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《環(huán)境科技》2014年第三期

1對(duì)有害氣體預(yù)警監(jiān)測(cè)的重要性

化工園區(qū)存在2大環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，累積型風(fēng)險(xiǎn)：無(wú)組織排放（偷排漏排、跑冒滴漏）；突發(fā)型風(fēng)險(xiǎn)：環(huán)境事故（爆炸起火、集中泄露），這些風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致了突發(fā)事故救援難度較大。主要表現(xiàn)為:①填補(bǔ)泄漏口難度大，通常泄漏口的大小和形狀都是不規(guī)則的，加上有時(shí)受到惡劣環(huán)境的影響，在進(jìn)行填補(bǔ)泄漏口時(shí)處理起來(lái)比較困難;②化學(xué)消除有害氣體技術(shù)難以實(shí)施,一旦發(fā)生泄漏將會(huì)到處擴(kuò)散，嚴(yán)重影響到周?chē)藛T和救援人員的身體健康；③給救險(xiǎn)人員帶來(lái)不便，救險(xiǎn)人員必須穿戴個(gè)體防護(hù)措施，給行動(dòng)帶來(lái)了不便，減緩了事故處理時(shí)間。若操作不當(dāng)，也會(huì)引起中毒事故。環(huán)境預(yù)警監(jiān)測(cè)就是對(duì)環(huán)境要素進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測(cè)與分析，預(yù)測(cè)可能發(fā)生環(huán)境污染事故或生態(tài)破壞事件的監(jiān)測(cè)活動(dòng)[4]，因此，在化工園區(qū)中對(duì)有害氣體的預(yù)警監(jiān)測(cè)已經(jīng)成了不可或缺的項(xiàng)目。

2化工園區(qū)預(yù)警監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀分析

我國(guó)目前對(duì)化工園區(qū)有害氣體預(yù)警監(jiān)測(cè)的能力比較落后，主要由于監(jiān)測(cè)設(shè)備匱乏、監(jiān)測(cè)技術(shù)儲(chǔ)備不足、無(wú)法連續(xù)實(shí)時(shí)地對(duì)重點(diǎn)區(qū)域的有害氣體泄漏進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)。而通常對(duì)氣體監(jiān)測(cè)有2種做法：便攜式儀器巡檢和安裝固定式檢測(cè)儀，這2種方法都屬于接觸式監(jiān)測(cè)，其中前者需要監(jiān)測(cè)人員攜帶便攜式監(jiān)測(cè)儀器或采樣設(shè)備進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，這時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中往往存在著巨大的中毒風(fēng)險(xiǎn)，該方法能夠?qū)崟r(shí)，但不能連續(xù)監(jiān)測(cè)，所以，該方法一般用于應(yīng)急監(jiān)測(cè)或環(huán)境執(zhí)法部門(mén)的監(jiān)督監(jiān)測(cè)，不適合預(yù)警監(jiān)測(cè)。而傳統(tǒng)的安裝固定檢測(cè)儀，一般在監(jiān)測(cè)預(yù)警區(qū)域內(nèi)設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，對(duì)環(huán)境要素進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，但每個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)范圍受到限制，一般安裝位置都是根據(jù)泄漏源的位置分布情況、依據(jù)規(guī)范確定，再根據(jù)出現(xiàn)有害氣體頻率高低以及人員作業(yè)活動(dòng)頻繁程度來(lái)確定安裝的位置，對(duì)于較大的監(jiān)測(cè)區(qū)域需設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，增加了投入。上述方法只能對(duì)目標(biāo)附近小區(qū)域有害氣體濃度進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)。因此，這種方法只適合于點(diǎn)源的預(yù)警監(jiān)測(cè)（如對(duì)某個(gè)裝置、儲(chǔ)罐進(jìn)行預(yù)警監(jiān)測(cè)），不適合于線源、面源的預(yù)警監(jiān)測(cè)（如不適合危險(xiǎn)化學(xué)品管道、園區(qū)的預(yù)警監(jiān)測(cè)），而現(xiàn)代移動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)為線源、面源的預(yù)警監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)新的方案。

