Назначение
Система автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу САКВ на объекте ООО «ХайдельбергЦемент Рус» в г. Стерлитамак (далее - система) предназначена для:
- непрерывных автоматических измерений массовых концентраций загрязняющих веществ - оксида углерода (СО), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), диоксида серы (SO2), аммиака (NH3), взвешенных (твердых) частиц (далее - пыли), объемной доли кислорода (О2) и параметров отходящих газов (температура, абсолютное давление, ско-рость/объемный расход, влажность газового потока);
- расчета выбросов, приведения к нормальным (стандартным) условиям (мг/нм3), массовых выбросов (г/с, кг/час) и валовых выбросов (т/год) следующих загрязняющих веществ: оксида углерода (СО), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), оксидов азота (NOx) (в пересчете на NO2), диоксида серы (SO2), аммиака (NH3), пыли;
- непрерывной обработки и анализа поступающей от приборов информации, ее архивирования и систематизирования;
- представления операторам получаемой информации по составу и расходу дымовых газов;
- передачи информации в автоматизированные системы более высокого уровня Заказчика, а также передачи информации о показателях выбросов загрязняющих веществ в государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду;
- формирования статистической отчетности, связанной с выбросами загрязняющих веществ в атмосферу.
Описание
Принцип действия системы основан на следующих методах измерения:
1) всех определяемых компонентов (кроме кислорода) - оптико-абсорбционный;
2) кислорода - электрохимический, основан на применении твердоэлектролитного датчика на основе диоксида циркония;
3) температуры - термоэлектрический;
4) давления - тензорезистивный;
5) скорости потока - ультразвуковой.
Система является стационарной и состоит из трех уровней:
- •нижний уровень: контрольно-измерительные приборы (измерительное оборудование системы) для измерения параметров дымовых газов (температура, давление, скорость, содержание H2O) и измерительные комплексы анализа проб (измерение концентраций загрязняющих веществ, содержание О2, пыли);
- •средний уровень (контроллерный шкаф): система сбора, расчета, обработки и передачи данных (далее - ССОД);
- •верхний уровень: сервер для хранения данных, автоматическое рабочее место эколога (далее - АРМ) для отображения данных с сервера, а также передачи данных в государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
Оборудование нижнего уровня выполняет следующие функции:
• измерение абсолютного давления дымовых газов, кПа;
• измерение температуры дымовых газов, °С;
• измерение скорости дымового газа, м/с;
• измерение массовой концентрации оксида углерода (CO), мг/м3;
• измерение массовой концентрации оксида азота (NO), мг/м3;
• измерение массовой концентрации диоксида азота (NO2), мг/м3;
• измерение массовой концентрации диоксида серы (SO2), мг/м3;
• измерение массовой концентрации аммиака (NH3), мг/м3;
• измерение массовой концентрации пыли, мг/м3;
• измерение объемной доли кислорода (О2), %;
• измерение объемной доли паров воды (H2O), %.
Средний уровень (ССОД) обеспечивает автоматический сбор, диагностику и автоматизированную обработку информации по анализу выходных газов в сечении газохода, а также обеспечивает интерфейс доступа к этой информации и ее предоставление в соответствии с требованиями. На уровне ССОД происходит автоматический пересчет на основе данных, полученных от оборудования нижнего уровня, и вычисление следующих показателей:
• приведенные к «сухому» газу и стандартным условиям значения массовой концентрации NO2, NO, SO2, СО, NH3, мг/нм3;
• фактический (м3/с), пересчитанный на «сухой газ» и приведенный к нормальным
и стандартным условиям расход дымовых газов (нм3/с);
• массовый выброс NO2, NO, SO2, СО, NH3 и пыли в дымовом газе (г/с, кг/час, кг/сутки, кг/месяц);
• валовые выбросы NO2, NO, SO2, СО, NH3 и пыли в дымовом газе (т/год);
• усредненный за 20 минут массовый выброс NO2, NO, SO2, СО, NH3 и пыли в дымовом газе (г/с).
Связь между оборудованием нижнего уровня и ССОД осуществляется по токовому интерфейсу (4 - 20) мА и интерфейсу RS-485 (PROFIBUS). Передача сигналов диагностики осуществляется посредством дискретных сигналов типа «сухой контакт».
Связь между оборудованием верхнего уровня (сервером сбора данных) осуществляется по линии связи Ethernet (TCP/IP).
Сервер сбора и хранения данных и АРМ эколога обеспечивают отображение в реальном времени значений измеряемых и вычисляемых параметров, а также диагностическую информацию на АРМ эколога с возможностью формирования отчетов за произвольно заданный период. Визуализация информации на АРМ предусматривает возможность отображения трендов и графиков.
