析圖表、數(shù)據(jù)存儲備份、數(shù)據(jù)上傳和已有設備接入。信息化應用平臺能夠建立風險源動態(tài)管理機制，摸清各類風險源的底數(shù)；能通過風險源、環(huán)境質(zhì)量、視頻監(jiān)控建立事前預警機制；能及時響應，準確檢測，及時傳輸、模擬分析、輔助決策指揮；能將現(xiàn)場和指揮中心聯(lián)系起來進行多級聯(lián)動指揮，快速、高效的處置事故。車體及輔助設備指的是機動車上裝有的如GPS導航系統(tǒng)、GPS監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)和音視頻采集傳輸系統(tǒng)等。該系統(tǒng)可實現(xiàn)自動采樣,連續(xù)監(jiān)測,具實時數(shù)據(jù)查詢、實時曲線、趨勢數(shù)據(jù)查詢、趨勢曲線顯示等功能,并且能夠進行預警。系統(tǒng)使用先進的移動監(jiān)測技術(shù)，確保了數(shù)據(jù)的精確度，可為園區(qū)監(jiān)測工作提供重要的技術(shù)支撐。

4.2應用實例國家級洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)是中國政府建立的唯一具有保稅優(yōu)惠政策的經(jīng)濟開發(fā)特區(qū)，也是海南省內(nèi)唯一的國家級經(jīng)濟開發(fā)區(qū)。洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)管理局編制的《洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃》（2004～2020）開發(fā)區(qū)的主導產(chǎn)業(yè)有油氣化工、石油儲備、漿紙一體化、區(qū)域性國際物流中心和航運中心，從洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)定位可以看出，其項目大部分屬于生產(chǎn)涉及高危的易燃、易爆、有毒、有害物品，針對洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的特點及突發(fā)性環(huán)境污染風險，洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)規(guī)劃了環(huán)境的預警監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)環(huán)境預警監(jiān)測的需要，在洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)內(nèi)及周邊敏感區(qū)域布設7個固定的空氣預警監(jiān)測點位，每個固定監(jiān)測點配置自動監(jiān)測儀，監(jiān)測的項目除環(huán)境空氣質(zhì)量新標準規(guī)定的常規(guī)指標SO2，NO，臭氧，CO，細顆粒物（PM2.5）外，根據(jù)洋浦產(chǎn)業(yè)特點增加硫化氫、氨氣和惡臭的特殊監(jiān)測項目。當固定預警監(jiān)測點監(jiān)測到空氣質(zhì)量異常時，表明區(qū)域內(nèi)有存在有害氣體泄漏源，此時應在固定監(jiān)測點監(jiān)測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，增加監(jiān)測點位，以確定泄漏源的位置，因此，規(guī)劃配備車載監(jiān)測系統(tǒng)。車載系統(tǒng)除配置GC，GC-MS的儀器外，還規(guī)劃配置儀器有：①FTIR分析儀，可以實現(xiàn)360°掃描、全天候監(jiān)控，不僅能從遠距離對排放、泄漏的氣體定量監(jiān)測，而且具有成像、定位功能，可以非常直觀地分析出氣體泄漏的位置、擴散范圍、濃度梯度，重點監(jiān)測有機氣體泄漏事故；②開路紫外差分吸收光譜氣體監(jiān)測子系統(tǒng)，重點是對廠區(qū)周界氯氣，SO2，NOX氣體監(jiān)測預警。

5結(jié)論

化工園區(qū)有害氣體車載預警監(jiān)測系統(tǒng)自動化程度高、技術(shù)先進、運移容易、運行安全可靠、維護簡單、操作方便。當事故發(fā)生前，可對園區(qū)各點進行實時連續(xù)監(jiān)測，并對園區(qū)的有害氣體進行分析。它是一種較為理想的預警監(jiān)測裝置,能夠在事故發(fā)生前做出預警，有利于及時進行應急響應。

作者：王明賢沈彬張先寶劉陽生單位：江蘇大學環(huán)境與安全工程學院鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站海南環(huán)境科學研究院