石油化工企业环境安全应急监控和预警管理系统的设计

吕品

(中国昆仑工程有限公司 辽宁分公司， 辽宁 辽阳 111003)

石油化工企业生产规模大、环节多，企业在生产产品的同时会排放出废水和废气污染物等，这些污染物对厂区及周围环境影响较大。近年来，一些石油石化企业相继发生安全生产和环境污染事故，造成了严重的经济损失和环境污染，引起了社会各界的普遍关注。某大型石油化工企业为保护内部及周边环境，有效降低环境安全事故所造成的社会、经济等各种损失，建立了环境安全应急监控和预警管理系统。

1 系统硬件设计

该企业的环境安全应急监控和预警管理系统的硬件由数据采集系统、数据传输系统、环境安全应急监控和预警管理平台组成。该系统结构如图1所示，图1中无线传输的流量计用于测量该企业各分厂排放污水的流量。

1.1 数据采集系统

数据采集系统硬件包括： 1套空气监测站、5套废水监测站和2套废气监测站，以及原有的2套空气监测站、65台固定报警仪、15台无线传输的流量计和33台其他控制系统的现场检测仪表。

空气监测站设置SO2/H2S分析仪，氮氧化物分析仪，甲烷-非甲烷碳氢化合物分析仪，PM2.5和PM10颗粒物监测仪，常规空气监测、气体供应及多种气体校准系统，空气质量监测系统辅助设施，用于检测太阳总辐射、风速、风向、气温、气压、相对湿度的气象传感器，采集空气中SO2，H2S，氮氧化物，非甲烷总烃，PM2.5，PM10等参数，以及相关气象参数的数据采集系统。

废气监测站设置氮氧化物分析仪、热扩散式流量计、采样系统和数据采集系统等，用于采集废气中氮氧化物和废气流量等参数。

图1 环境应急监控和预警管理系统结构示意

废水监测站设置COD在线分析仪、氨氮在线分析仪、水中油在线分析仪、pH在线分析仪、流量计、采样系统和数据采集系统等，用于采集废水中的COD、氨氮、水中油、pH及废水流量等参数。

空气、废气、废水监测站均配套分析小屋，小屋内设置电暖气、空调、风扇、灭火器等设备。当监测站设置在爆炸危险区内时，小屋内的所有电气设备均应满足该区域的防爆等级要求，防爆仪表优先选用隔爆或本安防爆型；当不能选用隔爆或本安防爆的仪表时，可选正压防爆型仪表。废水监测站需要另提供新鲜水并设置排水设施。

固定报警仪采用有毒气体报警仪和可燃气体报警仪，采集空气中的H2S和可燃气体参数。其他控制系统的现场检测仪表采用已有的空气、废气、废水在线分析仪表和事故池的液位计等仪表采集现场参数。

1.2 数据传输系统

数据传输系统的硬件主要包括： 信号分配器、信号转换器、光电转换器、交换机、原有MES网络等。

新建空气、废气、废水监测站的数据利用光电转换器、原有MES交换机、原有MES网络光缆备用芯等上传至监控中心的环境安全应急监控和预警管理平台。原有空气监测站和无线传输的流量计数据利用原有的局域网上传至环境安全应急监控和预警管理平台。

固定报警仪和已引至其他控制系统的现场检测仪表利用“一入两出”信号分配器将信号一分为二： 一路信号引至原有控制系统或报警仪指示报警；另一路信号利用信号转换器、光电转换器、原有MES交换机、原有MES网络光缆备用芯等上传至环境安全应急监控和预警管理平台。

1.3 环境安全应急监控和预警管理平台

环境安全应急监控和预警管理平台硬件主要包括： 数据库服务器、应用服务器、数据传输服务器、工作站、数字KVM、服务器机柜、网络交换机、磁盘阵列、光电转换器和防火墙等。该平台通过上述硬件和软件将环境数据应用于管理平台，实现资料查询、预警预报、管理决策等功能。

2 系统软件设计

2.1 系统软件架构

该系统软件架构按照分层思想设计为采集层、数据层、应用支持层、应用层，架构如图2所示。

采集层数据来源包括在线数据和离线数据。其中，在线数据包括废水、废气、空气、有毒气体、可燃气体数据；离线数据既包括废水、废气、空气等实验室数据，也包括消耗，装置运行情况，三废，工业产值等生产数据。监控设备收集到的各类数据统一由采集层后台业务系统收集并整理汇总，为开展业务应用提供基础支持。

