在线分析仪表智能监测诊断系统在石化企业的应用.pdf

在线分析仪表智能监测诊断系统在石化企业的应用周丽霞(岳阳长炼机电工程技术有限公司,湖南 岳阳 )摘要:固定污染源的监控管理是石化企业面临的重要课题.首先剖析固定污染源监控管理需求,设计出一套在线分析仪表智能监测诊断系统,专门解决固定污染源排放监测管理及在线分析仪表设备管理难点,并根据固定污染源的监控管理要求提出应用策略,结合实际案例阐述了监测系统在有效管控固定污染源的排放、减少环保事件方面的作用,有效提升了企业污染源连续监控的管理水平.关键词:监测诊断;分析仪表;固定污染源;数据治理中图分类号:T P D O I:/j c n k i d g j s A p p l i c a t i o no fO n L i n eA n a l y t i c a l I n s t r u m e n t I n t e l l i g e n tM o n i t o r i n ga n dD i a g n o s i sS y s t e mi nP e t r o c h e m i c a lE n t e r p r i s e sZ HOUL i x i a(Y u e y a n gC L P E CE l e c t r o m e c h a n i l c a lE n g i n e e r i n g&T e c h n o l o g yC o,L t d,Y u e y a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n to f f i x e dp o l l u t i o ns o u r c e s i sa n i m p o r t a n t i s s u e f a c e db yp e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e s T h e f i x e dp o l l u t i o ns o u r c em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n tn e e d sw e r ea n a l y z e d As e to fo n l i n ea n a l y s i s i n s t r u m e n ti n t e l l i g e n tm o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i s s y s t e mw a sd e s i g n e d,w h i c hs p e c i f i c a l l ys o l v e d t h ed i f f i c u l t i e s o f f i x e dp o l l u t i o ns o u r c ee m i s s i o nm o n i t o r i n gm a n a g e m e n t a n do n l i n e a n a l y s i s i n s t r u m e n t e q u i p m e n tm a n a g e m e n t A c c o r d i n g t o t h em o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n t r e q u i r e m e n t so f f i x e dp o l l u t i o ns o u r c e s,t h ea p p l i c a t i o ns t r a t e g yw a sp r o p o s e d C o m b i n e dw i t ha c t u a l c a s e s,t h er o l eo fm o n i t o r i n gs y s t e mi ne f f e c t i v e l yc o n t r o l l i n g t h ed i s c h a r g eo f f i x e dp o l l u t i o ns o u r c e s a n dr e d u c i n ge n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n