陳際雨 ， 彭 旭

（1.中化藍(lán)天集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310051；2.浙江藍(lán)天環(huán)保高科技股份有限公司，浙江 杭州 310018）

0 前言

揮發(fā)性有機(jī)物（Volatility Organic Compounds，VOCs）作為環(huán)境中的典型污染物之一，因其對(duì)大氣的物化性質(zhì)和人體健康會(huì)產(chǎn)生重要影響，如何有效控制VOCs排放已成為現(xiàn)階段我國(guó)大氣環(huán)境治理領(lǐng)域中的熱門(mén)問(wèn)題[1-3]。

泄漏檢測(cè)與維修技術(shù) （Leak Detection and Repair，LDAR）是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中工藝裝置泄漏現(xiàn)象進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和維修的一種技術(shù)[4]，利用固定或便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)化工企業(yè)各類(lèi)反應(yīng)釜、原料輸送管道、泵、壓縮機(jī)、閥門(mén)、法蘭等易產(chǎn)生泄漏的密封點(diǎn)，并修復(fù)超過(guò)一定濃度的泄漏點(diǎn)，能幫助企業(yè)及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備密封部位的泄漏而進(jìn)行修理，有助于減少企業(yè)VOCs的排放[5-7]，從而達(dá)到控制原料泄漏損失和環(huán)境保護(hù)的目的。

1 LDAR技術(shù)的損失評(píng)估方法

項(xiàng)目建立的完成以LDAR泄漏管理數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)搭建的完成為標(biāo)志，是后續(xù)檢測(cè)及評(píng)估工作的根基。項(xiàng)目建立階段的工作內(nèi)容包括：通過(guò)裝置工藝分析建立用于泄漏檢測(cè)的PFD圖及P&ID圖；在項(xiàng)目清單現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別階段內(nèi)，對(duì)管線組件進(jìn)行分類(lèi)、編號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)拍照、掛牌；利用泄漏檢測(cè)與修復(fù)數(shù)據(jù)管理軟件平臺(tái)，形成規(guī)范化、電子化的設(shè)備（工藝單元）管線組件信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

根據(jù)國(guó)家環(huán)保部 《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》規(guī)定，目前對(duì)石化、化工裝置設(shè)備及管閥件的泄漏排放量估算主要方法有：（1）平均排放系數(shù)法；（2）篩選范圍法；（3）相關(guān)方程法；（4）實(shí)測(cè)法[8]。其中：①平均排放系數(shù)法不需要對(duì)密封點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測(cè)，僅統(tǒng)計(jì)管閥件數(shù)量，按平均排放系數(shù)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)泄漏排放量，這種方法屬于粗算，對(duì)單個(gè)企業(yè)代表性較差。②篩選范圍系數(shù)法按EPA方法21檢測(cè)所有管閥件后，分別用≥10000 mol/mol和＜10000 mol/mol的排放系數(shù)計(jì)算并統(tǒng)計(jì)泄漏排放量。③相關(guān)曲線方程法按照EPA方法21檢測(cè)所有管閥件的VOCs濃度后，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算并統(tǒng)計(jì)泄漏排放量；④實(shí)測(cè)法主要是采取包袋法和大體積法收集所有密封點(diǎn)的泄漏氣量，并分析泄漏氣體組成最終計(jì)算排放量，這種方法最準(zhǔn)確，但需開(kāi)展大量的包帶法試驗(yàn)，對(duì)人力、物力要求高。

目前，方法③（見(jiàn)表1）是國(guó)外石化、化工行業(yè)常用的計(jì)算方法，并且也是環(huán)保部出臺(tái)的《石化行業(yè)泄漏檢測(cè)與修復(fù)工作指南》所用的計(jì)算方法[9]。若不實(shí)施LDAR項(xiàng)目，則企業(yè)上報(bào)VOCs排放清單時(shí)，需要用方法①統(tǒng)計(jì)組件數(shù)目后進(jìn)行估算。

