СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА УГОЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

ИНАР 7 :
ОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРН
МОСКВА, МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
1. Назначение
Система предназначена для непрерывного автоматического контроля:
• содержания загрязняющих ве-
ществ в атмосфере;
• величин выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;
• содержания загрязняющих ве-
ществ в водоемах;
• содержания загрязняющих ве-
ществ в сточных водах;
• радиационных излучений;
• электромагнитных излучений;
• шума;
• деформаций почвы, зданий, сооружений.
2. Необходимость непрерывного автоматического контроля
Необходимость непрерывного автоматического контроля определяется следующими его достоинствами:
• только непрерывный автоматический контроль позволяет получить значительный объем достоверных данных для последующего анализа и прогноза;
• только непрерывный автоматический контроль позволяет детально анализировать динамику процессов, корреляционные и регрессионные зависимости между параметрами, получать аппроксимационные зависимости и проводить детальный математический анализ полученных измерений.
Благодаря этому система непрерывного автоматического контроля позволяет минимизировать число контрольных постов и контролируемых параметров и, в конечном счете, удешевить системы контроля и очистки, несмотря на высокую исходную
стоимость приборов автоматического контроля.
3. Цель применения
• идентификация источников загрязнения и определение величин выбросов из них;
• сокращение расходов на природоохранную деятельность за счет рационального управления процессами газо- и водоочистки и производством в целом;
• сокращение размеров штрафных санкций за счет предотвращения недопустимых значений выбросов и сбросов;
• оценка, анализ и прогноз экологи-
ческого состояния контролируемых территорий.
4. Область применения
• крупные предприятия с большим количеством источников выбросов, размещенных на обширной промпло-щадке;
• города и поселки.
5. Решаемые задачи
• сбор, обработка и хранение информации со станций и приборов контроля;
• экологический анализ информации;
• прогноз неблагоприятных экологических ситуаций;
• формирование рекомендаций по управлению устройствами газо- и водоочистки и выработка управляющих воздействий;
• формирование рекомендаций по управлению производством с учетом экологических требований;
• автоматизированный выпуск отчетных и финансовых документов и ведение базы данных по вопросам природопользования и природоохраны.
6. Преимущества
Система значительно дешевле традиционных, в которых анализаторы устанавливаются в трубах - точечных источниках выбросов.
Таблица 1
ПЕРЕЧЕНЬ ПАРАМЕТРОВ,
КОНТРОЛИРУЕМЫХ В АТМОСФЕРЕ И В ВЫБРОСАХ В АТМОСФЕРУ
№ пп Наименование параметра Диапазон измерения
2 Взвешенные вещества 0-1000 мг/м3 (0-10000)
3 Оксид углерода 0-120 мг/м3 (0-2000)
4 Диоксид серы 0-10 мг/м3 (0-25000)
5 Оксиды азота суммарно 0-25 мг/м3 (0-300)
6 Сероводород 0-2,5 мг/м3
7 Диоксид марганца 0-0,05 мг/м3 (0-0,6)
8 Соединения свинца 0-0,1 мг/м3
9 Углеводороды суммарно 0-50 мг/м3
10 Метан 0-50 мг/м3
11 Озон 0-2,5 мг/м3
12 Радон 0-25 мг/м3
13 Кислород 0-25%
14 Диоксид углерода 0-500 мг/м3
15 Температура 20-4000С
16 Скорость воздуха Метеоусловия (направление и скорость ветра, температура, солярность, осадки и др.) 0-4 м/с
Примечание: В скобках указаны диапазоны изменения параметров при измерениях в устье источников выбросов.
