舒士軍，路寶璽

(上海賽科石油化工有限責(zé)任公司，上海 201507)

某石化公司建有8套主要生產(chǎn)裝置，其中乙烯設(shè)計能力109×104t/a。主要產(chǎn)品有乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈、丁二烯、苯、甲苯及其它副產(chǎn)品等。公司泄漏超過500×10－6以上的設(shè)備與管線組件密封點(diǎn)數(shù)量占比不到LDAR總檢測點(diǎn)數(shù)的0.1%(遠(yuǎn)小于國內(nèi)行業(yè)平均水平1.3%)，2007年國內(nèi)率先開展LDAR泄漏檢測及修復(fù)工作[1]，2014年成為國內(nèi)首家通過危險化學(xué)品安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一級評審的企業(yè)。

1 背景

公司管理層致力于通過建立過程安全和環(huán)保關(guān)鍵業(yè)績指標(biāo)體系[2]，率先采用適用的新技術(shù)持續(xù)減少安全隱患、減少易燃易爆和有毒有害可揮發(fā)性有機(jī)物的無組織排放。已對近39萬個工藝管道、設(shè)備及儀表接頭等密封點(diǎn)(包括近4萬個難于檢測點(diǎn))建立了泄漏監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，基本建成了密封點(diǎn)泄漏檢測與修復(fù)管理體系。但對高空難于檢測點(diǎn)缺少定量化的檢測，對標(biāo)國際先進(jìn)水平，尚待建立基于設(shè)備故障分析、故障頻率實(shí)時監(jiān)測的基于風(fēng)險的設(shè)備預(yù)防性維修和關(guān)鍵設(shè)備績效指標(biāo)管理體系，逐步擺脫傳統(tǒng)的消缺管理或事后維修體系。

欲建設(shè)基于風(fēng)險的設(shè)備預(yù)防性維修和關(guān)鍵設(shè)備績效指標(biāo)管理體系，就必須對關(guān)鍵設(shè)備和管線組件及其密封點(diǎn)狀況進(jìn)行全天候的智能在線監(jiān)測，以便及早發(fā)現(xiàn)或識別那些開始明顯泄漏或當(dāng)前泄漏值明顯偏離歷史常態(tài)值的設(shè)備管線組件密封點(diǎn)，及早探測和預(yù)測泄漏危險、采取預(yù)防維護(hù)措施[3]，減少安全隱患，保障關(guān)鍵設(shè)備或管線部件安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行。

2 問題分析

設(shè)備管線無組織排放點(diǎn)點(diǎn)多面廣，傳統(tǒng)的LDAR便攜式儀器定期檢測人力限制，檢測周期一般是3～6個月，對于近4萬超高難于檢測的密封點(diǎn)只能采用紅外SMART LDAR，但紅外 SMART LDAR只能檢測超過10 000×10－6以上的大漏，而公司超過 10 000×10－6的泄漏點(diǎn)每年不到0.09%，對于絕大多數(shù)不大于10 000×10－6的難于檢測的密封點(diǎn)泄漏，紅外SMART LDAR無能為力。此外，LDAR檢測后還需要手工錄入或數(shù)據(jù)線導(dǎo)入檢測數(shù)據(jù)到PC端泄漏管理系統(tǒng)，然后再利用相關(guān)方程式法計算設(shè)備管線密封點(diǎn)的排放速率和排放量，此過程耗費(fèi)的人工工時不容小覷。

3 解決方案

針對上述問題，公司HSE部門通過國內(nèi)外調(diào)研并結(jié)合自身工藝和裝置的實(shí)際特點(diǎn)，找到了應(yīng)對對策和解決方案。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時泄漏監(jiān)測(難于檢測點(diǎn)監(jiān)測)

對于重要的且經(jīng)過工藝特性分析識別出的易漏的難于檢測密封點(diǎn)，如距離地面或設(shè)備平臺格柵板3～5 m以上的超高難于檢測法蘭密封點(diǎn)，管徑不小于DN100的有毒有害介質(zhì)設(shè)備管線密封點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備全天候在線實(shí)時監(jiān)測泄漏源的泄漏率[4]。

物聯(lián)網(wǎng)密封點(diǎn)泄漏率在線實(shí)時監(jiān)測技術(shù)是參照美國EPA21或《石化行業(yè)密封點(diǎn)VOCs排放速率核算辦法》包袋法實(shí)測原理實(shí)時監(jiān)測密封點(diǎn)的排放速率。物聯(lián)網(wǎng)泄漏率監(jiān)測技術(shù)的原理是在法蘭密封安裝泄漏收集機(jī)構(gòu)，在收集機(jī)構(gòu)的導(dǎo)漏口處直接聯(lián)接傳感器，并通過無線通信技術(shù)把實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)及時發(fā)送到后臺PC端或移動客戶端，后臺直接通過算法和軟件計算一定期間內(nèi)的累計泄漏量，對于超標(biāo)泄漏的密封點(diǎn)或監(jiān)測值明顯異于歷史監(jiān)測值的密封點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)云平臺會直接實(shí)時推送短信給相關(guān)責(zé)任者。

典型的包袋式泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)如圖1所示，是一種可雙側(cè)收集主密封泄漏的泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)，圖中的引漏密封環(huán)(即為輔助密封)可收集源自主密封環(huán)的泄漏，收集的泄漏通過檢漏孔和引漏管導(dǎo)出。此機(jī)構(gòu)的主密封環(huán)是一種恒應(yīng)力抗逸散密封組件，能夠長期承受高低溫交變載荷還維持極低的泄漏率;主、輔密封環(huán)集泄漏收集和抗高低溫交變密封載荷于一體，作為一種泄漏監(jiān)測和預(yù)防機(jī)構(gòu)。

在多個易漏危險的重要難于檢測密封點(diǎn)上部署此種泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)，在泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)的導(dǎo)漏口聯(lián)接具有無線收發(fā)功能的、能夠在線實(shí)時監(jiān)測法蘭密封泄漏率的監(jiān)測儀，多個監(jiān)測儀通過網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)收集器組成無線傳感網(wǎng)WSN或監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)，就能夠在線智能監(jiān)測不可達(dá)密封點(diǎn)的泄漏，及早感知和識別危險的泄漏源。

物聯(lián)網(wǎng)泄漏監(jiān)測方案，能夠見微知著，比便攜式或紅外線定期檢漏更早感知到微小的無組織泄漏，能夠?qū)崿F(xiàn)重要設(shè)備管線難于檢測密封點(diǎn)的預(yù)防性維修，變事后“消缺管理”為事前“預(yù)防維護(hù)”。

2016年8月，公司在丙烯腈及苯乙烯裝置重要難于檢測密封點(diǎn)安裝部署了“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時泄漏率監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)備”，共部署定點(diǎn)監(jiān)測設(shè)備30臺，數(shù)據(jù)集中器2臺，實(shí)現(xiàn)了部分難于檢測密封點(diǎn)泄漏量的在線實(shí)時監(jiān)測和超標(biāo)短信推送報警?，F(xiàn)場部署的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)備如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)備

3.2 PDA－RFID可達(dá)點(diǎn)泄漏監(jiān)測

對于可達(dá)密封點(diǎn)，采用FID－PID便攜式監(jiān)測儀與WiFi PDA－RFID配對技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)傳輸和人工后處理，減少人工監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入工時和后期數(shù)據(jù)處理出錯機(jī)會。

PDA－RFID泄漏檢測原理是可達(dá)密封點(diǎn)部位先期部署寫入PID位號信息的RFID射頻識別標(biāo)牌，現(xiàn)場檢測時先用PDA設(shè)備讀取RFID芯片上綁定的可達(dá)密封點(diǎn)位號信息，PDA與FID－PID便攜式監(jiān)測儀通過藍(lán)牙接口配對互聯(lián);如此，F(xiàn)IDPID便攜式監(jiān)測儀每檢測一個密封點(diǎn)，泄漏值就會自動實(shí)時傳到PDA設(shè)備，PDA就自動一一對應(yīng)地同步存儲于后臺LDAR管理數(shù)據(jù)庫中(具體可參見圖3)。數(shù)據(jù)庫管理平臺可以追蹤設(shè)備及/組件清單，管理檢測數(shù)據(jù)和維修信息，與現(xiàn)場檢測設(shè)備完美結(jié)合，可進(jìn)行排放計算和審計，自動發(fā)送檢測報告。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)PDA－RFID在線泄漏檢測原理

公司從2007年開始實(shí)施LDAR以來，從最初的第一代金屬密封掛牌，至目前采用圖像建檔，RFID標(biāo)牌，可以利用射頻遠(yuǎn)距離定點(diǎn)識別，具有更快識別速度，避免因污染、腐蝕導(dǎo)致標(biāo)牌無法掃描辨識，或者標(biāo)簽數(shù)據(jù)無法更改的問題。掛牌及拍照順序也參照最優(yōu)化檢測路徑設(shè)計，大大提升后續(xù)檢測效率和準(zhǔn)確性。13套裝置，50 055塊掛牌，382 833個密封點(diǎn)，全部在公司管維平臺上。實(shí)現(xiàn)了與公司Smart Plant P＆ID與SAP PM系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

