Hệ thống quan trắc khí thải tự động cho nhà máy xi măng và những khó khăn khi lựa chọn đầu tư


Năm 2015, Hội nghị Liên hiệp quốc về biến đổi khí hậu COP21 đã diễn ra tại Pari. Hội nghị đã đạt được thỏa thuận về giảm phát thải khí CO2 ra môi trường và hạn chế sự náng lên toàn cầu. Thành công của Hội nghị đã khiến cho hầu hết các quốc gia trên thế giới đều bày tỏ sự quan tâm hơn đến chủ đề môi trường và khí thải công nghiệp.

Ở Việt Nam, Chính phủ và các Bộ, ban ngành có liên quan đã ban hành Luật về bảo vệ môi trường, Nghị định số 38/2015/ NĐ-CP và đặc biệt là kể từ khi Bộ Tài nguyên Môi trường (TNMT) ban hành Thông tư số 31/2016/TT-BTNMT và văn bản 5417/BTNMT-TCMT thì vấn đề quan trắc khí thải tự động càng được quan tâm hơn bao giờ hết.

Đề đạt được mục tiêu giảm phát thải CO2, điều cơ bản là phải biết cách kiểm soát được lượng CO2 phát ra từ những ngành công nghiệp chủ yếu như công nghiệp sản xuất thép và xi măng, xử lý rác thải hoặc các ngành công nghiệp khác có sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Lượng khí CO2 sẽ không được quan tâm nhiều như NOx,SO2, HCl, bụi và các vật liệu khác gây hại tới môi trường nếu như nó không được thải ra với khối lượng lớn. Do đó, việc quan tâm tới khôi lượng khí CO2 thải ra là vấn đề thiết yếu.

Theo quy định, đơn vị quản lý môi trường của các công ty sản xuất công nghiệp xi măng, sắt thép, giấy, nhiệt điện sẽ phải thường xuyên báo cáo số lệu phát thải CO2 (tính bằng kilogram) và các khí thải khác tới các cơ quan chức năng của Nhà nước như Sở TN&MT hoặc Bộ TN&MT chẳng hạn. Các số liệu này phải nằm trong phạm vi cho phép và đã được quy định tại các quy chuẩn, tiêu chuẩn hiện hành. Điều này dẫn đến vấn đề là phải tính toán được khối lượng khí thải phát ra. Ở châu Âu, Quy định số 601/2012 của Ủy ban châu Âu yêu cầu phải sử dụng các thiết bị đo khí thải đã được phê chuẩn, kết quả đó phải được thu thập tính toán và lập thành báo cáo sao cho các cơ quan có thẩm quyền có thể kiểm soát được chúng. Việc lập các báo cáo cũng cần phải được chuẩn hóa, điều này sẽ giúp việc đo khí thải của nhà máy dễ dàng hơn và minh bạch hơn.

Quá trình từ việc đo, phân tích khí thải đến lập báo cáo được chia làm hai phần chính: Hệ thống phân tích khí và hệ thống báo cáo môi trường. Trong đó, bộ phân tích khí của hệ thống phân tích khí sẽ liên tục đo lượng khí thải, còn hệ thống báo cáo sẽ định kỳ tổng hợp chúng thành một báo cáo dễ đọc. Một điểm cực kỳ quan trọng quá trình từ việc đo khí thải đến lập báo cáo và quản lý phép đo chính là dữ liệu sử dụng cho báo cáo phải hợplệ và không bị lỗi. Bài viết này sẽ trình bày quan điểm về việc lựa chọn một hệ thống quan trắc khí thải tự động và những băn khoăn đối với các văn bản hướng dẫn về quan trắc khí thải tự động đã được ban hành tại Việt Nam. Mỗi lựa chọn không chính xác sẽ dẫn đến kết quả không mong muốn, và có thể dẫn đến chi phí khắc phục rất lớn hay những rắc rối pháp lý khi số liệu khí thải vượt quá mức độ cho phép.

1. Hệ thống phân tích khí 

Ở mỗi nhà máy xi măng đều có các thiết bị phân tích khí tại các vị trí như két than mịn, tháp trao đổi nhiệt, lọc bụi điện để phục vụ cho giám sát quá trình công nghệ: về cơ bản, các thiết bị phân tích khí sử dụng trong hệ thống quan trắc khí thải tự động có cấu hình tương tự.

