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        LDAR技術(shù)在聚烯烴催化劑制備裝置上的應(yīng)用

        2020-10-21 03:14:52秦雪茹
        關(guān)鍵詞:聚烯烴檢測儀法蘭

        秦雪茹

        上海立得催化劑有限公司 (上海 201512)

        泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)是指利用固定或移動式檢測儀器對生產(chǎn)裝置中的法蘭、閥門等容易產(chǎn)生揮發(fā)性有機化合物(VOCs)泄漏的密封點進行檢測,定量分析泄漏情況并進行修復(fù),實現(xiàn)全生產(chǎn)裝置的涉VOCs 物料泄漏系統(tǒng)控制,減少物料在生產(chǎn)、儲存過程中的泄漏損失,減少泄漏廢氣對環(huán)境的污染。

        LDAR 技術(shù)已經(jīng)在美國和歐洲實施多年,形成了較為完整的泄漏檢測管理和維修體系,并建立了VOCs 泄漏檢測方法和逸散排放評估標準[1-2]。目前,我國的LDAR 技術(shù)標準體系也已初步建立,2014 年發(fā)布HT 733—2014《泄漏和敞開液面排放的揮發(fā)性有機物檢測技術(shù)導(dǎo)則》指導(dǎo)LDAR 工作,2019 年發(fā)布GB 37822—2019《揮發(fā)性有機物無組織排放控制標準》,進一步對泄漏源排放要求進行規(guī)范。隨著環(huán)保法律標準體系的不斷完善、企業(yè)環(huán)保責任的不斷夯實及環(huán)保監(jiān)督性檢查的常態(tài)化和嚴格化,企業(yè)VOCs 無組織排放的要求不斷提高,LDAR 技術(shù)已成為使用含VOCs 物料生產(chǎn)企業(yè)環(huán)保管理和清潔生產(chǎn)的必要手段。

        1 聚烯烴催化劑制備裝置簡介

        1.1 聚烯烴催化劑制備流程

        利用LDAR 技術(shù)對某企業(yè)的聚烯烴催化劑制備裝置進行全面檢測,該裝置催化劑干劑產(chǎn)能為620 t/a。按催化劑形態(tài)分,該企業(yè)聚乙烯催化劑產(chǎn)品主要包含干粉催化劑和漿液催化劑,催化劑使用粒徑適宜的硅膠作為載體,沸點較低的戊烷和四氫呋喃作為溶劑,鎂化合物、鈦化合物和烷基鋁等物質(zhì)作為活性成分。干粉催化劑生產(chǎn)包括載體預(yù)處理、載體處理、母液配置、母液浸漬、催化劑還原等過程,工藝流程如圖1 所示。漿液催化劑載體與母液打漿后采取特殊方式進行成型造粒,得到的催化劑顆粒與稀釋液混合后獲得催化劑成品,工藝流程見圖2。

        圖1 干粉催化劑工藝流程

        1.2 涉VOCs 物料和設(shè)備設(shè)施分析

        根據(jù)國家和上海市標準,物質(zhì)只要滿足以下任意條件均為揮發(fā)性有機物:(1)在太陽光紫外線存在下,可與氮氧化物發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生光化學氧化物;(2)20 ℃下蒸氣壓大于 10 Pa;(3)標準大氣壓(101.3 kPa)下沸點不高于260 ℃。該聚烯烴催化劑制備裝置中涉VOCs 物料主要有烷烴類、呋喃類、醇類、工藝廢氣等,使用上述物料反應(yīng)的設(shè)備設(shè)施則屬于VOCs 受控設(shè)備,包括原料儲罐、催化劑配置槽、母液罐、輸送管線等,均需要接受檢測。聚烯烴催化劑制備原料輸送使用的隔膜泵屬于低泄漏環(huán)保設(shè)備,不納入LDAR 檢測管理。[3]

        2 LDAR 技術(shù)應(yīng)用

        2.1 LDAR 技術(shù)簡介

        裝置LDAR 操作主要過程包括資料準備與計劃制定、密封點梳理建檔、現(xiàn)場檢測、修復(fù)與復(fù)檢、核算與統(tǒng)計等工作,業(yè)務(wù)流程見圖3。

        圖3 LDAR 操作流程

        本次LDAR 檢測設(shè)備為Phx21 泄漏檢測儀(美國LDARTools 公司生產(chǎn))。該儀器屬于防爆設(shè)備(防爆等級Class1 Division 1),可在易燃易爆區(qū)域使用,采用火焰離子化檢測器/ 光離子化檢測器(FID/PID)雙檢測器設(shè)計,響應(yīng)時間為2.5 s,檢測范圍高達50 000 mg/m3,具有優(yōu)良的穩(wěn)定性、選擇性和高靈敏度,廣泛用于石化、環(huán)保、天然氣等領(lǐng)域的LDAR 工作。

        2.2 組件劃分及密封點信息采集

        根據(jù)HJ 733—2014,并參考《石化行業(yè)VOCs 污染源排查工作指南》和《石化企業(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南》要求,對催化劑制備裝置各生產(chǎn)單元涉VOCs 物料進行盤查。對涉VOCs 設(shè)備及組件進行劃分,該催化劑制備裝置共有泄漏源7 430 個,包括不可達點119 個和可達點7 311 個。對于可達點,其中閥門1 698 個、法蘭5 380 個、連接件 48 個、開口及管線183 個、泄壓設(shè)備2 個。

        2.3 泄漏源分析

        根據(jù)檢測方案,使用Phx21 便攜式泄漏檢測儀對受控裝置密封點進行了現(xiàn)場檢測,對檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)裝置共有泄漏點17 處,泄漏率為0.23%,處于較低水平[6]。按照泄漏點分布位置劃分:裝卸區(qū) 1 個、儲運罐區(qū) 3 個、601 單元 9 個、602 單元4 個;按照組件類別劃分:法蘭8 個、開口閥門及管線6 處、閥門3 處。不同組件的泄漏率見表1。

        表1 催化劑裝置泄漏點分布

        根據(jù)泄漏點的分布,原料儲罐區(qū)域和室外露天設(shè)備泄漏頻率高,這是內(nèi)部物料的腐蝕性和室外較為惡劣的環(huán)境共同作用導(dǎo)致的。根據(jù)泄漏點的類型,閥門本體和法蘭最容易泄漏,原因包括:一是該企業(yè)在搬遷擴能及升級時對部分閥門進行利舊,閥門服役期長、閥芯和墊片老化;二是閥門和法蘭在催化劑制備過程中操作頻率較高,設(shè)備磨損。

        2.4 VOCs 排放量核算

        目前VOCs 排放量核算方法有實測法、相關(guān)方程法、篩分法和平均排放系數(shù)法,其核算數(shù)值的準確程度依次降低。實測法核算VOCs 排放量的準確度最高,但是化工裝置動輒上萬個密封點,工作量巨大,實際使用很少;相關(guān)方程法以便攜式檢測儀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),根據(jù)密封點性質(zhì)、VOCs 溢散系數(shù)的不同利用公式進行計算,核算結(jié)果能滿足一般的準確度需求;篩分法和平均排放系數(shù)法主要應(yīng)用于不可達點的VOCs 排放量估算,準確度相對較差[4-5]。

        本次VOCs 排放量核算首先采用相關(guān)方程法根據(jù)Phx21 氣體檢測儀檢測數(shù)據(jù)對可達點進行排放量核算,計算過程中利用中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《石化行業(yè)VOCs 污染源排查參考計算表格》進行簡化。經(jīng)核算,該聚烯烴催化劑制備裝置可達點的VOCs 排放量為178.7 kg/a。根據(jù)《上海市工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機物排放量通用計算方法(試行)》,裝置中的不可達點也須納入排放量計算,要求“未檢測的密封點或不可達點(符合篩選范圍法適用范圍的法蘭和連接件除外)采用系數(shù)法計算泄漏速率”。利用平均排放系數(shù)法計算,該裝置不可達點的VOCs 排放量為1 931.4 kg/a。

        2.5 泄漏源的修復(fù)

        檢測過程中對VOCs 質(zhì)量濃度高于500 mg/m3的泄漏點進行掛牌,并組織操作工人對17 處泄漏點及時進行修復(fù)。針對老舊閥門泄露,采取更換閥門或者緊固閥芯的方式進行修復(fù);針對法蘭泄漏,主要采取更換墊片、緊固螺栓或者纏生料帶等方式進行修復(fù);針對開口管線,采取更換上方內(nèi)漏閥門或增加堵頭的方式進行修復(fù)。隨后利用Phx21 氣體檢測儀對所有經(jīng)過修復(fù)的泄漏點進行復(fù)測,所有泄漏點復(fù)測均合格,修復(fù)率100%。

        通過持續(xù)性全面開展LDAR 工作,可以進一步發(fā)現(xiàn)和修復(fù)巡檢等常規(guī)手段無法識別的裝置泄漏點,有利于改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境,降低安全風險,提高原料轉(zhuǎn)化利用率,降低物料溢散損耗,減少VOCs 無組織排放。由于聚烯烴催化劑的特殊物性,LDAR 工作也可以避免原料和產(chǎn)品氧化失活,保障催化劑產(chǎn)品質(zhì)量,對于裝置的長周期安全平穩(wěn)運行具有積極意義。

        3 結(jié)論

        (1)由于聚烯烴催化劑制備裝置工藝涉VOCs物料多且對裝置密閉性要求高,采用LDAR 技術(shù)對其進行全面檢測,共發(fā)現(xiàn)泄漏點17 處,裝置總體泄漏率為0.23%,遠低于石化行業(yè)的裝置平均泄漏率。

        (2)根據(jù)泄漏點的類型,閥門本體和法蘭最易泄露;從泄漏點的分布來看,原料儲罐管線和室外露天設(shè)備泄漏頻率高。

        (3)采用相關(guān)方程法和平均排放系數(shù)法計算該聚烯烴催化劑制備裝置VOCs 排放量,為2 110.1 kg/a。

        (4)持續(xù)性開展LDAR 工作能及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)裝置泄漏點,減少環(huán)境污染和物料溢散損耗,改善生產(chǎn)環(huán)境,消除安全隱患,具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。

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