炼油厂复杂的排放物、恶劣的烟气以及严苛的合规要求，都使得持续排放监测系统（CEMS）的维护变得困难。设计合理的系统能够提供可靠的排放数据，而无需频繁进行故障排除。
A 连续排放监测系统 (CEMS) 持续监测和记录固定排放源的污染物。在石油和天然气加工厂中，CEMS 可以监测 SO₂、NOx、CO、CO₂、O₂ 和其他气体，同时还能跟踪流量和关键烟气状况。
然而，炼油厂排放监测很少能一成不变。工艺加热器、锅炉、催化裂化装置、硫磺回收装置或火炬都可能产生截然不同的气流。因此，合适的连续排放监测系统（CEMS）应首先考虑排放源、所需污染物以及实际运行条件。
石油和天然气加工厂的连续排放监测系统（CEMS）应该监测哪些污染物？
所需的连续排放监测系统 (CEMS) 参数取决于排放源、工艺条件和适用法规。对于许多炼油厂燃烧源而言，SO₂、NOx、CO、CO₂ 和 O₂ 构成核心测量组。特定应用可能还需要其他气体和工艺参数。
| 参数 | 为什么要监控它？ | 典型的炼油厂应用 |
|---|---|---|
| 二氧化硫 | 追踪与硫相关的排放 | 锅炉、加热器、SRU |
| 氮氧化物 | 监测燃烧排放 | 工艺加热器、锅炉 |
| CO | 表示燃烧不完全 | 熔炉、锅炉 |
| 支持碳排放监测 | 燃烧和工艺单元 | |
| 氧气 | 支持燃烧评估和校正 | 烟囱排放 |
| 水 | 支持干湿气体校正 | 烟气系统 |
| 自动化流程 | 有助于确定总排放负荷 | 烟囱和火炬系统 |
| 温度 | 支持测量校正 | 堆栈监控 |
| 压力 | 支持流量和排放计算 | 堆叠系统 |
CEMS配置应根据排放源和适用的监测要求进行配置。例如，工艺加热器可能主要需要监测NOx、CO、CO₂和O₂。与硫相关的工艺可能更侧重于监测SO₂。更复杂的应用可能需要监测其他气体，例如HCl、HF、NH₃或H₂O。
在选购连续排放监测系统 (CEMS) 时，这种区别至关重要。买家不应只问“这台气体分析仪能测量多少种气体？”，而应首先问“该排放源实际需要我们测量哪些气体？”。一旦确定了目标污染物，下一个挑战就是选择一种能够处理炼油厂高温、潮湿且可能具有腐蚀性的烟气的 CEMS 技术。
哪些CEMS测量技术适用于石油和天然气加工厂？
石油和天然气加工厂并不需要针对每种气体都采用同一种测量技术。更佳的做法是根据目标污染物、浓度范围、气体基质和所需的测量性能来匹配检测原理。
| CEMS技术 | 典型气体 | 关键力量 |
|---|---|---|
| 国家发展报告 | 一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫 | 连续多气体测量 |
| 紫外光吸收光谱 | SO2、NO2、NO2 | 对紫外活性气体具有良好的选择性 |
| TDLAS | O₂、NH₃、HCl、H₂O | 快速且选择性的测量 |
| FTIR | 多种气体 | 广泛的多组分分析 |
| 顺 | 氧气 | 稳定的连续氧气测量 |
| 电化学 | O₂ 和特定气体 | 紧凑经济 |
非分散红外光谱 (NDIR) 广泛用于测量 CO 和 CO₂ 等主要燃烧气体。紫外差分吸收光谱 (UV-DOAS) 可测量 SO₂、NO 和 NO₂，而时域吸收光谱 (TDLAS) 则可针对具有强吸收线的特定气体进行测量。当一个系统需要监测多种组分时，傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 就显得尤为重要。ESEGAS 根据气体类型和测量要求，在其 CEMS 解决方案中应用了这些技术。
然而，对于受监管的应用，技术选择不应仅仅局限于传感器原理的简单比较。适用的法规可能会规定性能规范、参考方法以及质量保证/质量控制要求。例如，美国环保署 (EPA) 就针对 SO₂/NOx、O₂/CO₂、CO、流量、H₂S、VOCs 和基于 FTIR 的 CEMS 分别列出了性能规范。
完整的CEMS如何处理高温、潮湿、多尘的炼油厂烟气？
气体分析仪只是连续排放监测系统 (CEMS) 的一部分。在炼油厂中，气体必须先从烟囱输送到测量单元，且重要成分不能发生任何损失或变化。典型的抽取式 CEMS 遵循以下路径：
