قد تجعل انبعاثات المصافي المعقدة، وغازات المداخن القاسية، ومتطلبات الامتثال الصارمة، صيانة أنظمة مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) أمرًا صعبًا. يوفر النظام المصمم بشكل صحيح بيانات انبعاثات موثوقة دون الحاجة إلى استكشاف الأخطاء وإصلاحها باستمرار.
A نظام مراقبة الانبعاث المستمر (CEMS) يقيس نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) ويسجل الملوثات المنبعثة من مصادر ثابتة بشكل مستمر. في مصانع معالجة النفط والغاز، يمكنه رصد ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، وأكاسيد النيتروجين (NOx)، وأول أكسيد الكربون (CO)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والأكسجين (O₂)، وغيرها من الغازات، بالإضافة إلى تتبع تدفق الغازات وظروفها الرئيسية.
مع ذلك، نادراً ما يكون رصد انبعاثات المصافي عمليةً واحدةً تناسب جميع الحالات. فقد ينتج عن سخان العملية، أو الغلاية، أو وحدة التكسير التحفيزي، أو وحدة استخلاص الكبريت، أو الشعلة، تيارات غازية مختلفة تماماً. لذا، يبدأ نظام رصد الانبعاثات المستمر (CEMS) المناسب بتحديد مصدر الانبعاثات، والملوثات المطلوبة، وظروف التشغيل الفعلية.
ما هي الملوثات التي يجب أن يقيسها نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) في مصانع معالجة النفط والغاز؟
تعتمد معايير نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) المطلوبة على مصدر الانبعاثات وظروف التشغيل واللوائح المعمول بها. بالنسبة للعديد من مصادر الاحتراق في المصافي، تُشكل غازات ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، وأكاسيد النيتروجين (NOx)، وأول أكسيد الكربون (CO)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والأكسجين (O₂) مجموعة القياس الأساسية. وقد تتطلب بعض التطبيقات قياس غازات ومعايير تشغيل إضافية.
| معامل | لماذا تتم مراقبته؟ | تطبيق نموذجي في مصافي النفط |
|---|---|---|
| SO₂ | يتتبع الانبعاثات المرتبطة بالكبريت | الغلايات، السخانات، وحدة استخلاص الكبريت |
| أكاسيد النيتروجين | يراقب انبعاثات الاحتراق | سخانات العمليات، والغلايات |
| CO | يشير إلى احتراق غير كامل | الأفران والغلايات |
| ثاني أكسيد الكربون | يدعم مراقبة انبعاثات الكربون | وحدات الاحتراق والمعالجة |
| أوه | يدعم تقييم الاحتراق وتصحيحه | انبعاثات المداخن |
| H₂O | يدعم تصحيح الغاز الرطب/الجاف | أنظمة غازات المداخن |
| التدفق | يساعد في تحديد إجمالي حمولة الانبعاثات | أنظمة المداخن والحرق |
| درجة الحرارة | يدعم تصحيح القياس | مراقبة المكدس |
| الضغط | يدعم حسابات التدفق والانبعاثات | أنظمة المكدس |
ينبغي أن يتوافق تصميم نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) مع مصدر الانبعاثات ومتطلبات المراقبة المعمول بها. قد يتطلب سخان العملية بشكل أساسي مراقبة أكاسيد النيتروجين (NOx) وأول أكسيد الكربون (CO) وثاني أكسيد الكربون (CO₂) والأكسجين (O₂). وقد تركز عملية مرتبطة بالكبريت بشكل أكبر على ثاني أكسيد الكبريت (SO₂). أما التطبيقات الأكثر تعقيدًا فقد تتطلب غازات إضافية مثل حمض الهيدروكلوريك (HCl) وحمض الهيدروفلوريك (HF) والأمونيا (NH₃) وبخار الماء (H₂O).
يُعدّ هذا التمييز مهمًا عند شراء نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS). فبدلًا من السؤال فقط: "كم عدد الغازات التي يمكن لجهاز تحليل الغاز هذا قياسها؟"، ينبغي على المشترين أولًا أن يسألوا: "ما هي الغازات التي يتطلب منا مصدر الانبعاثات هذا قياسها فعليًا؟". وبمجرد تحديد الملوثات المستهدفة، يكمن التحدي التالي في اختيار تقنية نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) التي يمكنها التعامل مع غازات المداخن الساخنة والرطبة والتي قد تكون مُسببة للتآكل في المصفاة.
