CN116026418B - 一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，涉及碳排放核查监测领域，本发明是将石油化工厂预划分为中心监测区、内环监测区和外环监测区，再通过等距布置多融感传感器获取石油化工厂运行过程中的碳排放信息和石油化工厂运行过程中的环境信息，且对上述信息进行储存和核查分析，并通过对核查分析过程中两组曲线的整合判断，以生成复核曲线和数据异常信号；通过数据异常信号进行数据异常处理操作，以保证工作人员对数据层相应故障或后端硬件故障进行检修维护，再通过生成的复核曲线整体性的在线判断中心监测区、内环监测区和外环监测区的碳排放消融率，并通过对碳排放消融率的生成，检测感应大自然对碳排放的消融程度。

Description

一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统

技术领域

本发明涉及碳排放核查监测领域，尤其涉及一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统。

背景技术

在当前背景下，碳排放数据的准确性、可靠性极其重要，CEMS系统（污染物在线监测系统）是对大气污染源排放的气态污染物和颗粒物进行浓度和排放总量连续监测并将信息实时传输到主管部门的装置，包括气态污染物监测子系统、颗粒物监测子系统、烟气参数监测子系统和数据采集处理与通讯子系统，其中的气态污染物监测子系统主要用于监测气态污染物SO2、NO等的浓度和排放总量，而其中的Co和或Co2，由于在排放烟气中的占比远大于S02、NOx，因此通常被称为碳排放；但现有系统还存在一些不足，只能实现信息的采集，无法判断碳排放与大自然环境承载力之间的关系，导致碳排放异常时对环境的影响大大增加，系统的环保监测能力智能较低的问题；

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的在于：是石油化工厂预划分为中心监测区、内环监测区和外环监测区，再通过等距布置多融感传感器获取石油化工厂运行过程中的碳排放信息和石油化工厂运行过程中的环境信息，且对上述信息进行储存和核查分析，通过对核查分析过程中两组曲线的整合判断以生成复核曲线和数据异常信号；通过数据异常信号进行数据异常处理操作，以保证工作人员对数据层相应故障或后端硬件故障进行检修维护，再通过生成的复核曲线整体性的在线判断中心监测区、内环监测区和外环监测区的碳排放消融率，则通过碳排放消融率的生成，在线监测大自然对碳排放消融的能力，且在超过消融承载力时，监测提醒工作人员进行相应措施处理，以降低碳排放异常时对环境的影响，以提高系统的环保监测能力。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，包括区域划分单元、信息采集单元、数据储存单元、预复核处理单元和在线检测单元；

区域划分单元用于以石油化工厂为中心呈环状从内到外分别划分检测区，其中检测区为中心监测区、内环监测区和外环监测区，且将其发送到数据储存单元；

信息采集单元用于采集预设时间内石油化工厂运行过程中的碳排放信息和石油化工厂运行过程中的环境信息并将其发送到预复核处理单元和数据储存单元；

数据储存单元用于接收信息并储存；

预复核处理单元用于接收碳排放信息和环境信息内数据并进行数据核查分析生成清洗曲线和平滑曲线，再将清洗曲线和平滑曲线以时间轴作为基准进行重合，清洗曲线标记为Rn，平滑曲线标记为rn，经公式得到特征差值P，且将特征差值P与预设特征值p进行比较：当特征差值P大于预设特征值p时，则生成数据异常信号，当生成数据异常信号后进行数据异常处理操作，当特征差值P小于等于预设特征值p时，则将清洗曲线和平滑曲线以时间轴作为基准进行重合平均以生成复核曲线，并将复核曲线发送到数据储存单元进行储存；

在线检测单元实时获取数据储存单元内最近同时刻的中心监测区的复核曲线、内环监测区的复核曲线和外环监测区的复核曲线经分析处理生成监测提醒信号，当生成监测提醒信号后进行监测提醒操作。

进一步的，石油化工厂运行过程中的碳排放信息包括中心监测区的碳排放信息、内环监测区的碳排放信息和外环监测区的碳排放信息；其中碳排放信息包括二氧化碳含量和一氧化碳含量，其中石油化工厂运行过程中的环境信息包括中心监测区的环境信息、内环监测区的环境信息和外环监测区的环境信息；其中环境信息包括风速和降雨量。

