22 mei E-nose programma Bianca Milan

Transcriptie

1 Notitie Aan e-nose board Kopie aan Datum Documentnummer Project Auteur 22 mei E-nose programma Bianca Milan Onderwerp Activiteit A, E-nose Safety deel B ( Vast Netwerk Moerdijk): Deel 2; Objectspecifieke alarmering (Ontwerp beproefd op e-nose netwerk te Moerdijk) Inleiding Binnen het E-nose programma, specifiek voor activiteit A, E-nose Safety deel B (Vast Netwerk Moerdijk), wordt onderzocht of een e-nose netwerk een kansrijk hulpmiddel biedt om sneller en gerichter veiligheidsinformatie te verzamelen en presenteren op basis waarvan beslissingen, zoals alarmering, opschaling, ontalarmering en inzetten en aansturen van meetploegen kunnen worden genomen. Na de brand bij Chemie-Pack heeft de DCMR in opdracht van de gemeente Moerdijk een meetcampagne uitgevoerd waarbij naast parameterspecifieke luchtmeetapparatuur ook een netwerk van E- noses werd opgesteld op het industriegebied van Moerdijk. De primaire behoefte was het monitoren van de verspreiding van gassen afkomstig van het terrein van Chemie-Pack. Binnen het E-nose programma, specifiek activiteit A, is additioneel aan deze meecampagne ruimte gecreëerd voor uitvoerige data-analyse. Het e-nose programma doel is hier het opzetten en testen van een adequate alarmering voor het Moerdijk e-nose netwerk, waarmee gericht emissies komende van het Chemie-Pack terrein kunnen worden gemonitord. Er zijn hiertoe twee rapporten opgesteld: Deel 1: Analyse van de e-noses observaties rondom het terrein van Chemie-Pack te Moerdijk Deel 2: Objectspecifieke alarmering met e-noses Objectspecifieke alarmering (Ontwerp beproefd op e-nose netwerk te Moerdijk) In de bijlage van deze notitie is het tweede rapport bijgevoegd. Eén van de inzichten van het 1 ste rapport is dat het netwerk ook reageerde op gassen van bronnen buiten Chemie-Pack. Dit is feitelijk een verstoring. Er is daarom een speciaal alarmering voor de Chemie-Pack (op basis van objectspecifieke alarmering) opgezet en getest. Objectspecifieke monitoring is het signaleren van gasvormige emissies afkomstig van bronnen in een specifiek gebied waarbij rekening wordt gehouden met de invloed van verstorende emissies van externe bronnen. Door het bewuste gebied te omzomen met een netwerk van enoses en het tegelijkertijd meten van de windrichting en snelheid wordt de verspreiding van gasemissies uit het gebied gemonitord en wordt met speciale filtertechnieken het effect van de verstorende invloeden genegeerd. Met behulp van objectspecifieke monitoring kan een adequate alarmering worden opgezet voor emissies van een specifiek gebied. Om objectspecifieke monitoring te realiseren is in het kader van het enose programma een online filtermechanisme ontwikkeld. Dit filtermechanisme is getest op het enose netwerk te Moerdijk. De resultaten zijn bemoedigend. Het windcriterium werkt voor 100% en daarbij geeft het patrooncriterium in 44% van de gevallen een positieve match. Dit laatste houdt in dat voor 44% van de geregistreerde verhoogde emissies vanaf Chemie-Pack kennelijk hetzelfde soort gasmengsel is waargenomen. -1-