Таблица 2
ПЕРЕЧЕНЬ ПАРАМЕТРОВ, КОНТРОЛИРУЕМЫХ В СБРАСЫВАЕМЫХ ШАХТНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ
№ пп Наименование параметра Диапазон измерения
1 Взвешенные вещества 0-200 мг/л
2 Железо общее 0-15000 мг/л
3 Азот аммонийный 0-50 мг/л
4 Азот нитратов 0-1 мг/л
5 Азот нитритов 0-5 мг/л
6 Хлориды 10-10000 мг/л
7 Сульфаты 10-5000 мг/л
8 Натрий 0-800 мг/л
9 Калий 0-800 мг/л
10 Кальций 0-300 мг/л
11 Магний 0-500 мг/л
12 Фенолы 0-5 мг/л
13 Нефтепродукты 0-100мг/л
14 Медь 0-1мг/л
15 Алюминий 0-10000 мг/л
16 Сульфиды 0-10 мг/л
17 Фосфаты 0-10 мг/л
18 Марганец 0-1,1 мг/л
19 Свинец 0-0,1 мг/л
20 Цинк 0-0,2 мг/л
21 Электропроводность 1-10 сим/см
22 Растворенный кислород 0-10 мг/л
23 pH 4-14
24 Жесткость общая 0-50 мг/л
25 Химическое потребление кислорода
Температура 0-200 мг/л
26 Скорость течения 4-400С
27 Уровень 0-3 м/с
28 0-15 м
Таблица 3
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПО ПОСТАМ И СТАНЦИЯМ
Номер станции Контролируемые параметры
1 2 3,4,5 А,В,С,Э Атмосфера Запыленность, содержание SО2, СО, оксидов азота суммарно,СН4, О3, скорость воздуха в вентиляционных шахтах и трубопроводах, температура воздуха в системе вентиляции Запыленность, содержание оксидов азота суммарно, SО2, СО, СН4,О3, скорость воздуха в вентиляционных шахтах и трубопроводах Запыленность, содержание SО2, СО, СН4, О3, Н2S, оксидов азота суммарно Вода Растворенный кислород, скорость потока, температура воды, проводимость, рН
В ней территория предприятия анализируется как единый источник нестационарных выбросов. С помощью небольшого количества станций контроля атмосферного воздуха на территории и по периметру его промплощадки, а также измерения только расхода и температуры газов и воздуха в трубах - наиболее мощных источниках загрязнения, система позволяет достаточно просто и дешево, с удовлетворительной точностью, непрерывно и достоверно решать задачи экологического мониторинга.
Используя законы рассеивания выбросов, система выделяет и анализирует, с учетом фоновых загрязнений от близлежащих предприятий -загрязнителей фактический вклад предприятия в целом и отдельных его источников в загрязнение атмосферы.
В системе также комплексно решаются вопросы автоматизированного контроля содержания загрязнителей в сточных водах предприятий и в водоемах региона. Определяются характер и величина загрязнений, вносимых предприятиями, что позволяет идентифицировать источники - загрязнители. Система позволяет также контролировать другие виды вредных воздействий на окружающую среду.
Подобными системами будут оснащаться наиболее крупные и экологически опасные предприятия угольной промышленности РФ.
7. Научные основы
В результате исследований, проведенных институтом "Гип-роуглеавтоматизация" на предприятиях отрасли, с учетом обобщения опыта предприятий родственного типа в других отраслях, составлен перечень параметров, подлежащих контролю на предприятиях угольной промышленности (табл. 1 и 2). При этом, при разработке системы для конкретного предприятия, предполагается проведение предпроектных исследований и расчетов с целью уточнения перечня параметров и диапазонов их изменения.
Примечание. В скобках указаны диапазоны изменения параметров при измерениях в устье источников выбросов.
8. Способы контроля параметров
Не все параметры, перечисленные в табл. 1 и 2, подлежат непрерывному
автоматическому контролю. Для многих из них либо вовсе не существуют в настоящее время приборы непрерывного автоматического контроля, либо они чересчур дороги, сложны в эксплуатации и пред назначены ис-
ключительно для лабораторных исследований.
Реальный перечень автоматически контролируемых параметров в каждом конкретном случае определяется технико-экономическим анализом.
Следует учитывать также, что перечень экологически вредных веществ постоянно расширяется и превышает в настоящее время несколько тысяч компонентов. Хотя угольная промышленность в отличие, например, от химической металлургической и др., не содержит особо вредных компонентов в своих выбросах и сбросах, тем не менее отдельные вещества, в прошлом считавшиеся безвредными, в условиях ухудшающейся экологической обстановки становятся опасными или их опасность выявляется в результате более глубоких и обстоятельных исследований. Поэтому приведенный в табл. 1 и 2 перечень нельзя рассматривать как окончательный ни для отрасли в целом, ни для предприятий в отдельности. Для каждого предприятия перечень вредных веществ при создании системы должен согласовываться с соответствующими санитарно-эпидемиологическими службами.
