LDAR技術(shù)在氟化工裝置泄漏損失評估中的應(yīng)用

陳際雨 ， 彭 旭

（1.中化藍(lán)天集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310051；2.浙江藍(lán)天環(huán)保高科技股份有限公司，浙江 杭州 310018）

0 前言

揮發(fā)性有機(jī)物（Volatility Organic Compounds，VOCs）作為環(huán)境中的典型污染物之一，因其對大氣的物化性質(zhì)和人體健康會產(chǎn)生重要影響，如何有效控制VOCs排放已成為現(xiàn)階段我國大氣環(huán)境治理領(lǐng)域中的熱門問題[1-3]。

泄漏檢測與維修技術(shù) （Leak Detection and Repair，LDAR）是對工業(yè)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)[4]，利用固定或便攜式監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測化工企業(yè)各類反應(yīng)釜、原料輸送管道、泵、壓縮機(jī)、閥門、法蘭等易產(chǎn)生泄漏的密封點，并修復(fù)超過一定濃度的泄漏點，能幫助企業(yè)及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備密封部位的泄漏而進(jìn)行修理，有助于減少企業(yè)VOCs的排放[5-7]，從而達(dá)到控制原料泄漏損失和環(huán)境保護(hù)的目的。

1 LDAR技術(shù)的損失評估方法

項目建立的完成以LDAR泄漏管理數(shù)據(jù)庫平臺搭建的完成為標(biāo)志，是后續(xù)檢測及評估工作的根基。項目建立階段的工作內(nèi)容包括：通過裝置工藝分析建立用于泄漏檢測的PFD圖及P&ID圖；在項目清單現(xiàn)場識別階段內(nèi)，對管線組件進(jìn)行分類、編號和現(xiàn)場拍照、掛牌；利用泄漏檢測與修復(fù)數(shù)據(jù)管理軟件平臺，形成規(guī)范化、電子化的設(shè)備（工藝單元）管線組件信息數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)國家環(huán)保部 《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》規(guī)定，目前對石化、化工裝置設(shè)備及管閥件的泄漏排放量估算主要方法有：（1）平均排放系數(shù)法；（2）篩選范圍法；（3）相關(guān)方程法；（4）實測法[8]。其中：①平均排放系數(shù)法不需要對密封點進(jìn)行實測，僅統(tǒng)計管閥件數(shù)量，按平均排放系數(shù)計算并統(tǒng)計泄漏排放量，這種方法屬于粗算，對單個企業(yè)代表性較差。②篩選范圍系數(shù)法按EPA方法21檢測所有管閥件后，分別用≥10000 mol/mol和＜10000 mol/mol的排放系數(shù)計算并統(tǒng)計泄漏排放量。③相關(guān)曲線方程法按照EPA方法21檢測所有管閥件的VOCs濃度后，按經(jīng)驗公式計算并統(tǒng)計泄漏排放量；④實測法主要是采取包袋法和大體積法收集所有密封點的泄漏氣量，并分析泄漏氣體組成最終計算排放量，這種方法最準(zhǔn)確，但需開展大量的包帶法試驗，對人力、物力要求高。

目前，方法③（見表1）是國外石化、化工行業(yè)常用的計算方法，并且也是環(huán)保部出臺的《石化行業(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南》所用的計算方法[9]。若不實施LDAR項目，則企業(yè)上報VOCs排放清單時，需要用方法①統(tǒng)計組件數(shù)目后進(jìn)行估算。

式中：

eTOC：密封點的TOC排放速率，kg/h；

SV：修正后凈檢測值，μmol/mol；

e0：密封點i的默認(rèn)零值排放速率，kg/h；

ep：密封點i的限定排放速率，kg/h；

ef：密封點i的相關(guān)方程核算排放速率，kg/h。

表1 石油化工設(shè)備組件的設(shè)備泄漏率aTable 1 Equipment leakage rate of petrochemical equipment components

2 LDAR技術(shù)在化工企業(yè)中的應(yīng)用

2.1 LDAR項目實施流程

LDAR項目建立的實施工作主要內(nèi)容如圖1所示?，F(xiàn)場實施工作中主要分為以下步驟：（1）裝置工藝分析。通過查詢本裝置涉及的全部物料的屬性初步確定LDAR項目的實施范圍。（2）物料平衡表及PFD、P&ID圖紙審核。

圖紙核對與分析是在裝置工藝分析成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合管線內(nèi)物質(zhì)相態(tài)的判斷，在PFD、P&ID圖紙上將不同類型管道（如輕液管線、蒸汽/氣體管線、重液管線、不適用管線等）進(jìn)行彩色標(biāo)注并標(biāo)記管線號，該部分完成后可對密封點數(shù)進(jìn)行客觀預(yù)估。（3）密封點定位。排放源定位（Flag）及現(xiàn)場拍照、掛牌（Tag）兩部分工作，即在圖紙標(biāo)記的基礎(chǔ)上通過掛Flag阻燃標(biāo)記帶的方式對納入LDAR項目的具體管線進(jìn)行準(zhǔn)確定位，并對適用管線上的密封點進(jìn)行拍照、Tag標(biāo)記，該部分是現(xiàn)場施工的主要工作。（4）現(xiàn)場描述及組件信息錄入。即在現(xiàn)場采集組件信息并將其電子化，建立組件信息臺賬。（5）LDAR泄漏管理平臺搭建及調(diào)試，導(dǎo)入組件信息臺賬建立組件信息數(shù)據(jù)庫。

2.2 泄漏結(jié)果與分析

2.2.1 LDAR項目組件統(tǒng)計

根據(jù)該裝置Flag標(biāo)記和掛 Tag牌過程中建立的所有需檢測點的信息，按照組件類型差異、管線流經(jīng)物料相態(tài)差異兩方面對全部裝置納入LDAR項目的檢測點進(jìn)行了統(tǒng)計分析，結(jié)果如表2所示。此次該裝置現(xiàn)場掛牌數(shù)為1942塊，總檢測點數(shù)為 15924個。其中常規(guī)點位14388個，占總點數(shù)的 90.35%，不可達(dá)點 （難于檢測/險于檢測）點位 1536個，占總點數(shù)的 9.65%，將組件按照廠區(qū)內(nèi)的裝置進(jìn)行劃分，其分布如圖2所示，R125裝置最多，占總點數(shù)的 48.27%；其次是R236裝置，占總點數(shù)的28.92%；最少的是一車間，占總點數(shù)的22.81%。

圖1 LDAR項目建立流程Figure 1 Establishment process of LADR Project

圖2 LDAR檢測點分布圖（按裝置）Figure 2 Distribution of LDAR detection points（By device）

廠內(nèi)合規(guī)密封點的組件類型一共歸為五大類，分別為閥門、法蘭、開口管線、連接件、泄壓裝置，可知裝置內(nèi)連接件所占的比例最大，為65.81%；其次是閥門，為25.51%；再次為法蘭，為4.98%。本項目中流經(jīng)設(shè)備、管線的介質(zhì)，其狀態(tài)一共三類，分別是氣體/蒸汽、輕液和重液，氣體/蒸汽狀態(tài)占43.52%，輕液狀態(tài)占56.44%，重液狀態(tài)占0.04%。

表2常規(guī)密封點位組件泄漏率Table 2 Leakage rate of conventional sealing points

現(xiàn)場檢測主要是使用火焰化離子檢測器（FID）或者光離子化檢測器（PID）檢測現(xiàn)場已經(jīng)編號的點位所泄漏的VOCs濃度，并記錄在紙上或者PDA上。效果評估主要是以現(xiàn)場泄漏檢測原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，依據(jù)美國EPA合成有機(jī)化學(xué)工業(yè)（SOCMI）篩分法估算 VOCs總量。