2 Vervolgstappen Op dit moment is het alarmeringsysteem gebaseerd op 1 enkele fingerprint. Dit is de fingerprint van de aan Chemie-Pack gerelateerde emissies. Deze fingerprint is in 44% van de situaties waargenomen. Omdat de samenstelling van emissies kan variëren tijdens de saneringswerkzaamheden, is het raadzaam om de fingerprint-database uit te breiden. Inmiddels is het mechanisme ook toegepast op het enose netwerk dat in het kader van het samenwerkingsproject tussen de DCMR en Vopak Oil Rotterdam op en rond de Vopak Terminal Europoort is geïnstalleerd. Het systeem is daar zo ingesteld dat het dashboard in de controlekamer van Vopak alleen signaleert op waarnemingen gerelateerd aan emissies door Vopak. Vervolgstap zal zijn om het ontwikkelde filtermechanisme ook te gebruiken op het Pernis netwerk. Objectspecifieke alarmering zal dan toegepast worden op onder andere: een wederkerende alarmering van enose VO-02 door de huisgeur van een naburige palmolie raffinaderij. Met objectspecifieke alarmering zou de respons van deze enose op deze huisgeur worden genegeerd. De enose OM-01 reageert specifiek op emissies afkomstig van de naastgelegen olieterminal. In 2011 heeft een gebeurtenis plaatsgevonden waarbij door een procesfout een hoeveelheid butaan werd geëmitteerd. De onderhavige enose heeft gereageerd op deze butaanemissie. Het effect is door data-analyse achteraf inzichtelijk gemaakt. De fingerprint van de enose was in de periode van deze gebeurtenis significant anders dan de periode daarvoor en daarna. Met een objectspecifieke alarmering, waarbij wordt gealarmeerd op afwijkingen van het standaardprofiel dat deze enose waarneemt was deze gebeurtenis mogelijk eerder opgevallen. In het industriegebied Pernis staat een verdeelstation van de Gasunie. Onder normale bedrijfsomstandigheden zijn er soms emissies van kleine hoeveelheden aardgas. De naburige enoses nemen soms sporen van deze emissies waar doordat ze de fingerprint van methaan herkennen. De concentraties zijn zeer laag. Echter, door het inrichten van een objectgerichte alarmering op de naburige enoses kan er adequaat worden gealarmeerd wanneer de enoses concentraties waarnemen die duiden op een afwijking van het emissiepatroon tijdens normale bedrijfsomstandigheden, zoals een gaslek in de installatie. -2-

3 Objectspecifieke alarmering met enoses Ontwerp beproefd op enose netwerk te Moerdijk

4 Objectspecifieke alarmering met enoses Ontwerp beproefd op enose netwerk te Moerdijk Auteurs : S.K. Bootsma, A. Zerbo, Datum : april 2012 Comon Invent Postbus AA Delft

5 Inhoud Samenvatting 4 1. Inleiding 5 2. Objectspecifiek alarmeringsysteem Chemie-Pack 8 3. Actueel Alarmeringsysteem Conclusie & Aanbeveling

