朱愛娟，沈國峰，朱思勉

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

泄漏檢測與修復(fù)(Leak Detection And Repair，簡稱LDAR)技術(shù)是對生產(chǎn)活動中工藝裝置泄漏現(xiàn)象進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和維修的一種技術(shù)，目的是減少設(shè)備管閥件無組織的VOCs排放，是一種從源頭控制和減少設(shè)備動靜密封泄漏VOCs無組織排放的有效手段[1]。實(shí)施LDAR技術(shù)在帶來較大環(huán)境效益的同時(shí)還能產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)和安全效益。在經(jīng)濟(jì)效益方面，設(shè)備和管閥件泄漏損失的VOCs往往是工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)原輔料或產(chǎn)品的一部分，通過查找泄漏并對泄漏密封點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)可以大大減少原輔料或產(chǎn)品的損耗，提高產(chǎn)品產(chǎn)率，增加經(jīng)濟(jì)效益[2];無組織排放的VOCs中有一部分也是有害的空氣污染物，這些物質(zhì)的排放量過高對裝置操作人員以及企業(yè)外周邊環(huán)境中的人體健康會產(chǎn)生危害，增加長期接觸人員的患病率并引發(fā)公眾抱怨;另外，實(shí)施LDAR技術(shù)可以幫助企業(yè)找到泄漏點(diǎn)，降低火災(zāi)、爆炸和人員中毒的安全風(fēng)險(xiǎn)。

隨著裝置連續(xù)運(yùn)行周期的增長，設(shè)備老化、物料腐蝕等原因等導(dǎo)致管閥件出現(xiàn)不同程度的泄漏時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致泄漏的 VOCs排放量較大。而2014年12月環(huán)保部發(fā)布的《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》(環(huán)發(fā)〔2014〕117號)要求到2017年VOCs排放總量較2014年削減30%以上[3]。如何減少VOCs排放量，實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)成為企業(yè)普遍關(guān)注的問題[4－6]。本文以國內(nèi)某石化企業(yè)近兩年的數(shù)據(jù)積累為基礎(chǔ)，探討了石化企業(yè)設(shè)備動靜密封泄漏VOCs排放量的影響因素，從而為實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)提供努力方向。

1 LDAR技術(shù)運(yùn)行與管理

LDAR技術(shù)運(yùn)行與管理主要包括以下幾個(gè)方面。

a)裝置情況調(diào)研，包括了解裝置基本情況，P＆ID圖紙分析，與相關(guān)設(shè)備、工藝人員溝通，考察裝置現(xiàn)場以及現(xiàn)場作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析。

b)建立密封點(diǎn)檔案，這是泄漏檢測與修復(fù)工作的基礎(chǔ)，要本著無密封點(diǎn)位遺漏的原則建立檔案，包括待建檔區(qū)域分區(qū)，掌握裝置各設(shè)備、管線的物料組分及操作溫度、壓力等，識別泄漏點(diǎn)位，進(jìn)行密封點(diǎn)位建檔作業(yè)以及現(xiàn)場校核，以防止建檔遺漏。

c)現(xiàn)場泄漏檢測，包括制定泄漏檢測方案，檢測設(shè)備的校正、準(zhǔn)備，實(shí)施現(xiàn)場檢測以及數(shù)據(jù)整理和開具泄漏修復(fù)通知單，注意檢測設(shè)備每天檢測前都需要進(jìn)行校正以保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

d)泄漏點(diǎn)修復(fù)與復(fù)測，包括根據(jù)檢測結(jié)果在規(guī)定期限內(nèi)對泄漏點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，對無法在限期內(nèi)完成修復(fù)的泄漏點(diǎn)要提出延遲修復(fù)申請，并對已完成修復(fù)的泄漏點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)測等。

e)統(tǒng)計(jì)與管理，包括統(tǒng)計(jì)泄漏類型，根據(jù)排放量核算方法估算VOCs排放總量，評估泄漏損失，開展排污申報(bào)、統(tǒng)計(jì)與管理。

2 設(shè)備動靜密封泄漏VOCs排放量核算方法

設(shè)備動靜密封泄漏VOCs排放量主要依據(jù)環(huán)保部發(fā)布的《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》(環(huán)辦〔2015〕104 號)進(jìn)行核算[7]。根據(jù)使用條件不同，核算方法包括實(shí)測法、相關(guān)方程法、篩選范圍法、平均排放系數(shù)法。4種方法核算結(jié)果的準(zhǔn)確度依次降低，核算排放量依次增大。