9. Пример применения системы
Приведенный перечень, контролируемых параметров послужил основой для создания проекта системы, разрабатываемой для последующего тиражирования в процессе создания системы экологического мониторинга угольной промышленности РФ.
Проект разработан для системы автоматизированного экологического мониторинга ш. «Аютинская» и ЦОФ «Аютин-ская» ОАО «Ростов-уголь», расположенных в г. Шахты Ростовской области.
Система выполняется двухуровневой. На нижнем уровне располагаются посты контроля атмосферного воздуха и станции контроля сточных вод. К этим же постам и станциям подключаются датчики контроля расхода воздуха (газа), температуры воздуха (газа), расхода воды. На верхнем уровне размещаются автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов-экологов шахты и ЦОФ.
В состав постов и станций входят датчики и анализаторы, а также кон-
Рис. 1. Структура системы автоматизированного экологического мониторинга угольного предприятия
троллеры первичной обработки информации и модемы связи. В состав АРМ входят персональные ЭВМ с расширенной периферией (сканнер, плоттер, дигитайзер, стриммер) и модемы связи.
По проекту намечается установка восьми постов контроля атмосферного воздуха: вблизи конвейерной перегрузки ЦОФ; возле котельной; у стройцеха ЦОФ; у стройцеха шахты; на границе санитарной зоны - в районе отвала; у границ санитарной зоны к западу и востоку от террикона; возле вертикального ствола шахты.
Такая расстановка дает возможность повысить степень селективности контроля выбросов шахты и ЦОФ, облегчить выделение фона за счет установки постов на границе санитарной зоны, обеспечить эффективный контроль выбросов с площадных и нестационарных источников неточечного типа при изменении направления ветра. При этом учитывается также возможность для экономии строительных расходов, размещения постов внутри существующих сооружений с наружным воздухозабором.
Насыщенность постов газоанализаторами также различна с учетом преимущественного содержания пыли и токсичных примесей в атмосфере. При этом каждый газ анализируется хотя бы двумя анализаторами, что исключает ошибочность измерений и резервирует контроль в случае неисправности одного из приборов.
Таблица 4
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИБОРОВ КОНТРОЛЯ АТМОСФЕРЫ
Наименование параметра Принцип действия измерителя Диапазон измерения Погрешность измерения (без учета дес-табил. факторов)
Измеритель содержания взвешенных твердых частиц (пылемер) Поглощение бета-частиц 0-10 мг/ м3 7 %
Анализатор оксида серы. Ультрафиолетовый неимпульсный флюоресцентный анализатор 0-20000 ррв 1 %
Анализатор оксида углерода. Недисперсионный инфракрасный анализатор (фотометр) 0-50 ррт 0,1 ррт
Анализатор оксидов азота Хемилюменесцентный фотометрический детектор Фотометрический ультрафиолетовый анализатор 0-4000 ррв 10 %
Анализатор озона 0-1000 ррт 1 %
Анализатор метана и неметановых углеводородов Г азовый хроматограф с ионизирующим детектором водородного пламени 0-2, 0-10, 0-50, 0-100, 0-200, 0-500, 0-1000, 0-2000, 0-5000, 0-10000 ррт 1 %
Таблица 5
Основные характеристики приборов контроля воды
Наименование параметра Принцип действия измерителя Диапазон измерения Погрешность измерения (без учета дестабил. факторов)
Температура Платиновый электрод -5 +50 °С 0,15 ° С
рн Стеклянный эталонный электрод (раствор) 0—14 рН 0,04 рН
Удельная электропроводность Многокольцевой графитовый электрод 100 мкСм/см 200 МСм/см 1 %
Растворенный кислород Г альванический электрод 0-20 ррт 0-20 мг/л 0,2 ррт 0.2 мг/л
Селективные ионные измерения: аммиак, аммоний, кальций, хлорид, нитрат, цианид, фторид, свинец, нитрит, натрий, ртуть, алюминий, бор, бромид, кадмий, хром, кобальт, медь, иодид, магний, никель, перхлорат, фосфор, фосфат, серебро, сульфат, сульфид, тиоцианат, цинк Ионоселективные электроды (ВЕ) твердотельные, пластмассовые, газовые стеклянные 0,1-200 ррт 0,1-2000 ррт 0,01-2000 ррt ( для аммония 0.1-200 ррт или 0,1-200 мг/л.). 2 % (по аммонию 10 % или 2ррт)
Мутность Инфракрасное рассеивание. Компенсированный излучатель 0.1-100 NTU(Nephelometric Turbidity Units) 50-4000 NTU 0,3-250 мг/л. 125-10000 мг/л. 5 %
Окислительно-восстановительный потенциал (ОКР)-К^ох - потенциал Стандартный 12 мм электрод 800 мВ 0,2 мВ
Расход воды Магниты с эффектом Холла 0,1-9 метров в сек. 0.02-1 метр в сек. 4 %
Соленость Рассчитывается по температуре и удельной электропроводности 0-60 ppt 0,3 ppt
Уровень Полупроводниковый датчик давления 0-100 м 0-10000 бар 0,5 м 0,05 бар
Станции контроля воды размещаются до и после очистных сооружений с целью обеспечения возможности формирования управляющих воздействий в случае оснащения очистных сооружений устройствами регулирования процесса водоочистки. При этом учитывались особенности организации очистки вод на шахте и ЦОФ, в которых производится отдельная транспортировка и очистка шахтных и сточных вод в двух раздельных системах очистных сооружений.
