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CEMS非正常工作状态数据应用分析与探讨

CEMS非正常工作状态数据应用分析与探讨

  • 分类:河北子公司
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  • 来源:
  • 发布时间:2022-11-18
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【概要描述】

CEMS非正常工作状态数据应用分析与探讨

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 CEMS非正常工作状态数据应用分析与探讨

  随着环境管理部门对污染源在线监测及污染治理设施管理精细化和非现场化的开展,推动了一些非现场监管技术手段及工程项目的建设实施,在非现场执法监管工程项目实施中对在线监测数据的应用也提出了一些新的要求,以下结合烟气在线监测设备工作过程、非现场监管中的参数监控及污染治理设施工艺控制等方面对烟气在线监测设备非正常工作状态下数据的应用进行分析和探讨,提出相关建议和参考方案供有关单位参考,便于对在线监测数据的应用。

  1.非正常工作状态

  1.1非正常工作状态是指在线监测设备处于不正常工作状态下产生的数据,其中包括在线监测设备运行的不正常和在线监测管理方面的不正常两个方面,前者侧重于设备,后者侧重于管理和流程。设备的不正常运行状态数据主要包括设备处于维护、校准、反吹和故障情况下产生的监测数据,多数在运行中具有周期性,比如自动手动校准、探头的自动反吹等;部分状态具有突发性,且不可避免,如设备故障时产生的异常数据;设备不正常运行状态数据一般具有可识别的特点,多数在线监测设备可以对维护、校准、反吹及故障信号进行检索和记录,并对期间产生的数据进行工作状态的标记,在对数据分析和应用时可以提供一定的参考和帮助。

  在线监测管理方面的不正常数据主要包括在线监测验收、比对监测质控、污染源停运等情况下产生的数据,多侧重于环境管理部门对在线监测管理和流程方面要求未得到满足时产生的监测数据,此状态下的数据可能是在线监测设备工作正常时产生的数据,也存在在线监测设备工作不正常状态下产生的数据。管理方面的不正常数据往往具有人为的因素、管理制度落实以及生产和环境管理等特点,而且多数数据不具备实时自动标记的特点,一般为人对数据的标记和操作处理,强烈依赖于规则、制度和人的理解和认知。

  1.2环保类技术规范对非正常运行状态数据的要求。HJ75-2017中对烟气在线监测系统校准(C)、维护(M)、故障(D)状态的标记表示方式及标记规则(分钟数据>15min时小时数据标记为相应状态)进行了明确,同时指出对于C、M、D和Md状态,表明系统在本小时内处于非正常工作状态。对于正常(N)、污染源停运(F)、污染源启炉(St)、污染物停炉(Sd)、闷炉(B)和超标(T)状态的标记方式和标记规则(分钟数据>45min时小时数据标记为相应状态)进行了阐述,指出对于N、F、St、Sd、B、T状态,均表明系统在本小时内处于正常工作状态。在数据审核中指出CEMS非正常运行时段(如CEMS 故障期间、维修期间、超HJ75-2017标准要求期限未校准时段、失控时段以及有计划的维护保养、校准等时段)均为 CEMS 数据无效时间段,即数据应为无效数据,对于无效数据应采用修约方式处理,修约只针对排放量不对排放的污染物浓度和烟气参数进行修约。技术规范也未对不正常运行状态下的分钟、小时浓度及烟气参数数据如何处理进行明确。

  HJ75-2017数据审核中指出固定污染源生产状况下,经验收合格的CEMS正常运行时段为CEMS数据有效时间段,即产生的数据为有效数据。其中设置了污染源生产状况、CEMS验收合格、CEMS正常运行三个限制条件,在以上三个条件同时满足的时候监测数据才为有效数据;实际CEMS运行中产生的数据存在污染源停运状态下的数据,其中数据标记为F,应作无效数据处理;CEMS未经验收时产生的数据,以及验收后质控比对校验超出指标要求的数据也应为无效数据,但是该数据属于管理方面形成不正常状态下的无效数据,数据多无法进行标记,无效数据处理也只是对排放量进行修约,分钟和小时浓度和烟气参数数据的处理方式技术规范也未体现。

  2.非正常状态数据处理方式及存在的问题

  2.1已运行的烟气在线监测设备对于非正常工作状态数据的处理方式分为现场端设备数据处理和平台端数据处理两种情况;现场端数据处理主要是对设备非正常运行状态下的数据进行标记,数据处理多采用数据保持的方式,即发生设备非正常运行时,监测数据保持非正常运行前的数据恒值显示、记录和上传,多数是在设备出厂时在程序中设定了数据标记和数据保持,部分可以通过分析仪进行现场设置进行调整。平台端数据处理针对停运时段、未验收时段(尤其是调试)、数据质控超技术指标或者失控数据进行标记和处理的情况,处理后期间的数据不参与相应的报警、数据统计等应用,实施者正在由环境管理部门实施转变为排污单位平台端自行标记,平台自动进行处理的方式。