i n c i d e n t s i s e x p o u n d e d i n t h i sp a p e r,a n d t h em a n a g e m e n t l e v e l o f c o n t i n u o u sm o n i t o r i n go f p o l l u t i o ns o u r c e so fe n t e r p r i s e s i se f f e c t i v e l y i m p r o v e d K e yw o r d s:m o n i t o r i n ga n dd i a g n o s i s;a n a l y t i c a l i n s t r u m e n t s;f i x e dp o l l u t i o ns o u r c e s;d a t a t r e a t m e n t收稿日期:作者简介:周丽霞(),从事研发中心技术研发工作.引言随着科学技术发展及先进技术的应用,我国石油化工行业规模实力也在不断增强,但不可忽视的是,环境污染也日益严重.环境污染不仅威胁人类的健康、影响天气和气候,还会危及植物及其他生物的生存,破坏生态平衡,因此石化工厂工业大气、污水等固定污染源的排放管理成为迫切需求.国家环保局及中石化颁布了固定污染源在线监测达标排放、固定污染源排放连续监测技术规范等一系列管理规定,来规范固定污染源的排放.环境监测是至关重要的环节,为了便于连续实时监测污染源的排放,解决在线分析仪表设备管理难点,提升固定污染源监控管理水平,应用互联网、大数据、云平台、G/G等先进技术搭建一套在线分析仪表智能监测诊断系统,经过数据运算分析、构建故障库模型、设置阈值预警、增加动态信息等功能,实现了固定污染源排放连续监测,以及在线分析仪表健康诊断、高效运维和科学管理.在线分析仪表智能监测诊断系统 系统简介在线分析仪表智能监测诊断系统专门解决固定污染源排放监测管理及在线分析仪表设备管理难点,以在线分析仪表、通信网关、服务器及互联网络为基本载体,针对分析仪表的实时数据采集和状态监控搭建的基础新服务平台,以数据驱动设备预防性维修为核心,助力污染源达标排放,确保污染物监测数据实时发送至环保局监控平台,便于政府监管部门实时了解污染物排放情况,提升了环保国控及内控固定污染源连续监测管理水平,同时提升了在线分析仪表设备管理水平.系统将采集的在线分析仪表运行状态和实时测量数据进行存储、共享、分析等处理,结合运维记录及经验构建各类分析仪表故障模型、智能诊断算法模型、寿命模型、机器视觉识别算法,实现分析仪表的智能预警、智能诊断及备件寿命管理.该平台配置W e b服务器,用户可通过W e b浏览器访问系统,也可通过手机A p p随时随地访问系统,提供直电力设备电工技术 观、便捷、高效的用户体验.该平台可以独立运行,也可以与石化工厂的其他应用平台“互写互读互认”.系统架构在线分析仪表智能监测诊断系统基于大数据平台架构设计,可实现海量数据的接入、处理与数据共享,通过该系统实现在线分析仪表的状态实时监测、异常报警、故障诊断、设备健康状态评价,可通过智能诊断模型对数据进行处理,实现异常设备的智能报警、智能诊断、寿命预测等,设备管理人员针对异常数据结合异常建议进行诊断,对异常的部位、异常严重程度、状态发展趋势进行分析,智能分析与人工诊断相结合,实现分析仪表的智能化、数字化管理.在线分析仪表智能监测诊断系统采用基于物联网的三层架构设计,构建感知层、网络层、应用层,形成在线分析仪表智能运维管理解决方案.感知层是系统应用和发展的基础,由石化行业装置现场的在线分析仪表、环境监测设备、无线防爆摄像头构成,应用自动监测技术实时采集S O排放值、N Ox排放值、烟尘排放值、氧气排放值、烟气温度、烟气压力、烟 气 流 速、烟 气 湿 度、C O D、p H、污水流量等,在线分析仪表运行状态和测量数据及小屋环境情况,实现数据的感知和采集;网络层为信号传输桥梁,分析仪表的通信接口与环保数采仪或智能网关组网,经污染物在线监控(监测)系统数据传输标准(H J )通信协议转换、数据缓存、断点续传等处理,然后通过T C P/I P协议的以太网(或无线公网)上传数据至云服务器,各监测因子值以实时数据、十分钟数据、小时数据、日数据的形式展示,S O、N Ox、烟尘等在数采仪内部经换算转换为折算值,满足环保监管要求,数采仪还具备数据自动补传功能;应用层为基于物联网的云服务层,接收感知层通过网络层上报的数据,并针对数据进行存储、分析处理与挖掘,实现在线监测、态势感知、报表管理以及对零值、恒定值、负值等不合理数据及超标数据等进行异常预警等功能,系统可自动生成报警列表、故障列表、小时均值统计、运维周报等报表,形成有效传输率、污染物合格率、报警看板、故障案例看板、设备评价等,为管理层制定预防维护计划、检修计划、采购计划等提供决策依据.