3現(xiàn)有移動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的比較分析

現(xiàn)代移動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是以現(xiàn)代環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)為支撐，選擇其中精度高、適合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)儀器便于攜帶、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求不高的方法，目前，常用技術(shù)有氣相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用法和光譜分析法，這3種技術(shù)的比較見(jiàn)表1。上述3種分析儀是目前應(yīng)用最為廣泛的化工園區(qū)有害氣體預(yù)警監(jiān)測(cè)儀器。比較起來(lái)，這3類儀器從檢測(cè)組分、檢測(cè)下限、動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)來(lái)看各有上下，都可以用來(lái)滿足化工園區(qū)有毒有害類、惡臭類等多組分污染氣體的監(jiān)測(cè)需求。

3.1氣相色譜技術(shù)（GC）和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)（GC—MS）特點(diǎn)分析氣相色譜法是以氣體為流動(dòng)相對(duì)混合物組分進(jìn)行分離分析的色譜分析法。根據(jù)固定相不同，氣相色譜法可分為氣-固色譜和氣-液色譜；氣-固色譜的固定相是固體吸附劑顆粒；氣-液色譜的固定相是表面涂有固定液的擔(dān)體。氣相色譜法具有高效、靈敏、快速、能同時(shí)分離分析多種組分、樣品用量少等特點(diǎn)，在環(huán)境有機(jī)污染物的分析中得到廣泛的應(yīng)用，如苯、二甲苯、多環(huán)芳烴、酚類、農(nóng)藥等。質(zhì)譜法是通過(guò)對(duì)樣品離子的質(zhì)量和強(qiáng)度的測(cè)定，進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)分析的一種分析方法。氣質(zhì)聯(lián)用在工作狀態(tài)上均為氣相動(dòng)態(tài)分析，除了工作氣壓之外，色譜的每一特征都能和質(zhì)譜相匹配，且都具有靈敏度高、樣品用量少的共同特點(diǎn)但是氣相色譜法和氣質(zhì)聯(lián)用法屬于接觸式的檢測(cè)，盡管監(jiān)測(cè)精度比較高，但檢測(cè)儀只有當(dāng)接觸到的有害氣體濃度達(dá)到一定程度后才開(kāi)始顯示并報(bào)警，因此，只能監(jiān)測(cè)儀器所處位置的有害氣體濃度，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測(cè);另外，目前有害氣體監(jiān)測(cè)傳感器一般采用電化學(xué)傳感器或紫外差分吸收光譜氣體傳感器，這些氣體傳感器需要進(jìn)行定期的維護(hù)、保養(yǎng)，需要投入大量的人力物力。

