摘要：泄漏檢測(cè)與修復(fù)(LeakDeteetionandRepair，LDAR)技術(shù)是控制石化企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)排放的有效策略。對(duì)國(guó)內(nèi)外LDAR技術(shù)研究現(xiàn)狀和相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行綜述，并以國(guó)內(nèi)某石化企業(yè)為例，應(yīng)用LDAR技術(shù)進(jìn)行分析檢測(cè)。結(jié)果表明，其密封點(diǎn)共74388個(gè)，罐區(qū)密封點(diǎn)泄漏最為嚴(yán)重，泄漏率最高的設(shè)備類(lèi)型為連接件，經(jīng)過(guò)LDAR工作后泄漏率從0.48%降為0.33%。

1LDAR技術(shù)極為重要

近幾年來(lái)，經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和城市化的快速進(jìn)程導(dǎo)致大氣環(huán)境形勢(shì)十分嚴(yán)峻，大氣污染是我國(guó)最突出的環(huán)境問(wèn)題之一。我國(guó)環(huán)保部規(guī)定的189種有毒空氣污染物中，70%以上都是VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)。眾所周知，我國(guó)大部分地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)嚴(yán)重的霧霾天氣，對(duì)民眾正常生活、身心健康造成很大影響。霧霾天氣產(chǎn)生的主要原因?yàn)榭諝庵蠵M2.5嚴(yán)重超標(biāo)，研究表明，大氣關(guān)鍵污染物PM2.5和O的重要前體物確為VOCs。

美國(guó)環(huán)保局(EPA)定義VOCs是除CO、CO，、HCO、金屬碳化物、金屬碳酸鹽、碳酸銨之外，任何參加大氣光化學(xué)反應(yīng)的碳化合物;世界衛(wèi)生組織(WHO)定義VOCs是熔點(diǎn)低于室溫而沸點(diǎn)在50～260~C之問(wèn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物的總稱(chēng)，物種成分較為復(fù)雜，涉及烷烴、不飽和烴、鹵代烴、苯系物、有機(jī)酸、醇類(lèi)、酯類(lèi)等物種，是化工、印刷、涂料、電子等行業(yè)的特征污染物。

在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中，所涉及的原料及產(chǎn)品種類(lèi)廣泛，理化性質(zhì)迥異、工藝條件苛刻、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜。隨著生產(chǎn)裝置連續(xù)運(yùn)行周期的增長(zhǎng)，設(shè)備老化、物料腐蝕等導(dǎo)致管線、設(shè)備組件出現(xiàn)不同程度的泄漏。P.D.Kalabokas研究表明，工序管路、儲(chǔ)油罐和污水處理區(qū)域是煉廠中VOCs排放的主要貢獻(xiàn)者之一。環(huán)保部環(huán)境工程評(píng)估中心在總結(jié)多年石化建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)工作和相關(guān)行業(yè)污染管理成熟經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)石化企業(yè)污染排放形式的深度剖析，將石化企業(yè)的VOCs污染源歸為13種源項(xiàng)。表1為石化企業(yè)VOCs污染源歸類(lèi)解析。其中設(shè)備動(dòng)靜密封點(diǎn)泄漏是我國(guó)工業(yè)企業(yè)VOCs主要源項(xiàng)之一。據(jù)EPA估算，美國(guó)石化裝置密封點(diǎn)泄漏的VOCs大約為70367t/a，占全廠總泄漏量的20%以上。例如一個(gè)千萬(wàn)噸級(jí)的煉油企業(yè)，可能有幾十萬(wàn)甚至幾百萬(wàn)個(gè)密封點(diǎn)，泄漏VOCs的量可能在幾千至幾萬(wàn)噸。

針對(duì)石化企業(yè)的VOCs泄漏現(xiàn)狀，國(guó)外普遍采取對(duì)設(shè)備組件、管線可能的泄漏排放點(diǎn)進(jìn)行直接檢測(cè)，即通過(guò)實(shí)施泄漏檢測(cè)與修復(fù)(LDAR)技術(shù)控制VOCs無(wú)組織排放，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在泄漏現(xiàn)象的部位，并進(jìn)行修復(fù)或替換，消除泄漏隱患，實(shí)現(xiàn)降低泄漏排放的目標(biāo)。這對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)、節(jié)能減排和職員健康有著至關(guān)重要的意義。