进一步的，数据异常处理操作为获取数据储存单元储存的原始数据，再将特征差值、清洗曲线和平滑曲线结合编辑生成数据异常文本，且将数据异常文本发送给工作人员的电脑终端。

进一步的，数据核查的具体过程如下：

获取任意相邻三个数据，计算相邻数据的差值，且将两个差值的绝对值进行相加，再将相加的值进行平均得到均差，再将均差与预设差值进行比较，当均差小于预设差值时，则数据正常无需处理，当均差大于等于预设差值时，则剔除中间数据，并计算相邻两个数据的均值，再将均值插入到剔除的中间数据内，重复上述步骤直到均差均小于预设差值时，则将上述数据按时间轴进行连接形成清洗曲线；

若某一点的数据与其相邻的两个数据点差值的绝对值均大于预设平滑值，则标记为不合理数据，若某一点与其前一个数据点相比差值的绝对值大于预设平滑值，则也标记为不合理数据，对不合理数据进行剔除并重复上述步骤进行处理，直至无不合理数据出现再将上述数据按时间轴进行连接形成平滑曲线。

进一步的，复核曲线为二氧化碳复核曲线、一氧化碳复核曲线、风速复核曲线和降雨复核曲线。

进一步的，在线检测单元的分析处理过程如下：计算中心监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到中心监测区的动态检测值；

计算内环监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到内环监测区的动态检测值；

计算外环监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到外环监测区的动态检测值；

归一化处理的具体过程为：

将二氧化碳复核曲线、一氧化碳复核曲线、风速复核曲线和降雨复核曲线的均值分别标定为Q、W、E和R，经公式，得到动态检测值DT，其中e1、e2、e3、e4和e5均为去量纲因子；

则中心监测区的动态检测值、内环监测区的动态检测值和外环监测区的动态检测值为DT₁、DT₂和DT₃；再经公式：

①Q₁=DT₁-DT_2，得到第一相邻差值Q_1，通过第一相邻差值Q₁获取中心监测区和内环监测区碳排放的空间差值；

②Q₂=DT₂-DT₃，得到第二相邻差值Q_2，通过第二相邻差值Q₂获取内环监测区和外环监测区碳排放的空间差值；

③XR=k1*Q1/DT1+k2*Q2/DT2，得到碳排放消融率XR，其中k1＞k2，k1+k2=1，k1和k2均为权重参数；还将碳排放消融率XR与预设消融值xr进行比较，当碳排放消融率XR大于预设消融值xr时，则生成监测提醒信号。

进一步的，监测提醒操作的具体步骤如下：

获取碳排放消融率、中心监测区的动态检测值、内环监测区的动态检测值和外环监测区的动态检测值以及对应的原始数据并构建监测文本，再将监测文本发送给工作人员的电脑终端。

综上所述，由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

本发明是将石油化工厂预划分为中心监测区、内环监测区和外环监测区，再通过等距布置多融感传感器获取石油化工厂运行过程中的碳排放信息和石油化工厂运行过程中的环境信息，且对上述信息进行储存和核查分析，通过对核查分析过程中两组曲线的整合判断以生成复核曲线和数据异常信号；通过数据异常信号进行数据异常处理操作，以保证工作人员对数据层相应故障或后端硬件故障进行检修维护，再通过生成的复核曲线整体性的在线判断中心监测区、内环监测区和外环监测区的碳排放消融率，则通过碳排放消融率的生成，在线监测大自然对碳排放消融的能力，且在超过消融承载力时，监测提醒工作人员进行相应措施处理，以降低碳排放异常时对环境的影响，以提高系统的环保监测能力。

附图说明

图1示出了本发明的流程框图；

图2示出了本发明的时间-数值坐标；

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-2所示，一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，包括区域划分单元、信息采集单元、数据储存单元、预复核处理单元和在线检测单元；

区域划分单元以石油化工厂为中心呈环状从内到外分别划分检测区，检测区为中心监测区、内环监测区和外环监测区，且将其发送到数据储存单元；通过实时在线检测核查中心监测区、内环监测区和外环监测区的信息参数判断碳排放的扩张及其淡化速率，再判断碳排放对全地区的影响；

