江　浩，周俊波，楊劍鋒，劉文彬，陳良超，高　姍（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100029）

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泄漏檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)在乙苯脫氫裝置中的應(yīng)用

江浩，周俊波，楊劍鋒，劉文彬，陳良超，高姍
（北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100029）

摘要：乙苯脫氫裝置在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中存在無(wú)組織泄漏情況，采用泄漏檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）進(jìn)行排放量計(jì)算，并對(duì)密封點(diǎn)進(jìn)行了全面檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)一步分析泄漏原因。乙苯脫氫裝置共檢測(cè)密封點(diǎn)1495個(gè)，其中泄漏密封點(diǎn)572個(gè)，占總體密封點(diǎn)38.2%。泄漏密封點(diǎn)主要來(lái)源于閥門和法蘭，其中閥門泄漏率為55.79%。通過(guò)維修后，裝置VOCs泄漏率從38.2%下降至12.4%，修復(fù)率達(dá)到32.5%。

關(guān)鍵字：泄漏檢測(cè)與修復(fù)；化工裝置；泄漏；損失評(píng)估

導(dǎo)師簡(jiǎn)介：楊劍鋒（1967-），男，教授，博士，主要研究方向：石油化工安全技術(shù)及工程、化工裝置風(fēng)險(xiǎn)分析。

煉化生產(chǎn)裝置在運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備密封泄漏產(chǎn)生的無(wú)組織排放時(shí)有發(fā)生，不僅會(huì)造成加工損失、能源損耗，而且還會(huì)污染環(huán)境，甚至可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒等事故。據(jù)美國(guó)環(huán)保局估算，設(shè)備泄漏產(chǎn)生的排放約占煉油廠原油加工量的0.01%。石化企業(yè)的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）無(wú)組織排放源主要集中在罐區(qū)、裝卸區(qū)、污水處理單元和生產(chǎn)設(shè)備裝置。近年來(lái)，通過(guò)配套法規(guī)的頒布實(shí)施和新設(shè)備、新技術(shù)的推廣使用，前3項(xiàng)無(wú)組織排放得到了有效控制。然而對(duì)于設(shè)備泄漏產(chǎn)生的VOC無(wú)組織排放至今沒(méi)有取得明顯的控制效果。從技術(shù)層面來(lái)講，生產(chǎn)裝置的VOCs無(wú)組織排放主要來(lái)源于設(shè)備泄漏，而泄漏具有很大的偶然性，至今尚未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律［1］。

設(shè)備泄漏檢測(cè)與維修系統(tǒng)（LDAR系統(tǒng)）是應(yīng)用于石油化工生產(chǎn)裝置的泄露檢測(cè)修復(fù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要針對(duì)無(wú)組織排放源，即除點(diǎn)排放源（煙囪、焚燒爐）以外的大氣污染物質(zhì)排放點(diǎn)，包括泵、閥門、壓縮機(jī)、減壓閥、采樣連接、開(kāi)放的終端閥、管線、法蘭、連接器、容器、攪拌器等各種設(shè)備部件的泄漏［2］。通過(guò)使用專門的檢測(cè)儀器進(jìn)行檢測(cè)，確保泄漏點(diǎn)的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與修復(fù)，最大限度的減少現(xiàn)場(chǎng)VOC介質(zhì)的排放［3］。

1　乙苯脫氫裝置特點(diǎn)

某石化企業(yè)4萬(wàn)t·a-1催化干氣制乙苯裝置以石油苯（重整裝置苯和部分外購(gòu)苯）和催化干氣中的稀乙烯為原料，經(jīng)烴化反應(yīng)制備乙苯。因此，選取催化干氣制乙苯裝置應(yīng)用泄漏檢測(cè)與維修技術(shù)，用于研究該裝置泄漏現(xiàn)狀及VOCs無(wú)組織排放情況。催化干氣制乙苯裝置主要反應(yīng)機(jī)理

在固體酸催化劑的存在下，苯與乙烯氣相烷基化合成乙苯是典型的弗瑞德-克來(lái)福特（Fridel-Crafts）反應(yīng)。該反應(yīng)的主反應(yīng)是苯與乙烯烷基化生成乙苯，是親電取代反應(yīng)。在酸催化劑作用下，乙烯被活化生成乙基正碳離子，生成的乙基正碳離子進(jìn)攻苯環(huán)形成б絡(luò)合物，再經(jīng)質(zhì)子離去完成了該烷基化反應(yīng)過(guò)程。

2　泄漏檢測(cè)與維修工作流程

泄漏檢測(cè)與維修技術(shù)工作流程見(jiàn)圖1。

圖1　泄漏檢測(cè)與維修技術(shù)工作流程Fig.1 Leak detection and repair technology work process

該流程主要包括項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析3部分。首先，在項(xiàng)目建立時(shí)，根據(jù)企業(yè)需求開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與資料分析工作，根據(jù)工藝流程、介質(zhì)類型、現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)等因素制訂泄漏檢測(cè)與修復(fù)方案，并且根據(jù)密封點(diǎn)類型、介質(zhì)性質(zhì)等分類建立密封點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)；然后在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，根據(jù)制訂的檢測(cè)方案，準(zhǔn)備相應(yīng)的檢測(cè)儀器，培訓(xùn)檢測(cè)人員，完成密封點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中所有密封點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)泄漏檢測(cè)，并且將檢測(cè)結(jié)果導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)，將泄漏密封點(diǎn)信息反饋給企業(yè)，企業(yè)組織維修人員維修后，開(kāi)展泄漏密封點(diǎn)復(fù)測(cè)工作；最后，統(tǒng)計(jì)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，評(píng)估泄漏損失，編寫(xiě)檢測(cè)分析材料，完成材料歸檔管理［4］。

3　結(jié)果與討論

3.1泄漏檢測(cè)結(jié)果分析

圖2　檢測(cè)已泄漏的密封點(diǎn)統(tǒng)計(jì)示意圖Fig.2 Leak sealing points statistical diagram

圖3　根據(jù)密封點(diǎn)類型劃分的泄漏檢測(cè)結(jié)果示意圖Fig3 Different sealing leak detection results of the classification of the points

圖4　根據(jù)密封點(diǎn)介質(zhì)類型劃分的泄漏檢測(cè)結(jié)果示意圖Fig4 Different sealing point media leak detection results of the classification of the sketch

3.2排放量核算

根據(jù)美國(guó)EPA的相關(guān)方程法［5，6］，

式中eTOC：密封點(diǎn)的TOC排放速率，kg·h-1；SV：修正后的凈檢測(cè)值，μmol·mol-1；e0，i：密封點(diǎn)i的默認(rèn)零值排放速率，kg·h-1；ep，i：密封點(diǎn)i的限定排放速率，kg·h-1；ef，i：密封點(diǎn)i的相關(guān)方程核算排放速率，kg·h-1。

各類型密封點(diǎn)的排放速率按表1計(jì)算。

表1　石油煉制和石油化工設(shè)備組件的設(shè)備排放速率aTab.1 Petroleum refining and petrochemical equipment components of the discharge rate

a：美國(guó)環(huán)保署，1995b報(bào)告的數(shù)據(jù)。對(duì)于密閉式的采樣點(diǎn)，如果采樣瓶連在采樣口，則使用“連接件”的排放系數(shù)；如采樣瓶未與采樣口連接，則使用“開(kāi)口管線”的排放系數(shù)。

b：SV是檢測(cè)設(shè)備測(cè)得的凈檢測(cè)值（SV，μmol· mol-1）；

c：輕液體泵系數(shù)也可用于壓縮機(jī)、泄壓設(shè)備和重液體泵。

表2　密封點(diǎn)分類統(tǒng)計(jì)Tab.2 Sealing point classification statistics

表3　泄漏點(diǎn)分類統(tǒng)計(jì)Tab.3　Leak sealing point classification statistics

將檢測(cè)值代入相關(guān)方程，得出修復(fù)前，每年泄漏損失量為125.5kg。

3.3泄漏原因分析

由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，密封點(diǎn)元件在役時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致元件老化，例如閥門經(jīng)過(guò)多次啟閉操作后，導(dǎo)致填料與閥桿的接觸壓力降低，預(yù)緊力不夠并且填料松動(dòng)。法蘭墊片容易出現(xiàn)老化、龜裂，導(dǎo)致法蘭端面與密封墊片的密合不嚴(yán)。開(kāi)口管線與采樣接口使用更為頻繁，控制閥門的內(nèi)漏導(dǎo)致接口腐蝕與磨損。另外密封點(diǎn)檔案管理不到位，石化裝置密封點(diǎn)種類繁多、數(shù)量較大，導(dǎo)致密封點(diǎn)管理滯后，密封點(diǎn)基本參數(shù)缺少信息化管理。

