LDAR技術(shù)在聚烯烴催化劑制備裝置上的應(yīng)用

秦雪茹

上海立得催化劑有限公司 （上海 201512）

泄漏檢測(cè)與修復(fù)（LDAR）是指利用固定或移動(dòng)式檢測(cè)儀器對(duì)生產(chǎn)裝置中的法蘭、閥門等容易產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）泄漏的密封點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，定量分析泄漏情況并進(jìn)行修復(fù)，實(shí)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(chǔ)存過程中的泄漏損失，減少泄漏廢氣對(duì)環(huán)境的污染。

LDAR 技術(shù)已經(jīng)在美國和歐洲實(shí)施多年，形成了較為完整的泄漏檢測(cè)管理和維修體系，并建立了VOCs 泄漏檢測(cè)方法和逸散排放評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。目前，我國的LDAR 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)物檢測(cè)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(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》，進(jìn)一步對(duì)泄漏源排放要求進(jìn)行規(guī)范。隨著環(huán)保法律標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善、企業(yè)環(huán)保責(zé)任的不斷夯實(shí)及環(huán)保監(jiān)督性檢查的常態(tài)化和嚴(yán)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(jiǎn)介

1.1 聚烯烴催化劑制備流程

利用LDAR 技術(shù)對(duì)某企業(yè)的聚烯烴催化劑制備裝置進(jìn)行全面檢測(cè)，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(diǎn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，物質(zhì)只要滿足以下任意條件均為揮發(fā)性有機(jī)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(xué)氧化物；（2）20 ℃下蒸氣壓大于 10 Pa；（3）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.3 kPa）下沸點(diǎn)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(chǔ)罐、催化劑配置槽、母液罐、輸送管線等，均需要接受檢測(cè)。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(cè)管理。[3]

2 LDAR 技術(shù)應(yīng)用

2.1 LDAR 技術(shù)簡(jiǎn)介

裝置LDAR 操作主要過程包括資料準(zhǔn)備與計(jì)劃制定、密封點(diǎn)梳理建檔、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、修復(fù)與復(fù)檢、核算與統(tǒng)計(jì)等工作，業(yè)務(wù)流程見圖3。

圖3 LDAR 操作流程

本次LDAR 檢測(cè)設(shè)備為Phx21 泄漏檢測(cè)儀（美國LDARTools 公司生產(chǎn)）。該儀器屬于防爆設(shè)備（防爆等級(jí)Class1 Division 1），可在易燃易爆區(qū)域使用，采用火焰離子化檢測(cè)器/ 光離子化檢測(cè)器（FID/PID）雙檢測(cè)器設(shè)計(jì)，響應(yīng)時(shí)間為2.5 s，檢測(cè)范圍高達(dá)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(diǎn)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(cè)與修復(fù)工作指南》要求，對(duì)催化劑制備裝置各生產(chǎn)單元涉VOCs 物料進(jìn)行盤查。對(duì)涉VOCs 設(shè)備及組件進(jìn)行劃分，該催化劑制備裝置共有泄漏源7 430 個(gè)，包括不可達(dá)點(diǎn)119 個(gè)和可達(dá)點(diǎn)7 311 個(gè)。對(duì)于可達(dá)點(diǎn)，其中閥門1 698 個(gè)、法蘭5 380 個(gè)、連接件 48 個(gè)、開口及管線183 個(gè)、泄壓設(shè)備2 個(gè)。

2.3 泄漏源分析

根據(jù)檢測(cè)方案，使用Phx21 便攜式泄漏檢測(cè)儀對(duì)受控裝置密封點(diǎn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)裝置共有泄漏點(diǎn)17 處，泄漏率為0.23%，處于較低水平[6]。按照泄漏點(diǎn)分布位置劃分：裝卸區(qū) 1 個(gè)、儲(chǔ)運(yùn)罐區(qū) 3 個(gè)、601 單元 9 個(gè)、602 單元4 個(gè)；按照組件類別劃分：法蘭8 個(gè)、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(diǎn)分布

根據(jù)泄漏點(diǎn)的分布，原料儲(chǔ)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(diǎn)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(kuò)能及升級(jí)時(shí)對(duì)部分閥門進(jìn)行利舊，閥門服役期長(zhǎng)、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(shí)測(cè)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(zhǔn)確程度依次降低。實(shí)測(cè)法核算VOCs 排放量的準(zhǔn)確度最高，但是化工裝置動(dòng)輒上萬個(gè)密封點(diǎn)，工作量巨大，實(shí)際使用很少；相關(guān)方程法以便攜式檢測(cè)儀數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)密封點(diǎn)性質(zhì)、VOCs 溢散系數(shù)的不同利用公式進(jìn)行計(jì)算，核算結(jié)果能滿足一般的準(zhǔn)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(dá)點(diǎn)的VOCs 排放量估算，準(zhǔn)確度相對(duì)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(cè)儀檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)可達(dá)點(diǎn)進(jìn)行排放量核算，計(jì)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(jì)算表格》進(jìn)行簡(jiǎn)化。經(jīng)核算，該聚烯烴催化劑制備裝置可達(dá)點(diǎn)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(jī)物排放量通用計(jì)算方法（試行）》，裝置中的不可達(dá)點(diǎn)也須納入排放量計(jì)算，要求“未檢測(cè)的密封點(diǎn)或不可達(dá)點(diǎn)（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(jì)算泄漏速率”。利用平均排放系數(shù)法計(jì)算，該裝置不可達(dá)點(diǎn)的VOCs 排放量為1 931.4 kg/a。

2.5 泄漏源的修復(fù)

檢測(cè)過程中對(duì)VOCs 質(zhì)量濃度高于500 mg/m3的泄漏點(diǎn)進(jìn)行掛牌，并組織操作工人對(duì)17 處泄漏點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。針對(duì)老舊閥門泄露，采取更換閥門或者緊固閥芯的方式進(jìn)行修復(fù)；針對(duì)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(jìn)行修復(fù)；針對(duì)開口管線，采取更換上方內(nèi)漏閥門或增加堵頭的方式進(jìn)行修復(fù)。隨后利用Phx21 氣體檢測(cè)儀對(duì)所有經(jīng)過修復(fù)的泄漏點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，所有泄漏點(diǎn)復(fù)測(cè)均合格，修復(fù)率100%。

通過持續(xù)性全面開展LDAR 工作，可以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)和修復(fù)巡檢等常規(guī)手段無法識(shí)別的裝置泄漏點(diǎn)，有利于改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，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(duì)于裝置的長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)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(duì)裝置密閉性要求高，采用LDAR 技術(shù)對(duì)其進(jìn)行全面檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)17 處，裝置總體泄漏率為0.23%，遠(yuǎn)低于石化行業(yè)的裝置平均泄漏率。

（2）根據(jù)泄漏點(diǎn)的類型，閥門本體和法蘭最易泄露；從泄漏點(diǎn)的分布來看，原料儲(chǔ)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(jì)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(shí)發(fā)現(xiàn)并修復(fù)裝置泄漏點(diǎn)，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(jì)效益和社會(huì)效益。