4 有待完善的問題

4.1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時泄漏監(jiān)測

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時泄漏率監(jiān)測輸出的監(jiān)測值是流量值sccm(標(biāo)態(tài)下每分鐘泄漏多少毫升)，與傳統(tǒng)LDAR檢測值μmol/mol單位不同，但能通過美國EAP 21或《石化行業(yè)密封點(diǎn)VOCs排放速率核算辦法》的相關(guān)方程式法間接換算;對于低于500 μmol/mol的低泄漏，相關(guān)方程式法的準(zhǔn)確性是否足夠，尚需進(jìn)一步比對驗(yàn)證，對低于50 μmol/mol的混合可揮發(fā)性有機(jī)物的微泄漏，物聯(lián)網(wǎng)泄漏率監(jiān)測儀的重復(fù)精度和準(zhǔn)確性也需要進(jìn)一步測試驗(yàn)證。

此外，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時泄漏率監(jiān)測儀及無線系統(tǒng)的成本目前還比較高，還只能用于危險重要的設(shè)備管線難于檢測密封點(diǎn)泄漏監(jiān)測和預(yù)防，大規(guī)模推廣還有待于政府環(huán)保部門的認(rèn)可和自身性價比的大幅提高。

4.2 PDA－RFID可達(dá)點(diǎn)泄漏監(jiān)測

PDA－RFID泄漏檢測，仍然需要大量的人工作業(yè)，因此不適合全天候連續(xù)監(jiān)測、不能有效消除高空等難于檢測密封點(diǎn)帶來的潛在安全隱患;對于危險的有毒有害介質(zhì)泄漏點(diǎn)，還需要人工近距離檢測，還存在危害一線檢測人員身心健康的風(fēng)險。

5 物聯(lián)網(wǎng)檢測、監(jiān)測技術(shù)展望

物聯(lián)網(wǎng)檢測、監(jiān)測技術(shù)可以大幅減少人工數(shù)據(jù)處理工作量，提高檢漏效率;特別是物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時泄漏率監(jiān)測和預(yù)防技術(shù)，可以全天候連續(xù)監(jiān)測危險重要難于檢測密封點(diǎn)的微泄漏和低泄漏，能夠及早探測、預(yù)測和預(yù)防高低溫交變帶來的泄漏危險，有效減少全隱患，實(shí)現(xiàn)危險重要設(shè)備管線組件的預(yù)防維護(hù)，保障關(guān)鍵設(shè)備或管線組件安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行。

超高難于檢測密封點(diǎn)若通過FID－PID便攜式儀器檢測的話，需要搭腳手架和監(jiān)護(hù)。按照上海地區(qū)的人工成本，搭建一個高約5 m的經(jīng)檢驗(yàn)合格且安全的標(biāo)準(zhǔn)腳手架成本是1 500元，每年檢測1～2次的成本是1 500～3 000元。若物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時泄漏率監(jiān)測節(jié)點(diǎn)設(shè)備和數(shù)據(jù)集中器的綜合成本降到2 000元/臺左右，便具備了大規(guī)模推廣普及的條件。因?yàn)槿綦y于檢測密封點(diǎn)免于檢測或監(jiān)測而導(dǎo)致泄漏、引起火災(zāi)或人員傷亡等安全事故，每起事故的直接(如滅火救人)和間接損失(如停工停產(chǎn))都將高達(dá)數(shù)十萬至數(shù)百萬元;假定每臺物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時泄漏率監(jiān)測設(shè)備能可靠工作4～5年，則投資物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時泄漏率監(jiān)測設(shè)備的收益率是非?？捎^的。

危險區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)陣列監(jiān)測也是一種很有前途的實(shí)時監(jiān)測技術(shù)。在危險區(qū)域內(nèi)重要泄漏源鄰域及其邊界泄漏介質(zhì)經(jīng)過的部位非均勻網(wǎng)格化部署易燃易爆、有毒有害氣體智能無線監(jiān)測儀陣列，見圖4，利用氣體擴(kuò)散模型、大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，智能追溯泄漏源的大致方位并預(yù)測泄漏等級，安全預(yù)警。

圖4 危險重要區(qū)域陣列監(jiān)測

物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時定點(diǎn)泄漏率監(jiān)測技術(shù)可以快速探測哪里泄漏、何時泄漏、何種物質(zhì)泄漏和漏了多少;物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時區(qū)域陣列監(jiān)測技術(shù)能夠在科學(xué)合理地減少布點(diǎn)的前提下定漏溯源、安全預(yù)警。

物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時定點(diǎn)和區(qū)域陣列監(jiān)測有機(jī)組合，比便攜式或紅外線定期檢漏更早感知到微小的無組織泄漏，安全防漏更無憂，環(huán)保監(jiān)測更高效。

6 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)泄漏檢測和監(jiān)測是一種新型的智能在線感知技術(shù)，尤其在難于檢測點(diǎn)的應(yīng)用上具有較高的應(yīng)用價值。比較好地解決了原LDAR工作中不足之處，考慮到現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)上所能承受的現(xiàn)狀，輔以網(wǎng)格化區(qū)域列陳監(jiān)測，點(diǎn)面結(jié)合，不失為一個比較有效的監(jiān)測方案。