ما هي تقنيات قياس نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) المناسبة لمحطات معالجة النفط والغاز؟
لا تحتاج محطات معالجة النفط والغاز إلى تقنية قياس واحدة لكل غاز. والنهج الأمثل هو مطابقة مبدأ الكشف مع الملوث المستهدف، ونطاق التركيز، ونوع الغاز، وأداء القياس المطلوب.
| تقنية CEMS | الغازات النموذجية | مفتاح القوة |
|---|---|---|
| NDIR | أول أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكبريت | قياس الغازات المتعددة المستمر |
| الأشعة فوق البنفسجية | SO₂، لا، لا₂ | انتقائية جيدة للغازات النشطة بالأشعة فوق البنفسجية |
| TDLAS | O₂، NH₃، HCl، H₂O | قياس سريع وانتقائي |
| F | غازات متعددة | تحليل واسع متعدد المكونات |
| متوازي المغنطيسية | أوه | قياس الأكسجين المستمر والمستقر |
| الكهروكيميائية | الأكسجين وغازات مختارة | مدمجة واقتصادية |
تُستخدم تقنية الأشعة تحت الحمراء غير المشتتة (NDIR) على نطاق واسع لقياس غازات الاحتراق الرئيسية مثل أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون. بينما تُستخدم تقنية امتصاص الأشعة فوق البنفسجية التفاضلي (UV-DOAS) لقياس ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين، في حين تُستخدم تقنية امتصاص الليزر التفاضلي الزمني (TDLAS) لاستهداف غازات محددة ذات خطوط امتصاص قوية. وتُصبح تقنية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) خيارًا جذابًا عندما يحتاج نظام واحد إلى مراقبة نطاق أوسع من المكونات. وتستخدم شركة ESEGAS هذه التقنيات في حلول أنظمة مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) الخاصة بها وفقًا لنوع الغاز ومتطلبات القياس.
أما بالنسبة للتطبيقات الخاضعة للتنظيم، فينبغي أن يتجاوز اختيار التكنولوجيا مجرد مقارنة مبادئ عمل أجهزة الاستشعار. فقد تحدد اللوائح المعمول بها مواصفات الأداء، وطرق القياس المرجعية، ومتطلبات ضمان الجودة/مراقبة الجودة. فعلى سبيل المثال، تُدرج وكالة حماية البيئة الأمريكية مواصفات أداء منفصلة لأنظمة قياس ثاني أكسيد الكبريت/أكاسيد النيتروجين، والأكسجين/ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، والتدفق، وكبريتيد الهيدروجين، والمركبات العضوية المتطايرة، وأنظمة مراقبة الانبعاثات المستمرة القائمة على تقنية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه.
كيف يتعامل نظام مراقبة الانبعاثات المستمر (CEMS) مع غازات المداخن الساخنة والرطبة والمغبرة في المصافي؟
يُعدّ محلل الغاز جزءًا واحدًا فقط من نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS). في مصفاة النفط، يجب أن ينتقل الغاز أولًا من المدخنة إلى خلية القياس دون فقدان أو تغيير أي من مكوناته المهمة. ويتبع نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة الاستخلاصي النموذجي هذا المسار:
مكدس ← مسبار أخذ العينات المُسخّن ← الترشيح ← خط أخذ العينات المُسخّن ← معالجة الغاز ← محلل الغاز ← جمع البيانات
قد يحتوي غاز المداخن الساخن على بخار الماء ومركبات قابلة للتكثيف. ويساعد استخدام مسبار ساخن وخط عينة ساخن على إبقاء العينة فوق نقطة الندى المناسبة أثناء النقل.
قد يتسبب الغبار في انسداد المرشحات وتقييد تدفق العينات. كما قد تتسبب الرطوبة في التكثف، بينما قد تلوث المركبات المسببة للتآكل أو القابلة للتكثف المكونات اللاحقة. ويمكن لنظام الترشيح ومعالجة الغاز حل هذه المشكلة.
النقطة الأساسية بسيطة: لا يمكن لجهاز تحليل الغاز عالي الجودة تصحيح عينة رديئة. يجب أن يعمل نظام أخذ العينات وجهاز تحليل الغاز كوحدة قياس واحدة، مثل نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS).
ما الذي يميز نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة في مصافي النفط عن نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة الصناعي القياسي؟
غالباً ما يواجه نظام مراقبة الانبعاثات المستمر في المصافي بيئة تشغيل أكثر تعقيداً من مجرد مدخنة احتراق بسيطة. قد تحتوي محطة واحدة على غلايات، وسخانات معالجة، وأفران، ووحدات تكسير التحفيز، وعمليات متعلقة بالكبريت، وشعلات، ينتج كل منها تيار غاز مختلف.
تختلف غازات مداخن المصافي في عدة جوانب: درجة الحرارة، والرطوبة، وتركيب الغاز، وتركيز الملوثات، ومعدل التدفق، والمكونات المسببة للتآكل، ومحتوى الهيدروكربونات. ونتيجةً لذلك، قد لا يناسب نفس تصميم نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) جميع المداخن. فعلى سبيل المثال، قد يركز سخان عملية ما على أكاسيد النيتروجين (NOx)، وأول أكسيد الكربون (CO)، وثاني أكسيد الكربون (CO₂)، والأكسجين (O₂)، بينما قد تتطلب عملية أخرى ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) أو غازات إضافية. وقد تحتاج بعض التطبيقات أيضًا إلى مراقبة الماء (H₂O)، وحمض الهيدروكلوريك (HCl)، وحمض الهيدروفلوريك (HF)، والأمونيا (NH₃)، أو الهيدروكربونات.