6 Samenvatting Objectspecifieke monitoring is het registreren van gasvormige emissies afkomstig van bronnen in een specifiek gebied waarbij rekening wordt gehouden met de invloed van verstorende emissies van externe bronnen. Na registratie volgt alarmering. Door het bewuste gebied te omzomen met een netwerk van enoses en het tegelijkertijd meten van de windrichting en -snelheid wordt de verspreiding van gasemissies uit het gebied gemonitord en wordt met speciale filtertechnieken het effect van de verstorende invloeden genegeerd. Met behulp van objectspecifieke monitoring kan een adequate alarmering opgezet worden voor emissies van een specifiek gebied. Het toepassingsgebied voor objectspecifieke monitoring betreft terreinen met potentiële emissiebronnen waarvan de concentratiecontouren van bepaalde gassen rond die bron moeten worden beheerst. Het kan hierbij gaan om geurende gassen, maar ook om stoffen die bij overschrijding van een bepaald concentratieniveau kunnen leiden tot gevaar, zoals bedwelming, verstikking of explosie. In het enose programma van de DCMR wordt objectspecifieke monitoring met enoses gezien als een kernkwaliteit. Na de brand bij Chemie-Pack heeft de DCMR in opdracht van de gemeente Moerdijk een meetcampagne uitgevoerd waarbij naast parameterspecifieke luchtmeetapparatuur ook een netwerk van enoses werd opgesteld op het industriegebied van Moerdijk. De primaire behoefte was het monitoren van de verspreiding van gassen afkomstig van het terrein van Chemie-Pack. In het kader van het enose programma is er een analyse uitgevoerd van de data over de periode februari 2011 tot februari 2012 (rapport: Analyse van de enose observatie rondom het terrein van Chemie- Pack te Moerdijk (DMS ). De combinatie van parameterspecifieke luchtmeetapparatuur en enoses heeft hierbij inzichten opgeleverd die relevant zijn voor het enose programma. Eén van de inzichten is dat het netwerk ook reageerde op gassen van bronnen buiten Chemie-Pack. Dit is feitelijk een verstoring van de primaire missie van de meetcampagne. Om dit verstorende element op te heffen is een speciaal filtermechanisme ontwikkeld. Het systeem toetst automatisch of het aannemelijk is dat de respons van de enoses wordt veroorzaakt door gassen uit het omzoomde brongebied. Als dat zo is, dan alarmeert het systeem wanneer de enoses een verhoogde gasconcentratie waarnemen. Als de bron buiten het gemonitorde gebied ligt, dan alarmeert het systeem niet. Het vereiste filtermechanisme is ontwikkeld in het kader van het enose programma en is getest met het enose netwerk te Moerdijk. De resultaten zijn bemoedigend. Het windcriterium werkt voor 100% en daarbij geeft het patrooncriterium in 44% van de gevallen een positieve match. Dit laatste houdt in dat voor 44% van de geregistreerde verhoogde emissies vanaf Chemie-Pack hetzelfde soort gasmengsel is waargenomen. Inmiddels is het mechanisme ook toegepast op het enose netwerk dat in het kader van het samenwerkingsproject tussen de DCMR en Vopak Oil Rotterdam op en rond de Vopak Terminal Europoort is geïnstalleerd. Het systeem is daar zo ingesteld dat het dashboard in de controlekamer van Vopak alleen signaleert op waarnemingen gerelateerd aan emissies door Vopak. Comon Invent Postbus AA Delft

7 1. Inleiding Een elektronische neus, of kortweg enose, is een instrument waarin een aantal gassensoren is verwerkt. De uitgangssignalen van de gassensoren worden tegelijkertijd uitgelezen, De enoses staan via een online verbinding in contact met een centrale database voor opslag van de ruwe sensor data. enoses reageren op veranderingen van de luchtsamenstelling. De reactie van alle sensoren samen vormt een bepaald patroon. Wanneer de enose gericht wordt blootgesteld aan een bepaald gasmengsel, dan wordt het patroon beschouwd als de vingerprint van het betreffende gas. Door het vastleggen van vingerprints ontstaat een database met referentiepatronen. Als op een ander tijdstip een patroon wordt waargenomen dat lijkt op een van de referentiepatronen, dan is er mogelijk sprake van een situatie waarbij de enose aan hetzelfde gas ruikt als op het moment dat het referentiepatroon werd bepaald. Patroongeneratie en -herkenning in ruwe sensor data vormt de basis van enose technologie. Na de brand bij Chemie-Pack heeft de DCMR in opdracht van de gemeente Moerdijk een meetcampagne uitgevoerd waarbij naast parameterspecifieke luchtmeetapparatuur ook een netwerk van enoses werd opgesteld op het industriegebied van Moerdijk. De primaire behoefte was het monitoren van de verspreiding van gassen afkomstig van het terrein van Chemie-Pack. Vijf enoses stonden tijdens deze campagne opgesteld naast luchtkwaliteitmeetstations van de DCMR en het RIVM. Met deze meetstations heeft de DCMR gedurende het hele jaar de BTEX-concentraties gemeten. Door deze opstelling was het mogelijk om onderzoek te verrichten tussen de enose data en de resultaten van de specifieke BTEX-concentraties In het kader van het e-nose programma is over de meetperiode februari 2011 tot februari 2012 gerapporteerd in het rapport getiteld Analyse van de enose observatie rondom het terrein van Chemie-Pack te Moerdijk (DMS ). De conclusies uit dit rapport waren als volgt: 1. De monitoring met enoses rondom het terrein van Chemie-Pack geeft een goed inzicht in de veranderingen van de luchtsamenstelling; 2. Er is een goede overeenkomst tussen de waarnemingen van de enose en de BTX-analysers gevonden; 3. Emissies vanaf het Chemie-Pack terrein zijn inzichtelijk gemaakt, maar zijn relatief laag ten opzichte van de omliggende industriële emissiebronnen. Het onderzoek is verricht door het vergelijken van de tijdreeks data. Hierbij zijn de BTEX-concentraties vergeleken met de ruwe enose data. Figuur 1. toont hiervan een voorbeeld. Het betreft hier een vergelijking van de concentratie van de Benzeen, Tolueen, Ethylbenzeen en M-, P- O-Xyleen in µg/m 3 met de ruwe sensor data van de naburige enose weergegeven in decibel