通过云服务架构的软件系统,设备主管部门、检维修公司工程师等多种角色均可通过个人计算机、手机A p p等方式访问在线分析仪表智能监测诊断系统;设置智能诊断模块及报警管理模块,针对报警信息,自动给出诊断结论及检维修建议,并可通过平台或微信发出告警信息.该平台可应用至各行业的污染物排放监测系统,为社会服务.在线分析仪表智能监测诊断系统架构如图所示.在线分析仪表智能监测诊断系统的应用 应用实施该系统于 年 月开始在某炼化公司应用,实现图在线分析仪表智能监测诊断系统架构图了 个国控环保固定污染源、个厂区内控环保固定污染源,共 个固定污染源排放点的实时监控,以及在线分析仪表健康状态实时监测和集中管理.接入系统的在线分析仪表涉及西门子、西克紫外、赛默飞、AME T E K等烟气分析仪表,杭州谱育科技、全世科技等V O C分析仪表,哈希、武汉天罡、岛津、九江中科、EH等水质分析仪表.应用策略 按权限实时监测固定污染源数据实时监控污染源监测因子排放量、在线分析仪表运行状态、运行环境等,分区域、角色、操作权限、设备等级等查看监测数据,实现了数据实时监控,保护了数据安全,对数据进行量化分析和趋势对比,做到设备隐患和缺陷早发现,实现对设备运维的预测、预判和预防.智能诊断及预警对测量及运行状态数据触发智能预警及手机短信推送.用户可自定义报警阈值、报警死区、报警等级,设定触发规则、自定义报警算法等.根据故障的严重等级及设备的重要程度,划分报警优先级,确保最关键的报警被最优先处理.系统能够自动发送报警到现场工程师处,帮助现场工程师高效准确地处理设备异常情况.根据时间、区域、设备、报警类型、事件状态等条件查询报警日志等详细信息.快速有效制定工艺操作策略实时监测固定污染源排放数据,根据报警等级设置不同报警阈值,自动发送超标报警短信至设备管理人员及运维人员,根据系统数据诊断超标根源,建议工艺调整操作,及时快速调整生产,有效控制污染物的超标排放.实时监测设备运行状态,实现预测性运维实时监测设备运行状态数据,结合智能预警、设备属性、运维经验制定运维对策及检维修建议,提前安排预测性维护计划;通过数据积累与分析形成的智能诊断模型,优化专业性管理策略,健全P D C A闭环管理.电工技术电力设备 实时监测网络状况,确保有效传输率应用系统通信状态监测模块功能,实时监测数采仪及在线分析仪表的通信状态,根据通信异常及掉线预警,及时处理通信异常情况,确保数采仪实时在线.数采仪具备自动补传数据功能,通信恢复后自动补传异常期间的数据,确保有效传输率为 .态势分析应用历史趋势模块,构建污染源数据及在线分析仪表运行参数等曲线,实时对显示的历史数据和实时数据趋势进行分析,预判故障发展趋势,及时安排预测性运维.统计分析结合数据块,动态组合,生成报警、固定污染源排放监测合格率、传输率、在线分析仪表设备评价等管理看板,直观了解环保管理水平及分析仪运行状态.按设置时间自动生成小时均值报表、运维报表等生产及设备管理所需统计报表.智能安防在线分析小屋安装的智能摄像头可实时监测小屋内在线分析仪表运行状态及小屋内环境状况,满足H J 、H J 、H J 等规范要求.应用案例()案例一:炼油一部焦化加热炉F S O浓度高高报预警处理.年月 日时 分 秒炼油一部焦化加热炉F S O实时浓度高高报预警,查看历史趋势发现S O实时值呈上升趋势,氧含量为 (如图所示),呈下降趋势,同时N Ox实时值也呈下降趋势,诊断为氧量低造成燃烧不充分,建议立即工艺调整氧含量.随着氧含量的逐渐升高,S O实时值浓度降低、N Ox实时值浓度升高,至时 分,氧含量为 ,S O、N Ox实时值值恢复正常(如图所示),避免了一起环保超标事件.图炼油一部焦化加热炉F S O浓度高高报预警图炼油一部焦化加热炉F S O浓度达标()案例二:炼油一部、炼油二部多个排口S O超标处理.年月 日 时炼油一部、炼油二部多个排口S O实时值同时升高(如图所示),若不及时控制,恐造成S O小时均值超标,导致环保通报事件,运维工程师及时分析各排口S O实时值同时升高原因,并建议调整脱硫工艺操作,于 时 分开始陆续恢复正常(如图所示),快速有效控制,时S O小时均值达标.