Để có thể chọn loại phân tích khí, ta cần phải biết loại khí thải nào cần được đo? Khô hay ẩm? Điểm đo sẽ được đặt ở đâu? Khối khí được đo đã đồng đều hay vẫn còn rủi ro bị phân thành nhiều lớp mỏng? Việc đo được thực hiện luôn tại chỗ (In-situ) hay phải dẫn khí về tủ phân tích? Độ dài đường ống dẫn khí là bao nhiêu nếu phải dẫn khí về tủ? Việc đo bụi sẽ dùng tia lase hay dùng ánh sáng nhấp nháy? Việc đo lưu lượng khí sẽ thực hiện thế nào cho đúng? Một bộ phân tích khí được chọn tối thiều phải xử lý thỏa đáng được các câu hỏi trên. Ngoài ra, chúng còn phải thỏa mãn các yêu cầu về chất lượng, độ chính xác, ổn định tức là phải thỏa mãn các tiêu chuẩn chất lượng của từng quốc gia hoặc vùng lãnh thổ.

Việc lựa chọn hệ thống phân tích khí không phù hợp hoặc đặt điểm đo sai có thể dẫn đến giá trị đo sẽ sai và tiêu phí chi phí đầu tư cho hệ thống (Đôi khi nhà cung cấp đưa ra vị trí lắp đặt sensor riêng tính từ điểm khí bị thay đổi dòng chảy chứ không hẳn tuân theo tiêu chuẩn của nước sở tại).

Do vậy, nên chọn một hệ thống phân tích khí đã được chấp nhận và phê chuẩn bởi TUV hay MCERT vì nó sẽ đảm bảo phù hợp với chuẩn châu Âu.

2. Hệ thống báo cáo môi trường

Đề đảm bảo truyền sốl iệu, hệ thống phân tích khí phải kết nối hệ thống với hệ thống báo cáo môi trường. Hệ thống phân tích khí chỉ đưa ra được giá trị tức thời vì vậy bạn cần phải ghi lại những giá trị này để lập báo cáo. Thông tư 31/T1T-BTNMT của Bộ TNMT yêu cầu phải lưu trữ sô liệu quan trắc trong vòng 3 năm, nên hệ thống báo cáo môi trương phải có chức năng sao lưu (backup) và lưu trữ dữ liệu lâu dài, an toàn.

Để lưu được các dữ liệu phát thải, thường người ta hay dùng các hệ truyền thông như BUS (Modbus/Profibus/ Profinet), OPC hay kết nối cáp tín hiệu dạng miliampe. Các hệ thống phân tích khí khác nhau không dùng chuẩn kết nối giống nhau (phụ thuộc vào nhà sản xuất) do đó, hệ thống báo cáo môi trường cần phải hỗ trợ công nghệ kết nối với hệ thống phân tích khí. Hình ảnh dưới đây mô tả hệ thống quan trắc khí thải cho một vị trí phát thải:


"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

Cấu hình này sử dụng 01 tủ phân tích khí riêng biệt với PLC; Tín hiệu bụi, áp suất nhiệt độ, lưu lượng được đưa về một modul để xử lý riêng; Tủ phân tích và modul xử lý tín hiệu đo cùng các sensor đo hợpthành hệ thống phân tích khí. Kết quả được truyền đến hệ thống báo cáo (DAHS Server) bằng Mod bus hoặc TCP/IP. Sau khi tính toán xong các gía trị STA, LTA thì DASH Server sẽ chuyển kết quả lên mạng internet để gửi đến cơ quan chức năng.

Hệ thống kết nối và truyền tin phải đảm bảo tín hiệu truyền đi là chuẩn xác và phản ánh đúng kết quả đo. Thực tế thì hay xảy ra lỗi khi định thang đối với tín hiệu kiểu miliampe tức là mặc dù kết quả đo đưa ra đúng, nhưng chúng bị sai khi lưu lại và tạo báo cáo. Cũng có thể có lỗi xảy ra khi sử dụng kết nối BUS, nghĩa là giá trị đo được không giống như giá trị thực tại bộ phân tích khí. Trong một hệ thống phân tích phải xử lý nhiều tín hiệu thì việc đảm bảo chất lượng tín hiệu trên đường truyền là vô cùng mất thời gian. Vì vậy, việc lưu trữ tài liệu hệ thông là rất quan trọng.