  2.2现场端设备非正常运行状态数据的处理。CEMS设备运行中存在正常、故障、维护、校准、反吹等状态,除了正常状态,其余状态下CEMS产生的数据均不能反应实际排放监测情况,技术规范中将此类数据归为无效数据。由于CEMS在电力行业应用较为成熟,且电力行业治理设施多实现了自动控制,即治理设施运行中依据CEMS监测数据对治理设施运行参数进行调整,CEMS监测数据的有效性对治理设施非常重要,实施中CEMS监测的实时数据和设备状态传输至DCS进行操作控制,由于CEMS运行中部分状态自动切换,切换后对监测数据影响较大,DCS自动控制中对CEMS监测数据进行线性比例方面的关联设置,如果不同状态下数据变化特别悬殊,DCS对治理设施相关执行机构进行大幅度调整,易造成治理设施运行失控的事故。为了防止自动运行后出现此类事故,CEMS信号(多数是模拟量4-20mA信号)在输出时采用非正常状态下数据保持,通过状态标记位判断设备运行状态,确定原因及治理设施的运行模式(自动控制还是手动控制)。

  鉴于技术规范中未对非正常运行状态下分钟、小时、日、月等数据中浓度及参数数据的处理进行明确,考虑到在线监测数据服务生产治理设施为首要任务,CEMS厂家在数据处理时多采用数据保持,小时数据统计时将所有状态下产生的数据进行统计,对统计后的小时数据依据分钟数据标记状态进行标记,形成了环保监控平台上对校准、反吹、维护等状态下的数据无法进行发现和区分,也造就了一些排污单位或者运维单位利用设备维护、校准等工作屏蔽超标排放的问题。

  2.3平台端非正常运行数据的处理。平台端数据处理主要是通过预置标记状态,使上传的数据标记为无效数据或者不在数据应用中进行使用。早期使用时是排污单位向环境管理报送相关报告,环境管理部门进行标记处理;报告中的内容主要有在线监测设备调试、故障以及手工监测数据进行修约,但是很少有企业对未验收、质控失控时段、比对校验超技术指标时段数据进行报告标记修约处理。随着自动监控设备应用的增多,平台端非正常数据产生量越来越多,管理部门的工作压力增大,同时由于排污单位对自动监控设备运行情况、生产及治理设施运行情况可以第一时间获得,尤其是对验收、质控、比对校验情况比较知情,环境管理部门通过对自动监控平台进行完善,逐步实现了排污单位在平台端对自动监测数据进行标记,系统自动对相应数据进行处理。数据处理主要表现在平台超标异常数据报警、数据有效传输率统计考核、排放量统计以及非现场执法监管等方面的应用。

  2.4现行非正常运行状态数据处理存在的不足。设备非正常运行状态数据保持不利于环境管理部门对在线监测非现场执法的深入开展,数据保持后设备运维时零点、跨度校准数据不容易发现和判断,现场执法时针对填写的校准数据无法进行溯源和核查;数据保持不便于对在线监测运维的管理,尤其是委托第三方运维的场合,运维单位和运维人员处于时间和成本的考虑,校准和质控的频次和方法不能得到保证,数据方面只能通过数据标记才能体现,运维方面存在将设备置于校准状态,而未进行通标校准的情况。平台端数据标记的处理由管理部门标记转变为排污单位自行标记,程序内置处理算法,自动处理相关标记数据的应用,降低工作量和提高效率的同时,不真实标记和预置程序算法不健全或漏洞,对在线监测数据的应用带来一些新的问题,如校准失控数据和比对校验超误差时段平台端数据应标记为无效数据,但是受系统平台内相关数据缺失或平台间数据不能共享等原因,平台端无法自动对失控数据和校验超误差时段数据进行判断、标记和处理,需要人工进行手工录入标记,由于排污单位从自身有利的角度考虑,多数不进行标记,有待于平台数据和功能的健全。

  3.非正常状态数据在环境监管与工艺控制的应用

  3.1鉴于在线监测非正常工作状态数据处理中存在的问题和不足,在疫情人员流动性变差及非现场执法监管的背景下,一些地方已经对在线监测进行了运行状态和参数监控,积累了一些数据和经验,同时也发现数据处理环节存在一些问题;同时在各级执法检查中发现在线监测运维环节存在的数据和运维台账弄虚作假的情形时有发生,第三方运维市场乱象恒生,为进一步规范在线监测运维和提高在线监测数据应用质量,管理部门要求在线监测设备非正常工作状态数据不能保持恒值,应实时上传至环境管理部门平台,便于对相关运维数据的分析、判断和处理。从对在线监测数据管理和应用的角度分析,取消数据保持是为非现场执法监管提供数据支持,但是还应从全面的角度考虑取消数据保持对其他方面带来的影响和排污单位实施的成本。从生产和治理设施控制、排污单位升级改造成本、设备厂家实施难易程度及环境监管四个维度综合考虑,确定经济、可行、有效的实施方案。