3.2紅外光譜技術(shù)特點(diǎn)分析大氣氣體組分的測(cè)量分析中，紅外光譜法是應(yīng)用最為廣泛的方法之一。因?yàn)榇髿庵薪^大多數(shù)氣體都是紅外活性氣體，都具有吸收和發(fā)射紅外特征光譜的能力，通過(guò)對(duì)這些特征譜的測(cè)量和分析，可以獲得大氣成分的濃度及其時(shí)空變化信息。傅里葉變換紅外光譜技術(shù)采用Michelson干涉儀將接受到的紅外光分為兩束后造成一定光程差再使之復(fù)合以產(chǎn)生干涉，所得到的干涉圖函數(shù)即包含了光源的全部頻率和強(qiáng)度信息，用計(jì)算機(jī)將干涉圖函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換就可以計(jì)算出紅外光源的強(qiáng)度按波長(zhǎng)的分布。該技術(shù)有如下幾個(gè)特點(diǎn)：可測(cè)量譜帶寬及多種氣體；光譜分辨率高，定性定量分析準(zhǔn)確；信噪比高，檢測(cè)下限更低；掃描速度快，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間快。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：①突破了多點(diǎn)定標(biāo)、多譜段擬合算法核心技術(shù)，解決了不同氣體光譜之間的交叉干擾問(wèn)題，使得儀器即使是在污染氣體組分復(fù)雜的環(huán)境中也能做到良好的定性和定量分析；②突破了長(zhǎng)光程多次反射測(cè)量池技術(shù)工藝，測(cè)量光程從10m至64m可選，適用于化工園區(qū)巡檢與溯源、預(yù)警的最佳測(cè)量光程應(yīng)為32m或64m。保證了檢測(cè)靈敏度得到極大提升。目前GAS-MET便攜式測(cè)量光程為9.8m；③擁有超過(guò)300種特征污染物光譜庫(kù)。下面簡(jiǎn)要介紹了幾種常見(jiàn)的有害氣體參數(shù)，見(jiàn)表2。針對(duì)化工園區(qū)多組份氣體檢測(cè)需求，采用2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)滿足多組份高靈敏度檢測(cè)：①采用MCT檢測(cè)器，液氮制冷，檢測(cè)溫度為-196℃，信噪比高。保證了檢測(cè)靈敏度；②采用1cm-1的光譜儀分辨率，保證了多組份定性定量分析測(cè)量。其中，MCT檢測(cè)器性能特點(diǎn)見(jiàn)表3。它能同時(shí)測(cè)量10～20種以上氣體組分；可進(jìn)行監(jiān)測(cè)的氣體成分多達(dá)300多種；可實(shí)時(shí)、連續(xù)、自動(dòng)長(zhǎng)期運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守監(jiān)測(cè)；樣品不需要提前進(jìn)行預(yù)處理；多種光程長(zhǎng)度和容積氣體吸收池配置選擇滿足多種應(yīng)用場(chǎng)合監(jiān)測(cè)需求。FTIR分析儀不僅可以監(jiān)測(cè)有機(jī)物，還可以監(jiān)測(cè)無(wú)機(jī)物，屬于非接觸式、在線監(jiān)測(cè)，一方面避免采樣帶來(lái)的人為干擾，另一方面計(jì)算得到的是測(cè)量光程內(nèi)的平均濃度，直接反映目標(biāo)區(qū)域的污染信息，適應(yīng)工業(yè)園區(qū)污染監(jiān)測(cè)的需要，能滿足化工園區(qū)巡檢、預(yù)警監(jiān)測(cè)所要求的響應(yīng)時(shí)間短、使用操作方便、運(yùn)營(yíng)成本低等要求，因此，F(xiàn)TIR分析技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

4車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.1車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究目前，園區(qū)需要一種機(jī)動(dòng)靈活,反應(yīng)迅速,集連續(xù)監(jiān)測(cè)、爆炸危險(xiǎn)性判別及災(zāi)害預(yù)測(cè)于一體的預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng),即有害氣體車(chē)載預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。利用車(chē)載系統(tǒng)，可以在監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)營(yíng)造一個(gè)的相對(duì)獨(dú)立的監(jiān)測(cè)環(huán)境，并可以提供電源，因此，目前，車(chē)載系統(tǒng)一般都配備GC、GC-MS等分析儀器，而在車(chē)載系統(tǒng)中如果配置FTIR分析儀，就不需要直接接觸有害物質(zhì)，通過(guò)傳感器探測(cè)并獲取目標(biāo)信息，使用通訊技術(shù)傳輸采集來(lái)的信息再加以分析，來(lái)判斷目標(biāo)物體的屬性以及其分布等特征。整個(gè)系統(tǒng)包括核心監(jiān)測(cè)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)、信息化應(yīng)用平臺(tái)和車(chē)體及輔助設(shè)備4部分。根據(jù)上文分析，核心監(jiān)測(cè)設(shè)備是在車(chē)上搭載MCT檢測(cè)器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、儀器控制、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表、分析圖表、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份、數(shù)據(jù)上傳和已有設(shè)備接入。信息化應(yīng)用平臺(tái)能夠建立風(fēng)險(xiǎn)源動(dòng)態(tài)管理機(jī)制，摸清各類風(fēng)險(xiǎn)源的底數(shù)；能通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)源、環(huán)境質(zhì)量、視頻監(jiān)控建立事前預(yù)警機(jī)制；能及時(shí)響應(yīng)，準(zhǔn)確檢測(cè)，及時(shí)傳輸、模擬分析、輔助決策指揮；能將現(xiàn)場(chǎng)和指揮中心聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行多級(jí)聯(lián)動(dòng)指揮，快速、高效的處置事故。車(chē)體及輔助設(shè)備指的是機(jī)動(dòng)車(chē)上裝有的如GPS導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)和音視頻采集傳輸系統(tǒng)等。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采樣,連續(xù)監(jiān)測(cè),具實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)曲線、趨勢(shì)數(shù)據(jù)查詢、趨勢(shì)曲線顯示等功能,并且能夠進(jìn)行預(yù)警。系統(tǒng)使用先進(jìn)的移動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，確保了數(shù)據(jù)的精確度，可為園區(qū)監(jiān)測(cè)工作提供重要的技術(shù)支撐。