Передача данных от ССОД среднего уровня по каналам связи на сервер сбора и хранения данных и представление информации (данных) на АРМ осуществляется без искажений передаваемой информации.
Таблица 1 - Состав нижнего уровня системы
| Наименование измерительного канала системы | Наименование измеряемого параметра | Первичный измерительный преобразователь, входящий в состав измерительного канала системы | Регистрационный номер первичного измерительного преобразователя |
| Каналы измерений газовых компонентов | Массовая концентрация газовых компонентов, объемная доля газовых компонентов | Комплекс газоаналитический MCS 200 HW | - |
| Канал измерений температуры дымовых газов | Температура дымовых газов | Преобразователь термоэлектрический SITRANS TS 500 | 61526-15 |
| Канал измерений абсолютного давление дымовых газов | Абсолютное давление дымовых газов | Преобразователь давления измерительный SITRANS P модели DSIII, тип 7MF-4233 | 30883-05 |
| Канал измерений скорости и объемного расхода газового потока | Скорость и объемный расход газового потока | Расходомер-счетчик уль тразвуковой ВЗЛЕТ РГ | 80169-20 |
| Канал параметров пыли | Массовая концентрация пыли Оптическая плот ность | Пылемер СОМ-16.М | - |
Основное газоаналитическое оборудование, контроллерный шкаф (ССОД) и сервер сбора данных располагаются в специализированном обогреваемом и кондиционируемом помещении, АРМ эколога располагается в здании заводоуправления (кабинет эколога). На газоходе монтируются средства измерений нижнего уровня системы с сопутствующим управляющим оборудованием и компоненты системы пробоотбора.
Отобранная проба выбросов поступает по обогреваемой пробоотборной линии в шкаф газоаналитического комплекса с оборудованием газоанализа.
Принцип работы системы основан на получении информации посредством измерения контролируемых параметров с помощью измерительных каналов системы и последующей передаче результатов измерений по связующим компонентам в систему сбора и обработки информации и далее на сервер сбора и хранения данных и АРМ эколога, выполняющими функции сбора, хранения и отображения информации.
В нормальном режиме измерительные каналы производят измерения и передают по токовому интерфейсу (4 - 20) мА и цифровому интерфейсу RS-485 (PROFIBUS) в ССОД измеренное значение, где происходит преобразование измеренных значений параметров отходящего газа в цифровой код и вычисление расчетных параметров.
В случае отказа какого-либо из элементов системы событие отказа фиксируется и сохраняется в списке аварий. Восстановление работоспособности системы производится путем замены отказавших элементов на исправные.
Подробное описание функционирования устройств и составных компонентов системы изложено в технической документации изготовителей конкретных изделий.
Ограничение доступа осуществляется с помощью механических замков.
Заводской номер системы нанесен на паспортную табличку, расположенную с внешней стороны (в правом верхнем углу) шкафа сбора и обработки данных. Нанесение знака поверки на средство измерений не предусмотрено. Пломбирование системы не предусмотрено.
К настоящему типу средств измерений относится система автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу САКВ на объекте ООО «Хайдельбергцемент Рус» в г. Стерлитамак, зав. № 1.
Общий вид оборудования системы представлен на рисунках 1-5.
Рисунок 1 - Общий вид комплекса газоаналитического MCS 200 HW
Рисунок 2 - Общий вид расходомера-счетчика ультразвукового ВЗЛЕТ РГ
Рисунок 3 а) - Общий вид контроллера пылемера СОМ-16.М, смонтированного в металлическом корпусе с системой обогрева
Рисунок 3б) - Общий вид блоков источника и приемника пылемера СОМ-16.М
Рисунок 4 - Общий вид преобразователя термоэлектрического SITRANS TS 500
Рисунок 5 - Общий вид преобразователя давления измерительного SITRANS P модели DSIII, тип 7MF-4233
Программное обеспечение
Программное обеспечение системы состоит из 2-х модулей:
- встроенное программное обеспечение (ПО контроллера);
- автономное программное обеспечение (ПО сервера).
Встроенное программное обеспечение (ПО контроллера) осуществляет следующие функции:
- прием, регистрация данных о параметрах отходящего газа;
- приведение измеренных значений к нормальным условиям (0 °С; 101,325 кПа);
- автоматический расчет массового выброса (г/с) загрязняющих веществ.
Автономное программное обеспечение (ПО сервера) осуществляет функции:
- отображение на экране измеренных мгновенных значений концентрации определяемых компонентов и значений параметров газового потока;
- автоматическое формирование суточного, месячного, квартального и годового отчета на основе 20-ти минутных значений по запросу пользователя;
- архивация (сохранение) вышеуказанных измеренных и расчетных данных;
- визуализация процесса на дисплеях;
- поддержка многопользовательского, многозадачного непрерывного режима работы в реальном времени;
- регистрация и документирование событий, ведение оперативной базы данных параметров режима, обновляемой в темпе процесса;
- контроль состояния значений параметров, формирование предупреждающих и аварийных сигналов;
- дополнительная обработка информации, расчеты, автоматическое формирование отчетов и сохранение их на сервере;
- обмен данными между смежными системами;
- автоматическая самодиагностика состояния технических средств, устройств связи.
Идентификационные данные программного обеспечения приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Идентификационные данные программного обеспечения системы
| Идентификационные данные (признаки) | Значения |
| Встроенное ПО контроллера | Автономное ПО сервера |
| Идентификационное наименование ПО | ПО контроллерного шкафа ССОД САКВ | SIMATIC WinCC Runtime Advanced |
| Номер версии ПО | не ниже 1.01 | не ниже 15.0 |
Уровень защиты ПО системы в соответствии с рекомендацией Р 50.2.077—2014 -«средний».
Технические характеристики
Таблица 3 - Метрологические характеристики газоаналитических каналов системы
| Определяемый компонент | Диапазон измерений1 2 3) массовой концентрации определяемого компонента, мг/м3 (объемной доли, %) | Участок диапазона измерений массовой концентрации определяемого компонента, мг/м3 (объемной доли, %) | Пределы допускаемой погрешности в условиях эксплуатации2), % |
| приведенной1) | относительной |
| Кислород (О2) | от 0 до 21 % | от 0 до 5 % включ. св. 5 % до 21 % | ±10 | ±10 |
| Оксид углерода (СО) | от 0 до 2500 | от 0 до 100 включ. св. 100 до 600 включ. св. 600 до 2500 | ±20 | ±20 ±15 |
| Оксид азота (NO) | от 0 до 2500 | от 0 до 250 включ. св. 250 до 2500 | ±20 | ±20 |
| Диоксид азота (NO2) | от 0 до 400 | от 0 до 75 включ. св. 75 до 400 | ±20 | ±20 |
| Сумма оксидов азота (NOx)4) | от 0 до 2500 | от 0 до 250 включ. св. 250 до 2500 | ±25 | ±25 |
| Диоксид серы (SO2) | от 0 до 1500 | от 0 до 20 включ. св. 20 до 150 включ. св. 150 до 1500 | ± 25 | ±25 ±20 |
| Аммиак (NH3) | от 0 до 200 | от 0 до 50 включ. св. 50 до 200 | ±25 | ±25 |
| Вода (пары) (НО) | от 0 до 30 % | от 0 до 5 % включ. св. 5 % до 30 % | ± 25 | ± 25 |
Таблица 4 - Метрологические характеристики системы для газоаналитических каналов
| Параметр | Значение |
| Предел допускаемой вариации показаний, в долях от предела допускаемой погрешности | 0,5 |
| Пределы допускаемого изменения выходного сигнала за 24 ч непрерывной работы, в долях от предела допускаемой погрешности | ±0,5 |
Таблица 5 - Метрологические характеристики системы по измерительному каналу параметров пыли
| Наименование характеристики | Значение |
| Диапазон измерений массовой концентрации пыли1), мг/м3 | от 0 до 4000 |
| Поддиапазоны измерений массовой концентрации пыли, мг/м3 | от 0 до 50 включ. св. 50 до 4000 |
| Пределы допускаемой основной приведённой погрешности2) измерений массовой концентрации пыли 3) в поддиапазоне от 0 до 50 включ. мг/м3, % | ±25 |
| Пределы допускаемой основной относительной погрешности измерений массовой концентрации пыли3) в поддиапазоне св. 50 до 4000 мг/м3, % | ±20 |
| Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений массовой концентрации пыли от влияния изменения температуры окружающей среды на каждый 1 °С, % | ±1 |
| Диапазон измерений оптической плотности, Б | от 0 до 1,6 |
| Пределы допускаемой основной приведённой погрешности4) измерений оптической плотности, % | ±2 |
| Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений оптической плотности от влияния изменения температуры окружающей среды на каждый 1 °С, % | ±0,1 |
| 1) Для газохода диаметром 1 м (оптическая длина пути 1 м). 2) К верхней границе поддиапазона измерений массовой концентрации пыли. 3) После проведения градуировки на анализируемой среде. 4) К верхней границе диапазона измерений оптической плотности. |
Таблица 6 - Метрологические характеристики для измерительных каналов параметров газового потока в условиях эксплуатации___________________________________________________
| Определяемый параметр | Единицы измерений | Диапазон измерений1) | Пределы допускаемой погрешности |
| Температура дымовых газов | оС | от 0 до +300 | ±2 °С (абс.) |
| Абсолютное давление дымовых газов | кПа | 0 до 120 | ±1,5 % (прив.) 2) |
| Скорость газового потока | м/с | от 0,05 до 40 | ±(0,03+0,03^V3) ) м/с (абс.) |
| Объемный расход дымовых газов 4) | м3/ч | от Smin^Vmin до Smax^Vmax | ±3 % (прив.) |
| 1) Номинальная цена единицы наименьшего разряда измерительных каналов: температуры, давления, скорость, расхода - 0,1 м3/ч. |