8 BTX & E-nose Moerdijk I_februari Decibel S1 S2 S3 S4 S5 S6 S8 S7 MP-Xyleen Tolueen Benzeen (e)benzeen Oxyleen µg/m Dagen Figuur 1. Weergave van enose signalen (linkeras) en gemeten VOS-concentratie (rechteras) in februari Daarnaast zijn er pollutierozen opgesteld. Hierbij is per maand de gemiddelde BTEX-concentratie per component afgezet tegen de heersende windrichting. Evenzo zijn pollutierozen gemaakt van de enoses. Figuur 2 toont de pollutierozen van de enoses gedurende april Bij de pollutierozen is de immissie die de verschillende sensoren in de enose beïnvloeden per windrichting weergegeven. De blauw omcirkelde pieken lijken gerelateerd aan emissies vanaf het terrein van Chemie-Pack. Van de rood omcirkelde piek kan niet worden uitgesloten dat deze door emissies van Chemie-Pack wordt veroorzaakt of door emissies die niet van Chemie-Pack kwamen. Comon Invent Postbus AA Delft

9 Met de tijdreeks data kan een uitspraak worden gedaan over de gemeten concentratie in plaats en tijd. Met pollutierozen kan een uitspraak worden gedaan over de richting vanwaar de gassen komen die de meetapparatuur beïnvloeden. Geconcludeerd is dat er emissies uit bronnen op het terrein van Chemie-Pack hebben plaatsgevonden, maar dat de meetapparatuur (luchtkwaliteitmeetstations en enoses) ook zeker reageren op emissies van externe bronnen. In 2012 zal de bodem die als gevolg van de brand is verontreinigd worden gesaneerd. Het is waarschijnlijk dat bij het roeren van de vervuilde grond stoffen vervluchtigen die leiden tot een tijdelijke verslechtering van de luchtkwaliteit op en rond het saneringsterrein. Met de kennis die is opgedaan in de meetcampagne in 2011 is daarom een objectspecifiek alarmeringsysteem met enoses ingericht

10 2. Objectspecifiek alarmeringsysteem Chemie-Pack Belangrijk is dat het enose netwerk reageert op emissies die het gevolg zijn van de bodemsanering van het Chemie-Pack terrein en niet wordt verstoord door immissie van externe bronnen. Om deze objectspecifieke alarmering te realiseren is een methodiek ontwikkeld op basis van de volgende criteria: 1. De windhoek per enose ten opzichte van Chemie-Pack; 2. Fingerprint(s) typerend voor de emissies vanaf Chemie-Pack. MD-02 figuur 3. Overzicht bepaalde windrichtingen per enose ten opzichte van Chemie-Pack ad 1. Het instellen van de windhoek Figuur 3 toont het resultaat van de bepaling van de windhoeken van de enoses van het netwerk. Ter illustratie, enose MD 2 geeft hier een verhoogde waarde weer. De windhoek is 45 en valt tussen de vooraf ingestelde range van 39 t/m 93. Het is nu aannemelijk dat de verhoogde waarde van Chemie- Pack afkomstig is. Dit betekent dat het alarmeringsysteem reageert op deze verhoogde waarde. Er wordt echter daadwerkelijk een alarm gegenereerd wanneer de onderhavige enose(s) een Chemie- Pack gerelateerde fingerprint waarnemen (zie voor uitleg: ad 2). Gaat een enose in alarm en de windhoek valt niet tussen zijn ingestelde windhoek range dan zal de verhoogde waarde wel worden weergegeven zonder dat een alarm wordt gegeneerd. Comon Invent Postbus AA Delft