لا يقتصر رصد انبعاثات المصافي على القياس مرة واحدة يومياً. يجب أن توفر أنظمة الرصد المستمر لانبعاثات المصافي بيانات مستقرة على مدى فترات تشغيل طويلة، مع مراعاة المعايرة وتدفق العينات وتغيرات درجة الحرارة وعمليات الصيانة.
تُعرّف وكالة حماية البيئة الأمريكية نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) بأنه المعدات الكاملة اللازمة لتحديد تركيز الغاز أو الجسيمات أو معدل انبعاثها، وليس مجرد جهاز تحليل الغازات نفسه. وقد تتطلب اللوائح المعمول بها أيضًا إجراءات أداء وضمان جودة محددة عند استخدام بيانات نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) لأغراض الامتثال.
يُعد هذا التمييز مهمًا عند شراء نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) في المصافي كحل مراقبة متكامل - يشمل محلل الغاز، ونظام أخذ العينات، والمعالجة، والمعايرة، وجمع البيانات، والصيانة - وليس كمحلل غاز مستقل.
بعد وضع تقنية القياس وهيكلية أخذ العينات، تتمثل الخطوة التالية في تصميم نظام مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) حول مصدر الانبعاثات المحدد وظروف التشغيل الخاصة بمصنع معالجة النفط والغاز.
كيف تقوم شركة ESEGAS بتصميم أنظمة مراقبة الانبعاثات المستمرة (CEMS) لمحطات معالجة النفط والغاز؟
A أنظمة مراقبة الانبعاثات في المصفاة ينبغي أن يتناسب مع مصدر الانبعاثات، وليس العكس. لذلك، تبدأ شركة ESEGAS بعملية المصنع، والملوثات المستهدفة، وظروف غازات المداخن، ومتطلبات الرصد المطبقة قبل اختيار محلل الغاز وبنية أخذ العينات.
أولاً، يحدد نظام ESEGAS مصدر الانبعاثات ويحدد ما يحتاج المصنع إلى قياسه.
بعد ذلك، يراجع الفريق متطلبات ثاني أكسيد الكبريت، وأكاسيد النيتروجين، وأول أكسيد الكربون، وثاني أكسيد الكربون، والأكسجين، وبخار الماء، ومعدل التدفق، ودرجة الحرارة، والضغط، والرطوبة. وهذا أمر بالغ الأهمية لأن مواصفات أداء وكالة حماية البيئة الأمريكية تغطي معايير مختلفة لأنظمة مراقبة الانبعاثات المستمرة، بما في ذلك نسب ثاني أكسيد الكبريت إلى أكاسيد النيتروجين، ونسب الأكسجين إلى ثاني أكسيد الكربون، وأول أكسيد الكربون، ومعدل التدفق، وكبريتيد الهيدروجين، والمركبات العضوية المتطايرة، وتطبيقات مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه.
ثم، يختار برنامج ESEGAS مبدأ القياس وفقًا للغاز المستهدف والتطبيق. على سبيل المثال:
| الحاجة إلى القياس | التكنولوجيا المحتملة |
|---|---|
| أول أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكبريت | NDIR |
| SO₂، لا، لا₂ | الأشعة فوق البنفسجية |
| غازات متعددة | F |
| غازات نادرة مختارة | TDLAS |
| أوه | كيميائي كهربائي / مغناطيسي مساير |
يمكن لجهاز LX-4000 CEMS مراقبة SO₂ و NO و NO₂ و O₂ و CO و CO₂ و HCl و HF و H₂O، مع قياس التدفق والضغط ودرجة الحرارة والرطوبة أيضًا.
يُعد هذا النهج متعدد المعايير مفيدًا عندما يكون لدى مصفاة واحدة عدة مصادر انبعاثات ذات متطلبات مراقبة مختلفة.
خاتمة
بالنسبة لمحطات معالجة النفط والغاز، يحوّل نظام مراقبة الانبعاثات المستمر (CEMS) الموثوق قياسات الغاز المستمرة إلى بيانات انبعاثات قابلة للاستخدام. يستطيع النظام مراقبة الملوثات الرئيسية، وتتبع تغيرات ظروف التشغيل، ودعم متطلبات الامتثال المعمول بها. مع ذلك، يعتمد الأداء على النظام بأكمله، وليس على محلل الغاز وحده. يجمع نظام ESEGAS بين وظائف تحليل الغاز، وأخذ العينات، والمعالجة، والمعايرة، والبيانات في تصميمات CEMS مصممة خصيصًا لكل تطبيق.