式中：

eTOC：密封點(diǎn)的TOC排放速率，kg/h；

SV：修正后凈檢測(cè)值，μmol/mol；

e0：密封點(diǎn)i的默認(rèn)零值排放速率，kg/h；

ep：密封點(diǎn)i的限定排放速率，kg/h；

ef：密封點(diǎn)i的相關(guān)方程核算排放速率，kg/h。

表1 石油化工設(shè)備組件的設(shè)備泄漏率aTable 1 Equipment leakage rate of petrochemical equipment components

2 LDAR技術(shù)在化工企業(yè)中的應(yīng)用

2.1 LDAR項(xiàng)目實(shí)施流程

LDAR項(xiàng)目建立的實(shí)施工作主要內(nèi)容如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)施工作中主要分為以下步驟：（1）裝置工藝分析。通過(guò)查詢(xún)本裝置涉及的全部物料的屬性初步確定LDAR項(xiàng)目的實(shí)施范圍。（2）物料平衡表及PFD、P&ID圖紙審核。

圖紙核對(duì)與分析是在裝置工藝分析成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合管線內(nèi)物質(zhì)相態(tài)的判斷，在PFD、P&ID圖紙上將不同類(lèi)型管道（如輕液管線、蒸汽/氣體管線、重液管線、不適用管線等）進(jìn)行彩色標(biāo)注并標(biāo)記管線號(hào)，該部分完成后可對(duì)密封點(diǎn)數(shù)進(jìn)行客觀預(yù)估。（3）密封點(diǎn)定位。排放源定位（Flag）及現(xiàn)場(chǎng)拍照、掛牌（Tag）兩部分工作，即在圖紙標(biāo)記的基礎(chǔ)上通過(guò)掛Flag阻燃標(biāo)記帶的方式對(duì)納入LDAR項(xiàng)目的具體管線進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并對(duì)適用管線上的密封點(diǎn)進(jìn)行拍照、Tag標(biāo)記，該部分是現(xiàn)場(chǎng)施工的主要工作。（4）現(xiàn)場(chǎng)描述及組件信息錄入。即在現(xiàn)場(chǎng)采集組件信息并將其電子化，建立組件信息臺(tái)賬。（5）LDAR泄漏管理平臺(tái)搭建及調(diào)試，導(dǎo)入組件信息臺(tái)賬建立組件信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2 泄漏結(jié)果與分析

2.2.1 LDAR項(xiàng)目組件統(tǒng)計(jì)

根據(jù)該裝置Flag標(biāo)記和掛 Tag牌過(guò)程中建立的所有需檢測(cè)點(diǎn)的信息，按照組件類(lèi)型差異、管線流經(jīng)物料相態(tài)差異兩方面對(duì)全部裝置納入LDAR項(xiàng)目的檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2所示。此次該裝置現(xiàn)場(chǎng)掛牌數(shù)為1942塊，總檢測(cè)點(diǎn)數(shù)為 15924個(gè)。其中常規(guī)點(diǎn)位14388個(gè)，占總點(diǎn)數(shù)的 90.35%，不可達(dá)點(diǎn) （難于檢測(cè)/險(xiǎn)于檢測(cè)）點(diǎn)位 1536個(gè)，占總點(diǎn)數(shù)的 9.65%，將組件按照廠區(qū)內(nèi)的裝置進(jìn)行劃分，其分布如圖2所示，R125裝置最多，占總點(diǎn)數(shù)的 48.27%；其次是R236裝置，占總點(diǎn)數(shù)的28.92%；最少的是一車(chē)間，占總點(diǎn)數(shù)的22.81%。

圖1 LDAR項(xiàng)目建立流程Figure 1 Establishment process of LADR Project

圖2 LDAR檢測(cè)點(diǎn)分布圖（按裝置）Figure 2 Distribution of LDAR detection points（By device）

廠內(nèi)合規(guī)密封點(diǎn)的組件類(lèi)型一共歸為五大類(lèi)，分別為閥門(mén)、法蘭、開(kāi)口管線、連接件、泄壓裝置，可知裝置內(nèi)連接件所占的比例最大，為65.81%；其次是閥門(mén)，為25.51%；再次為法蘭，為4.98%。本項(xiàng)目中流經(jīng)設(shè)備、管線的介質(zhì)，其狀態(tài)一共三類(lèi)，分別是氣體/蒸汽、輕液和重液，氣體/蒸汽狀態(tài)占43.52%，輕液狀態(tài)占56.44%，重液狀態(tài)占0.04%。