Khi kết quả đo đã được truyền tới, hệ thống báo cáo cần phải lưu lại, tính toán, chuyển đổi sang dạng dữ liệu thời gian ngăn STA (Short Term Average - hay còn gọi là giá trị đại diện) với khoảng thời gian 6 -  10 giây và sang dạng dữ liệu lưu trữ dài LTA (Long Term Average) thường là một ngày hoặc dài hơn. Giá trị STA và LTA sẽ được gửi đến các cơ quan chức năng như Sở TNMT và Bộ TNMT (STA là giá trị quan trọng nhất). Việc tính toán giá trị trung bình trong 30 phút được thực hiện bằng cách lấy tổng giá trị đo được trong 30 phút chia cho số lần đo. Có một số nhà cung cấp hệ thống báo cáo môi trường sử dụng các bản tính toán (spreadsheet) hoặc giải pháp tương tự, nhưng việc tính toán giá trị trung bình rắc rối hơn những gì các bảng tính toán có thể quản lý được. Tại sao vậy? Hãy xem quátrình dưới đây:

* Chuyên đổi từ giá trị thô (raw value) sang giá trị STA (giá trị đại diện)

Giá trị đo được của bộ phân tích khí bị ảnh hưởng bởi 4 yêu tố: Nhiệt độ khí, áp suất khí, nồng độ oxy và nước trong khí. Vì vậy, để cung cấp số liệu giống nhau từ bộ phân tích đến cơ quan chức năng thì tất cả các phép đo đều phải hiệu chỉnh theo 4 yếu tố trên. Việc hiệu chỉnh được gọi là chuẩn hóa và được mô tả trong tiêu chuẩn DAHS.

Chẳng hạn, có một bộ phân tích khí đo theo kiểu trích dẫn khí về tủ đo, đối tượng đo là SO2. Giá trị thô đưa về đã được hiệu chỉnh theo nhiệt độ, nước, áp suất nhưng thiết bị không đo được nông độ oxy. Giả sử nông độ oxy trong khí cần đo là 7,4% và thiết bị đang cho kết quả đo SO2 là 41,1mg/Nm3.

Thưc hiện hiệu chỉnh kết quả đo về giá trị oxy tham chiều là 11%:

Cstd = 41 x (20,9% - 11%) : (20,9% - 7,54%) =  30,3 mg/Nm3 (1).
(Có thể xem công thức (1) tại Thông tư 40/2015/TT-BTNMT của Bộ TNMT ngày 7/7/2015)

Như vậy, giá trị sau khi hiệu chỉnh theo oxy tham chiếu đã bị thay đổi đáng kể so với giá trị thô đo được. Tức là, số liệu chưa hiệu chỉnh theo giá trị tham chiếu oxy không dùng để lập báo cáo quan trắc được vì hệ thống báo cáo môi trường cần phải xử lý số liệu chính xác và phản ánh đúng nguyên lý đo.

* Mức độ đảm bảo chất lượng kết quả đo (QAL)

Kết quả đo của một bộ phân tích khí hiển nhiên là cần phải được kiểm tra, hiệu chỉnh. Tuy nhiên, có một số yếu tố có thể ảnh hưởng tới kết quả đo, đó là vị trí đặt điểm đo, loại phân tích khí được sử dụng và điều kiện của hệ thống theo thời gian.

Một số phép điều chỉnh toán học cần được sử dụng trong hệ thống báo cáo môi trường. Tuy nhiên, ở Việt Nam chưa thấy có quy định nào về vấn đề này, nhưng có thể tham khảo tiêu chuẩn EN14181.

* Xác nhận giá trị thô

Mỗi giá trị đo được cần phải lưu trữ trong hệ thống báo cáo môi trường bằng một ô trạng thái, mà có thể mô tả trạng thái, điều kiện khi phép đo được thưc hiện. Ví dụ, để lưu giá trị 120 mg/Nm3 SO2 càn phải biết liệu giá trị đo có đưa được vào khi đang hiệu chỉnh (calib) bộ phân tích khí hay không. Nêu giá trị không được đưa vào khi tính toán STA, thì nó sẽ bị lược bỏ tại thời điểm đó nếu hệ thông báo cáo môi trường có khả năng loại trừ các giá trị khi được yêu cầu. Các giá trị khi bật, tắt hệ thống hoặc phân tích khí bị lỗi cũng cần phải được quản lý ảnh hưởng của nó đến tính toán STA.

* Tính toán STA

Sau khi giá trị thô đã được hiệu chỉnh, xác nhận và được đưa vào hay lược bỏ hoặc bị thay thế bởi một giá trị khác, nó sẽ ảnh hưởng đến việc tính toán STA. Có nhiều yếu tố mà khiến người vận hành rất khó nhìn thấy mối quan hệ giữa giá trị thô và tính toán STA nếu như hệ thống báo cáo môi trường không được xây dựng trên cơ sở rõ ràng, dễ hiểu. Nên lựa chọn hệ thống báo cáo môi trường mà có thể hiển thị toàn bộ các bước tính toán, từ giá trị thô đến giá trị STA, quá trình xây dựng các đường cong và phép logic, để giúp người vận hành có thể hiểu được quá trình biến đổi của giá trị thô đến giá trị hiệu chỉnh và bạn nhận thấy quá trình sẽ minh bạch hơn.

* Xác nhận giá trị STA

Sau khi tính toán xong giá trị STA, cần phải kiểm tra xem nó đã phù hợp với các yêu cầu môi trường hay chưa. Nếu có một giá trị nào đó vượt ngưỡng, nó cần được phát hiện và ghi lại sao cho có thể tổng hợp được các lần vượt ngưỡng này trong một báo cáo dễ đọc. Các giá trị STA cần phải lưu là:

- Giá trị khi tắt bộ phân tích.

- Giá trị khi hiệu chỉnh (calib) bộ phân tích, lúc đó sẽ sử dụng giá trị thay thế.

- Giá trị được tạo ra khi có quá ít giá trị thô được sử dụng.

- Giá trị vượt giới hạn.

Việc xác nhận giá trị STA khiến nó nhanh chóng được đánh giá xem giá trị trong một báo cáo hàng ngày có phù hợp với các yêu cầu về môi trường hay không. Như vậy, nó là một công cụ tốt cho cả nhà máy và cơ quan chức năng. Mặt khác, nó còn là một yếu tố quyết định xem giá trị này đã bao gồm trong tính toán LTA cho cả ngày hay chưa.

* Đảm bảo chất lượng

Khi chọn một hệ thong báo cáo môi trường, cần đảm bảo các vấn đề:

- Thử, kiểm tra và định vị các đường tín hiệu;

- Tính toán thử và xác nhận các giá trị đo được;

- Sao lưu dữ liệu an toàn;

- Sự toàn vẹn của dữ liệu: Có phải dữ liệu đúng là từ vị trí đo đưa về hay là nó bị thay đổi bởi lý do nào khác (Bơm tín hiệu từ bộ tạo dòng hay cáp bị rò chẳng hạn)?

- Bảo mật phần mềm: Liệu hệ thống đã được chứng nhận bảo mật chưa?

- An ninh mạng: Đã có báo cáo chứng minh rằng sản phẩm đã được sản xuất chính xác và rất khó bị hacker tắn công?

Để đảm bảo thêm cho sự lựa chọn sản phẩm phù hợp nhất, ngoài việc sản phẩm chọn được thiết kế đúng chúng ta cũng cần lưu ý tới việc sản phẩm đã được chứng nhận bởi TUV hoặc MCERT, được kiểm tra phù hợp với EN14181 và EIlD hay chưa.

Tóm lại là trong thực tế có rất nhiều vấn đề cần được xem xét khi lựa chọn một hệ thống quan trắc khí thải tự động, cả về kỹ thuật phân tích lẫn nền tảng công nghệ hay kinh tế hơn là lựa chọn nhà cung cấp nào và làm thế nào để đảm bảo thành công của dự án. Do vậy, nên lựa chọn một hệ thống đã được cơ quan có thẩm quyền chứng nhận (Ví dụ như ở châu Âu là TUV và MCERT). Đồng thời, nên lựa chọn một đối tác bảo trì tốt. Những người có kinh nghiệm vận hành hệ thống phân tích khí hẳn sẽ hiểu được việc bảo trì hệ thống này khó khăn và đắt đỏ như thế nào, và khả năng thành công của những thợ ít kinh nghiệm là bao nhiêu phần trăm…

3. Những khó khăn khi lựa chọn đầu tư hệ thống quan trắc khí thải tự động

Như trên đã trình bày sơ lược về quá trình phân tích khí thải và lập báo cáo đảm bảo chất lượng đối với một hệ thống quan trắc khí thải online, hiện nay, trong ngành xi măng đang nghiên cứu triển khai đầu tư hệ thống quan trắc khí thải tự động. Tuy nhiên, sau khi nghiên cứu các thông tư, văn bản hướng dẫn, chúng tôi có một số băn khoăn, vướng mắc sau: Làm thế nào để chọn được hệ thống phù hơp nhất, chất lượng tốt nhất, giá cả rẻ nhất, lại có thể sử dụng lâu dài? Sau khi tiếp xúc với nhiều nhà cung cấp, chúng tôi vẫn chưa nhận được sự tư vấn rõ ràng về lựa chọn công nghệ, thiết bị, mà nguyên nhân có thể do bất cập từ nhà quản lý, bởi các lý do sau:

* Vấn đề về giá trị tham chiếu oxy

Trong các Quy chuẩn kỹ thuật của Việt Nam, chưa thấy đề cập đến giá trị tham chiếu oxy cho ngành xi măng. Trong Quy chuẩn QCVN51: 2013/BTNMT của Bộ TN&MT mới chỉ đưa ra quy định về hàm lượng oxy  tham chiếu cho ngành thép (sử dụng than làm chất đốt) là 7%. Còn tại châu Âu, Chỉ thị 2010/75/EU quy định giá trị tham chiều oxy là 6% khi sử dụng chất đốt là than.

Giá trị tham chiếu oxy ảnh hưởng lớn đến việc tính toán giá trị STA, như tại công thức (1) của bài viết này. Bởi vì nồng độ oxy ở các điểm đo khác nhau sẽ không giống nhau nên cần quy về một giá trị tham chiếu chuẩn để ý nghĩa các giá trị STA đo được là giống nhau. Nếu không có quy định rõ ràng về giá trị oxy tham chiếu, mỗi nhà cung cấp khi cài đặt hệ thống báo cáo có thể sẽ sử dụng giá trị tham chiếu khác nhau để tính toán, điều này sẽ dẫn đến tuy cùng một khối lượng khí thải (chẳng hạn SO2) thải ra, hai nhà máy khác nhaù có thể gửi ra hai kết quả khác nhau bởi vì họ chọn thiết bị từ hai nhà cung cấp khác nhau.

* Vấn đề về quy định chất lượng, độ bảo mật của hệ thống quan trắc khí thải tự động

Hiện nay, chưa thấy văn bản nào quy định về chất lượng, khả năng bảo mật của hệ thống quan trắc khí thải tự động ở nước ta (chẳng hạn phải có chứng nhận của TUV hay MCERT). Một điều dễ nhận thấy là một hệ thống bảo mật kém thì có thể truy cập vào vùng nhớ tính toán của công thức (1) và thay đổi địa chỉ bộ nhớ đệm, can thiệp công thức hoặc thực hiện các thao tác lập trình để thay đổi kết quả đo mà không gặp khó khăn nhiều, hoặc tệ hại hơn khi có hacker. Trên thị trường có rất nhiều nhà cung cấp với nhiều loại công nghệ, thiết bị khác nhau nên việc lựa chọn nhà cung cấp nào để đảm bảo thành công là điều cần đặc biệt quan tâm. Nên chăng Nhà nước cần ban hành một quy định chung về tiêu chuần chất lượng của hệ thống quan trắc khí thải tự động?

