摘要：泄漏檢測與修復(LeakDeteetionandRepair，LDAR)技術是控制石化企業(yè)揮發(fā)性有機物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)排放的有效策略。對國內(nèi)外LDAR技術研究現(xiàn)狀和相關法律法規(guī)進行綜述，并以國內(nèi)某石化企業(yè)為例，應用LDAR技術進行分析檢測

摘要：泄漏檢測與修復(LeakDeteetionandRepair，LDAR)技術是控制石化企業(yè)揮發(fā)性有機物(VolatileOrganicCompounds，VOCs)排放的有效策略。對國內(nèi)外LDAR技術研究現(xiàn)狀和相關法律法規(guī)進行綜述，并以國內(nèi)某石化企業(yè)為例，應用LDAR技術進行分析檢測。結果表明，其密封點共74388個，罐區(qū)密封點泄漏最為嚴重，泄漏率最高的設備類型為連接件，經(jīng)過LDAR工作后泄漏率從0.48%降為0.33%。

1LDAR技術極為重要

近幾年來，經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和城市化的快速進程導致大氣環(huán)境形勢十分嚴峻，大氣污染是我國最突出的環(huán)境問題之一。我國環(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)性有機物)。眾所周知，我國大部分地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)嚴重的霧霾天氣，對民眾正常生活、身心健康造成很大影響。霧霾天氣產(chǎn)生的主要原因為空氣中PM2.5嚴重超標，研究表明，大氣關鍵污染物PM2.5和O的重要前體物確為VOCs。

美國環(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反應的碳化合物;世界衛(wèi)生組織(WHO)定義VOCs是熔點低于室溫而沸點在50～260~C之問的揮發(fā)性有機化合物的總稱，物種成分較為復雜，涉及烷烴、不飽和烴、鹵代烴、苯系物、有機酸、醇類、酯類等物種，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)過程中，所涉及的原料及產(chǎn)品種類廣泛，理化性質(zhì)迥異、工藝條件苛刻、設備結構復雜。隨著生產(chǎn)裝置連續(xù)運行周期的增長，設備老化、物料腐蝕等導致管線、設備組件出現(xiàn)不同程度的泄漏。P.D.Kalabokas研究表明，工序管路、儲油罐和污水處理區(qū)域是煉廠中VOCs排放的主要貢獻者之一。環(huán)保部環(huán)境工程評估中心在總結多年石化建設項目環(huán)境保護工作和相關行業(yè)污染管理成熟經(jīng)驗的基礎上，通過對石化企業(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。表1為石化企業(yè)VOCs污染源歸類解析。其中設備動靜密封點泄漏是我國工業(yè)企業(yè)VOCs主要源項之一。據(jù)EPA估算，美國石化裝置密封點泄漏的VOCs大約為70367t/a，占全廠總泄漏量的20%以上。例如一個千萬噸級的煉油企業(yè)，可能有幾十萬甚至幾百萬個密封點，泄漏VOCs的量可能在幾千至幾萬噸。

針對石化企業(yè)的VOCs泄漏現(xiàn)狀，國外普遍采取對設備組件、管線可能的泄漏排放點進行直接檢測，即通過實施泄漏檢測與修復(LDAR)技術控制VOCs無組織排放，及時發(fā)現(xiàn)存在泄漏現(xiàn)象的部位，并進行修復或替換，消除泄漏隱患，實現(xiàn)降低泄漏排放的目標。這對企業(yè)安全生產(chǎn)、節(jié)能減排和職員健康有著至關重要的意義。

2LDAR技術簡介

泄漏檢測與修復技術是在化工企業(yè)生產(chǎn)的全過程中物料發(fā)生泄漏進行控制的系統(tǒng)工程。通過固定或便攜式檢測儀器，定量檢測或檢查生產(chǎn)裝置中法蘭、閥門及各類管配件等易產(chǎn)生VOCs泄漏的密封點，并在一定期限內(nèi)采取有效措施修復泄漏點，從而控制物料泄漏損失，減少對環(huán)境造成的污染。簡稱LDAR。

為提高LDAR的效率，基于紅外吸收的氣體探測專用熱像儀的快速定位嚴重泄漏設備的方法(SmartLDAR)運用而生。API于1997年提出SmartLDAR，2006年美國EPA法規(guī)通過了SmartLDAR技術，2008年發(fā)布了可用紅外氣體相機開展SmartLDAR的AWP規(guī)范。SmartLDAR技術通過采用熱像儀的手段進行觀測，如果管線組件的泄漏量超過一定范圍，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個設備密封的檢測，是傳統(tǒng)LDAR效率的4.3倍。傳統(tǒng)LDAR與SmartLDAR的對比情況見表2。

典型的LDAR工作運行流程為：①根據(jù)管路和儀表流程圖(PID，Piping&InstrumentDiagram)確認VOCs質(zhì)量分數(shù)≥10%(或5%)的所有物料流程和管線;②識別并現(xiàn)場定位上述流程和管線上的設備和管閥件，制作和安裝帶有唯一編號和條形碼的金屬標牌，并對設備和管閥件拍照;③記錄設備與管閥件基本信息(牌號、位置、設備組件描述、類型、亞類型、難于檢測的管閥件(DTM)、險于檢測(UTM)、物料理化性質(zhì)及其他信息);④對設備和管閥件照片進行動靜密封點標識，建立LDAR數(shù)據(jù)庫;⑤設計LDAR檢測路線，可檢測的設備及管閥件實施常規(guī)LDAR，難于檢測或險于檢測的實施SmartLDAR，記錄檢測值，并在超過限定值的設備和管閥件上懸掛標識;⑥在規(guī)定時間內(nèi)對泄漏設備進行維修，并復檢，復檢合格后，撤除泄漏標識，若必須停工才能修復的泄漏，作好記錄，在裝置停工檢修時維修或更換。

3國內(nèi)外LDAR技術現(xiàn)狀

3.1國外LDAR技術現(xiàn)狀

國外發(fā)達國家和地區(qū)在對LDAR技術研究多年的基礎之上取得重要成果，形成了比較完整的泄漏檢測管理和維修體系，并制定關于VOCs檢測相關的法律法規(guī)和技術文件。美國、歐盟、加拿大、中國臺灣地區(qū)等早已在石化化工行業(yè)開展設備泄漏檢測修復工作，均以美國EPAMethod21作為LDAR技術實施的依據(jù)¨引。美國EPAMethod21定義了檢漏儀器的相關參數(shù)及條件(如檢測器、響應時間、響應因子等)和檢測技術，包括用檢漏儀器在可能泄漏管線組件的表面移動，測試VOCs濃度，將檢測的VOCs濃度值與國家或地方標準規(guī)定限值進行比較，以確定是否泄漏、需要修復以及如何修復。

3.2國內(nèi)LDAR技術現(xiàn)狀

我國LDAR工作起步較晚，現(xiàn)還處于起步階段，尚未形成完善的LDAR標準體系。不同地方、不同企業(yè)在項目建立、現(xiàn)場檢測和核算方法的做法不統(tǒng)一。因此，我國亟需一套適合國內(nèi)石化企業(yè)裝置設備泄漏實際情況、統(tǒng)一的LDAR工作實施規(guī)范和核算體系。2015年環(huán)保部環(huán)境工程評估中心編制了《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》及《石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》，其中《石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》中規(guī)定了受控設備、密封點VOCs泄漏檢測與修復的項目建立、現(xiàn)場檢測、泄漏維修等技術要求。

3.3國內(nèi)LDAR存在的問題

目前來看，國內(nèi)開展LDAR僅為起步階段，主要存在以下幾個問題：

(1)LDAR相關法律、法規(guī)及技術文件不夠全面、詳細。盡管石化行業(yè)開展LDAR減排效果顯著，國內(nèi)部分城市也已經(jīng)開始試點并取得不錯的成效，但由于法律、法規(guī)及技術文件等不規(guī)范，開展LDAR工作缺乏標準依據(jù)。

(2)石化行業(yè)開展LDAR工作的基礎數(shù)據(jù)不全，石化企業(yè)未形成動態(tài)化管理。例如PID圖沒有及時更新，裝置實際密封點位置與PID圖存在差異，導致現(xiàn)場工作進行困難。

(3)VOCs核算時缺少基礎數(shù)據(jù)，難以確定泄漏量。目前，國內(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。信息化管理平臺可將LDAR工作程序信息化、規(guī)范化，提高工作效率和準確率。目前國內(nèi)本土化開發(fā)的信息管控平臺，通常僅限于數(shù)據(jù)管理和生成基本結論報告，沒有很好地與企業(yè)現(xiàn)有管理軟件融合。