2LDAR技術(shù)簡(jiǎn)介

泄漏檢測(cè)與修復(fù)技術(shù)是在化工企業(yè)生產(chǎn)的全過(guò)程中物料發(fā)生泄漏進(jìn)行控制的系統(tǒng)工程。通過(guò)固定或便攜式檢測(cè)儀器，定量檢測(cè)或檢查生產(chǎn)裝置中法蘭、閥門(mén)及各類(lèi)管配件等易產(chǎn)生VOCs泄漏的密封點(diǎn)，并在一定期限內(nèi)采取有效措施修復(fù)泄漏點(diǎn)，從而控制物料泄漏損失，減少對(duì)環(huán)境造成的污染。簡(jiǎn)稱(chēng)LDAR。

為提高LDAR的效率，基于紅外吸收的氣體探測(cè)專(zhuān)用熱像儀的快速定位嚴(yán)重泄漏設(shè)備的方法(SmartLDAR)運(yùn)用而生。API于1997年提出SmartLDAR，2006年美國(guó)EPA法規(guī)通過(guò)了SmartLDAR技術(shù)，2008年發(fā)布了可用紅外氣體相機(jī)開(kāi)展SmartLDAR的AWP規(guī)范。SmartLDAR技術(shù)通過(guò)采用熱像儀的手段進(jìn)行觀測(cè)，如果管線組件的泄漏量超過(guò)一定范圍，操作人員可以清晰看到泄漏圖像。Smart—LDAR泄漏檢出限在(10～一10)g/h范圍內(nèi)，平均每分鐘約可完成35個(gè)設(shè)備密封的檢測(cè)，是傳統(tǒng)LDAR效率的4.3倍。傳統(tǒng)LDAR與SmartLDAR的對(duì)比情況見(jiàn)表2。

典型的LDAR工作運(yùn)行流程為：①根據(jù)管路和儀表流程圖(PID，Piping&InstrumentDiagram)確認(rèn)VOCs質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10%(或5%)的所有物料流程和管線;②識(shí)別并現(xiàn)場(chǎng)定位上述流程和管線上的設(shè)備和管閥件，制作和安裝帶有唯一編號(hào)和條形碼的金屬標(biāo)牌，并對(duì)設(shè)備和管閥件拍照;③記錄設(shè)備與管閥件基本信息(牌號(hào)、位置、設(shè)備組件描述、類(lèi)型、亞類(lèi)型、難于檢測(cè)的管閥件(DTM)、險(xiǎn)于檢測(cè)(UTM)、物料理化性質(zhì)及其他信息);④對(duì)設(shè)備和管閥件照片進(jìn)行動(dòng)靜密封點(diǎn)標(biāo)識(shí)，建立LDAR數(shù)據(jù)庫(kù);⑤設(shè)計(jì)LDAR檢測(cè)路線，可檢測(cè)的設(shè)備及管閥件實(shí)施常規(guī)LDAR，難于檢測(cè)或險(xiǎn)于檢測(cè)的實(shí)施SmartLDAR，記錄檢測(cè)值，并在超過(guò)限定值的設(shè)備和管閥件上懸掛標(biāo)識(shí);⑥在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)泄漏設(shè)備進(jìn)行維修，并復(fù)檢，復(fù)檢合格后，撤除泄漏標(biāo)識(shí)，若必須停工才能修復(fù)的泄漏，作好記錄，在裝置停工檢修時(shí)維修或更換。

3國(guó)內(nèi)外LDAR技術(shù)現(xiàn)狀

3.1國(guó)外LDAR技術(shù)現(xiàn)狀

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在對(duì)LDAR技術(shù)研究多年的基礎(chǔ)之上取得重要成果，形成了比較完整的泄漏檢測(cè)管理和維修體系，并制定關(guān)于VOCs檢測(cè)相關(guān)的法律法規(guī)和技術(shù)文件。美國(guó)、歐盟、加拿大、中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)等早已在石化化工行業(yè)開(kāi)展設(shè)備泄漏檢測(cè)修復(fù)工作，均以美國(guó)EPAMethod21作為L(zhǎng)DAR技術(shù)實(shí)施的依據(jù)¨引。美國(guó)EPAMethod21定義了檢漏儀器的相關(guān)參數(shù)及條件(如檢測(cè)器、響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)因子等)和檢測(cè)技術(shù)，包括用檢漏儀器在可能泄漏管線組件的表面移動(dòng)，測(cè)試VOCs濃度，將檢測(cè)的VOCs濃度值與國(guó)家或地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限值進(jìn)行比較，以確定是否泄漏、需要修復(fù)以及如何修復(fù)。