2.1 實(shí)測法

可采用包袋法和大體積采樣法對密封點(diǎn)泄漏VOCs進(jìn)行實(shí)測，根據(jù)實(shí)測情況確定該密封點(diǎn)的排放速率。但實(shí)測法由于需要耗費(fèi)大量的人力物力，多用于研究性項(xiàng)目，企業(yè)實(shí)際應(yīng)用不多。

包袋法是將排放密封點(diǎn)或排放口用袋子包起來，讓已知流量的惰性載氣通入包袋，待載氣達(dá)到平衡后，從包袋中收集氣體樣品測量TOC濃度，也可以針對氣樣中的單個(gè)化合物濃度進(jìn)行分析，然后用測得的樣品濃度和載氣流量計(jì)算排放速率。

大體積采樣器采用真空設(shè)置，通過捕集密封點(diǎn)排放的所有物質(zhì)來精確定量排放速率。它需要通過真空采樣軟管將密封點(diǎn)周圍包括空氣和排放物質(zhì)的大體積樣品吸入儀器，分別測量采集樣品中TOC濃度和環(huán)境中TOC濃度，用測量樣品的流量乘以測量樣品TOC濃度和環(huán)境TOC濃度之差(即用環(huán)境中烴類濃度來校正測量樣品中的烴類濃度)來計(jì)算TOC排放速率。

2.2 相關(guān)方程法

相關(guān)方程法規(guī)定了默認(rèn)零值排放速率、限定排放速率和相關(guān)方程。當(dāng)密封點(diǎn)的凈檢測值小于1時(shí)，用默認(rèn)零值排放速率作為該密封點(diǎn)排放速率;當(dāng)凈檢測值大于等于50 000 μmol/mol，用限定排放速率作為該密封點(diǎn)排放速率。凈檢測值在兩者之間，采用相關(guān)方程計(jì)算該密封點(diǎn)的排放速率。如果企業(yè)未記錄低于泄漏控制濃度限值的密封點(diǎn)的凈檢測值，可將泄漏控制濃度限值作為檢測值帶入計(jì)算。

2.3 篩選范圍法

篩選范圍法規(guī)定了凈檢測值≥10 000 μmol/mol排放系數(shù)和 ＜10 000 μmol/mol排放系數(shù)[7]。篩選范圍法適用于核算某套裝置不可達(dá)法蘭或連接件的VOCs排放速率，需至少檢測50%該裝置的可達(dá)法蘭或連接件，并且至少包含1個(gè)凈檢測值大于等于 10 000 μmol/mol的點(diǎn)，以10 000 μmol/mol為界，分析已檢測法蘭或連接件凈檢測值可能≥10 000 μmol/mol的數(shù)量比例，將該比例應(yīng)用到同一裝置的不可達(dá)法蘭或連接件，且按比例計(jì)算的大于等于10 000 μmol/mol的不可達(dá)點(diǎn)個(gè)數(shù)向上取整。

2.4 平均排放系數(shù)法

平均排放系數(shù)法規(guī)定了各類密封點(diǎn)的排放系數(shù)。對于未開展LDAR工作的企業(yè)，或不可達(dá)點(diǎn)(除符合篩選范圍法適用范圍的法蘭和連接件外)，應(yīng)采按照石油煉制和石油化工組件平均排放系數(shù)[7]計(jì)算排放速率。

3 LDAR技術(shù)實(shí)施質(zhì)量對VOCs排放量的影響

3.1 LDAR項(xiàng)目建立質(zhì)量對VOCs排放量的影響

3.1.1 裝置類型的影響

裝置類型包括石油煉制裝置和石油化工裝置，以介質(zhì)類型為輕液體，檢測值為0.5，10 000，60 000 μmol/mol的閥門為例，根據(jù)相關(guān)方程法計(jì)算不同裝置類型的VOCs排放速率，結(jié)果見表1?？梢钥闯鱿嗤瑮l件下，裝置類型不同其VOCs排放速率不同，但不能說明石油煉制裝置排放速率大于石油化工裝置排放速率，或石油化工裝置排放速率大于石油煉制裝置排放速率。