信息采集单元用于采集预设时间内石油化工厂运行过程中的碳排放信息和石油化工厂运行过程中的环境信息并将其发送到预复核处理单元和数据储存单元；其中石油化工厂运行过程中的碳排放信息包括中心监测区的碳排放信息、内环监测区的碳排放信息和外环监测区的碳排放信息；其中碳排放信息包括二氧化碳含量、一氧化碳含量等，其通过设置在石油化工厂各处的气体敏感电阻传感器感应生成；其中石油化工厂运行过程中的环境信息包括中心监测区的环境信息、内环监测区的环境信息和外环监测区的环境信息；环境信息包括风速、降雨量等，风速、降雨量分别由设置在石油化工厂各处的风速传感器、雨量传感器感应生成；

数据储存单元用于接收信息并储存，以便于后续的核查复检；

预复核处理单元用于接收碳排放信息和环境信息内数据并进行数据核查分析生成清洗曲线和平滑曲线，再将清洗曲线和平滑曲线以时间轴作为基准进行重合，清洗曲线标记为Rn，平滑曲线标记为rn，得到特征差值，且将特征差值P与预设特征值p进行比较：当特征差值P大于预设特征值p时，则生成数据异常信号，当生成数据异常信号后进行数据异常处理操作，数据异常处理操作为获取数据储存单元储存的原始数据，再将特征差值、清洗曲线和平滑曲线结合编辑生成数据异常文本，且将数据异常文本发送给工作人员的电脑终端，工作人员通过数据异常文本对设置的核查分析规则进行深度分析并进行重新制定，以辅助工作人员检测核查分析规则的制定合理性；且n＞1，i为正整数；如图2所示，由时间t和数值Y构建生成平面坐标系，Ri、ri为清洗曲线和平滑曲线中n取i时的对应数值，Ri、ri的连续性数值构成清洗曲线Rn、平滑曲线rn；

当特征差值P小于等于预设特征值p时，则将清洗曲线Rn和平滑曲线rn以时间轴作为基准进行差值平均以生成复核曲线xn，并将复核曲线xn发送到数据储存单元进行储存；复核曲线xn的具体表示如图2所示，处于清洗曲线Rn和平滑曲线rn之间，且分别相距清洗曲线Rn和平滑曲线rn相等的距离；

而其中的数据核查的具体过程如下：

获取任意相邻三个数据，计算相邻数据的差值，且将两个差值的绝对值进行相加，再将相加的值进行平均得到均差，再将均差与预设差值进行比较，当均差小于预设差值时，则数据正常无需处理，当均差大于等于预设差值时，则剔除中间数据，并计算相邻两个数据的均值，再将均值插入到剔除的中间数据内，重复上述步骤直到均差均小于预设差值时，则将上述数据按时间轴进行连接形成清洗曲线；

若某一点的数据与其相邻的两个数据点差值的绝对值均大于预设平滑值，则标记为不合理数据，若某一点与其前一个数据点相比差值的绝对值大于预设平滑值，则也标记为不合理数据，对不合理数据进行剔除并重复上述步骤进行处理，直至无不合理数据出现再将上述数据按时间轴进行连接形成平滑曲线；

则通过清洗曲线和平滑曲线来对采集的异常数据进行清洗，保证数据的合理性，例如设备突然断连、损坏等情况，及时做出合理性处理分析；

上述过程为复核预处理单元的处理规则，其中的权重参数、预设特征值、预设差值和预设平滑值均为变量，当对应数据的种类不同时，则自动选择适配的权重参数、预设特征值、预设差值和预设平滑值，以保证参数处理的系统性；

在线检测单元实时获取数据储存单元内最近同时刻的中心监测区的复核曲线、内环监测区的复核曲线和外环监测区的复核曲线，复核曲线为二氧化碳复核曲线、一氧化碳复核曲线、风速复核曲线和降雨复核曲线；

计算中心监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到中心监测区的动态检测值；

计算内环监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到内环监测区的动态检测值；

计算外环监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到外环监测区的动态检测值；

即工作人员可直观的看到三个监测区的动态检测值，并通过动态检测值判断环境干扰下的碳排放状况，上述的归一化处理的具体过程为：

将二氧化碳复核曲线、一氧化碳复核曲线、风速复核曲线和降雨复核曲线的均值分别标定为Q、W、E和R，经公式，得到动态检测值DT，其中e1、e2、e3、e4和e5均为去量纲因子，去量纲因子是为保证数值单位统一，且使模拟计算的结果更加接近真实值；其中的e4＞e1＞e2＞e5＞e3且e4+e1+e2+e5+e3=9.78；