3.2國(guó)內(nèi)LDAR技術(shù)現(xiàn)狀

我國(guó)LDAR工作起步較晚，現(xiàn)還處于起步階段，尚未形成完善的LDAR標(biāo)準(zhǔn)體系。不同地方、不同企業(yè)在項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和核算方法的做法不統(tǒng)一。因此，我國(guó)亟需一套適合國(guó)內(nèi)石化企業(yè)裝置設(shè)備泄漏實(shí)際情況、統(tǒng)一的LDAR工作實(shí)施規(guī)范和核算體系。2015年環(huán)保部環(huán)境工程評(píng)估中心編制了《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》及《石化企業(yè)泄漏檢測(cè)與修復(fù)工作指南》，其中《石化企業(yè)泄漏檢測(cè)與修復(fù)工作指南》中規(guī)定了受控設(shè)備、密封點(diǎn)VOCs泄漏檢測(cè)與修復(fù)的項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、泄漏維修等技術(shù)要求。

3.3國(guó)內(nèi)LDAR存在的問(wèn)題

目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)開(kāi)展LDAR僅為起步階段，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)LDAR相關(guān)法律、法規(guī)及技術(shù)文件不夠全面、詳細(xì)。盡管石化行業(yè)開(kāi)展LDAR減排效果顯著，國(guó)內(nèi)部分城市也已經(jīng)開(kāi)始試點(diǎn)并取得不錯(cuò)的成效，但由于法律、法規(guī)及技術(shù)文件等不規(guī)范，開(kāi)展LDAR工作缺乏標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

(2)石化行業(yè)開(kāi)展LDAR工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全，石化企業(yè)未形成動(dòng)態(tài)化管理。例如PID圖沒(méi)有及時(shí)更新，裝置實(shí)際密封點(diǎn)位置與PID圖存在差異，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工作進(jìn)行困難。

(3)VOCs核算時(shí)缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，難以確定泄漏量。目前，國(guó)內(nèi)VOCs排放量核算大多采用EPA推出的核算方法和模型，但由于工藝路線、原料或產(chǎn)品的理化性質(zhì)存在較大差異等原因，EPA的核算方法可靠性低。

(4)LDAR信息化水平較低。信息化管理平臺(tái)可將LDAR工作程序信息化、規(guī)范化，提高工作效率和準(zhǔn)確率。目前國(guó)內(nèi)本土化開(kāi)發(fā)的信息管控平臺(tái)，通常僅限于數(shù)據(jù)管理和生成基本結(jié)論報(bào)告，沒(méi)有很好地與企業(yè)現(xiàn)有管理軟件融合。

4應(yīng)用實(shí)例分析

4.1實(shí)例概況

南方某石化企業(yè)年加工原油1200萬(wàn)t，擁有常減壓蒸餾、延遲焦化、催化裂化、蠟油加氫裂化、芳烴聯(lián)合、連續(xù)重整等17套主要生產(chǎn)裝置和完善的公用工程系統(tǒng)，生產(chǎn)汽油、柴油、航煤、液化氣、苯、石油焦等15大類(lèi)產(chǎn)品，是當(dāng)?shù)厥I(yè)區(qū)主要的VOCs排放企業(yè)之一。在該石化企業(yè)開(kāi)展LDAR工作，檢測(cè)420萬(wàn)t/a延遲焦化、脫硫聯(lián)合裝置，以及動(dòng)力部動(dòng)力站、儲(chǔ)運(yùn)部?jī)?chǔ)罐區(qū)、碼頭、汽車(chē)裝車(chē)臺(tái)、火炬系統(tǒng)這7個(gè)部分的動(dòng)靜密封點(diǎn)。按照要求總計(jì)檢測(cè)設(shè)備密封點(diǎn)74388個(gè)，分類(lèi)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

在74388個(gè)密封點(diǎn)中，查找出360個(gè)泄漏點(diǎn)，整體泄漏率為0.48%，有效修復(fù)漏點(diǎn)113個(gè)，泄漏點(diǎn)不停工維修修復(fù)率為31.4%，維修后整體泄漏率降至0.33%。

4.2檢測(cè)結(jié)果分析

4.2.1不同裝置泄漏率該企業(yè)煉油裝置泄漏檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4，罐區(qū)的密封點(diǎn)泄漏率最高，為1.29%;動(dòng)力中心最低，沒(méi)有查找到泄漏點(diǎn)。延遲焦化裝置泄漏點(diǎn)共167處，其中加熱爐火嘴檢測(cè)出泄漏點(diǎn)145個(gè)，出現(xiàn)泄漏的主要介質(zhì)為燃料氣，加熱爐火嘴泄漏率較高，應(yīng)引相關(guān)部門(mén)重視，同時(shí)采取加強(qiáng)日常對(duì)火嘴的維修和維護(hù)，定期更換加熱爐軟管的手段減少泄露。