2.2.2 泄漏損失評估

本次LDAR項目共有14388個常規(guī)檢測點，1536個DTM點位。根據(jù)浙江省環(huán)保局定義的泄漏閾值500 ppm規(guī)定，首次檢測結(jié)果超過500 ppm的共有178個，即全廠泄漏率為1.12%。檢測值在超過10000 ppm有31個，值得重點關(guān)注。根據(jù)區(qū)域裝置分布，如圖3所示，泄漏點數(shù)最多的是R125裝置，共103個點檢測值超過500 ppm，其泄漏率最高為1.34%；其次是R236裝置，泄漏率為1.13%；泄漏點數(shù)最少的是一車間，其泄漏率也最低為0.63%。

圖3 各裝置泄漏點數(shù)分布Figure 3 Distribution of LDAR leak points（By device）

根據(jù)組件類型劃分，泄漏點數(shù)及泄漏率如表3所示。泄漏點數(shù)最多的是連接件，共117個點檢測值超過500 ppm，其泄漏率為1.12%；泄漏率最高的是開口管線為5.61%；泄漏點數(shù)最少的是泄壓裝置，其泄漏率也最低為0.00%。在檢測發(fā)現(xiàn)泄漏時，系統(tǒng)平臺會自動生成維修工單，企業(yè)在獲取維修工單后需要在一定的時間內(nèi)組織維修。LDAR項目數(shù)據(jù)庫管理平臺根據(jù) 《工業(yè)企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物泄漏檢測與修復(fù)LDAR技術(shù)要求》、《設(shè)備泄漏揮發(fā)性有機(jī)物排放控制技術(shù)規(guī)程》及《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)“修復(fù)”的規(guī)定，自動計算并分配維修任務(wù)，由廠方管理人員聯(lián)絡(luò)維修技術(shù)人員進(jìn)行維修，并將維修結(jié)果反饋給現(xiàn)場檢測單位，然后委派檢測工程師進(jìn)行復(fù)測，并將相應(yīng)維修操作、復(fù)測和延遲修復(fù)的信息上傳系統(tǒng)平臺中，實現(xiàn)維修工作的電子化追蹤和管理。

根據(jù)檢測結(jié)果對178個泄漏點進(jìn)行及時維修，目前已修復(fù)的點數(shù)為170個，復(fù)測結(jié)果如表3所示，總修復(fù)率為95.51%。目前，仍有8個泄漏點未修復(fù)，當(dāng)前泄漏率為0.05%，遠(yuǎn)低于一般水平，修復(fù)效果良好。

表3 LDAR檢測泄漏點修復(fù)率Table 3 The repaired rate of leak points

經(jīng)統(tǒng)計全廠共有15924個密封點，總排放量用因子法估算為697.4385 t/a。本項目中，由于企業(yè)實施了完整的LDAR項目，因此VOCs排放量按方法③進(jìn)行計算。目前根據(jù)首輪檢測的實際數(shù)據(jù)用相關(guān)曲線方程法計算可得到初始的排放基線數(shù)據(jù)，而減排量數(shù)據(jù)需維修與復(fù)測工作完成后得到，如表4所示。

表4排放量計算結(jié)果（單位：t/a）Table 4 The calculation results of emission（Units：t/a）

從表4可以看出，連接件的排放量最大，占總體排放量的42.95%；其次是閥門和泄壓裝置，分別占總體排放量的23.30%和14.55%。另外，根據(jù)178個泄漏點修復(fù)后的復(fù)測值，結(jié)合2015年實施LDAR的排放量，計算出實施LDAR后2016年的年排放量為44.1956 t。

3 結(jié)論

本次LDAR項目逐步推進(jìn)并完成了項目建立、現(xiàn)場檢測及泄漏評估的工作，遵循了環(huán)保部門關(guān)于LDAR實施的技術(shù)要求，檢測發(fā)現(xiàn)的泄漏點為企業(yè)精確找出泄漏源和泄漏點.如能成功維修，將會減少企業(yè)對大氣環(huán)境的污染、為企業(yè)節(jié)省不必要的物料損失、改善一線工人的工作環(huán)境，具有良好的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益。