则中心监测区的动态检测值、内环监测区的动态检测值和外环监测区的动态检测值为DT₁、DT₂和DT₃；再经公式：

①Q₁=DT₁-DT₂，得到第一相邻差值Q₁，通过第一相邻差值Q₁获取中心监测区和内环监测区碳排放的空间差值；

②Q₂=DT₂-DT₃，得到第二相邻差值Q₂，通过第二相邻差值Q2获取内环监测区和外环监测区碳排放的空间差值；

③XR=k1*Q1/DT1+k2*Q2/DT2，得到碳排放消融率XR，其中的k1＞k2且k1+k2=1，k1和k2均为权重参数，权重参数是使计算的结果更加接近真实值，且碳排放消融率XR越大说明碳排放消融的速度越小，对环境的影响越高；

还将碳排放消融率XR与预设消融值xr进行比较，当碳排放消融率XR大于预设消融值xr时，则生成监测提醒信号，反之则不产生信号，当生成监测提醒信号后进行监测提醒操作，具体步骤如下：

获取碳排放消融率、中心监测区的动态检测值、内环监测区的动态检测值和外环监测区的动态检测值以及对应的原始数据并构建监测文本，再将监测文本发送给工作人员的电脑终端，以便于工作人员进行人工核查相应数据或检修相应设备；

综合上述的技术方案，本发明是将石油化工厂预划分为中心监测区、内环监测区和外环监测区，再通过等距布置多融感传感器获取石油化工厂运行过程中的碳排放信息和石油化工厂运行过程中的环境信息，且对上述信息进行储存和核查分析，通过对核查分析过程中两组曲线的整合判断以生成复核曲线和数据异常信号；通过数据异常信号进行数据异常处理操作，以保证工作人员对数据层相应故障或后端硬件故障进行检修维护，再通过生成的复核曲线整体性的在线判断中心监测区、内环监测区和外环监测区的碳排放消融率，则通过碳排放消融率的生成，在线监测大自然对碳排放消融的能力，且在超过消融承载力时，监测提醒工作人员进行相应措施处理，以降低碳排放异常时对环境的影响，以提高系统的环保监测能力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，其特征在于，包括区域划分单元、信息采集单元、数据储存单元、预复核处理单元和在线检测单元；

区域划分单元用于以石油化工厂为中心呈环状从内到外分别划分检测区，其中检测区为中心监测区、内环监测区和外环监测区，且将其发送到数据储存单元；

信息采集单元用于采集预设时间内石油化工厂运行过程中的碳排放信息和石油化工厂运行过程中的环境信息并将其发送到预复核处理单元和数据储存单元；

数据储存单元用于接收信息并储存；

预复核处理单元用于接收碳排放信息和环境信息内数据并进行数据核查分析生成清洗曲线和平滑曲线，再将清洗曲线和平滑曲线以时间轴作为基准进行重合，清洗曲线标记为Rn，平滑曲线标记为rn，得到特征差值且将特征差值P与预设特征值p进行比较：当特征差值P大于预设特征值p时，则生成数据异常信号，当生成数据异常信号后进行数据异常处理操作，数据异常处理操作为获取数据储存单元储存的原始数据，再将特征差值、清洗曲线和平滑曲线结合编辑生成数据异常文本，且将数据异常文本发送给工作人员的电脑终端，工作人员通过数据异常文本对设置的核查分析规则进行深度分析并进行重新制定，以辅助工作人员检测核查分析规则的制定合理性；且n＞1，i为正整数；由时间t和数值Y构建生成平面坐标系，Ri、ri为清洗曲线和平滑曲线中n取i时的对应数值，Ri、ri的连续性数值构成清洗曲线Rn、平滑曲线rn；

当特征差值P小于等于预设特征值p时，则将清洗曲线Rn和平滑曲线rn以时间轴作为基准进行差值平均以生成复核曲线xn，并将复核曲线xn发送到数据储存单元进行储存；复核曲线xn处于清洗曲线Rn和平滑曲线rn之间，且分别相距清洗曲线Rn和平滑曲线rn相等的距离；

而其中的数据核查的具体过程如下：

获取任意相邻三个数据，计算相邻数据的差值，且将两个差值的绝对值进行相加，再将相加的值进行平均得到均差，再将均差与预设差值进行比较，当均差小于预设差值时，则数据正常无需处理，当均差大于等于预设差值时，则剔除中间数据，并计算相邻两个数据的均值，再将均值插入到剔除的中间数据内，重复上述步骤直到均差均小于预设差值时，则将上述数据按时间轴进行连接形成清洗曲线；

若某一点的数据与其相邻的两个数据点差值的绝对值均大于预设平滑值，则标记为不合理数据，若某一点与其前一个数据点相比差值的绝对值大于预设平滑值，则也标记为不合理数据，对不合理数据进行剔除并重复上述步骤进行处理，直至无不合理数据出现再将上述数据按时间轴进行连接形成平滑曲线；

则通过清洗曲线和平滑曲线来对采集的异常数据进行清洗，保证数据的合理性；

在线检测单元实时获取数据储存单元内最近同时刻的中心监测区的复核曲线、内环监测区的复核曲线和外环监测区的复核曲线经分析处理生成监测提醒信号，当生成监测提醒信号后进行监测提醒操作。

2.根据权利要求1所述的一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，其特征在于，石油化工厂运行过程中的碳排放信息包括中心监测区的碳排放信息、内环监测区的碳排放信息和外环监测区的碳排放信息；其中碳排放信息包括二氧化碳含量和一氧化碳含量，其中石油化工厂运行过程中的环境信息包括中心监测区的环境信息、内环监测区的环境信息和外环监测区的环境信息；其中环境信息包括风速和降雨量。

3.根据权利要求2所述的一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，其特征在于，数据异常处理操作为获取数据储存单元储存的原始数据，再将特征差值、清洗曲线和平滑曲线结合编辑生成数据异常文本，且将数据异常文本发送给工作人员的电脑终端。

4.根据权利要求2所述的一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，其特征在于，数据核查的具体过程如下：

获取任意相邻三个数据，计算相邻数据的差值，且将两个差值的绝对值进行相加，再将相加的值进行平均得到均差，再将均差与预设差值进行比较，当均差小于预设差值时，则数据正常无需处理，当均差大于等于预设差值时，则剔除中间数据，并计算相邻两个数据的均值，再将均值插入到剔除的中间数据内，重复上述步骤直到均差均小于预设差值时，则将上述数据按时间轴进行连接形成清洗曲线；

若某一点的数据与其相邻的两个数据点差值的绝对值均大于预设平滑值，则标记为不合理数据，若某一点与其前一个数据点相比差值的绝对值大于预设平滑值，则也标记为不合理数据，对不合理数据进行剔除并重复上述步骤进行处理，直至无不合理数据出现再将上述数据按时间轴进行连接形成平滑曲线。

5.根据权利要求2所述的一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，其特征在于，复核曲线为二氧化碳复核曲线、一氧化碳复核曲线、风速复核曲线和降雨复核曲线。

6.根据权利要求5所述的一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，其特征在于，在线检测单元的分析处理过程如下：

计算中心监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到中心监测区的动态检测值；

计算内环监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到内环监测区的动态检测值；

计算外环监测区的复核曲线的均值经归一化处理得到外环监测区的动态检测值；

归一化处理的具体过程为：

将二氧化碳复核曲线、一氧化碳复核曲线、风速复核曲线和降雨复核曲线的均值分别标定为Q、W、E和R，经公式得到动态检测值DT，其中e1、e2、e3、e4和e5均为去量纲因子；

则中心监测区的动态检测值、内环监测区的动态检测值和外环监测区的动态检测值为DT₁、DT₂和DT₃；再经公式：

①Q₁＝DT₁-DT₂，得到第一相邻差值Q₁；

②Q₂＝DT₂-DT₃，得到第二相邻差值Q₂；

③XR＝k1*Q1/DT1+k2*Q2/DT2，得到碳排放消融率XR，其中k1＞k2，k1+k2＝1，k1和k2均为权重参数；还将碳排放消融率XR与预设消融值xr进行比较，当碳排放消融率XR大于预设消融值xr时，则生成监测提醒信号。

7.根据权利要求6所述的一种用于石油化工的碳排放核查在线监测系统，其特征在于，监测提醒操作的具体步骤如下：

获取碳排放消融率、中心监测区的动态检测值、内环监测区的动态检测值和外环监测区的动态检测值以及对应的原始数据并构建监测文本，再将监测文本发送给工作人员的电脑终端。