环保信息实时管理系统的设计与实施

环保信息实时管理系统的设计与实施
0概述
目前，我国原油趋于重质化、劣质化、进口高含硫原油比例逐年增加，同时，石
油炼制的加工深度进一步增加，也将导致污染物排放量和治理难度的增加。

多年来，
石化集团公司在国家有关部门的领导下，严格执行国家的环保法规；树立科学发展观，
推行HSE一体化管理和清洁生产；炼化企业创新管理抓落实，全面提升监管水平，完
善环保管理制度，结合生产装置达标工作积极开展清洁生产；建立内部排污收费机制，
用经济杠杆促环保管理水平提高；在生产规模不断扩大，产品、产量逐年增加，加工
原油平均硫含量提高、加工深度不断加深的情况下，主要污染物排放总量仍有所下降。

虽然石化企业在环保工作力面取得了一些成绩,但仍然存在一些问题，与国外石化
企业比，在清洁生产方面还有较大差距。

以炼油为例，国外炼油厂新鲜水单耗一般低
于 0.5吨水／吨油,污水单排已达 0.1-0.2吨水／吨油。

而我们的企业，新鲜水单耗
和污水单排还有较大差距，原油加工损失率也比较高。

在环保监控管理方面也有很大
潜力。

本文介绍采用信息化技术和手段，实现企业环保信息的实时监控和综合管理。

1系统总体架构
“环保信息实时监控管理系统（HBRTMS）”通过企业的实时数据库系统实时采集相关数据，没有引入实时数据库系统的监测点可以人工输入或从专门的应用系统中导入（如LIMS 系统、质量管理系统等），对各污染源、监测点分别建立自己的基础信息库，并对各数据源统一管理，具有统一的信息分类与编码标准。

系统对各类数据提供完善的查询、分析及属性条件检索等基本功能；利用污染源和监测点的数据，实现对企业区域的环境动态监测。

系统具有标准的数据变换格式及系统安全机制，可满足对环保数据进行统一管理的需要。

图1: HBRTMS系统总体架构
2业务数据流
2.1 业务数据流图
环保信息实时监控管理系统（HBRTMS）业务数据流图如图2 所示。

图2 环保业务数据流图
2.2 数据流图说明
从环保业务数据流图可以看出：
⑴、数据来源：
●环保监测站手工录入水质数据、大气数据、岗位尘毒、停工吹扫、噪声和其他数据，
并维护整个系统的基础数据；
●采集实时数据库数据；
●自动采集在线分析仪数据；
●集成供排水管理信息系统环保业务相关数据，并为供排水管理信息系统提供环保结
果数据；
●集成来自生产统计系统的新鲜水数据；
●公司安环处补充录入环保数据，并对来自基层各单位（系统）的环保数据进行处理、
审核，形成最后结果数据后发布，供各单位使用或形成报表。

⑵、数据流程：
录入、采集或集成环保数据－>上级环保主管部门审核－>发布数据->形成报表（打印）或基于WEB综合查询（报表）。

2.3 数据分类
环保信息实时监控管理系统（HBRTMS）数据分类如图3（按各单位采样点分类）和图4（按数据类型分类）所示。

●按各单位采样点分类方便用于统计各单位监测费用、各单位日常数据和台帐数据及
各单位自行查询、所取数据功能；
●按数据类型分类常见于环保管理的各日报表、统计报表及专项查询的需求。

图3 环保数据分类图（按单位采样点分类）
图4 环保数据分类图（按数据类型分类）
3 功能模块
3.1 系统管理模块
系统管理包括：（1）、用户权限管理：可进行新用户注册、用户查询、注销和用户权限管理，这将提高系统的安全性。

（2）、日志监察：对用户的日常操作进行审计跟踪，系统的安全性进一步提高。

（3）系统参数设定：系统级别设定和静态编码表的数据设定，分析项目和分析指标设定，报表和台帐数据项目和模板设定。

图5：用户权限管理
系统权限
业务编码
人员对应业务
人员编码
业务对应菜单
菜单编码
系统管理员权限
管理员权限班长权限。

图6：系统配置管理
3.2 数据录入管理模块
环保数据录入主要包括：年度环保监测计划、日计划安排、经济指标数据、废气监测数据等。

由于企业主要的炼油化工装置和污水处理装置分别采用DCS 或PLC 控制系统，而且部分环保数据已经采集到实时数据库，系统提供实时数据库接口模块，直接从实时数据库定期获得数据，并提供人工确认手段。