11 Ad 2. Het instellen van de fingerprint van Chemie-Pack In de dataset die op deze locatie in 2011 is gegenereerd, is gezocht naar patronen die zijn te definiëren als aan Chemie-Pack gerelateerde fingerprints. Deze fingerprints dienen als referentie te worden opgeslagen. Dit onderzoek is gebaseerd op een analyse van de database over een heel jaar en ook op twee geurrondes die door DCMR-medewerkers zijn verricht op 11 januari en op 5 april. Tijdens de twee geurrondes zijn mobiele enoses gebruikt. Dit onderzoek heeft geresulteerd in het gegeven dat er een typisch patroon is gevonden. Dit patroon lijkt kenmerkend te zijn voor emissies van het terrein van Chemie-Pack. Dit patroon is in de database opgenomen als de Chemie-Pack fingerprint. Figuur 4. Handmatige patroonanalyse Figuur 4 toont de waarneming van de enose bij de meetwagen op In dit geval voldoet de enose registratie aan de criteria voor wind en patroon. De enose ruikt Chemie-Pack en alarmeert. In dit geval vertoont het patroon gemeten op gelijkenis met het opgeslagen Chemie-Pack patroon van een mobiele enose die is gebruikt door de DCMR tijdens de geurrondes op het terrein van Chemie Pack op 11 januari en 5 april figuur 5. Patroon Mobiele enose geregistreerd naast een bron - 9 -

12 Alarminstellingen Wanneer de Chemie-Pack gerelateerde fingerprint door een of meerdere enoses wordt waargenomen en de heersende windrichting valt binnen de windhoek van enose(s) ten opzichte van Chemie-Pack, dan wordt een alarm gegenereerd. Het testen van de alarminstellingen Op 29 februari 2012 is de eindrapportage van de enose campagne voor de DCMR afgerond. In bijlage III van dat rapport is een lijst opgenomen met de gebeurtenissen waarbij een relatie is gevonden tussen de ruwe enose data en de aan Chemie-Pack gerelateerde emissies. Deze lijst betreft de periode van februari 2011 tot februari Deze gebeurtenissen zijn geclassificeerd als positieve resultaten. Er zijn ook gebeurtenissen geweest waarbij de relatie niet goed kon worden onderbouwd. Deze resultaten als negatief geclassificeerd. Een negatief resultaat betekent dus niet dat de enose niets registreerde, maar dat de uitslag niet eenduidig kon worden gerelateerd aan emissies van Chemie-Pack. De lijst geeft aan dat de positieve resultaten overwegend in de periode van februari t/m april zijn geregistreerd. Begin mei daalde het aantal positieve resultaten sterk. In de rest van 2011 kwamen positieve resultaten nog sporadisch voor. Met de inachtneming van het bovenstaande is voor het testen van de alarminstellingen de dataset van februari 2011 t/m april 2011 nogmaals doorlopen. Er is nu getoetst op verhoogde enose waarden waarbij de windhoek viel binnen de ingestelde range en werd voldaan aan het criterium voor de Chemie-Pack gerelateerde fingerprint. De resultaten zijn in tabel 1 opgenomen. Voor de groen gemarkeerde vakken geldt dat deze voldoen aan het windcriterium. Vergelijking van onderstaand tabel met de tabel in bijlage III van het vorige rapport geeft een 100% match: precies dezelfde periodes zijn geselecteerd. Dit betekent dat het windcriterium goed werkt. Voor de groen gemarkeerde vakken met een CP in de tabel geldt dat naast het windcriterium ook de Chemie-Pack fingerprint is waargenomen. Dit geldt voor 11 van de 25 gevallen (44%). Dit betekent dat voor 44% van de geregistreerde verhoogde emissies van Chemie-Pack hetzelfde soort gasmengsel is gezien, te weten hetzelfde soort gasmengsel als waargenomen tijdens de 2 inspectierondes op 11 januari en 5 april feb mrt apr Tabel 1: lijst met positieve resultaten Comon Invent Postbus AA Delft Datum Start Datum Stop MTW MD1 MD2 MVO1 MVO2 ATM : :52 CP : :07 CP : : : :21 CP : :00 CP : :29 Datum Start Datum Stop MTW MD1 MD2 MVO1 MVO2 ATM : : : : : :21 CP : :21 CP : : : : : :20 CP : : : : : :25 Datum Start Datum Stop MTW MD1 MD2 MVO1 MVO2 ATM : :56 CP : : : : : :20 CP : : : : : :33 CP : : : :27 CP

