Những khó khăn khi lựa chọn đầu tư hệ tống quan trắc khí thải tự động cho ngành xi măng (P1)

• 10/09/2018

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 NO_x,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:

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/Nm^3₍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. Về tầm quantrọng của giá trị oxy tham chiếu, sẽ được đề cập kỹ hơn ở phần cuối của bài viết.(Còn nữa)
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng)