Abstract: With increasingly strict environmental protection requirements, the monitoring of flue gas emissions in refining and chemical enterprises has become increasingly important. As two main monitoring methods, the continuous emission monitoring system (CEMS) and manual detection have data comparison deviation issues that affect the accuracy and reliability of monitoring results. This paper deeply analyzes the causes of data comparison deviation between CEMS and manual detection in refining and chemical enterprises, including differences in equipment performance, different sampling methods, environmental factors, and personnel operation and data processing, and proposes targeted optimization measures, such as improving equipment performance, improving sampling methods, enhancing environmental adaptability, and standardizing personnel operation and data processing, aiming to reduce the data comparison deviation between the two, improve the quality of monitoring data, and provide more reliable basis for environmental protection management and decision-making in refining and chemical enterprises.
1 引言
炼化企业在生产过程中会排放大量含有多种污染物的烟气，如二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOx）、颗粒物等，这些污染物对环境和人体健康都有严重影响。为了有效控制和监管炼化企业的烟气排放浓度，准确的监测烟气浓度至关重要。烟气在线连续监测系统(以下简称CEMS)能够对烟气排放进行实时、连续的监测，及时反馈排放数据；人工检测则可以作为一种补充手段，在特定情况下获取数据并对在线监测结果进行验证。然而，在实际应用中，CEMS与人工检测数据常常存在比对偏差，这给企业的污染物排放评估和环保决策带来困扰。因此，深入研究并改进优化两者数据比对偏差具有重要的现实意义。
2 数据比对偏差产生的原因分析
为更好的用好公司环保在线监测设施，发挥污染物浓度连续自动监测的最大实效，结合近年来公司部分加热炉，如两套焦化常压炉、焦化C炉、硫磺焚烧炉、锅炉等加热炉在开展人工监测比对的过程中存在较大偏差，手工监测与在线监测同期数据不一致等问题【1】，对装置生产和在线设备管理造成较大困扰。为了解决这一问题，通过从仪器检测原理、干扰因素、加热效率等多个方面开展比对研究，找寻造成数据偏差的根本原因，通过干预、控制和调整，提高在线监测数据的精准度和在线仪的工作效率。
2.1 设备性能差异
2.1.1人工检测仪器的精准度是影响偏差的主要原因，实验室常用的监测方法有傅里叶红外光谱法、紫外吸收法和电化学法，它们的监测原理和干扰因素均有所不同，其精度和性能也参差不齐。根据不同组分的烟气监测对象，应该选择不同性能的监测设备。其中，便携式傅里叶红外分析仪性能较优，当烟气中气态水与目标化合物以及不同化合物之间的红外吸收光谱存在交叉重叠时,易对目标化合物的测定产生干扰，适用于烟气中硫化氢和一氧化碳较低的样品；紫外吸收法[4]有一定的抗一氧化碳干扰能力，但废气中的水蒸气在采样过程中遇冷产生冷凝水会吸收样品中的二氧化氮,导致测试结果偏低,通过加热采样管和导气管、冷却装置快速除湿或测定热湿废气样品等方法,消除或减少废气中水汽冷凝对仪器的污染和造成的氮氧化物吸附及溶解损失。电化学法[2]是比较简便轻巧的仪器，但样品气中CO2 、NH3 、CO、SO2 、H2 、HCl、CH4 、C2H4 等气体会对NO和NO2 的测定产生不同程度的干扰,NO和NO 2 之间也会产生相互干扰,适用于监测比较清洁的废气排口。人工检测仪器在使用过程中如果未进行及时维护或校准，也会导致测量误差增大，进而与CEMS数据产生偏差。