3.1.2 介質(zhì)類型的影響

介質(zhì)類型包括氣體、輕液體、重液體3類。以不可達(dá)密封點(diǎn)閥門為例，根據(jù)平均排放系數(shù)法計(jì)算不同介質(zhì)類型的閥門排放速率，結(jié)果見表2?？梢钥闯鱿嗤瑮l件下，使用平均排放系數(shù)法計(jì)算閥門泄漏的VOCs排放速率，由高到低依次為氣體閥門、輕液體閥門、重液體閥門。

3.1.3 密封點(diǎn)類型的影響

密封點(diǎn)類型分為10大類，以介質(zhì)類型為輕液體、檢測值為10 000 μmol/mol為例，據(jù)相關(guān)方程法計(jì)算不同密封類型的VOCs排放速率，結(jié)果見表3?？梢钥闯鱿嗤瑮l件下密封類型不同VOCs排放速率也不同，其中泵、攪拌器、壓縮機(jī)、泄壓設(shè)備4類排放速率較大。

表3 不同類型的密封排放速率 kg/h

3.1.4 不可達(dá)密封點(diǎn)的影響

根據(jù)《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》設(shè)備動靜密封點(diǎn)泄漏VOCs排放量核算方法，不可達(dá)密封點(diǎn)VOCs排放量采用以下核算方法。

a)對于不可達(dá)的法蘭和連接件，當(dāng)滿足“至少檢測50%某套裝置的可達(dá)法蘭或連接件，并且至少包含1個(gè)凈檢測值大于等于10 000 μmol/mol的點(diǎn)”2個(gè)條件時(shí)，使用篩選范圍法計(jì)算其排放量。

b)不可達(dá)閥門、泵密封等(除符合篩選范圍法適用范圍的法蘭和連接件外)，采用平均排放系數(shù)法計(jì)算排放量。

圖1、圖2為某煉油裝置不可達(dá)點(diǎn)數(shù)量及排放量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對比，占比為4.9%的不可達(dá)點(diǎn)其排放量占比高達(dá)68.3%?？梢钥闯?，不可達(dá)密封點(diǎn)數(shù)量是影響VOCs計(jì)算的主要因素之一，因此需要控制不可達(dá)密封點(diǎn)數(shù)量，在有條件的前提下，盡量對不可達(dá)密封點(diǎn)開展常規(guī)檢測。

圖1 不可達(dá)點(diǎn)數(shù)量所占比例

圖2 不可達(dá)點(diǎn)排放量所占比例

3.2 現(xiàn)場檢測質(zhì)量對VOCs排放量的影響

對于已經(jīng)實(shí)施檢測的密封點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，使用相關(guān)方程法對其排放速率進(jìn)行計(jì)算。以輕液體檢測值在計(jì)算公式的臨界值1 μmol/mol和50 000 μmol/mol附近為例，計(jì)算不同檢測值的排放速率，結(jié)果見表4。可以看出相同條件下，檢測值不同，排放速率不同，尤其是檢測值在計(jì)算公式的臨界值 1 μmol/mol和 50 000 μmol/mol附近時(shí)，排放速率變化較大，例如檢測值為49 999 μmol/mol與50 000 μmol/mol計(jì)算的石油煉制裝置排放速率，后者是前者的19倍，石油化工裝置排放速率后者是前者的4倍多。因此控制檢測過程數(shù)據(jù)質(zhì)量對計(jì)算VOCs排放速率有著極其重要的影響。

3.3 修復(fù)時(shí)間對VOCs排放量的影響

修復(fù)是LDAR技術(shù)實(shí)施的重要步驟，是否及時(shí)修復(fù)對VOCs排放量計(jì)算影響很大?！妒髽I(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南》規(guī)定發(fā)生泄漏修復(fù)的情況下，修復(fù)復(fù)測的時(shí)間點(diǎn)為泄漏時(shí)間段的終止點(diǎn)。以某企業(yè)煉油部C2回收裝置1個(gè)嚴(yán)重泄漏點(diǎn)和1個(gè)一般泄漏點(diǎn)為例，計(jì)算是否及時(shí)修復(fù)VOCs排放量，結(jié)果如表5所示。可以看出，泄漏點(diǎn)及時(shí)修復(fù)與不修復(fù)VOCs排放量差異顯著，及時(shí)修復(fù)后減排效果十分明顯。