不能采集的环保数据提供人工录入排污数据。

3.3 实时数据采集与监控模块
公司于1997年从美国OSI 软件公司引进的大型实时数据库系统PI （Plant Information System ），实现生产数据的采集与存储，为各种与生产实践相关的计算机应用提供可靠的真实的数据来源。

目前，公司炼厂的1#常减压、1#重油催化、2#常减压、2#重油催化、烷基化、MTBE 、气分装置、加氢制氢、连续重整、焦化、硫酸、甲醇、大聚丙烯等DCS 控制的生产装置的数据采集到实时数据库PI 。

部分没有DCS 装置的水、蒸汽、瓦斯等计量点数据通过RTU （远程终端单元）采集后进入了PI 。

一垅罐区、二垅罐区、王垅坡罐区、芳烃罐区等采用PLC 控制的罐区数据也采集到实时数据库PI 。

基于企业主干网，以实时数据库PI 为核心可以建立炼厂和催化剂厂污染源实时监测网络管理系统。

系
分析项目编码数据分类编码
采样点编码数据组态项目指标设定
报表设置
统配置
图7：污染源实时监测网络示意图
图8：实时数据库接口程序流程
3.4 统计分析模块
3.4.1统计业务
1)统计时段内不同采样点的各项目最小值（C min）、最大值（C max）、分析频次（N）、均值
（∑=N
i C 1
/N ）、合格次数(n)、合格率（有考核指标的要求做合格次数、合格率计算；无
考核指标的不作要求，以空格表示）。

（注：统计时段内，仅一个数据的不统计，仅列数据）
2) 统计时段内各采样点单因子排放量、排放总量（多因子）、综合合格率（指外排口）。

3) 评价：统计时段内等标污染负荷、污染负荷比。

4) 趋势图：某点某项目的趋势图（与时间相关性），某点某项目的分布图（与时间无关性），
某点某项目合格率趋势图，某点等标污染负荷趋势图；某点污染负荷比趋势图，某点（指外排口）综合合格率趋势图。

3.4.2 统计分析规则
1) 分析项目
最小值（C min ）：统计时段内某项目数据的最小值。

最大值（C max ）：统计时段内某项目数据的最大值。

分析频次（N ）：统计时段内某项目数据的个数。

合格次数；统计时段内某项目数据符合该点该项目控制指标的数据个数。

均值（∑=N
i C 1/N ： 统计时段内某项目数据的平均值。

其中PH 项目的均值计算为:PH =∑
n
Lg[H +
]/N
2) 单项合格率计算
统计时段内某采样点的某项目合格次数除以分析频次再乘以100，单位以%表示。

单项合格率（%）=n i /N ×100
其中：n i :统计时段内某一采样点某项目的合格次数；N ：某项目的分析频次。

3) 综合合格率计算（主要用于外排口）
统计时段内某采样点所有项目都合格的合格次数除以分析频次再乘以100，单位以%表示。

综合合格率（%）=n /N ×100
其中：n :统计时段内某采样点的综合合格次数（采样点一天所监测的分析项目全部都
合格，才算一次合格）；N ：某采样点的分析频次。

4) 单因子（污染物）排放量计算
包括水质单因子排放量的计算及大气排放速率的计算。

① 水质单因子排放量： 标准计算：Q I （吨/月）=
∑=t
i i
i
P C 1
*
其中： C i ：t 时段内某时单因子（某采样点某污染物）污染物浓度（mg/l ）；
P i ：t 时段内某时某采样点的水量（t/h ）；h:小时。

t: 统计时段，一般指月份。

简单计算：Q I （吨/月）=C i *P
平均*24*30/1000
其中： C i ：单因子（某采样点某污染物）污染物平均浓度（mg/l ）；
P 平均：某采样点的平均水量（t/h ）；h:小时。

24：一天24小时； 30：一月平均30天计
②大气排放速率（kg/h ）=C i *P 平均/106
其中： C i ：单因子污染物的平均浓度（mg/m 3
）
T 平均：某采样点的平均流量（m 3
/h ）
5) 污染物排放总量计算
Q （吨/月）=
∑=m j i Q 1
=∑∑==m j t
i Pi Ci 11
*
其中： M: t 时段内某采样点被测单因子的个数
Q i :水质单因子排放量
6) 等标污染负荷的计算
仅考虑一个采样点的一个污染物、一个采样点的多个污染物（有控制指标的），如总污水；一个单位（装置）的总污染物（有指标的）负荷及它占多个装置总负荷的百分数。