2.1.2而CEMS设备的传感器、采样探头及过滤器滤芯等是影响在线监测设备长周期稳定运行的主要部分，其精度、稳定性和可靠性对监测数据有直接影响。
2.1.3不同厂家生产的CEMS设备在技术原理、测量方法和数据处理算法上存在一定差异，但从实际应用的在线监测设备来看，排除非目标组分的干扰外，雪迪龙与导津公司的设备在数据比对方面没有显著的区别。
2.2 采样方法不同
2.2.1 CEMS通常采用固定的采样探头和采样管线，从烟道中抽取烟气进行分析。采样探头的位置、采样管线的长度和材质等因素都会影响采样的代表性。如果采样探头安装位置不合理，不能准确反映烟道内整体烟气的成分和浓度，就会导致CEMS数据与实际排放情况存在偏差。采样管线及其走势均可能会对烟气中的某些成分不同程度产生吸附、化学反应等影响，影响测量结果偏离实际值。
2.2.2 人工检测现场排气口采用时，采样前仪器的调校，采样探头的安装及其密封性，都可能导致样品的代表性和完整性受到影响。采样设备工况和采样时长的设置，可能导致捕捉到的烟气中污染物浓度与实际产生偏差，严格按照HJ75中每15分钟检测采集一组数据，至少采集6组数据来反应污染物的实际浓度，确保人工检测与CEMS的连续监测数据的一致性。
2.3 环境因素影响
2.3.1 炼化企业的生产环境复杂，烟气的温度、湿度、压力等参数变化较大，这些生产工况会对CEMS和人工检测数据产生影响。高温、高湿的烟气环境可能会导致CEMS传感器结露、腐蚀，影响其性能和测量精度；烟气压力的波动也可能导致采样流量不稳定，从而影响测量结果的准确性。在实际生产中，通过控制关键参数的稳定来调整生产，以确保数据的稳定性。例如烟气的湿度直接影响烟气污染物的浓度，若生产波动大造成湿度波动或升高，其对在线监测系统与人工检测的影响程度不同，将直接影响污染物浓度的数值无法达到一致。
2.3.2 对于人工检测而言，实验室设备需要具有采样头加热功能或温度可调节，以确保样品采集不受影响；而环境条件如温度、湿度、气压等的变化也会对分析仪器的性能产生影响，可能导致测量结果出现偏差。
2.4 人员操作和数据处理
2.4.1 CEMS的运维人员如果操作不规范，如未按照规定的时间和方法对设备校准、维护和故障排查，可能导致设备运行不正常而出现偏差。在设备校准过程中，设备参数设置与实际工况不符，或者使用的标准气体不满足要求或校准操作有误，都会使测量数据偏离真实值。
2.4.2 在数据处理方面，CEMS和人工检测的数据处理方法和统计方式可能不同，这也会导致数据比对结果存在差异。CEMS通常会对大量的实时数据进行平均、滤波等处理，而人工检测数据可能只在有限的采样时间内获取并平均，两者的数据处理方式的差异可能会掩盖真实的数据偏差情况。
3 优化改进措施
公司通过对近两年的比对数据进行汇总整理（在线和人工），剖析在线仪与手工监测数据的规律。对照手工监测标准逐项排查监测过程中可能引起数据偏差的原因；逐项进行排除实验， 确保监测结果的准确性。 结合在线监测设备的工作原理，参数设置等，排查在线监测与人工数据偏差的可能原因。开展不同方法人工监测的比对工作【2】[3]【4】【6】，就目前三种监测方法（紫外法、电化学法和红外法）分别与在线进行比对，查找不同方法之间的差异。会同作业部对排查的原因进行逐项消缺并再次开展人工比对，优化了在线系统与人工检测数据比对的偏差。
3.1 提升设备性能
3.1.1定期对CEMS设备进行维护和保养，及时更换老化、损坏的传感器、滤芯等仪器部件，确保设备的性能稳定可靠。例如，需要根据不同的监测环境，在线监测系统采样探头和过滤器滤芯均要定期更换或维修，以确保设备的长周期稳定运行。建全完善设备校准制度，严格按照HJ 75开展工作，对校准数据进行严格记录、复核和抽查分析，以确保在线设备长周期稳定运行。
3.1.2 对于CEMS来说还有一个关键的影响因素，氮氧化物转化器的转化效率对监测结果有一定影响，定期核查转化效率是否大于95%，以确保数据的可靠性[5]。
3.1.3目前不同型号CEMS测量气体的原理，均是基于光谱方法是以非分散性 IR 辐射的吸收为基础开展监测，测量相关波段红外线的衰减幅度即可测量相应气体的浓度【8】。若当分析仪受使用时长和环境的影响，其波长漂移或光源能量发生了变化，将对分析结果产生较大偏差。因此定期检查仪器的光路系统是必要的维护措施。
3.1.4 而用于人工检测的仪器，首先要做好分析设备的预热和基线校准工作。仪器定期送计量部门进行检定校准，确保仪器的精度符合要求。每次分析前对仪器进行检查和调校，确保其正常运行。可引入便携式傅里叶红外分析仪（FTIR）或激光光谱仪，提升现场检测精度，与实验室结果同步率提高至95%以上。充分考虑样品气中一氧化碳对监测结果的影响，如加热炉一氧化碳大于300 mg/m3 时，应采用紫外吸收法监测，提高检测的准确性和效率【3】。
3.2 改进采样方法
3.2.1合理设计和安装CEMS的采样探头，根据烟道的形状、尺寸和烟气流速等因素，选择最佳的采样位置，确保采样能够准确反映烟道内整体烟气的情况[7]。优化采样管线及流路走向的设计，选择合适的材质和长度，采样管线采用聚四氟乙烯（PTFE）材质，减少对烟气成分的吸附和化学反应，确保烟气样品在传输过程中的稳定性。
3.2.2对于人工检测采样，严格执行GB/T 16157 采样规范[7]，确保采样的一致性和准确性。人工采样时间与CEMS监测时段严格匹配，应选择生产负荷相对稳定的时间段进行数据统计和计算。
3.3 加强环境适应性
3.3.1对CEMS设备进行优化，提高其对高温、高湿、高尘等恶劣环境的适应能力。采用耐高温、耐腐蚀的材料制作设备外壳和采样部件，配备有效的除湿、除尘装置，确保设备在复杂环境下能够正常运行。配备预处理单元并定期维护，提高冷凝装置控温精度（X±0.5℃）和反吹扫系统，减少结露和积灰。增设压力补偿算法，在软件中嵌入动态压力补偿模型，消除烟道负压波动对采样流量的影响。
3.3.2在人工检测方面，配备恒温、恒湿、稳压等适应性较强的设备，确保分析仪器在稳定的环境下工作。现场开展人工检测时要采取相应的防护措施，减少环境因素对检测结果的影响。在高温环境下采样时，要对采样仪器进行降温处理，避免仪器因过热而损坏或影响测量精度。
3.4 规范人员操作与数据处理
3.4.1定期对CEMS运维人员和人工检测人员开展培训和考核，培训内容应包括设备操作、维护保养、采样方法、数据分析等方面，使操作人员熟悉设备的性能和工作原理，掌握正确的操作方法和流程。确保其具备相应的能力和资质。
3.4.2建立数据融合与分析平台，集成CEMS实时数据与人工比对数据库，采用时间加权平均法（TWA）对齐数据时间尺度；统一数据的处理方法、统计方式和误差要求。开发智能预警系统，当CEMS与人工数据偏差＞8%时，自动触发溯源程序（如检查传感器故障、采样探头及滤芯堵塞等），利用数据智能及时发现数据中的异常值和潜在规律，进而持续优化设备运行，提高数据的可靠性和应用价值。
3.5 定期开展设备核验
每月随机抽取10%的烟气监测点进行交叉比对，也可使用标准气体加标回收实验验证系统准确性（回收率需达95%-105%）；每季度由第三方机构对CEMS和人工检测设备进行交叉校准或比对，消除系统性误差，以确保精准度符合HJ 75技术规范。
4 取得实际效果
炼化企业通过实施一系列优化措施后，对CEMS与人工检测数据比对偏差情况进行了统计分析。在优化措施实施前，该企业的CEMS与人工检测数据在二氧化硫、氮氧化物和颗粒物浓度等指标上存在较大偏差，部分数据的相对误差超过了30%。经对设备维护过程进行优化、升级，改进采样方法、加强人员培训以及规范数据处理等一系列措施后，再次开展比对的数据统计见表1.
表1 在线监测系统与人工监测（两种方法）比对数据统计
采取措施后对炼化公司加热炉进行比对，采取措施后比对数据偏差明显降低。二氧化硫浓度相对误差平均降低10%，氮氧化物浓度的相对误差也降低了12%左右，其精准度完全满足HJ 76的要求【5】，监测数据的准确性和可靠性得到了显著提高，为企业的环保管理和节能减排工作提供了有力支持。
5 结论
炼化企业在线烟气连续监测与人工检测数据比对偏差问题是由多种因素共同作用导致的。通过提升设备性能、改进采样方法、加强环境适应性以及规范操作与数据处理等优化措施，可以有效减小两者的数据比对偏差，提高监测数据的质量和可靠性。准确的监测数据对于炼化企业评估自身排放情况、遵守环保法规、制定节能减排策略具有重要意义。未来，随着监测技术的不断发展和环保要求的进一步提高，还需要持续关注和研究数据比对偏差问题，不断完善、改进和优化，确保炼化企业烟气排放监测工作的科学性和有效性。
参考文献
【1】 HJ 75-2017,固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测技术规范【S】
【2】 HJ 57-2017 ,固定污染源废气 二氧化硫的测定 定电位电解法【S】
【3】 HJ 1131—2020,固定污染源废气 二氧化硫的测定便携式紫外吸收法 【S】
【4】 HJ 1132-2020,固定污染源废气 氮氧化物的测定 便携式紫外吸收法【S】
【5】 HJ 76-2017,固定污染源烟气（SO2、NOX、颗粒物）排放连续监测系统技术要求及检测方法【S】
【6】 HJ 693-2014,固定污染源废气 氮氧化物的测定 定电位电解法 【S】
【7】 GB /T 16157, 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法 【S】
【8】 刘崇华 . 光谱分析仪器使用与维护[M].化学工业出版社： 北京 2010：36-63