3.4維修措施

閥門閥桿與填料壓蓋或壓板之間泄漏的修復(fù)，通常可以通過(guò)適當(dāng)扭緊壓蓋閥門閥桿與填料壓蓋或壓板之間泄漏的修復(fù)，通?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)扭緊壓蓋或壓板螺栓上的螺母消除泄漏。采用壓蓋直接壓緊填料的閥門，需要注意兩側(cè)螺母應(yīng)平衡扭緊。在上緊螺母的同時(shí)，應(yīng)監(jiān)測(cè)泄漏點(diǎn)，直到凈檢測(cè)值低于泄漏控制濃度。

法蘭泄漏維修，首先應(yīng)對(duì)稱逐步扭緊螺栓螺母，同時(shí)檢測(cè)泄漏點(diǎn)，直到凈檢測(cè)值低于泄漏定義濃度。通過(guò)扭緊螺栓螺母，無(wú)法消除泄漏，則需要退出法蘭上下游物料，更換墊片。連接件泄漏維修，首先應(yīng)適當(dāng)扭緊螺帽。通過(guò)扭緊螺母，無(wú)法消除泄漏，則需要退出連接件上下游物料，在確保螺紋無(wú)損的前提下，重新纏繞密封生料帶或涂抹密封膠，將螺母上緊。在扭轉(zhuǎn)螺母過(guò)程中，軟管不應(yīng)聯(lián)動(dòng)而使螺母受到反向扭矩。

開(kāi)口閥或開(kāi)口管線泄漏，首先應(yīng)檢查末端閥門是否關(guān)緊。在閥門關(guān)緊情況下，泄漏依然存在，則可以通過(guò)加裝一道閥門或根據(jù)閥門、管線的末端實(shí)際狀況安裝盲板或絲堵。

3.5修復(fù)結(jié)果

修復(fù)后進(jìn)行了復(fù)測(cè)。復(fù)測(cè)結(jié)果顯示：由于裝置關(guān)停條件下才能修復(fù)，某些泄漏閥門立即修復(fù)的VOCs排放量大于延遲修復(fù)的排放量，且修復(fù)過(guò)程中應(yīng)將吹掃物料經(jīng)密閉排放系統(tǒng)有效處理，因此其中186個(gè)點(diǎn)的VOCs泄漏濃度仍大于500× 10-6mol·mol-1。剩余的386個(gè)密封點(diǎn)在進(jìn)行修復(fù)后泄漏濃度低于500×10-6mol·mol-1。裝置VOCs泄漏率從38.2%下降至12.4%，修復(fù)率達(dá)到32.5%。

4　結(jié)論

乙苯脫氫裝置中共檢測(cè)密封點(diǎn)1495個(gè)，其中泄漏密封點(diǎn)572個(gè)，占總體密封點(diǎn)38.2%。根據(jù)密封點(diǎn)類型劃分的泄漏檢測(cè)結(jié)果示意圖，其中閥門泄漏率為55.79%，說(shuō)明閥門泄漏最為嚴(yán)重，圖3為根據(jù)密封點(diǎn)介質(zhì)類型劃分的泄漏檢測(cè)結(jié)果示意圖，由氣體/蒸汽管線與輕液管線的泄漏情況對(duì)比可知，輕液管線泄漏明顯大于氣體管線泄漏兩種介質(zhì)類型，達(dá)到74.98%。對(duì)延遲修復(fù)的186個(gè)泄漏密封點(diǎn)應(yīng)提高檢測(cè)頻率，記錄檢測(cè)結(jié)果，判斷密封點(diǎn)的泄漏程度有無(wú)加強(qiáng)。

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Application of leakage detection and repair technology in ethyl benzene dehydrogenation unit

JIANG Hao，ZHOU Jun-bo，YANG Jian-feng，LIU Wen-bin，CHEN Liang-chao，GAO Shan
（School of Mechanical and Electrical Engineering College，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Abstract：Unorganized leakage exists in the process of ethyl benzene dehydrogenation unit. Using the leakage detection and repair technology，the emissions of volatile organic compounds（VOCs）can be calculated. Sealing point had be carried on the comprehensive testing and statistical analysis. Then the cause of leakage can be analyzed. These technicians inspected a total of 1495 equipment sealing points and the overall leakage rate was 38.2%. The main components prone to leakage are valves and flange. The overall leakage rate of valves is 55.79%. And the overall leakage rate after shutdown repair dropped to 12.4%，the shut-down repair success rate was 32.5%.

Key words：leakage detection and repair；chemical plant；leak；damage assessment

中圖分類號(hào)：TE687

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160656

收稿日期：2016- 03- 23

作者簡(jiǎn)介：江浩（1989-），男，在讀研究生，主要研究方向：安全技術(shù)及化工安全評(píng)價(jià)。