水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究和應(yīng)用

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(1.沈陽中科韋爾腐蝕控制技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽 110180；2.沈陽中科腐蝕控制工程技術(shù)中心，遼寧 沈陽 110016)

近年來，國內(nèi)水環(huán)境污染嚴重，全國各地的油污泄漏事件時有發(fā)生，湖泊、水庫富營養(yǎng)化問題突出，影響了生態(tài)平衡，油污的監(jiān)測也成為環(huán)保的重點。煉油裝置經(jīng)常會出現(xiàn)設(shè)備泄漏問題，因此水環(huán)境的油濃度檢測，對于監(jiān)測設(shè)備的泄漏具有重要意義。目前，常用的水中油濃度檢測大多是取樣分析法，需要操作人員定時、定點取樣，然后將樣品送至循環(huán)水廠或者實驗室進行濃度測量，這種檢測存在分析時間長、操作過程繁瑣、靈敏度低等缺點，因此，研究一種水中油濃度的在線監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。

1 在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)原理

水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)采用紫外熒光法,其光電傳感器采用紫外熒光原理制成,紫外熒光是一種能檢測水中芳香族碳氫化合物的高靈敏度方法，可以通過對多環(huán)芳烴的測量間接測定油類的濃度[1]。傳感器測量被測介質(zhì)時，集成在傳感器內(nèi)部的LED(發(fā)光二極管)光源激發(fā)水中的多環(huán)芳烴，多環(huán)芳烴分子吸收和其特征頻率相一致的光線，由原來的能級躍遷至高能態(tài)，當(dāng)其從高能態(tài)躍遷至低能態(tài)時，以光的形式釋放能量，產(chǎn)生熒光[2]。熒光經(jīng)過傳感器內(nèi)部的高靈敏度光電轉(zhuǎn)換電路的作用，轉(zhuǎn)化為直觀的水中油濃度數(shù)據(jù)。圖1為水中油測量原理圖。

圖1 水中油測量原理

2 水中油監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)

水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)包括現(xiàn)場監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、信息采集和遠程監(jiān)控等，具體構(gòu)成見圖2。

圖2 系統(tǒng)組成框圖

2.1 現(xiàn)場監(jiān)測

每套監(jiān)測系統(tǒng)可以采集多達32個監(jiān)測點的水中油濃度數(shù)據(jù)，從而滿足現(xiàn)場的系統(tǒng)擴展需求,實現(xiàn)水中油數(shù)據(jù)的采集、顯示和存儲，并通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將信息傳遞到控制系統(tǒng),設(shè)置在監(jiān)測點的數(shù)據(jù)變送器，實時顯示水中油的濃度。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸采用現(xiàn)場總線技術(shù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，現(xiàn)場總線技術(shù)具有良好的抗噪聲干擾性和傳輸長距離信號穩(wěn)定等優(yōu)點使其成為首選的方式。通訊線纜采用抗干擾的屏蔽線，安裝在監(jiān)測點的數(shù)據(jù)變送器采集水中油濃度數(shù)據(jù)，將現(xiàn)場采集的水中油濃度數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器計算機。

2.3 信息采集

根據(jù)在線數(shù)據(jù)監(jiān)、檢、控的多功能處理需求，結(jié)合B/S(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)和C/S(客戶端/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)勢和特點，水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)采用B/S和C/S混合架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理形式[3]。

現(xiàn)場測量的水中油數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場總線技術(shù)以數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為媒介上傳至C/S，經(jīng)過接收、解析并顯示在客戶端上。同時，將這些數(shù)據(jù)存儲到SQL SERVER 2005數(shù)據(jù)庫中，作為原始數(shù)據(jù)，為后期繪制趨勢曲線及設(shè)置報警值提供參考依據(jù)。該模式具有傳輸速度快、可靠性高和數(shù)據(jù)界面交互性強等優(yōu)點。C/S的內(nèi)容及形式單一、兼容性差并且維護復(fù)雜,而B/S的結(jié)構(gòu)形式，可以很好地解決C/S形式在這方面的問題。各種跨平臺的系統(tǒng)通過特定的網(wǎng)絡(luò)接口形式，可以在同一平臺上看到不同系統(tǒng)上傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)，具有操作簡便、擴展性強的特點。

2.4 遠程監(jiān)控

遠程監(jiān)控采用B/S架構(gòu)形式，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在局域網(wǎng)內(nèi)任意計算機的瀏覽器上輸入目的IP地址，就可以登錄ZKWell Suite STS 5.0軟件瀏覽監(jiān)測點數(shù)據(jù)信息。根據(jù)相應(yīng)的權(quán)限設(shè)置，信息中心技術(shù)人員就可以通過B/S界面對整個在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)測、管理和維護。

