楊 剛 周曉曼 易 容 謝倩雯 周 非 江 麗

(1.中國石油西南油氣田公司安全環(huán)保與技術(shù)監(jiān)督研究院；2.中國石油西南油氣田公司重慶天然氣凈化總廠)

0 引 言

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者根據(jù)有關(guān)規(guī)定確定的有機(jī)化合物[1]。VOCs是形成臭氧(O3)和細(xì)顆粒物(PM2.5)的重要前體物。近幾年，國家和地方政府逐步加強(qiáng)對(duì)VOCs的排放控制，相繼發(fā)布了相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。生態(tài)環(huán)境部2015年發(fā)布的GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》均對(duì)VOCs相關(guān)特征指標(biāo)的排放限值作出了規(guī)定，2019年發(fā)布了GB 37822—2019《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放標(biāo)準(zhǔn)》；天津市生態(tài)環(huán)境局2014年發(fā)布DB 12/524—2014《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制標(biāo)準(zhǔn)》；四川省生態(tài)環(huán)境廳2017年發(fā)布DB 51/2377—2017《四川省固定污染源大氣揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》等。

石油天然氣行業(yè)是VOCs的重要排放源。VOCs既可通過固定源排放，由于其揮發(fā)特性，還可通過無組織排放。在石化等行業(yè)中70%以上的VOCs排放都來自于無組織逸散排放[2]。因此，采取必要措施對(duì)石油天然氣行業(yè)VOCs無組織排放進(jìn)行監(jiān)測及治理是VOCs減排的一個(gè)重要方向。泄漏檢測與修復(fù)(Leak Detection and Repair，LDAR)技術(shù)是當(dāng)前國內(nèi)推廣的一種減排控制措施，是指使用專門的氣體檢測設(shè)備對(duì)流經(jīng)設(shè)備和管線組件等的VOCs濃度進(jìn)行檢測，定期檢查是否存在泄漏，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)泄漏組件進(jìn)行替換或修復(fù)，以減少VOCs排放的實(shí)踐方法[3]。根據(jù)美國環(huán)保署(EPA)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過實(shí)施LDAR措施，石化裝置可消減約63%的無組織排放，一般化工裝置可消減約56%的無組織排放，帶來巨大的環(huán)境效益[4]。遂寧市2018年下發(fā)的《關(guān)于印發(fā)遂寧市安居區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物污染防治實(shí)施方案(2018—2020年)的通知》中，明確要求中國石油遂寧天然氣凈化有限公司開展VOCs監(jiān)測治理工作。本文以A凈化廠為例，對(duì)LDAR技術(shù)在天然氣凈化廠的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 LDAR技術(shù)國內(nèi)外進(jìn)展

1.1 國外進(jìn)展情況

美國自20世紀(jì)80年代開始要求石化行業(yè)開展LDAR作業(yè)，并于1990年正式將LDAR技術(shù)納入修正的《清潔生產(chǎn)法》；1993年，EPA頒布了《設(shè)備泄漏排放估算協(xié)議》，1995年對(duì)該協(xié)議進(jìn)行修正，提出平均排放系數(shù)法、篩分法、EPA關(guān)聯(lián)法及特殊設(shè)備關(guān)聯(lián)法4種泄漏量估算方法，用于核算VOCs泄漏量[5]；2006年，EPA推出了采用紅外氣體成像設(shè)備的SMART-LDAR技術(shù)，與傳統(tǒng)LDAR技術(shù)相比，可更快速地進(jìn)行泄漏檢測，提高了檢測效率；2007年，EPA出臺(tái)了《泄漏檢測與修復(fù)最佳實(shí)踐指南》，進(jìn)一步詳細(xì)地規(guī)范了LDAR操作流程[5]。

加拿大1993年發(fā)布的《設(shè)備泄漏無組織排放檢測與控制實(shí)施法規(guī)》對(duì)LDAR作業(yè)提出了具體要求，包括對(duì)不同設(shè)備檢測頻次、修復(fù)時(shí)間等方面的規(guī)定。