* Thông tư 31/2016/TT- BTNMT của Bộ TN&MT

Thông tư này quy định đối với sản xuất xi măng phải lắp thiết bị quan trắc khí thải tự động cho các thiết bị nghiền, làm nguội clinker (đo bụi tổng, lưu lượng). Mặc dù, thông tư đã đưa ra những hướng dẫn rất kịp thời, giải quyết cơ bản các vấn đề mang tính thời sự nhưng vẫn còn một vài điểm cần xem xét thêm, cụ thề là:

Thông tư chưa đưa ra mức giới hạn về lưu lượng của điểm xả là bao nhiêu m3/h thì phải lắp thiết bị quan trắc tự động, cũng đã gây ra nhưng bất cập. Chẳng hạn: Đối với các trạm nghiền xi măng nhỏ năng suất 13 - 15t/h lưu lượng khí thải là 33.400 m3/h thì thông tư này yêu cầu bắt buộc phải lắp thiết bị quan trắc khí thải tự động, trong khi lưu lượng khí thải của lọc bụi đập đá vôi nhà máy xi măng công suất 12.500t/ngày là 50.000 m3/h, lại không yêu câu phải lắp thiết bị quan trắc. Một vấn đề nữa cũng đang gây ra tranh cãi mà các nhà quản lý xây dựng tiêu chuần, quy định về phát thải cần xem xét đó là hiện tại ở nước ta có nhiều nhà máy xi măng sử dụng khí nóng lò nung cho sấy liệu máy nghiền xi măng và đầu tư vào hệ thống phát điện tận dụng nhiệt thừa để phát điện. Hai hệ thống này đã giảm rất nhiều lượng bụi phát tán ra môi trường từ ống khói làm nguội và lưu lượng khí thải cũng giảm đi rất nhiều. Do vậy, việc quy định phải lắp thiết bị quan trắc tự động cho ống khói thiêt bị làm nguội tại các nhà máy đó có cần thiết nữa không? Từ đó suy ra việc có nên chăng Nhà nước cần ban hành một giá trị giới hạn về lưu lượng khí thải, tổng lượng chất thải bắt buộc phải lắp thiết bị quan trắc khí thải tự động?

* Văn bản số 5417/BTNMT- TCMT của Bộ TNMT

Nội dung văn bản này hướng dẫn tạm thời về truyền, nhận số liệu quan trắc tự động. Tuy nhiên, văn bản chưa đề cập đến việc chuẩn hóa việc đọc dữ liệu quan trắc tại cơ sở (nhà máy), tại Sở TN&MT và Bộ TN&MT đã dẫn tới một bất cập nữa là: Nếu phần mềm của cơ sở in ra số liệu dưới dạng thanh (Bar) trong khi đó, Sở TN&MT và Bộ TN&MT lại in ra số liệu dạng đường cong (Gurve). Sự không thống nhất về cách thức thể hiện dữ liệu quan trắc như vậy đã gây khó khăn cho cơ sở trong việc giải trình các dữ liệu với cơ quan cấp trên khi được yêu cầu. Vậy thì, theo người viết, có nên chăng Nhà nước cần ban hành một chuẩn chung về phần mềm báo cáo đề sử dụng thống nhất từ cơ sở đến các cơ quan chức năng về môi trường?

Văn bản này cũng chưa đề cập đến quản lý giá trị oxy tham chiếu. Có nên chăng tại Phụ lục C của văn bản này, bổ sung thêm yêu cầu sự có mặt của giá trị oxy tham chiếu đang được sử dụng tại hệ thống quan trắc tự động của cơ sở (nhà máy) để quản lý?

4. Kết luận

Với nhiệm vụ phải lựa chọn đầu tư một hệ thống quan trắc khí thải tự động, thật khó để đưa ra được quyết định đúng đắn. Nếu chỉ lựa chọn hệ thống dựa trên các quy chuẩn kỹ thuật, thông tư văn bản hướng dẫn hiện nay thì có thể chi phí đầu tư sẽ thấp nhưng lại có nguy cơ rủi ro về bảo mật, khó kiểm soát được chất lượng và các rắc rồi về kỹ thuật, lập báo cáo. Còn lựa chọn hệ thống đáp ứng các tiêu chuân châu Âu thì giá thành lại cao. Vì vậy bài viết này với mong muốn chia sẻ nhưng khó khăn, vướng mắc và nhận được sự đóng góp ý kiến của các độc giả quan tâm tới vấn đề kiểm soát khí thải ô nhiễm hiện nay.

NGUỒN: (ximang.vn)

VIDEO THAM KHẢO:









Hệ thống quan trắc khí thải tự động cho nhà máy xi măng


Chúc các bạn thành công!
M_tả

No comments: