انتخاب برای سیستم پایش آنلاین منابع انتشار آلودگی (CEMS) هیچ گاه آسان نبوده است، بخصوص هنگامی که سرمایه گذاری قابل توجهی و حتی گاها هزینه های بالاتر نگهداری در طول عمر دستگاه مطرح باشد. هرچند، تصمیم گیری معمولا به سبب الزامات قانون گذاران برای چنین دستگاه هایی اجتناب ناپذیر می باشد. راهکار خرید ارزان ترین دستگاه ممکن است در عمل سبب خرید پرهزینه ترین سیستم درطول کارکرد آن دستگاه به سبب هزینه های بالاتر عملیاتی در طول عمر آن که حدود 10 سال می باشد، گردد. متاسفانه، هیچ قانون کلی و واحدی، نظر به اینکه پیش نیاز های منحصر بفرد در هر کارخانه می تواند تاثیر بسزایی بر روی تناسب هزینه های تکنولوژی CEMS مورد نظر داشته باشد، وجود ندارد. امروزه، صنایع مختلف، از قبیل صنایع فولاد، که ملزم به کاهش انتشار منابع آلاینده بر طبق قوانین زیست محیطی گردیده اند، می توانند از رنج گسترده ای از سیستم های CEM تولید شده توسط شرکت های مختلف تامین کننده انتخاب نمایند. با این وجود، بازار CEMS از لحاظ تناسب تکنولوژی های اندازه گیری پیشنهادی برای نیازمندی های پایش مورد نظر و توانایی های تامین کنندگان برای وفق دادن خود با الزامات و شرایط بخصوص هر کارخانه، بسیار غیر متجانس می باشد.

گام اول

تعیین پارامترهای فرایندی و تعداد گازها و رنج های اندازه گیری، که قوانین شما را ملزم به پایش آنها می کند. تعداد و طبیعت اجزایی که توسط سازمان محیط زیست برای پایش آنلاین و گزارش دهی مورد درخواست می باشد اثر بسزایی بر روی انتخاب CEMS مناسب می گذارد. بنابراین، گام نخست تهیه لیست کاملی از پارامترهای مورد نیاز برای پایش بهمراه مقادیر بیشترین حد مجاز انتشار یا رنج های اندازه گیری مورد درخواست، می باشد. بمنظور تامین اهدافی چون reference و scaling، دما و فشار گاز دودکش بهمراه غلظت اکسیژن نیز باید در بیشتر دودکش ها اندازه گیری گردند. اغلب اوقات میزان رطوبت موجود در گاز دودکش نیز بمنظور محاسبه مقادیر غلظت گاز خشک از اندازه گیری های گاز مرطوب و بالعکس مورد نیاز می باشد. تعیین میزان غبار موجود در گاز خروجی نیز اغلب الزامی می باشد، در این ارتباط، الزامات پایش می تواند متفاوت باشد. گاهی اوقات تعیین کدورت گاز دودکش بعنوان نشان دهنده میزان غبار کافی می باشد. مواقع دیگر، تعیین مقادیر غلظت غبار بصورت mg/m3 یا محاسبه فلوی جرمی کل با واحد g/h مورد درخواست می باشد. در این موارد اندازه گیری آنلاین دبی حجمی دودکش الزامی می باشد(فلومتری دودکش). به دلایل مختلف، نیازمندی های پایش برای ترکیبات گازی یک کارخانه می تواند بطور محسوسی متفاوت باشد. برای بعضی از کارخانه ها، اندازه گیری گازهای اصلی دودکش (از قبیل O2، CO2، CO و NO) ممکن است کافی باشد، ولی در برخی دیگر از کارخانه ها ممکن است اندازه گیری گازهای SO2 و هیدروکربن های نسوخته بعنوان ترکیبات فرار آلی (VOC) نیز مورد درخواست باشد. همچنین استفاده از سوخت های جایگزین اثر مستقیمی بر روی حداقل تعداد گازهای مورد پایش آنلاین خواهد گذاشت. بنابراین، تعداد کل گازهای مورد پایش توسط CEMS، ممکن است از کمتر از 5 تا بیش از 15 پارامتر متغیر باشد، که بستگی به سوخت مصرفی آن کارخانه دارد. همان طور که در جدول 1 شمای کلی تکنولوژی های CEMS دیده می شود، بمنظور پوشش دهی تمام نیازمندی های پایش، ترکیبی از تکنولوژی های مورد نیاز می باشد. برخی از تکنولوژی ها می توانند تعداد مشخصی از پارامترها را پوشش دهند، اما برخی از پارامترها مانند VOC، بطور مستقیم تنها توسط تکنولوژی خاص مانند FID قابل اندازه گیری می باشد. علاوه بر نوع تکنولوژی، نوع اندازه گیری نیز می تواند متفاوت باشد. تعداد زیادی از پارامترها می توانند بصورت in-situ و بطور مستقیم در دودکش اندازه گیری شوند. بصورت کلی در جاهایی که مقدور باشد، اندازه گیری in-situ ترجیح داده می شود، از آنجا که استخراج نمونه و حالت دهی منبع بیشتر مشکلات عملیاتی و نگهداری می باشد. اما، با افزایش تعداد پارامترهای مورد اندازه گیری، استفاده از روش in-situ بسیار جاگیر می شود و همچنین تعداد سوراخ های زیادی بر روی دودکش ایجاد می گردد. اگر بیش از تعداد معینی گاز مورد اندازه گیری باشند، استفاده از روش استخراجی (extractive) انتخاب بهتری می باشد. همچنین جهت استفاده از تکنولوژی in-situ، در نظر گرفتن محدودیت میزان غبار ماکزیمم یا دما و فشار ماکزیممی که اختلال و خطایی در اندازه گیری تکنولوژی in-situ ایجاد نکند حائز اهمیت می باشد.

گام دوم

الزام یا عدم الزام تبعیت سیستم CEM از استانداردهای ملی یا بین المللی مشخص و بخصوص عموما، قوانین گزارش دهی از استانداردهای ملی یا برگرفته از قوانین و استانداردهای بین الملی مانند قوانین موجود در اتحادیه اروپا یا قوانین برگرفته از EPA، می باشد. برخی تکنولوژی های بخصوص CEMS ممکن است با قوانین محلی برای کارخانه بخصوصی پیروی ننمایند. بعلاوه، برخی تامین کنندگان بالقوه ممکن است پیش شرط های لازم برای تامین نیازمندی های قوانین و استانداردهای منطقه ای را نداشته باشند، برای مثال، سیستم مدیریت کیفیت کار در اتحادیه اروپا مورد درخواست می باشد. پیروی CEMS انتخابی از قوانین وظیفه اپراتور کارخانه می باشد. از این رو، نیازمندی های استانداردها برای CEMS باید بخوبی شناخته شده باشد و توسط سیستم CEMS انتخابی و تامین کننده آن، پوشش داده شده باشد. درجه آزادی برای یک سیستم CEM ممکن است بواسطه الزامات مراجع قانونگذار محدود شده باشد. در هر حال، یک تامین کننده مناسب باید قادر به یافتن راه حلی اقتصادی تحت شرایط عملیاتی موجود باشد. لازم به ذکر است که گاهی الزامات و تکنولوژی های مورد تایید هرکدام از این استانداردها با استاندارد های دیگر، بسیار متفاوت می باشند، لذا تعامل و توافق به پیروی از استاندارد با نهاد قانون گذار باید صورت پذیرد.

گام سوم

بررسی اینکه آیا در آینده نزدیک قانون جدیدی که بر روی قوانین انتشار آلاینده و گزارش دهی اثرگذار باشد خواهد آمد. قوانین زیست محیطی ثابت نمی باشند، و از روندی جهانی به سمت پیشرفتی در جهت محیط زیست با استانداردهای تکنیکی بالاتر و هزینه های قابل پرداخت تر، پیش می روند. به طبع آن، نیازمندی های پایش انتشار ممکن است با گذر زمان افزایش یابد. بعنوان یک مثال برجسته، EPA اخیرا اعلام نموده است که برای کارخانه های سیمانقانون جدید تکنولوژی کنترل قابل دسترسی حداکثری (MACT)الزام به پایش اسید هیدروکلریک (HCl) و جیوه (Hg) نموده است. اگر پارامترهای جدید باید اندازه گیری و گزارش گردد یا محدودیت های اندازه گیری یک گاز تغییر نماید، مناسب بودن CEMS موجود باید چک گردد و منطبق بر آن انطباق داده شود. در این شرایط، سیستم های چند پارامتری بسیاری از گازهای مورد اندازه گیری را پوشش می دهند و قابلیت ارتقا به اضافه کردن چند گاز دیگر با هزینه بسیار اندک را دارا می باشند. بطور کل، سیستم های CEM باید تا چند درجه آزادی برای قابلیت انطباق با نیازهای آتی را داشته باشند. این امر، یکی از مزایای عمده سیستم های extractive می باشد. در موردی که مقادیر انتشار گاز جیوه نیاز به پایش انلاین داشته باشد، رنج های بسیار پایین اندازه گیری، نیازمند آنالایزری جداگانه و تکنولوژی جداگانه برای اندازه گیری این پارامتر می باشد. توسعه های اخیر نشان گر این امر می باشد که حتی رنج های زیر 10 میکروگرم نیز می توانند امروزه با هزینه ای منطقی آنالیز گردند.

گام چهارم

شفاف سازی شرایط عملیاتی CEMS: چه نوع سوختی در کوره مورد استفاده است؟ آیا امکان تغییر سوخت در آینده قابل پیش بینی می باشد؟ سوخت های جایگزین، زمانیکه فرایند کوره به درستی صورت می پذیرد، اثر کمتری بر روی تغییر مقادیر انتشار دارند. با این وجود، برخی شرایط فرایندی وجود دارد که می تواند برای سیستم CEMS بصورت چالش باشد، چراکه مقادیر بالای ترکیبات گازهای خورنده که نیازمند توجه ویژه و بعضا حذف می باشند وجود دارد. درصورتیکه هدف، اندازه گیریی بدون خطا و طول عمر بالای CEMS مورد نظر باشد، توجه به این گازها حائز اهمیت می باشد. دستگاه های in-situ و سیستم های نمونه برداری hot wet عملکرد و طول عمر بالایی در برابر مقادیر بالای ترکیبات گازهای خورنده از قبیل میعانات یا ذرات، نشان داده اند. عموما، سیستم های نمونه برداری cold dry می تواند به نوعی طراحی شوند که تحت این شرایط نیز کارکرد داشته باشند، ولی ملزم به هزینه کردن جهت مراحل فیلتراسیون بیشتر و نیاز به نگهداری بیشتر با ریسک عملیاتی بالاتر به سبب اینکه سیستم نمونه برداری وحالت دهی باید تجهیزات آنالایزر را از رسوب گذاری در هر زمان محافظت نماید. علاوه بر آن، به دانش فنی اپراتوری و تعمیرات پیگیرانه برای پرسنل نیز، نیاز دارد. انتخاب سوخت همچنین اثری بر روی الزامات قانونی می گذارد. کارخانجاتی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنندعموما هم رده با نیروگاه هایی که الزام پایش محدود دارند می باشند، در جاهایی که از سوخت های جایگزین استفاده می شود الزامات زیست محیطی هم سطح زباله سوزها می باشد که الزامات پایش بیشتری دارند. در صورتیکه استفاده از سوخت های جایگزین مورد نظر باشد، سیستم CEM باید قابلیت افزایش اندازه گیری پارامترها براساس نیازمندی های الزامات زیست محیطی و عملیاتی داشته باشد.

گام پنجم

تعیین اینکه آیا مواد اولیه، منبع تولید گازهایی چون ترکیبات آلی، آمونیاک، کلر، سولفور و ... می باشند. این ترکیبات گازی بعنوان گازهایی شناخته می شوند که بر روی سیستم های آنالایزر، بخصوص در نمونه برداری cold dry، اثرگذار می باشند. در طراحی سیستم نمونه برداری CEMS، باید غلظت های بالای مورد انتظار این ترکیبات را لحاظ نمود. روش in-situ و نمونه برداری hot wet حساسیت کمتری به این گازهای خورنده و مزاحم در مقایسه با cold dry دارند.

گام ششم

بررسی اینکه آیا شرایط عملیاتی CEMS در بازه طول عمر آن ثابت خواهد ماند. در برخی کارخانجات، طراحان و سازندگان آنها قبل از ورود گاز به دودکش و انتشار آن به اتمسفر از واحدهای جاذب گاز های آلاینده استفاده می کنند. برخی از این واحدها می تواند شامل واحد heat recovery، NOx زدایی، Sox زدایی، یخ خشک سازی، CO recovery و ... . بطور مثال مراحل تمیزسازی گاز، مانند NOx زدایی یا اسکرابر های خیس، مقدار آلاینده ها را بطور محسوسی کاهش می دهند و ممکن است رنج های اندازه گیری پایین تری برای گازهای مورد پایش مورد نیاز باشد. تکنولوژی آنالایزر مرتبط با CEMS باید قادر به تطابق با رنج های پایین تر اندازه گیری را داشته باشد. بعلاوه، دما و سطح رطوبت در گاز خروجی دودکش ممکن است تغییر نماید، که می تواند بر روی کارکرد و تناسب CEMS اثرگذار باشد. افزودنی های فرایند از قبیل آمونیاک یا اوره که در یک بخش NOx زدایی SNCR مورد استفاده قرار می گیرند ممکن است منجر به غلظت بالای آمونیاک بطور قابل توجه گردد. این امر منجر به دسترسی کمتر و هزینه های تعمیر و نگهداری بیشتر CEMS می شود.

گام هفتم

هزینه های تعمیر و نگهداری CEMS خود را بصورت طولانی مدت مورد نظر قرار دهید و تنها هزینه اولیه را مد نظر قرار ندهید. طول عمر CEMS برای کارکرد مداوم بطور تقریبی بیش از 10 سال است. بسته به نوع دیدگاه اندازه گیری، in-situ، dilution، cold dry یا hot wet، و نوع تکنولوژی آنالایزر، در برخی موارد هزینه های نگهداری در طول عمر دستگاه می تواند تا 3 برابر بیشتر از هزینه اولیه باشد. بنابراین، در نظر گرفتن هزینه کلی CEMS در بازه طول عمر آن به جای در نظر گرفتن تنها هزینه اولیه، کار عاقلانه ای می باشد. اگرچه اغلب،سیستم های in-situCEMS کارایی بهتری از لحاظ هزینه در کل طول عمر ارائه می دهند چراکه نیازی به نگهداری های پرهزینه مربوط به سیستم نمونه برداری و حالت دهی نمونه را ندارند. بعلاوه، تکنولوژی in-situ باید بمنظور کار در شرایط سخت و خشن عملیاتی و محیطی ساخته شود، که منجر به طراحی محصولی پایدار و محکم می گردد. درست است که این امر هزینه اولیه سیستم CEMS را افزایش چشمگیری می دهد، اما در طولانی مدت ممکن است هزینه کلی کمتر از دیگر روش ها باشد. دقت به این نکته حائز اهمیت می باشد که سیستم های in-situ با کیفیت بالا که قابلیت کارکرد در شرایط سخت و خشن عملیاتی و محیطی را دارند قیمتی بسیار بالاتر از دیگر دستگاه ها دارند و در صورتیکه دستگاه های in-situ ارزان قیمت یا هم رده با سیستم های استخراجی وجود داشته باشد، کیفیت و کارکرد آن در طولانی مدت زیر سوال خواهد بود. عموما، می توان گفت آنالایزرها منشا خرابی نیستند بلکه بخش نمونه برداری و حالت دهی می باشد. خرابی در بخش نمونه برداری می تواند سبب آسیب مهلک به اجزای دیگری مانند سنسورهای حساس آنالایزر گردد. بنابراین، اگر یک سیستم استخراجی انتخاب گردید، هرچه چیدمان ساده تر باشد، دسترسی و هزینه پایین تر آمده و ریسک های عملیاتی نیز کاهش می یابد. پس، سیستم نمونه برداری hot wet مزیت بیشتری نسبت به سیستم های cold dry و dilution دارد. منبع دوم هزینه های موجود در طول عمر دستگاه مواد مصرفی مانند هوای ابزار دقیق یا گازهای کالیبراسیون می باشند. تکنولوژی آنالایزرهایی که نیازمند کالیبراسیون روزانه span و zero توسط گازهای کالیبراسیون می باشند نسبت به آن دسته از آنالایزرهایی که از استانداردهای برای معتبرسازی داخلی استفاده می کنند، هزینه های موجود در طول عمر دستگاه را به شکل مشهودی افزایش می دهند. آنالایزرهای TDLS با سل گازهای تست داخلی برای کار بدون نیاز به حتی یک کالیبراسیون با گازهای کالیبراسیون در طول سال های زیاد معروف می باشند. بویژه در مواردی چون گازهای HF و NH3، مزیت عدم نیاز به کپسول های گاز کالیبراسیون ارزش اشاره کردن دارد.

گام هشتم

بررسی پیش شرط های برای عملکرد و نگهداری CEMS. آیا مجهز به افراد ماهر کافی برای سیستم مورد نظر خود هستید؟ بر طبق استاندارد کیفیت اروپا، CEMS باید حداقل 95% اوقات در دسترس بوده و دیتا ارسال نماید. در اینجا، تمام بازه های نگهداری و سیکل های معتبر سازی باید تنها 5% کل زمان کارکرد CEMS را به خود اختصاص دهند. سیستم های استخراجی می توانند این زمان در دسترس بودن را به بهای تلاشهای بیشتر نگهداری از سیستم های in-situ تامین نمایند.از میان سیستم های استخراجی، آن دسته از سیستم هایی که از gas cooler برای حذف رطوبت استفاده می کنند می توانند بعنوان بیشترین نیاز به نگهداری معرفی گردند. خصوصا در ارتباط با ترکیباتی که در آب حل می گردند و/یا تشکیل اسید می دهند، حالت دهی مناسب برای گاز نمونه، کاملا حساس و ظریف می باشد. هر گونه خرابی در فیلتر های بالادستی می تواند منجر به آسیب های مهلک اجزای بعدی گردد. در صورتیکه یک تیم نگهداری دائمی و کاملا آموزش دیده CEMS نتواند تامین گردد، سیستم in-situ یا hot wet ، با در نظر گرفتن اینکه آیا در شرایط عملیاتی قابل بهره برداری می باشند، باید در اولویت قرار داده شود.

گام نهم

مورد توجه قرار دادن شرایط موردی و محیطی کارخانه شرایط محیطی در محل، در انتخاب نوع روش، باید حتما مورد توجه قرار داده شود. سیستمی که برای قطب شمال طراحی می گردد مسلما با سیستم طراحی شده برای کویر عربی، باید متفاوت باشد. کارخانجات سیمان اغلب نزدیک به منابع مواد اولیه (معادن) یا نزدیک نواحی ساخت و سازی عظیم مانند سد ها که نیاز به بتن بسیار زیادی دارند ساخته می شوند. از آنجایی که این مکان ها کاملا می تواند دور از دسترس باشند، دسترسی به قطعات یدکی، حمل و نقل مواد مصرفی باید بخوبی مورد توجه قرار گیرد. برخی از سیستم های CEMS حتی نیاز به بطری های گازهای تست بصورت روزانه برای معتبرسازی داده ها نیاز دارند. برخی از این گازها مانند NH3 و HF گرانقیمت و حساس می باشند چرا که ممکن است دارای طول عمر پایین بوده، خورنده، سمی و ... باشند. توانایی تامین کننده برای انجام عیب یابی سیستم های خودشان بصورت از راه دور بوسیله خط تلفن، GPRS، یا اینترنت می تواند مزیت بسیار بزرگی برای کارخانه های واقع در نقاط دور می باشد. خطای ساده موجود در سیستم می تواند به آسانی تشخیص داده شود و در صورتیکه نیاز به حضور تکنسین در محل باشد نیز تکنسین قطعات یدکی مورد نیاز را بهمراه خود خواهد آورد. عیب یابی از راه دور می تواند از سرویس های غیر ضروری اجتناب نموده و بنابراین در زمان و هزینه صرفه جویی می نماید.

گام دهم

محک توانایی تامین کننده برای تمام نیازمندی های شما همانطور که در 9 گام پیشین اشاره گردید، انتخاب CEMS فرایندی پیچیده می باشد. پیش شرط های چندگانه ای در محل کارخانه مورد نظر باید با جزئیات مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین، تامین کننده CEMS باید قادر به پیروی و پشتیبانی فرایند تصمیم گیری کارخانجات را داشته باشد تا بتواند راه حلی مناسب برای هر مشتری بسته به تقاضای آنها ارائه دهد. رنج گسترده انواع محصولات CEMS و تکنولوژی های آنالایزر، دانش کامل و داشتن راه حل مناسب برای درخواست بخصوص صنایع فولاد نشان دهنده این امر می باشد که تامین کننده مورد نظر، شریکی مناسب برای تامین CEMS شما می باشد. سیستم CEMS پیشنهادی باید براساس نیازمندی های بخصوص کارخانه باشد تا اینکه بر اساس محدودیت های تکنولوژی تامین کننده مورد نظر باشد. خدمات پس از فروش از لحاظ تامین قطعات یدکی و مراجعه کارشناسان به کارخانه در صورت نیاز نیز از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.