(a)加热炉F (b)热载体炉F (c)渣油加氢加热炉F (d)热载体炉F 图S O值高报预警()案例三:炼油二部重整热载体炉F 通信异常故障处理.电力设备电工技术(a)加热炉F (b)渣油加氢加热炉F (c)加热体炉F (d)热载体炉F 图S O值下降,逐渐恢复正常 年月 日 时 分炼油二部重整热载体炉F 烟气通信异常告警(如图所示),运维工程师立即安排技术人员检查数采仪情况,于 时 分 秒恢复通信,数采仪补传数据成功(如图所示),解决国控在线分析仪表掉线后知问题,有效保障数据传输率.图数采仪 时 分掉线图数采仪 时 分恢复通信()案 例 四:炼 油 一 部 焦 化F 烟 气 流 速 仪 故 障处理.年 月日时分至 年 月日 时分期间炼油一部焦化F 烟气流速波动及且多次归零,结合系统其他参数态势分析,诊断为流速仪故障.安排运维人员对流速仪回零检查,校准流速零点,检查反吹风压力,反吹皮托管,检查差分器运行情况,拔出皮托管校零,发现皮托管里面带液,处理后仪表指示正常,烟气流速仪于 年 月日 时恢复正常(如图所示),诊断结论与实际情况一致.图烟气流速显示趋势()案例五:炼油二部重整F /F 烟尘超标处理.年 月 日 时 分炼油二部重整F /F S O、N Ox、烟尘实时折算值超标预警(如图、图 所示),运维工程师检查在线分析仪表运行情况的同时,工艺人员排查工艺原因,最后确定为瓦斯帯液,工艺调整后于 时 分恢复正常,未造成小时超标报警,避免了一起环保事件.(a)热载体炉F (b)热载体炉F 图S O、N Ox、烟尘实时折算值超标预警()案例六:炼油二部 万渣油加氢F 设备故障引起超标预警处理.电工技术电力设备(a)热载体炉F (b)热载体炉F 图 S O、N Ox、烟尘实时折算值达标 年 月 日时 分炼油二部 万渣油加氢F S O、N Ox、烟尘实时折算值超标预警,时 分S O高高报超标预警(如图 所示).经系统诊断氧含量高,最高达 ,诊断为红外气体分析仪表故障,立即安排技术人员检查红外气体分析仪表,确定为蠕动泵接头漏气,处理好后于时 分恢复正常(如图 所示).时S O小时折算均值超标,若未及时发现故障,分析仪表故障未排除,将造成更长时间的小时均值超标.图 F 监测因子超标预警图 F 监测因子达标 应用效果在线分析仪表智能运维监测诊断系统实施应用效果理想,满足预期目标.提升固定污染源排放监测管理水平该项目的实施对固定污染源排放进行集中监测管理,实时监测设备的通信状态,保证数据的传输率.实时监测各因子的实时值、十分钟值、小时值、日均值,进行数据治理、预警推送,助力保障污染物的合格率.实现在线监测系统 h在线实时监测,系统的投运率达到运行时间 以上,有效数据传输率为 ;完好率 (如图 所示).定制化开发统计报表,满足环保管理要求.图 国控固定污染源排放合格率及有效传输率该项目的实施提升固定污染源在线监测管理水平,有效管控固定污染源的排放,减少环保事件,保护生态环境,积极响应“碳达峰、碳中和”政策号召.提升在线分析仪表设备管理水平该项目的实施实现分散在线分析仪表的集中实时监测,为预知预防性检维修提供数据支撑,提高在线分析仪表运行的可靠性、平稳性、价值性,从 年 月应用至今的统计结果来看,运行率与准确率均达标,同时节约设备修理费约为 万元.在保障运维精度的基础上,实现了远程巡检与现场定时巡检的结合,减小了 劳动强度,节约了人工成本,减少巡检人员人,节约人工成本约 万元.该项目的实施实现了移动预警推送,对设备出现的故障、变化规律进行分析判断,提前告知维护人员进行预防性保养维护,减小人员主观判断对故障诊断的影响,提高管理效率.结语在线分析仪表智能运维监测诊断系统充分利用物联网、G互联网、大数据及云平台技术,实现了固定污染源排放集中监测管理、设备管理、设备接入与数据采集、数据存储、数据治理、数据计算与处理、数据可视化,提升固定污染源排放连续在线监测管理水平,有效管控固定污染源的排放,减少环保事件,保护生态环境,配合环保监管部门的管理要求.同时该系统提升智能运维和监测诊断技术水平,技术先进,作为设备完整性管理平台的配套系统延伸,提高了在线分析仪表预知预防性、智能化管理,提升了在线分析数据的可信度和价值性,助力企业精细化发展.参考文献H J 污染物在线监控(监测)系统数据传输标准S电力设备电工技术