4.2.2不同密封設(shè)備類(lèi)型泄漏率

表5為不同密封設(shè)備類(lèi)型的泄漏率，從中可以看出不同密封類(lèi)型的泄漏率有很大差異，連接件的泄漏率最高，為63.89%，因?yàn)檫B接件包括容易泄漏的法蘭和加熱爐火嘴等部件，其次為開(kāi)口管線和閥門(mén)，分別為19.17%和11.67%，泄壓裝置的泄漏率最低，僅為0.28%。

4.2.3不同介質(zhì)類(lèi)型泄漏率

根據(jù)LDAR實(shí)施的技術(shù)要求VOCs介質(zhì)分為三大類(lèi)：

(1)氣體/蒸汽：指在正常的作業(yè)條件下，設(shè)備管線中的工藝流體為氣態(tài)。

(2)設(shè)備管線內(nèi)滿足以下條件的介質(zhì)服務(wù)狀態(tài)定義為輕液：@20~C時(shí)，蒸汽壓大于0.3kPa有機(jī)物組分在所有介質(zhì)中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和不低于20%;②在150℃時(shí)，用ASTM方法D86-78、82、90、93、95、96進(jìn)行蒸發(fā)，蒸發(fā)出的組分大于10%;③工況條件下，流體為液體。

(3)重液：除氣體/蒸汽或輕液以外的介質(zhì)狀態(tài)。按照要求，只檢測(cè)介質(zhì)為氣體/蒸汽和輕液的管線。介質(zhì)狀態(tài)為輕液的密封點(diǎn)泄漏率為42.78%，介質(zhì)狀態(tài)為氣體/蒸汽的密封點(diǎn)泄漏率為57.22%。

4.2.4不同泄漏濃度泄漏率

按相關(guān)要求，靜設(shè)備氣體和輕液定義泄漏濃度為1000txmol/mol，泵密封定義泄漏濃度為5000Ixmol/mol。密封點(diǎn)中，泄漏點(diǎn)只有0.48%，表6為不同濃度區(qū)間泄漏點(diǎn)所占比例。從表中可以看出，泄漏點(diǎn)中濃度為1000～5000p,mol/mol占了48.06%，超出儀器量程即大于30000p.mol/mol的泄漏點(diǎn)雖然只占了11.11%，但卻是VOCs排放量的主要貢獻(xiàn)者。丁德武，高少華在2014年研究表明：檢測(cè)結(jié)果不低于10000p~mol/mol的泄漏點(diǎn)數(shù)量只占總密封點(diǎn)數(shù)的1%，但VOCs泄漏損失量卻占總損失量的44%。由此可見(jiàn)泄漏濃度高的點(diǎn)雖然數(shù)量少，但在計(jì)算泄漏損失量中起主要作用。

5結(jié)論

石油化工行業(yè)作為我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，工藝生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量VOCs排放到大氣中，其中設(shè)備與管閥件的泄漏是石化企業(yè)的主要無(wú)組織排放源之一。LDAR技術(shù)是控制石化企業(yè)VOCs排放量的重要手段，但我國(guó)針對(duì)石化企業(yè)的LDAR技術(shù)才剛剛起步。

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)外LDAR技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)某石化企業(yè)進(jìn)行實(shí)證分析，探討LDAR技術(shù)控制VOCs的有效性。在某石化企業(yè)共完成74388個(gè)密封點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，共檢測(cè)出360個(gè)泄漏點(diǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析，在不同裝置區(qū)中罐區(qū)泄漏率最高，為1.29%;泄漏部位主要為連接件，比例高達(dá)63.89%;介質(zhì)為氣體的管線較輕液更容易發(fā)生泄漏;泄漏濃度高的點(diǎn)所占比例小，卻是泄漏量主要貢獻(xiàn)者。經(jīng)過(guò)對(duì)泄漏設(shè)備的有效修復(fù)，成功修復(fù)113個(gè)泄漏點(diǎn)，泄漏率從0.48%降為0.33%。由此可見(jiàn)，在石化企業(yè)實(shí)施LDAR技術(shù)，對(duì)企業(yè)的節(jié)能降耗、環(huán)境的污染控制具有重大意義。

原標(biāo)題:石化企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放控制策略研究