3 水中油在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

通過對某煉油廠常減壓蒸餾裝置的設(shè)備評估，選取了3個監(jiān)測點安裝水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)進行試驗，監(jiān)測點位置見表1，系統(tǒng)采用電纜供電、現(xiàn)場總線方式傳輸、實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程監(jiān)控和網(wǎng)頁方式瀏覽功能。

表1 水中油濃度在線監(jiān)測點情況

3.1 測點效果分析

以減二線冷換設(shè)備E2153出水側(cè)的水中油測量為例，從2016年5月16日至6月5日，水中油的濃度保持穩(wěn)定。由于入水側(cè)的水中油質(zhì)量濃度由循環(huán)水廠測量并給出定值，一般不超過0.5 mg/L，判定漏油的指標為出水側(cè)的水中油質(zhì)量濃度超過入水側(cè)3 mg/L即判定為漏油；所以，出水側(cè)用紅線設(shè)置的報警值為3 mg/L。

減二線換熱器E2153出水側(cè)水中油的質(zhì)量濃度較低且數(shù)據(jù)穩(wěn)定，沒有達到3 mg/L報警值而觸發(fā)報警。

根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)實測并定期與循環(huán)水廠化學(xué)分析值對比，在監(jiān)測時間段內(nèi)，該監(jiān)測點水中油濃度與化驗分析值數(shù)據(jù)接近、趨勢相同，沒有因為泄漏而導(dǎo)致水中油濃度超標。

3.2 數(shù)據(jù)對比分析

以常減壓蒸餾裝置循環(huán)水監(jiān)測點為例，由于在循環(huán)水進口和出口均設(shè)置了監(jiān)測點,施工時將兩個監(jiān)測點集成安裝在一個測量控制箱內(nèi)部，既可以實時采集水中油濃度數(shù)據(jù)，也方便進行對比分析。

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測，循環(huán)水進口和循環(huán)水出口的水中油濃度曲線趨勢相同，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。但是，在2016年11月初，常頂一線油換熱器管束出現(xiàn)垢下腐蝕造成管束泄漏，造成監(jiān)測曲線出現(xiàn)較大波動。循環(huán)水出口監(jiān)測界面變紅，水中油濃度超過報警值。由于使用了水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)及時，通過現(xiàn)場排查后，盡早地將泄漏的冷卻器進行切換，通過除油、管路清洗等操作后才逐漸恢復(fù)正常。整個過程中循環(huán)水出口的水中油濃度先升高后降低，循環(huán)水進口的水中油濃度基本保持不變。

將循環(huán)水進口和出口監(jiān)測曲線進行對比分析(見圖3)看出：2016年11月6日接近7日時，循環(huán)水出口的濃度逐漸增大，剛到11月7日之后超過水中油質(zhì)量濃度高位報警值(10 mg/L)并繼續(xù)上升，預(yù)判裝置運行異常，可能存在泄漏現(xiàn)象，現(xiàn)場開始查漏直至找到泄漏位置。在這期間循環(huán)水出口檢測水中油質(zhì)量濃度最高范圍達到30～40 mg/L。整個變化過程持續(xù)近40 h后，循環(huán)水出口的水中油濃度才逐漸回落至正常水平。

圖3 循環(huán)水進口/出口水中油質(zhì)量濃度

同時，取得相同時間的化學(xué)分析和在線監(jiān)測值對比。化學(xué)分析的循環(huán)水進口和出口水中油質(zhì)量濃度分別為0.67 mg/L和29.4 mg/L，在線監(jiān)測的循環(huán)水進口和出口水中油質(zhì)量濃度分別為0.99 mg/L和31.2 mg/L。兩種檢測方法原理不同測量結(jié)果存在偏差，但變化趨勢相同，且在可接受范圍內(nèi)，說明水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)是比較可靠的。

4 結(jié) 論

(1)紫外熒光原理測量水中油濃度線性好、適應(yīng)性強，測量時不需要其他藥劑，環(huán)保無污染，是一種快速測量水中油濃度的方法。

(2)水中油濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝方便，容易維護，能夠?qū)崿F(xiàn)即時讀數(shù)，可以直觀地反映水中油濃度的變化趨勢。在煉油廠水體監(jiān)測中應(yīng)用前景好，能夠指導(dǎo)生產(chǎn)，值得推廣應(yīng)用。

[1] 劉偉，翟崇治，余家燕,等.水中油類紫外熒光法在線儀器的性能評價[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2012，31(6)：125-126.

[2] 趙廣立，馮巍巍，付龍文，等.基于紫外熒光法檢測水中油含量的浸入式傳感裝置的研究[J].海洋通報，2014，33(1)：77-83.

[3] 王德芳，秦剛.基于B/S和C/S混合架構(gòu)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J].電光系統(tǒng)，2009(1):24-26.

(編輯 王菁輝)