  3.2随着治理设施升级改造的实施,在环境管理对治理设施的要求和排污单位为了达到节能减排的背景下,一些治理设施已经实现了在线监测数据和治理设施调整的自动控制,实现自动控制严重依赖监测数据,尤其是维护、故障时的异常数据,自动控制时应予以剔除,防止形成设施运行失控的情况。环境管理为了监管的需要要求取消非正常工作状态的数据保持,排污单位对数据保持取消简单,但是数据取消后多数治理设施需要对治理设施运行程序进行软件或硬件的升级才能实现治理设施的自动控制和稳定运行,管理要求的变化而牵动治理设施的变化,形成排污单位治理设施的改造一直跟不上管理文件的变化,不利于环境保护工作持久稳定的开展。

  3.3随着取消数据保持的实施,取消数据保持后在线监测数据应用环节出现了一些新的问题。主要问题有取消非正常工作状态的数据保持后,CEMS系统将自动校准、反吹和维护状态的数据实时上传至平台,且分钟数据上传周期为1min,在校准和反吹时由于空气进入采样系统,测量污染物数据近零,氧量数据接近21%,分钟数据中污染物折算浓度超标,甚至数据出现成千上万的数据,气态污染物数据在校准、反吹时数据有标记,统计小时数据时可以根据标记位对期间的无效数据进行剔除后计算,折算数据不超标,且与实际排放浓度接近;颗粒物监测设备与气态污染物监测设备是独立的测量单元,气态污染物校准、反吹时,颗粒物监测设备是正常运行状态,数据标记为N,属于有效数据,但是颗粒物折算浓度受气态污染物中氧含量数据影响,气态污染物校准、反吹期间,颗粒物折算浓度数据超标甚至超大,且数据标记位为正常运行,统计后的小时数据、日数据超标,平台产生数据虚假的超标报警,多数自动监控平台数据处理方面的功能尚未健全,同时相关文件也未明确对颗粒物折算数据可以进行非正常工作状态标记,而且该时段颗粒物浓度设备属于正常运行状态,数据保持后数据处理环节的注意要点应予以明确,否则容易引起新的矛盾和问题,不利于各个方面工作的开展。

  4.建议及参考

  4.1对CEMS设备非正常工作状态包括的类型进行健全,内容进行完善;如在线监测设备校准、反吹、维护、巡检、故障、质控等状态,对于设备每个状态触发的条件和时间提出相应的参考,如冷干法CEMS故障触发条件应至少包括探杆/探头/伴热管/冷凝器/NO2转换器温度报警、采样流量报警、预处理系统报警(烟气露点/磷酸滴定等情况)、分析仪报警(光谱能量/电路故障等)。

  4.2非正常工作状态数据的处理时考虑生产、治理和监管多维度的要求。对治理设施采用在线监测数据进行自动控制的场合,CEMS设备向DCS传输的信号采用模拟量的,数据在非正常工作状态可以进行数据保持;数据传输至环境管理平台时数据建议采用数字信号,传输各种参数和状态的实时数据,且非正常工作状态下数据实时输出,便于平台对现场端设备的监管。

  4.3已有现场端设备的升级改造建议:数据不保持后,监测数据根据设备工作状态进行实时标记,气态污染物折算浓度根据工作状态进行标记,无效数据予以剔除,对统计周期内的有效数据进行统计,并标记数据状态,统计周期内数据全部处于无效状态,统计数据不生成;颗粒物浓度实测数据按照设备工作状态进行标记和统计,颗粒物折算浓度按照根据氧测量状态和颗粒物设备工作状态进行标记和统计,数据处理和统计在现场的上位机或数采仪程序内实施,同时监控平台也应具备对数据进行自动标记和处理的功能,便于对现场标记和处理后的数据进行自动审核和判断。

  4.4环境监管数据不保持后的方案和建议:CEMS设备将测量数据、设备工作状态以及测量原始信号、采样环节的各个参数实时传输至环境监管平台,平台按照技术规范、文件和管理要求对数据进行标记、处理、统计和应用,处理统计后的数据传输至数采仪进行现场显示和记录,同时数采仪也接收到的原始数据进行记录,便于查询和分析,防止出现上位机软件内对计算公式进行修改造假的情况,降低数据处理环节发生问题的几率,与排污单位对大量在线监测设备和治理设施进行改造相比,管理部门对监控平台进行升级影响范围相对较小,且实施中标准也便于统一,也可以为以后数据应用扩展打下了基础。

  (来源: 在线大数据分析)

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