等标污染负荷（P i ）=
oi
i c c *Q*10-6
其中： C i ：某采样点某污染物的实测平均浓度（mg/l ）
C oi ：某污染物的排放标准（mg/l ）
Q I ：某污染物的排放浓度（吨/月）。

某采样点m 个污染物等标污染负荷之和，即为该采样点等标污染负荷P m 。

P m =
∑=n
i i
p 1
=∑n
(C i
/ C
oi )* Q I *10
-6
7) 污染负荷比的计算
一个采样点的某项目的负荷比，一个装置与总量的负荷比。

● 一个采样点某项目的污染负荷比的计算如下：
K i =P i /P n
其中： K i ：某污染物的等标污染负荷比；
P i ：某污染物的等标污染负荷； P n ：某采样点的等标污染符合
● 一个采样点与多个采样点总量的负荷比的计算如下：
K n = P n /P m
其中： K n ：一个采样点的等标污染负荷比；
P n ：一个采样点的等标污染负荷； P m ：多个采样点的等标污染负荷总量。

3.5 收费计算模块
监测收费统计计算：以各核算单位为单元，以月度为周期，计算各单位水质、大气、噪声等分析数据的总费用。

排污收费统计计算：以各核算单位为单元，以月度为周期，计算各单位水质、大气、噪声等费用
3.6 超标报警模块
超标报警模块包括以下两方面：
（1）、对污染源监控并将排放异常情况及时报送环保部门，通过实时数据库系统对企业排污、污染治理设备及监测、监控设备进行实时监控。

当发生排污超标、治理设施停运等非正常事件时，实时向环境管理部门发出报警信息。

（2）、采集或录入的环保数据通过计算或直接与规定的指标进行比较，超标则进行超差报警，数据以红色闪烁显示。

3.7 综合查询模块
基于B/S 结构开发了信息综合查询模块。

客户端不需要安装任何程序，通过浏览器就可以采集、浏览、查询企业的环保数据；提供直观方便的信息查询和统计分析手段；信息反映
及时，信息交流方便；浏览方式灵活，操作方便。

该系统未来的发展方向是：支持石化行业环保部门间的监测数据共享，提供在线事务处理（OLTP）、在线分析处理（OLAP）及数据挖掘（Data Mining）。

在Internet/Intranet平台上，基于实时数据库和GIS（地理信息系统）、技术支持，实现系统数据查询的全面可视化、图形化。

3.8报表模块
报表模块实现报表模板设计、报表数据源配置、报表参数组态、WEB发布、报表打印和导入EXCELL等功能。

3.9数据访问接口
为第三方系统（LIMS、MES、上级环保系统（集团、市、省）等）提供统一的标准的数据访问接口。

4应用及结论
系统在公司应用效果良好。

随后根据企业要求对系统功能进一步扩展，增加了与环保相关的职防等管理模块，完善了统计分析功能模块。

环境管理具有复杂性和动态性的特点 ,涉及多部门、多地区和多领域，需要处理大量的数据；而在此基础上，系统还应具有符合环保工作特征的设计方案，使隐藏在错综复杂的关系下的众多因素变得清晰，可随条件的改变而动态变化，并通过模拟使用户看到结果。

系统完全根据环境管理部门的特点和需求而设计，在实际应用中系统充分考虑了用户的实际工作需求。

该系统对环境管理中的各种专业数据实施强有力的分类管理，根据环保部门的实际应用要求，不仅能够对影响环境状况的各种要素进行分析，而且能通过污染源、监测点的详细资料，对整体环境的状况进行分析、监测。

环保信息系统的推出，使环境管理部门从日常繁重的数据查询和手工分析等工作中解脱出来，使管理者有了充裕的时间去进行环境污染源的监督、查处、环境保护计划的实施以及环境规划的制定等工作。

随着信息技术的发展和逐步完善，特别是实时数据库软件及网络技术的普遍应用，环保信息实时监控管理系统将朝着信息集中管理、智能分析和辅助决策的方向发展。