图2 系统软件架构示意

数据层处理和存储大量复杂的检测、远程传输来的信息，主要包括实时数据和业务应用数据。业务应用数据按功能划分为环境污染源数据、气象数据、有毒/可燃气体数据、预警/报警数据、专家库数据、物资数据、事务数据。

应用支持层包括应用支持与综合应用管理和第三方服务。应用支持与综合应用管理包括： 统一用户管理、数据交互引擎、数据报表工具，第三方服务包括： 视频服务、短信和实时数据服务。应用支持层各个子模块对外提供可供访问的接口，对内则通过相应的机制形成一体化的基本服务层，为各应用系统提供各类通用的功能。

应用层由首页、监控系统、报表系统、应急预警系统、专家库和事务助手等功能模块组成。

该系统的整体架构设计有利于对数据进行分析和管理，供有需求的人员进行监控，达到远程监视的目的。通过应急预警程序，结合当地气象等条件，会同该企业各分厂管理人员分析高风险物质突发性事件产生的可能，通过通信工具为应急指挥部门提供快捷和专业的技术支持，并作出应急决策。

2.2 系统软件功能

1)监测设备配置总览。利用图控软件绘制该企业监测设备分布图并显示各监测点的数值。

2)查询功能。以数据库为系统的根本，实现实时测量值监视、实时趋势图监视、历史值监视、历史趋势图查询、系统事件查询、校正查询等功能。

3)报警功能。可设定高、低等多重警报，依不同警报提供不同等级的通知与防范。报警记录应包含事件的开始、结束时间以及事件的说明，并可事件确认及打印。当测点异常的同时，立即显示周边相关测点的实时趋势图。

4)报表功能。可根据设定的时间自动打印，可根据手动筛选的范围及测点进行查寻或打印日报表、周报表、月报表、年报表。可统计测点数据可用率，可记录当月未结案的异常事件，并可依照工厂监测项或监测点作查询。

5)自动预警。自动报警系统可对污染源在线监测数据进行综合分析，判断监测数据异常的原因，预测环境污染事件的发生，并整合附近监测站或监测仪数据，判断是否为单一事件或污染事件。以月、年等宏观指标为度量，统计可能出现污染的概率与不良气候天数，并分析影响环境事件的主要因素，为宏观决策提供辅助支持。对各类环境事件进行统计分析，观察事件多发地点，对发生的各类环境事件进行统计汇总，关注历年环境事件发展趋势、各类环境事件的构成，为决策提供依据。根据预测预警辅助分析结果进行预警分级，事件一旦发生，系统能够自动根据已经配置好的报送流程和事件等级的不同，直接报送到不同的对口机构，同时根据不同的事件等级将信息报送或抄送不同的应急指挥部门。

6)物资管理。物资管理系统可对救援物资按物资性质类别分类，如救生、救治等。可查看空间分布及其信息，使执行过程透明可见。定期对储备物资进行种类、存储数量等自动评估、预警提示，及时补充不足资源。

7)专家库。建立环境专家人才库，逐步充实环境事件应急处理等知识库，为应急响应系统的建立做好充分准备。

8)系统安全管理。系统安全管理包括以下内容：

a)基本管理。依据管理人员职务分配应有的权限；以树状结构展示监测数据，提供直接对监测站数据的设定及维护；根据监测站内的监测数据进行远程数据设定及维护。

b)通信管理。可与数据库服务器进行数据交换；可搜集来自数据记录器上的各项资料；可控制管理监测站内各计算机设备、监测仪器、电器设备的电源开关。

c)数据备份。具有手动/自动备份数据、数据备份异地储存、备份数据查询的功能。

d)系统安全。系统中加入使用认证的模式，登录该系统必须有密码；对使用者的授权应该预设为最低权限政策；数据传输时必须做加密处理，以防数据在传输时被外人撷取，且数据仅能在特定软件或系统中开启。

3 结束语

环境安全应急监控和预警管理系统的建立，可为该企业提供全面实时的环境安全数据，提供数据管理和决策分析，为预警和处理环境突发事件提供及时的数据和方案，为管理环境风险提供有力的技术支持和保障。目前，石油化工行业尚没有关于环境安全应急监控和预警管理系统的相关标准和指南，该系统是根据用户相关要求设计的，且已成功投用，可为国内其他大型石油化工企业的环境预警及安全管理系统的建立提供可借鉴的经验。