13 3. Actueel Alarmeringsysteem Het objectspecifieke alarmsysteem is inmiddels ingesteld. Figuur 6. toont de situatie waarbij de signaalwaarde van elke enose als een verkleurende cilinder wordt gepresenteerd. De kleurschakering verandert van groen naar rood bij respectievelijk geen tot sterke waarneming. In de grafiek zijn 2 enoses die een oranje signaal weergeven. Daarnaast zijn er 3 groene en 1 gele enose te zien. Het dashboard toont ook de windgegevens. De blauwe pijl toont de verspreidingsrichting van gasvormige deeltjes. De informatiebalk aan de bovenzijde van het scherm toont de actuele alarmstatus. De enoses die in alarm zijn, hebben geen relatie met de Chemie-Pack gerelateerde emissies. Het systeem geeft daarom in dit geval geen alarm. Figuur 6. Geen alarm

14 Figuur 7. enoses ruiken Chemie-Pack Figuur 7 toont twee enoses die benedenwinds van Chemie-Pack staan en ook het aan Chemie-Pack gerelateerde patroon herkennen. Het criterium van de patroonherkenning is gebaseerd op de zogenaamde L-factors. De L-factor is een getal dat het verschil tussen het actuele enose patroon en de referentie fingerprints aangeeft. Hoe kleiner het getal, hoe groter de gelijkenis met het referentiepatroon. In beide gevallen lijkt het actuele enose patroon sterker op de fingerprint van Chemie-Pack dan op die van H 2 S, crude, fuel oil, etc. Omdat in dit geval zowel het wind- als het patrooncriterium geldt, wordt het alarmsysteem geactiveerd. Comon Invent Postbus AA Delft

15 4. Conclusie & Aanbeveling Conclusies Objectspecifieke monitoring is het signaleren van gasvormige emissies afkomstig van bronnen in een specifiek gebied waarbij rekening wordt gehouden met de invloed van verstorende emissies van externe bronnen. Door het bewuste gebied te omzomen met een netwerk van enoses en het tegelijkertijd meten van de windrichting en snelheid wordt de verspreiding van gasemissies uit het gebied gemonitord en wordt met speciale filtertechnieken het effect van de verstorende invloeden genegeerd. Met behulp van objectspecifieke monitoring kan een adequate alarmering worden opgezet voor emissies van een specifiek gebied. Om objectspecifieke monitoring te realiseren is in het kader van het enose programma een online filtermechanisme ontwikkeld. Dit filtermechanisme is getest op het enose netwerk te Moerdijk. De resultaten zijn bemoedigend. Het windcriterium werkt voor 100% en daarbij geeft het patrooncriterium in 44% van de gevallen een positieve match. Dit laatste houdt in dat voor 44% van de geregistreerde verhoogde emissies vanaf Chemie-Pack kennelijk hetzelfde soort gasmengsel is waargenomen Aanbevelingen Op dit moment is het alarmeringsysteem gebaseerd op 1 enkele fingerprint. Dit is de fingerprint van de aan Chemie-Pack gerelateerde emissies. Deze fingerprint is in 44% van de situaties waargenomen. Omdat de samenstelling van emissies kan variëren tijdens de saneringswerkzaamheden, is het raadzaam om de fingerprint-database uit te breiden