（1）本項目建立了生產(chǎn)裝置R125裝置、R236裝置、一車間（以下簡稱生產(chǎn)裝置）內(nèi)所有LDAR合規(guī)密封點管理體系，為LDAR項目持續(xù)有效的運(yùn)行提供密封點追蹤路徑。

（2）成功搭建了一個全面的、可視化的“LDAR數(shù)據(jù)庫管理平臺”，該系統(tǒng)平臺能夠?qū)DAR項目進(jìn)行長期高效的管理，它不僅能夠高效管理海量的裝置需檢測點信息，如組件類型、尺寸、對應(yīng)工藝管線號、介質(zhì)狀態(tài)、位置描述、檢測信息、維修信息等，而且能夠根據(jù)LDAR項目實施技術(shù)規(guī)范關(guān)于泄漏濃度、檢測頻率等的要求，智能化地制定按季度推進(jìn)的檢測工作計劃，檢測人員通過聯(lián)網(wǎng)即可下載檢測任務(wù)包并上傳檢測數(shù)據(jù)及過程記錄，確保每個檢測點都可以及時檢測和維修；對維修情況進(jìn)行電子化的跟蹤和管理；定期出具符合用戶需求的相關(guān)報告并驗證其合規(guī)性。

（3）對生產(chǎn)裝置每個密封點的泄漏值進(jìn)行定量，明確了裝置內(nèi)泄漏點數(shù)量及位置。根據(jù)環(huán)保部規(guī)定，若未實施LDAR項目，則排放量根據(jù)平均排放系數(shù)法計算為697.4385 t/a；已實施LDAR項目并結(jié)合年排放量，根據(jù)相關(guān)方程法計算得出生產(chǎn)裝置2016年VOCs的年排放量為44.1956 t/a。如泄漏點全部修復(fù)完成，VOCs年減排量可相應(yīng)提升，因泄漏產(chǎn)生的物料損失也有效降低，隨著修復(fù)點位數(shù)量的不斷升高，LDAR項目的經(jīng)濟(jì)效益將更加顯著。

感謝上海漢潔環(huán)境項目組提供LDAR技術(shù)平臺及年排放量等數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張鋼鋒.泄漏檢測與修復(fù)（LDAR）技術(shù)在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 [J].環(huán)境工程學(xué)報，2016，10（9）：4621-4627.

[2] 閆志明，王穎，李成寬，等.泄漏檢測與修復(fù)（LDAR）技術(shù)、應(yīng)用及趨勢[C].2014中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會，2014.

[3] 吳克安，郭智愷，鄭冬芳，等.含氫氯氟烴 （HCFCs）替代品對大氣 VOCs的影響分析 [J].浙江化工，2014，（2）： 1-3.

[4] 朱亮，高少華，丁德武，等.LDAR技術(shù)在化工裝置泄漏損失評估中的應(yīng)用 [J].工業(yè)安全與環(huán)保，2014，（8）：31-34.

[5] 鄒德云，柯慧敏，馮凱南，等.LDAR技術(shù)在石化企業(yè)設(shè)備動靜密封點泄漏評估中的應(yīng)用[J].浙江化工，2017，48（5）： 48-51.

[6] 丁德武，高少華，朱亮，等.基于LDAR技術(shù)的煉油裝置 VOCs泄漏損失評估 [J].油氣儲運(yùn)，2014，33（5）：515-518.

[7] 羅楊，陳澍德，陳玉峰.LDAR技術(shù)在蠟油催化裂化裝置的應(yīng)用[J].安全、健康和環(huán)境，2014，14（11）：33-36.

[8] 國家環(huán)保部.石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南[M]，2015.

[9] 國家環(huán)保部.石化行業(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南[M]，2015.