表2常規(guī)密封點(diǎn)位組件泄漏率Table 2 Leakage rate of conventional sealing points

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要是使用火焰化離子檢測(cè)器（FID）或者光離子化檢測(cè)器（PID）檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)編號(hào)的點(diǎn)位所泄漏的VOCs濃度，并記錄在紙上或者PDA上。效果評(píng)估主要是以現(xiàn)場(chǎng)泄漏檢測(cè)原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依據(jù)美國(guó)EPA合成有機(jī)化學(xué)工業(yè)（SOCMI）篩分法估算 VOCs總量。

2.2.2 泄漏損失評(píng)估

本次LDAR項(xiàng)目共有14388個(gè)常規(guī)檢測(cè)點(diǎn)，1536個(gè)DTM點(diǎn)位。根據(jù)浙江省環(huán)保局定義的泄漏閾值500 ppm規(guī)定，首次檢測(cè)結(jié)果超過(guò)500 ppm的共有178個(gè)，即全廠泄漏率為1.12%。檢測(cè)值在超過(guò)10000 ppm有31個(gè)，值得重點(diǎn)關(guān)注。根據(jù)區(qū)域裝置分布，如圖3所示，泄漏點(diǎn)數(shù)最多的是R125裝置，共103個(gè)點(diǎn)檢測(cè)值超過(guò)500 ppm，其泄漏率最高為1.34%；其次是R236裝置，泄漏率為1.13%；泄漏點(diǎn)數(shù)最少的是一車(chē)間，其泄漏率也最低為0.63%。

圖3 各裝置泄漏點(diǎn)數(shù)分布Figure 3 Distribution of LDAR leak points（By device）

根據(jù)組件類(lèi)型劃分，泄漏點(diǎn)數(shù)及泄漏率如表3所示。泄漏點(diǎn)數(shù)最多的是連接件，共117個(gè)點(diǎn)檢測(cè)值超過(guò)500 ppm，其泄漏率為1.12%；泄漏率最高的是開(kāi)口管線為5.61%；泄漏點(diǎn)數(shù)最少的是泄壓裝置，其泄漏率也最低為0.00%。在檢測(cè)發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)，系統(tǒng)平臺(tái)會(huì)自動(dòng)生成維修工單，企業(yè)在獲取維修工單后需要在一定的時(shí)間內(nèi)組織維修。LDAR項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)根據(jù) 《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物泄漏檢測(cè)與修復(fù)LDAR技術(shù)要求》、《設(shè)備泄漏揮發(fā)性有機(jī)物排放控制技術(shù)規(guī)程》及《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)“修復(fù)”的規(guī)定，自動(dòng)計(jì)算并分配維修任務(wù)，由廠方管理人員聯(lián)絡(luò)維修技術(shù)人員進(jìn)行維修，并將維修結(jié)果反饋給現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單位，然后委派檢測(cè)工程師進(jìn)行復(fù)測(cè)，并將相應(yīng)維修操作、復(fù)測(cè)和延遲修復(fù)的信息上傳系統(tǒng)平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)維修工作的電子化追蹤和管理。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)178個(gè)泄漏點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)維修，目前已修復(fù)的點(diǎn)數(shù)為170個(gè)，復(fù)測(cè)結(jié)果如表3所示，總修復(fù)率為95.51%。目前，仍有8個(gè)泄漏點(diǎn)未修復(fù)，當(dāng)前泄漏率為0.05%，遠(yuǎn)低于一般水平，修復(fù)效果良好。

