莫家駒

梧州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)中心

合成氨清潔生產(chǎn)評估考核系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

莫家駒

梧州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)中心

氮肥制造業(yè)是我國工業(yè)三廢排放的重點行業(yè)。雖然自七八十年代以來我國在氮肥制造業(yè)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)制定和實施方面進(jìn)展順利，污染控制取得了顯著成效，但隨著環(huán)境壓力的增大，傳統(tǒng)末端治理的環(huán)保理念已經(jīng)不能滿足政府、社會和企業(yè)自身對污染控制的需求。清潔生產(chǎn)的治理理念于上世紀(jì)八十年代產(chǎn)生于歐美，它主張從源頭削減污染物的產(chǎn)生，關(guān)注和控制產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的清潔性。它的出現(xiàn)給企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供了有效的解決方案。

合成氨；清潔生產(chǎn)；評估考核；系統(tǒng)設(shè)計

圖1 合成氨清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)

前言

近年來，隨著我國人口總量急劇增加，經(jīng)濟持續(xù)粗放增長，消耗了過多能源和資源的同時排放出大量工業(yè)廢水，導(dǎo)致水資源短缺和污染加重，經(jīng)濟社會發(fā)展和資源、環(huán)境出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。水環(huán)境污染成為經(jīng)濟社會發(fā)展中的重大問題，制約了我國經(jīng)濟社會與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。未來若干年內(nèi)，我國經(jīng)濟將逐步走向可持續(xù)發(fā)展的道路，但是隨著人口總量持續(xù)增加和消費市場的不斷擴大，我國資源和能源的消耗仍將面臨著持續(xù)不斷的增長；環(huán)境保護(hù)和資源、能源開發(fā)工作將繼續(xù)面臨艱巨的挑戰(zhàn)；水資源問題將繼續(xù)成為制約我國社會發(fā)展和生活水平提高的瓶頸。水資源保護(hù)和污染控制將是我國未來環(huán)境保護(hù)工作的重要組成部分。

在我國的氮肥生產(chǎn)企業(yè)因受能源結(jié)構(gòu)的限制，生產(chǎn)原料多以煤為主，因此，在生產(chǎn)工藝中對水資源的消耗和產(chǎn)生的廢水量較大，對水資源環(huán)境帶來較重負(fù)擔(dān)，對企業(yè)治污成本也有很重的負(fù)擔(dān)。而目前單純的采用末端治理的污染控制策略已經(jīng)遇到瓶頸，必須考慮從污染物產(chǎn)生的源頭著手，提高資源的利用率，減少污染物的產(chǎn)生，再輔之以有效的末端治理，才能真正取得經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益的統(tǒng)一，所以引入清潔生產(chǎn)的治理理念逐漸成為該行業(yè)內(nèi)管理者們的共識。

1、合成氨企業(yè)清潔生產(chǎn)

1.1 合成氨工藝流程

合成氨的生產(chǎn)工序主要包括造氣、脫硫、一氧化碳變換、脫碳、精制、壓縮與合成。目前，我國采用的合成氨生產(chǎn)工藝主要有無煙煤固定床間歇氣化制氨、水煤漿加壓氣化制氨、天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化( 連續(xù)加壓) 制氨和天然氣常壓間歇制氨等。

1.2 兩水閉路循環(huán)系統(tǒng)

合成氨企業(yè)的兩水閉路循環(huán)系統(tǒng)包括清循環(huán)系統(tǒng)和濁循環(huán)系統(tǒng)。清循環(huán)系統(tǒng)將合成、壓縮、碳化、變換以及精制等工段排放的設(shè)備間接冷卻水，經(jīng)統(tǒng)一收集后，采用冷卻降溫 + 加藥水至穩(wěn)定 + 過濾處理后循環(huán)利用。濁循環(huán)系統(tǒng)指將造氣、脫硫工段排放的半水煤氣洗滌廢水，采用混凝沉淀 + 過濾 + 冷卻降溫等措施后循環(huán)使用。

合成氨清潔生產(chǎn)示范企業(yè)通過引進(jìn)兩水閉路循環(huán)技術(shù)，這在很大程度上提高了污水回用率、水循環(huán)利用率和氨回收利用率，減少了污染物的排放。

1.3 合成氨清潔生產(chǎn)評估

企業(yè)清潔生產(chǎn)評估考核分為資源與能耗、生產(chǎn)技術(shù)、污染物產(chǎn)生、資源綜合利用和環(huán)境管理等五個子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)又分為若干個子項。這些子系統(tǒng)和子項指標(biāo)的高低將直接反映企業(yè)環(huán)境管理、資源能耗、污染物產(chǎn)生和排放等方面的水平。合成氨清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)如圖1 所示。

圖1 所列的清潔生產(chǎn)指標(biāo)又分為正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)。正向指標(biāo)數(shù)值越大、逆向指標(biāo)數(shù)值越小，就越符合清潔生產(chǎn)要求。在評價指標(biāo)體系中，指標(biāo)的評價基準(zhǔn)值是衡量該項指標(biāo)是否符合清潔生產(chǎn)基本要求的評價標(biāo)準(zhǔn)。本定量化評價指標(biāo)的評價基準(zhǔn)值選取行業(yè)清潔生產(chǎn)的先進(jìn)水平，即對于正向指標(biāo)，評價基準(zhǔn)值采用氮肥行業(yè)能達(dá)到的最大值( 即行業(yè)最優(yōu)值)；對于逆向指標(biāo)，評價基準(zhǔn)值采用氮肥行業(yè)能達(dá)到的最小值( 即行業(yè)最優(yōu)值)。