4.2應(yīng)用實(shí)例國(guó)家級(jí)洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)是中國(guó)政府建立的唯一具有保稅優(yōu)惠政策的經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)特區(qū)，也是海南省內(nèi)唯一的國(guó)家級(jí)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)。洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)管理局編制的《洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)總體規(guī)劃》（2004～2020）開(kāi)發(fā)區(qū)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)有油氣化工、石油儲(chǔ)備、漿紙一體化、區(qū)域性國(guó)際物流中心和航運(yùn)中心，從洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)定位可以看出，其項(xiàng)目大部分屬于生產(chǎn)涉及高危的易燃、易爆、有毒、有害物品，針對(duì)洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的特點(diǎn)及突發(fā)性環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)規(guī)劃了環(huán)境的預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)環(huán)境預(yù)警監(jiān)測(cè)的需要，在洋浦經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)及周邊敏感區(qū)域布設(shè)7個(gè)固定的空氣預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，每個(gè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)配置自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目除環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的常規(guī)指標(biāo)SO2，NO，臭氧，CO，細(xì)顆粒物（PM2.5）外，根據(jù)洋浦產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)增加硫化氫、氨氣和惡臭的特殊監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。當(dāng)固定預(yù)警監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)到空氣質(zhì)量異常時(shí)，表明區(qū)域內(nèi)有存在有害氣體泄漏源，此時(shí)應(yīng)在固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，以確定泄漏源的位置，因此，規(guī)劃配備車(chē)載監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。車(chē)載系統(tǒng)除配置GC，GC-MS的儀器外，還規(guī)劃配置儀器有：①FTIR分析儀，可以實(shí)現(xiàn)360°掃描、全天候監(jiān)控，不僅能從遠(yuǎn)距離對(duì)排放、泄漏的氣體定量監(jiān)測(cè)，而且具有成像、定位功能，可以非常直觀地分析出氣體泄漏的位置、擴(kuò)散范圍、濃度梯度，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)有機(jī)氣體泄漏事故；②開(kāi)路紫外差分吸收光譜氣體監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，重點(diǎn)是對(duì)廠區(qū)周界氯氣，SO2，NOX氣體監(jiān)測(cè)預(yù)警。

5結(jié)論

化工園區(qū)有害氣體車(chē)載預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高、技術(shù)先進(jìn)、運(yùn)移容易、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單、操作方便。當(dāng)事故發(fā)生前，可對(duì)園區(qū)各點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)園區(qū)的有害氣體進(jìn)行分析。它是一種較為理想的預(yù)警監(jiān)測(cè)裝置,能夠在事故發(fā)生前做出預(yù)警，有利于及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)。

作者：王明賢沈彬張先寶劉陽(yáng)生單位：江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站海南環(huán)境科學(xué)研究院