| Определяемый параметр | Единицы измерений | Диапазон измерений1) | Пределы допускаемой погрешности |
| 2) Приведенные к верхнему пределу диапазона измерений. 3) V - скорость газового потока, м/с. 4) Расчетное значение с учетом конструкции измерительного сечения газохода и скоро- |
| сти газового потока от 0,05 до 40 м/с, где Smin и Smax - минимальная и максимальная площадь сечения газохода, м2; |
| Vmin и Vmax - минимальная и максимальная скорость газового потока, м/с. |
Технические характеристики
| Параметр | Значение |
| Время прогрева, мин, не более | 40 |
| Предел допускаемого времени установления выходного сигнала (То,9), с | 130 |
| Температура устройства отбора и подготовки пробы (зонд с обогреваемым трубопроводом), °С, не менее | 180 |
| Напряжение питания от сети переменного тока частотой (50±1) Гц, В | от 207 до 253 |
| Габаритные размеры комплекса газоаналитического MCS 200 HW, мм, не более длина ширина высота | 622 806 2212,5 |
| Масса комплекса газоаналитического MCS 200 HW, кг, не более | 350 |
| Потребляемая мощность системы, ВА, не более | 20000 |
| Средняя наработка до отказа, ч | 40000 |
| Средний срок службы, лет, не менее | 15 |
| Условия окружающей среды диапазон температуры, °С диапазон атмосферного давления, кПа относительная влажность (при температуре 35 °С и (или) более низких температурах (без конденсации влаги)), %, не более | от +5 до +35 от 84 до 106,7 98 |
| Условия эксплуатации (оборудования внутри контейнера и пылемера СОМ-16.М): температура окружающего воздуха, оС относительная влажность (без конденсации влаги), %, не более атмосферное давление, кПа | от +5 до +35 95 от 84 до 106,7 |
Знак утверждения типа
нанесен на титульный лист Руководства по эксплуатации типографским методом.
Комплектность
Таблица 8 - Комплектность системы
| Наименование | Обозначение | Количество |
| Система автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу САКВ на объекте ООО «Хайдельбергцемент Рус» в г. Стерлитамак в составе: | - | 1 шт. |
| Комплекс газоаналитический | MCS 200 HW | 1 шт. |
| Преобразователь давления измерительный | SITRANS P модели DSIII, тип 7MF-4233 | 1 шт. |
| Расходомер-счетчик ультразвуковой | ВЗЛЕТ РГ | 1 шт. |
| Пылемер | СОМ-16.М | 1 шт. |
| Шкаф автоматизации ССОД v.Eco “ХЦ Рус” в г. Стерлитамак | ШВСТ.010.001 | 1 шт. |
| Комплект АРМ (с монитором, принтером, клавиатурой и мышью, источником бесперебойного питания, сетевым фильтром) | - | 1 шт. |
| Документация: | | |
| Руководство по эксплуатации | 33-1-02-21.РЭ | 1 экз. |
Сведения о методах измерений
приведены в документе 33-1-02-21.РЭ «Система автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу САКВ на объекте ООО «Хайдельбергцемент Рус» в г. Стерлитамак. Руководство по эксплуатации», раздел 4 «Принцип действия».
Нормативные документы
Приказ Росстандарта от 31 декабря 2020 г. № 2315 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений содержания компонентов в газовых и газоконденсатных средах»;
Приказ Росстандарта от 6 декабря 2019 г. № 2900 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений абсолютного давления в диапазоне 1-10-1 - 1-107 Па»;
Приказ Росстандарта от 25 ноября 2019 г. № 2815 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений скорости воздушного потока»;
Приказ Росстандарта от 30 декабря 2021 г. № 3105 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений дисперсных параметров аэрозолей, взвесей и порошкообразных материалов»;
Приказ Росстандарта от 27 ноября 2018 г. № 2517 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений спектральных, интегральных, редуцированных коэффициентов направленного пропускания, диффузного и зеркального отражения и оптической плотности в диапазоне длин волн 0,2 - 20,0 мкм»;
Приказ Росстандарта от 23 декабря 2022 г. № 3253 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений температуры»;
ГОСТ Р 8.958-2019 ГСИ. Наилучшие доступные технологии. Автоматические измерительные системы для контроля вредных промышленных выбросов. Методы и средства испытаний;
ГОСТ Р 50759-95 Анализаторы газов для контроля промышленных и транспортных выбросов. Общие технические условия.