2、系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 InTouch 系統(tǒng)簡介

InTouch是Wonderware公司工業(yè)自動化集成產(chǎn)品Wonderware Factorysuite的重要組成部分。它在全球眾多橫向和縱向市場得到了廣泛的應(yīng)用。來自全球范圍內(nèi)的眾多技術(shù)嫻熟的工程師在InTouch系統(tǒng)平臺上開發(fā)了針對石油與天然氣、化工、汽車制造、智能交通等眾多應(yīng)用領(lǐng)域的監(jiān)控與集成系統(tǒng)。通過使用InTouch提供的各項功能，開發(fā)工程師們可以方便快捷地創(chuàng)建安全、友好和功能齊全的應(yīng)用程序。InTouch提供的二次開發(fā)技術(shù)使用戶在開發(fā)應(yīng)用程序的過程中可以充分利用Microsoft Windows已有的包括ActiveX控件、OLE、圖形及聯(lián)網(wǎng)等在內(nèi)的各項技術(shù)和功能。除此之外，用戶還可以通過添加自定義的ActiveX控件、向?qū)Аο蠛蛣?chuàng)建InTouch QuickScript等來擴展InTouch的功能。

2.2 監(jiān)控畫面

2.2.1 流程監(jiān)控畫面設(shè)計

設(shè)計流程畫面是為了使相關(guān)人員更清楚的觀看到子單元的信息，包括生產(chǎn)過程的造氣、脫硫、變換、脫碳、精制和氨合成過程等各個子系統(tǒng)。如下圖所示：

2.2.2 趨勢設(shè)計

趨勢曲線用來顯示各監(jiān)測變量的變化趨勢，為相關(guān)人員提供了一種跟蹤工廠污水排放物的直觀顯示。不僅可以看到實時的變化趨勢和相當(dāng)長一段時間的歷史趨勢，而且可以定位顯示時間軸上任意點的值。趨勢顯示主要包括廢水總量、新鮮水用量、氨氮、COD、pH值、總氮、總磷以及能耗指標(biāo)等等。如果工廠檢測設(shè)備提供，還應(yīng)該包括硫化物、氰化物、固體懸浮物等指標(biāo)。

2.2.3 清潔生產(chǎn)評估指標(biāo)

采用基于模糊隸屬度和分層分析法相結(jié)合的方法，對合成氨企業(yè)實施清潔生產(chǎn)評估并將評估結(jié)果動態(tài)顯示畫面上。與以往清潔生產(chǎn)評估不同，本系統(tǒng)對生產(chǎn)過程工況采用在線評估方法，對工藝設(shè)備、資源能耗和環(huán)境管理指標(biāo)等采用周期評估、即時更新相結(jié)合的方法，按設(shè)定的周期，對企業(yè)實施進(jìn)行清潔生產(chǎn)評估及其結(jié)果輸出，若企業(yè)工藝設(shè)備、工況有任何更新，都可以及時在該系統(tǒng)更新。

2.2.4 用戶管理

InTouch提供了一套完備的用戶管理和權(quán)限設(shè)置的機制，只需給每個操作員配置用戶名、口令及訪問級別，然后操作員“登錄”到應(yīng)用程序，然后輸入其用戶名與口令。

也可以設(shè)定應(yīng)用程序安全屬性可選項。InTouch應(yīng)用程序的缺省安全設(shè)置是“無”。不過，通過給應(yīng)用程序應(yīng)用安全性，可以通過鏈接特定的函數(shù)與內(nèi)部標(biāo)記名，而控制允許操作員執(zhí)行的功能。此外，在應(yīng)用程序中建立安全性時，可以創(chuàng)建審查跟蹤線索，將操作員與其登錄到系統(tǒng)后發(fā)生的所有報警、事件聯(lián)系起來。

總之，本文依托 InTouch 監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件數(shù)據(jù)通信協(xié)議支持以及靈活高效的組態(tài)設(shè)計解決方式，提出了一套以清潔生產(chǎn)評估考核為目標(biāo)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案，建立企業(yè)級監(jiān)控考核平臺示范系統(tǒng)，改變了以往單次人工考核模式，為合成氨企業(yè)清潔生產(chǎn)評估考核提供了新的思路和實現(xiàn)方法。

[1]錢伯章.脫碳工藝助合成氨清潔生產(chǎn)[J].大氮肥，2010，03：154.

[2]譚麗超，單正軍，葛峰，汪云崗，徐軍.中國合成氨工業(yè)清潔生產(chǎn)及污染防治管理現(xiàn)狀[J].污染防治技術(shù)，2010，06：25-31.

[3]朱兵，陳洵歡，張文俊，胡山鷹，金涌.中國合成氨行業(yè)清潔生產(chǎn)潛力分析[J].清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014，03：309-313.

[4].合成氨工業(yè)污染防治技術(shù)征求意見稿發(fā)布企業(yè)需加強技術(shù)改造、推進(jìn)清潔生產(chǎn)、開展綜合利用[J].中國農(nóng)資，2013，13：3.