烟囱 → 加热采样探头 → 过滤 → 加热采样管线 → 气体调节 → 气体分析仪 → 数据采集
高温烟气中可能含有水蒸气和可凝结化合物。加热探头和加热采样管线有助于在输送过程中保持样品温度高于相应的露点。
灰尘会堵塞过滤器并限制样品流量。水分会导致冷凝，而腐蚀性或可冷凝化合物会污染下游组件。过滤和气体调节系统可以解决这些问题。
关键在于：高质量的气体分析仪无法纠正劣质样品。采样系统和气体分析仪必须作为一个完整的测量链协同工作，例如连续电子监测系统（CEMS）。
炼油厂CEMS与标准工业CEMS有何不同？
炼油厂的连续排放管理系统（CEMS）通常面临比简单的燃烧烟囱更为复杂的运行环境。一个炼油厂可能包含锅炉、工艺加热器、熔炉、催化裂化装置（FCC）、硫磺相关工艺以及火炬，每个装置都会产生不同的气流。
炼油厂烟气在温度、湿度、气体成分、污染物浓度、流量、腐蚀性成分和碳氢化合物含量等方面存在差异。因此，相同的连续排放监测系统 (CEMS) 配置可能并不适用于所有烟囱。例如，某个工艺加热器可能侧重于监测氮氧化物 (NOx)、一氧化碳 (CO)、二氧化碳 (CO₂) 和氧气 (O₂)，而另一个工艺可能需要监测二氧化硫 (SO₂) 或其他气体。某些应用可能还需要监测水 (H₂O)、氯化氢 (HCl)、氢氟酸 (HF)、氨 (NH₃) 或碳氢化合物。
炼油厂排放监测并非每日一次的测量任务。连续排放监测系统（CEMS）必须在长时间运行期间提供稳定的数据，同时还要应对校准、样品流量、温度变化和维护事件等各种情况。
美国环保署（EPA）将连续排放监测系统（CEMS）定义为测定气体或颗粒物浓度或排放率所需的全部设备，而不仅仅是气体分析仪本身。相关法规还可能要求在使用CEMS数据进行合规性评估时，必须遵循特定的性能和质量保证程序。
在选购系统时，这种区别至关重要。炼油厂连续能源管理系统（CEMS）应被视为一套完整的监测解决方案——包括气体分析仪、采样系统、气体调节、校准、数据采集和维护——而不是仅仅被视为一台独立的气体分析仪。
测量技术和采样架构确定后，下一步是根据石油和天然气加工厂的具体排放源和运行条件设计 CEMS。
ESEGAS 如何为石油和天然气加工厂设计 CEMS？
A 炼油厂 CEMS 气体分析仪和采样架构的选择应先考虑排放源，而不是反过来。因此，ESEGAS 在选择气体分析仪和采样架构之前，首先要考虑工厂工艺流程、目标污染物、烟气状况以及适用的监测要求。
首先，ESEGAS 会识别排放源并定义工厂需要测量的内容。
接下来，团队会审查SO₂、NOx、CO、CO₂、O₂、H₂O、流量、温度、压力和湿度要求。这一点至关重要，因为EPA的性能规范涵盖了不同的CEMS参数，包括SO₂/NOx、O₂/CO₂、CO、流量、H₂S、VOCs和FTIR应用。
然后，ESEGAS根据目标气体和应用选择合适的测量原理。例如：
| 测量需求 | 可能的技术 |
|---|---|
| 一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫 | 国家发展报告 |
| SO2、NO2、NO2 | 紫外光吸收光谱 |
| 多种气体 | FTIR |
| 选定的痕量气体 | TDLAS |
| 氧气 | 电化学/顺磁性 |
LX-4000 CEMS 可以监测 SO₂、NO、NO₂、O₂、CO、CO₂、HCl、HF 和 H₂O，同时还可以测量流量、压力、温度和湿度。
当一个炼油厂有多个排放源，且每个排放源的监测要求各不相同时，这种多参数方法非常有用。
结语
对于油气加工厂而言，可靠的连续排放监测系统 (CEMS) 可将连续气体测量数据转化为可用的排放数据。该系统能够监测关键污染物、跟踪工艺条件的变化，并满足相关的合规性要求。然而，系统的性能取决于整个系统，而不仅仅是气体分析仪。ESEGAS 将气体分析、采样、调节、校准和数据处理功能集成到针对特定应用场景的 CEMS 设计中。
如果您的炼油厂需要用于监测 SO₂、NOx、CO、CO₂、O₂ 或其他排放参数的 CEMS，请联系 ESEGAS，讨论适合您排放源的监测架构。