4應用實例分析

4.1實例概況

南方某石化企業(yè)年加工原油1200萬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大類產(chǎn)品，是當?shù)厥I(yè)區(qū)主要的VOCs排放企業(yè)之一。在該石化企業(yè)開展LDAR工作，檢測420萬t/a延遲焦化、脫硫聯(lián)合裝置，以及動力部動力站、儲運部儲罐區(qū)、碼頭、汽車裝車臺、火炬系統(tǒng)這7個部分的動靜密封點。按照要求總計檢測設備密封點74388個，分類統(tǒng)計結果如表3所示。

在74388個密封點中，查找出360個泄漏點，整體泄漏率為0.48%，有效修復漏點113個，泄漏點不停工維修修復率為31.4%，維修后整體泄漏率降至0.33%。

4.2檢測結果分析

4.2.1不同裝置泄漏率該企業(yè)煉油裝置泄漏檢測統(tǒng)計結果見表4，罐區(qū)的密封點泄漏率最高，為1.29%;動力中心最低，沒有查找到泄漏點。延遲焦化裝置泄漏點共167處，其中加熱爐火嘴檢測出泄漏點145個，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，應引相關部門重視，同時采取加強日常對火嘴的維修和維護，定期更換加熱爐軟管的手段減少泄露。

4.2.2不同密封設備類型泄漏率

表5為不同密封設備類型的泄漏率，從中可以看出不同密封類型的泄漏率有很大差異，連接件的泄漏率最高，為63.89%，因為連接件包括容易泄漏的法蘭和加熱爐火嘴等部件，其次為開口管線和閥門，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)類型泄漏率

根據(jù)LDAR實施的技術要求VOCs介質(zhì)分為三大類：

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

(2)設備管線內(nèi)滿足以下條件的介質(zhì)服務狀態(tài)定義為輕液：@20~C時，蒸汽壓大于0.3kPa有機物組分在所有介質(zhì)中的質(zhì)量分數(shù)之和不低于20%;②在150℃時，用ASTM方法D86-78、82、90、93、95、96進行蒸發(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)為輕液的密封點泄漏率為42.78%，介質(zhì)狀態(tài)為氣體/蒸汽的密封點泄漏率為57.22%。

4.2.4不同泄漏濃度泄漏率

按相關要求，靜設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。密封點中，泄漏點只有0.48%，表6為不同濃度區(qū)間泄漏點所占比例。從表中可以看出，泄漏點中濃度為1000～5000p,mol/mol占了48.06%，超出儀器量程即大于30000p.mol/mol的泄漏點雖然只占了11.11%，但卻是VOCs排放量的主要貢獻者。丁德武，高少華在2014年研究表明：檢測結果不低于10000p~mol/mol的泄漏點數(shù)量只占總密封點數(shù)的1%，但VOCs泄漏損失量卻占總損失量的44%。由此可見泄漏濃度高的點雖然數(shù)量少，但在計算泄漏損失量中起主要作用。

5結論

石油化工行業(yè)作為我國工業(yè)生產(chǎn)的主導產(chǎn)業(yè)，工藝生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量VOCs排放到大氣中，其中設備與管閥件的泄漏是石化企業(yè)的主要無組織排放源之一。LDAR技術是控制石化企業(yè)VOCs排放量的重要手段，但我國針對石化企業(yè)的LDAR技術才剛剛起步。

本文針對國內(nèi)外LDAR技術的現(xiàn)狀進行對比，并對某石化企業(yè)進行實證分析，探討LDAR技術控制VOCs的有效性。在某石化企業(yè)共完成74388個密封點現(xiàn)場檢測，共檢測出360個泄漏點。通過數(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;泄漏濃度高的點所占比例小，卻是泄漏量主要貢獻者。經(jīng)過對泄漏設備的有效修復，成功修復113個泄漏點，泄漏率從0.48%降為0.33%。由此可見，在石化企業(yè)實施LDAR技術，對企業(yè)的節(jié)能降耗、環(huán)境的污染控制具有重大意義。

原標題:石化企業(yè)揮發(fā)性有機物排放控制策略研究