表4 不同裝置類型的排放速率

表5 修復(fù)時(shí)間對VOCs排放量的影響

4 某企業(yè)LDAR數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

按照環(huán)保部發(fā)布的《石化企業(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南》，結(jié)合地方標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，現(xiàn)有源動密封和靜密封的泄漏標(biāo)準(zhǔn)是2 000 μmol/mol，新建源的動設(shè)備的泄漏標(biāo)準(zhǔn)是1 000 μmol/mol，靜設(shè)備的泄漏標(biāo)準(zhǔn)是 500 μmol/mol[8]。以某企業(yè) LDAR 數(shù)據(jù)實(shí)例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，該企業(yè)總共有84套裝置，建立635 624個(gè)密封點(diǎn)。依據(jù)2016年及2017年前三季度LDAR檢測數(shù)據(jù)與泄漏數(shù)據(jù)，對全廠LDAR數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面的統(tǒng)計(jì)與分析。

4.1 不同板塊的泄漏情況分析

根據(jù)裝置類型該企業(yè)分為煉油和化工兩個(gè)板塊。不同板塊的泄漏比例見圖3，可以看出近18個(gè)月，化工板塊泄漏比例為53%，略大于煉油板塊的47%，化工板塊要比煉油板塊容易發(fā)生泄漏。

圖3 不同板塊的泄漏比例

4.2 不同密封類型泄漏情況分析

不同密封類型的泄漏比例統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4?？梢钥闯鲩y是最容易泄漏的部位，其次是接頭和法蘭。泄漏比例依次為50%、19%和17%。

圖4 不同密封類型的泄漏比例

4.3 不同檢測數(shù)據(jù)區(qū)間分布分析

檢測值SV≥10 000 μmol/mol的泄漏點(diǎn)為嚴(yán)重泄漏，SV＜10 000 μmol/mol的泄漏點(diǎn)為一般泄漏，不同檢測數(shù)據(jù)區(qū)間分布見圖5，不同泄漏檢測數(shù)據(jù)區(qū)間占比見圖6?？梢钥闯龆鄶?shù)泄漏點(diǎn)集中在 2 000 μmol/mol≤SV ＜ 10 000 μmol/mol區(qū)間內(nèi)，占比達(dá)到53%，最容易發(fā)生泄漏的是閥門。

圖5 不同檢測數(shù)據(jù)區(qū)間分布

圖6 不同泄漏檢測數(shù)據(jù)區(qū)間占比

4.4 不同介質(zhì)狀態(tài)的泄漏分析

介質(zhì)狀態(tài)分為輕液、重液和氣體3種狀態(tài)，不同的介質(zhì)狀態(tài)的泄漏情況見圖7，從圖中輕液和氣體比較容易發(fā)生泄漏，占比達(dá)到95%。

圖7 不同狀態(tài)的泄漏比例

4.5 不同泄漏程度的排放量分析

檢測結(jié)果為嚴(yán)重泄漏(不低于10 000 μmol/mol)的泄漏源數(shù)量占泄漏密封點(diǎn)數(shù)的27%(見圖8)，在未修復(fù)情況下造成的揮發(fā)性有機(jī)物排放量卻高達(dá)550 t/a，占總泄漏損失量的84%(見圖9)。

圖8 不同泄漏程度比例

圖9 不同泄漏程度排放量比例

5 結(jié)論

a)LDAR技術(shù)實(shí)施的項(xiàng)目建立階段，包含裝置分類，密封類型，介質(zhì)類型，是否不可達(dá)等對于VOCs排放的影響比較重要，其中是否不可達(dá)及密封類型對其影響更大。

b)LDAR技術(shù)實(shí)施的檢測階段，檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性對VOCs排放的影響重大，特別是SV在50 000 μmol/mol分界線時(shí)，對其影響最大。

c)LDAR技術(shù)實(shí)施的修復(fù)階段，及時(shí)修復(fù)是影響VOCs排放的主要因素，是減少排放的主要控制手段。

d)LDAR技術(shù)實(shí)施的統(tǒng)計(jì)分析階段，驗(yàn)證了前三階段的理論數(shù)據(jù):化工板塊要比煉油板塊容易發(fā)生泄漏;閥的密封類型最容易泄漏;2 000 μmol/mol≤SV ＜10 000 μmol/mol區(qū)間內(nèi)的泄漏點(diǎn)占總泄漏點(diǎn)數(shù)的大部分;介質(zhì)類型為輕液和氣體的更容易泄漏;檢測結(jié)果大于等于10 000 umol/mol泄漏源在計(jì)算VOCs排放中起主要作用，是設(shè)備泄漏造成損失的重要組成部分。