歐盟于1999年開始建議其成員國在石油煉化行業(yè)開展LDAR相關(guān)工作。

1.2 國內(nèi)進(jìn)展情況

我國LDAR技術(shù)推廣應(yīng)用較晚，生態(tài)環(huán)境部2012年發(fā)布《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》，首次提出“石化企業(yè)應(yīng)全面推行LDAR(泄漏檢測與修復(fù))技術(shù)，加強(qiáng)石化生產(chǎn)、輸送和儲(chǔ)存過程揮發(fā)性有機(jī)物泄漏的監(jiān)測和監(jiān)管，對(duì)泄漏率超過標(biāo)準(zhǔn)的要進(jìn)行設(shè)備改造”；2013 年下發(fā)《揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)污染防治技術(shù)政策》，提出將LDAR技術(shù)列為VOCs污染防治技術(shù)措施；2014年印發(fā)《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》，明確要求石化行業(yè)全面開展LDAR工作；2015年印發(fā)《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》及《石化企業(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南》；2020年6月發(fā)布《揮發(fā)性有機(jī)物治理實(shí)用手冊(cè)》《重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物現(xiàn)場檢查指南(試行)》等。國內(nèi)各地也相繼出臺(tái)相關(guān)規(guī)范，浙江省生態(tài)環(huán)境廳2015年發(fā)布了《浙江省工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)技術(shù)要求(試行)》；上海市生態(tài)環(huán)境局2018年發(fā)布了《設(shè)備泄漏揮發(fā)性有機(jī)物排放控制技術(shù)規(guī)范》等。

我國近年雖然逐步重視LDAR技術(shù)的推廣應(yīng)用，但由于處在起步階段，各省、市環(huán)保部門都在探索前進(jìn)，關(guān)于LDAR技術(shù)執(zhí)行規(guī)范化、專業(yè)化等方面尚缺乏相關(guān)管理體系的配套建設(shè)。

2 LDAR技術(shù)工作流程

2.1 資料收集與裝置情況調(diào)研

包括熟悉廠區(qū)范圍環(huán)境，了解裝置基本情況，收集工藝流程圖(PFD)、管道儀表圖(P & ID)，并進(jìn)行分析，逐一分析辨識(shí)裝置內(nèi)設(shè)備和管線是否有接觸或流經(jīng)涉及VOCs的物料，明確LDAR實(shí)施范圍。

2.2 密封點(diǎn)臺(tái)賬建立

密封點(diǎn)指受控設(shè)備可能泄漏涉VOCs物料的密封，包括動(dòng)密封和靜密封[5]。通過對(duì)現(xiàn)場裝置、工藝、物料調(diào)研和P & ID等圖紙分析，明確密封點(diǎn)，劃分密封點(diǎn)區(qū)域。對(duì)每一個(gè)密封點(diǎn)設(shè)置唯一性編碼，描述其名稱、位置、類別等，通過拍照、現(xiàn)場掛牌或?qū) & ID圖標(biāo)識(shí)等方式進(jìn)行密封點(diǎn)的定位。

2.3 現(xiàn)場檢測

制定檢測方案，檢測儀器設(shè)備的校正、流量檢查、零點(diǎn)和示值檢查，對(duì)已建檔的密封點(diǎn)逐一進(jìn)行泄漏檢測，做好檢測記錄(包括檢測任務(wù)單、檢測儀器臺(tái)賬、校準(zhǔn)氣體臺(tái)賬、檢測周期等)。

2.4 泄漏修復(fù)

對(duì)確認(rèn)的泄漏點(diǎn)及時(shí)加掛泄漏標(biāo)識(shí)牌，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，并做好維修記錄(包括維修任務(wù)單、維修實(shí)施記錄、延遲修復(fù)記錄等)。

2.5 數(shù)據(jù)核算與分析

對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，如泄漏類型等，根據(jù)檢測結(jié)果和泄漏量計(jì)算方法估算密封點(diǎn)VOCs泄漏總量，對(duì)排放量及減排潛力進(jìn)行評(píng)估分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 檢測范圍與檢測儀器

采用便攜式FID檢測器(氫火焰離子化檢測器)對(duì)A天然氣凈化廠Ⅰ列凈化裝置進(jìn)行VOCs泄漏檢測，主要包括原料氣過濾分離單元、脫硫脫碳單元和脫水單元。便攜式FID檢測器的檢測結(jié)果為總烴含量，A天然氣凈化廠原料氣組分中除去硫化氫、二氧化碳、氮?dú)獾葻o機(jī)組分含量，甲烷與非甲烷總烴的含量比例約為98∶2，F(xiàn)ID檢測器的檢測結(jié)果乘以2%即認(rèn)為是VOCs(非甲烷總烴表征)含量。

3.2 密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

凈化裝置密封點(diǎn)類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 凈化裝置密封點(diǎn)類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)

由表1可知，A天然氣凈化廠凈化裝置閥門、法蘭和連接件(螺紋連接)的密封點(diǎn)數(shù)量較多，分別占密封點(diǎn)總數(shù)的18.1%，29.0%，49.7%，三者合計(jì)占密封點(diǎn)總數(shù)的96.8%。

3.3 泄漏密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

根據(jù)GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中5.3.4規(guī)定的“泄漏的認(rèn)定”，有機(jī)氣體和揮發(fā)性有機(jī)液體流經(jīng)的設(shè)備與管線組件泄漏檢測值大于等于2 000 μmol/mol，以及其他揮發(fā)性有機(jī)物流經(jīng)的設(shè)備與管線組件泄漏檢測值大于等于500 μmol/mol的被認(rèn)定發(fā)生了泄漏。凈化裝置泄漏密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表2，泄漏濃度區(qū)間密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)見表3。

表2 凈化裝置泄漏密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

表3 凈化裝置泄漏濃度區(qū)間密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)

3.4 VOCs排放量統(tǒng)計(jì)

設(shè)備動(dòng)靜密封點(diǎn)VOCs排放量核算主要有實(shí)測法、相關(guān)方程法、篩選范圍法和平均排放系數(shù)法[6]。實(shí)測法一般采用包袋法或大體積采樣法，準(zhǔn)確度最高，但操作繁瑣，耗費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力，一般不采用。篩選范圍法和平均排放系數(shù)法主要針對(duì)不可達(dá)密封點(diǎn)或未開展LDAR工作使用。相關(guān)方程法根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測泄漏濃度，通過修正后的凈檢測值，經(jīng)查表確定排放速率。相關(guān)方程法是目前國內(nèi)外普遍采用的計(jì)算方法。A天然氣凈化廠凈化裝置通過相關(guān)方程法計(jì)算得到VOCs排放量，結(jié)果見表4。

表4 凈化裝置VOCs排放量計(jì)算結(jié)果

3.5 VOCs泄漏修復(fù)與減排效果評(píng)估

根據(jù)《石化企業(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南》要求，首次維修不得遲于自發(fā)現(xiàn)泄漏之日起5日內(nèi)，泄漏密封點(diǎn)首次維修或?qū)嵸|(zhì)性維修后，應(yīng)在5日內(nèi)完成驗(yàn)證檢測(復(fù)測)[6]。針對(duì)A天然氣凈化廠不同類型的泄漏密封點(diǎn)，通過清理更換配件、適當(dāng)擰緊螺栓螺母、加裝閥門等方式進(jìn)行泄漏修復(fù)，并對(duì)修復(fù)后的泄漏點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行復(fù)測。凈化裝置修復(fù)前后VOCs減排情況見表5。

由表5可看出，首次泄漏檢測凈化裝置可達(dá)密封點(diǎn)的VOCs排放量為39.104 kg/a。經(jīng)維修，根據(jù)復(fù)測值計(jì)算出實(shí)施LDAR后凈化裝置可達(dá)密封點(diǎn)的VOCs泄漏排放量為7.734 kg/a，實(shí)現(xiàn)減排31.370 kg/a，減排率達(dá) 80.22%。A天然氣凈化廠共有7列凈化裝置，預(yù)估VOCs泄漏量達(dá)274 kg/a，可實(shí)現(xiàn)減排220 kg/a。

表5 凈化裝置VOCs減排情況

4 結(jié)論與建議

石化行業(yè)LDAR技術(shù)推廣應(yīng)用已有四年左右的時(shí)間，但天然氣行業(yè)對(duì)LDAR技術(shù)的應(yīng)用還處于起步探索階段。本文通過對(duì)A天然氣凈化廠實(shí)施LDAR，證明LDAR技術(shù)是控制天然氣凈化廠無組織排放的一種重要且有效的方法，不僅能取得良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，還能降低一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。LDAR技術(shù)的應(yīng)用對(duì)控制VOCs排放和改善空氣質(zhì)量(特別是減少甲烷等溫室氣體排放)具有重要意義。

同時(shí)，在天然氣凈化廠開展LDAR項(xiàng)目中發(fā)現(xiàn)，目前在LDAR技術(shù)管理規(guī)范體系上還存在需要進(jìn)一步完善的地方。

4.1 檢測設(shè)備在天然氣行業(yè)實(shí)用性需調(diào)高

當(dāng)前市面上針對(duì)泄漏檢測的便攜式FID檢測器基本都是配備單FID檢測通道，僅能針對(duì)總烴進(jìn)行檢測；但在天然氣行業(yè)，總烴檢測結(jié)果包括甲烷和非甲烷總烴，在應(yīng)用檢測結(jié)果計(jì)算VOCs排放量時(shí)需要扣除甲烷含量。因此，檢測設(shè)備還需進(jìn)一步改進(jìn)，以提高在天然氣行業(yè)應(yīng)用的實(shí)用性。

4.2 LDAR管理平臺(tái)不夠規(guī)范

現(xiàn)階段不同的檢測機(jī)構(gòu)根據(jù)自身對(duì)LDAR技術(shù)的理解，開發(fā)建立了自己的管理平臺(tái)，不同機(jī)構(gòu)的平臺(tái)缺乏通用性和規(guī)范性，導(dǎo)致政府在對(duì)各企業(yè)VOCs排放信息管理上不能很好地利用各機(jī)構(gòu)建立的數(shù)據(jù)平臺(tái)。因此，大型企業(yè)或政府有必要建立統(tǒng)一的平臺(tái)系統(tǒng)，以便于管理。

4.3 LDAR項(xiàng)目實(shí)施效果評(píng)估體系不夠全面

各企業(yè)實(shí)施LDAR項(xiàng)目更關(guān)注的是VOCs減排量，但一個(gè)完整的LDAR項(xiàng)目的效果不僅是得到一個(gè)最終減排量的數(shù)據(jù)，還應(yīng)包括項(xiàng)目實(shí)施過程中檢測人員能力、檢測設(shè)備等方面的評(píng)估和審查，檢測技術(shù)審查，數(shù)據(jù)審查等多方面內(nèi)容[5]。只有做好相應(yīng)評(píng)估審查，才能更好地保障項(xiàng)目實(shí)施效果。因此，需要進(jìn)一步研究LDAR技術(shù)評(píng)估規(guī)范體系，以便能更好地評(píng)估相關(guān)LDAR項(xiàng)目實(shí)施效果。

4.4 LDAR技術(shù)泄漏量核算方法有一定局限性

現(xiàn)階段采用的核算方法(實(shí)測法、相關(guān)方程法、篩選范圍法和平均排放系數(shù)法)主要參考EPA公布的方法，其泄漏排放量采用的排放系數(shù)不一定完全適合我國，因此，需要借鑒國外在LDAR領(lǐng)域的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，制定我國的泄漏系數(shù)，制定適合我國的泄漏量計(jì)算方法。