表3 LDAR檢測(cè)泄漏點(diǎn)修復(fù)率Table 3 The repaired rate of leak points

經(jīng)統(tǒng)計(jì)全廠共有15924個(gè)密封點(diǎn)，總排放量用因子法估算為697.4385 t/a。本項(xiàng)目中，由于企業(yè)實(shí)施了完整的LDAR項(xiàng)目，因此VOCs排放量按方法③進(jìn)行計(jì)算。目前根據(jù)首輪檢測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)用相關(guān)曲線方程法計(jì)算可得到初始的排放基線數(shù)據(jù)，而減排量數(shù)據(jù)需維修與復(fù)測(cè)工作完成后得到，如表4所示。

表4排放量計(jì)算結(jié)果（單位：t/a）Table 4 The calculation results of emission（Units：t/a）

從表4可以看出，連接件的排放量最大，占總體排放量的42.95%；其次是閥門(mén)和泄壓裝置，分別占總體排放量的23.30%和14.55%。另外，根據(jù)178個(gè)泄漏點(diǎn)修復(fù)后的復(fù)測(cè)值，結(jié)合2015年實(shí)施LDAR的排放量，計(jì)算出實(shí)施LDAR后2016年的年排放量為44.1956 t。

3 結(jié)論

本次LDAR項(xiàng)目逐步推進(jìn)并完成了項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及泄漏評(píng)估的工作，遵循了環(huán)保部門(mén)關(guān)于LDAR實(shí)施的技術(shù)要求，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的泄漏點(diǎn)為企業(yè)精確找出泄漏源和泄漏點(diǎn).如能成功維修，將會(huì)減少企業(yè)對(duì)大氣環(huán)境的污染、為企業(yè)節(jié)省不必要的物料損失、改善一線工人的工作環(huán)境，具有良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

（1）本項(xiàng)目建立了生產(chǎn)裝置R125裝置、R236裝置、一車(chē)間（以下簡(jiǎn)稱(chēng)生產(chǎn)裝置）內(nèi)所有LDAR合規(guī)密封點(diǎn)管理體系，為L(zhǎng)DAR項(xiàng)目持續(xù)有效的運(yùn)行提供密封點(diǎn)追蹤路徑。

（2）成功搭建了一個(gè)全面的、可視化的“LDAR數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)”，該系統(tǒng)平臺(tái)能夠?qū)DAR項(xiàng)目進(jìn)行長(zhǎng)期高效的管理，它不僅能夠高效管理海量的裝置需檢測(cè)點(diǎn)信息，如組件類(lèi)型、尺寸、對(duì)應(yīng)工藝管線號(hào)、介質(zhì)狀態(tài)、位置描述、檢測(cè)信息、維修信息等，而且能夠根據(jù)LDAR項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)規(guī)范關(guān)于泄漏濃度、檢測(cè)頻率等的要求，智能化地制定按季度推進(jìn)的檢測(cè)工作計(jì)劃，檢測(cè)人員通過(guò)聯(lián)網(wǎng)即可下載檢測(cè)任務(wù)包并上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)及過(guò)程記錄，確保每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)都可以及時(shí)檢測(cè)和維修；對(duì)維修情況進(jìn)行電子化的跟蹤和管理；定期出具符合用戶需求的相關(guān)報(bào)告并驗(yàn)證其合規(guī)性。

（3）對(duì)生產(chǎn)裝置每個(gè)密封點(diǎn)的泄漏值進(jìn)行定量，明確了裝置內(nèi)泄漏點(diǎn)數(shù)量及位置。根據(jù)環(huán)保部規(guī)定，若未實(shí)施LDAR項(xiàng)目，則排放量根據(jù)平均排放系數(shù)法計(jì)算為697.4385 t/a；已實(shí)施LDAR項(xiàng)目并結(jié)合年排放量，根據(jù)相關(guān)方程法計(jì)算得出生產(chǎn)裝置2016年VOCs的年排放量為44.1956 t/a。如泄漏點(diǎn)全部修復(fù)完成，VOCs年減排量可相應(yīng)提升，因泄漏產(chǎn)生的物料損失也有效降低，隨著修復(fù)點(diǎn)位數(shù)量的不斷升高，LDAR項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著。

感謝上海漢潔環(huán)境項(xiàng)目組提供LDAR技術(shù)平臺(tái)及年排放量等數(shù)據(jù)支撐。

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