В состав станций включен широкий набор приборов контроля параметров (см. табл. 2) для организации автоматического контроля При этом представляется целесообразным использовать как методы непосредственного измерения, так и методы предварительного автоматического пробоприготовления с автоматической заменой проб, электродов и т.п. с целью автоматизации контроля состава сточных вод.
Структура системы представлена на рис. 1
10. Международное признание системы
Система получила в 1994 году грант США по Программе импорта энергосберегающих и природоохранных оборудования и материалов (ПИЭПОМ). Согласованный перечень контролируемых параметров по постам контроля атмосферы и станциям контроля воды приведен в табл. 3
Следует подчеркнуть, что поставляемые из США приборы отличаются высокими метрологически-
ми характеристиками, высокой степенью автоматизации, малым объемом работ по обслуживанию в сравнении с приборами отечественного производства.
Сопоставление табл. 3 с табл. 1 и 2 свидетельствует о том, что при помощи полученного по гранту оборудования решается широкий круг задач по исследованию загрязнения атмосферы и воды на шахте и ЦОФ.
Система неоднократно обсуждалась в научных изданиях, на международных конгрессах «Воздух» и «Эк-ватек», удостаивалась наград на выставках и конкурсах.
11. Обеспечение возможности расширения и развития системы
Система выполнена открытой, т.е. допускает подключение дополнительных приборов отечественного и зарубежного производства со стандартными и нестандартными выходными сигналами. Программное обеспечение также выполняется открытым, т.е. позволяет производить обработку дополнительных сигналов от вновь подключаемых датчиков.
В комплект программного обеспечения включен также пакет программ обработки экологической информации, принятый в США. Дополнительно на ПЭВМ установлен комплект программ АРМ эколога, основанный на российской нормативнотехнической документации, что позволит выполнить все требуемые экологические расчеты на шахте и ЦОФ в автоматическом, диалоговом или интерактивном режимах.
12. Техническое оснащение системы
Основные технические характеристики поставляемых приборов контроля атмосферы и воды приведены в табл. 4 и 5.
13. Стадия создания
Система внедряется в 1999 год на шахте «Аютинская» и ЦОФ «Аютин-ская» ОАО «Ростовуголь».
14. Программа применения
В России предполагается внедрить около 60 систем на предприятиях угольной промышленности.
На их базе будут создаваться региональные (бассейновые) системы автоматизированного экологического мониторинга угольной промышленности, которые будут объединены в отраслевую для угольной промышленности России в целом.
15. Порядок создания и внедрения
Система разрабатывается и сдается «под ключ».
По согласованию с заказчиком возможно поэтапное внедрение системы, с последовательным наращиванием числа постов и станций контроля, набора контролируемых параметров, объема решаемых задач.
Производится обучение персонала, сопровождение, сервисное обслуживание.
Аттестация и сертификация системы выполняются институтом при участии заказчика.
/
Рогозов В.В., Смирнов, Л.М., Богин В.Е. Инсіиіуі «Гиироуі.іс-акіомаїизации», і. Москва.
Каплунов, Ю.В. «Соцуголь», г. Москва.