張蒲根*
(上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院)
石油化工行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的重要組成部分,隨著環(huán)保意識(shí)逐漸深入人心,降低污染物排放量已經(jīng)迫在眉睫。目前,石油化工行業(yè)產(chǎn)生的VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)主要泄漏處為化工裝置中容器和管道的連接組成件,在生產(chǎn)過程中,由于腐蝕、滲漏以及密封等因素,其組成件會(huì)隨機(jī)泄漏出大量的VOCs,且泄漏規(guī)律很難被掌握[1]。由于化工裝置中的容器和管道數(shù)量龐大,可能產(chǎn)生泄漏的密封點(diǎn)數(shù)量高達(dá)數(shù)萬甚至數(shù)百萬,VOCs 被無組織排放到大氣中[2]。
泄漏檢測(cè)與修復(fù)(LDAR)是一種新型的用于減少無組織排放VOCs 的技術(shù),目前在國際上被廣泛采用[3]。目前,LDAR 檢測(cè)普遍采用便攜式檢測(cè)設(shè)備,對(duì)生產(chǎn)裝置中的法蘭、連接件等的密封面進(jìn)行檢測(cè),再對(duì)泄漏值超標(biāo)的點(diǎn)位采用有效措施將泄漏點(diǎn)修復(fù),進(jìn)而達(dá)到減少環(huán)境污染、防止物料泄漏的目的。
20 世紀(jì)80 年代,歐美部分發(fā)達(dá)國家就開始重視VOCs 排放帶來的環(huán)境影響,并逐步采用LDAR 技術(shù)對(duì)化工裝置中的VOCs 泄漏進(jìn)行控制,并逐漸形成了比較完善的實(shí)施體系,成效十分顯著[4-5]。目前,我國面臨的環(huán)境壓力越來越大, VOCs 的排放控制也越來越急迫,大多數(shù)化工企業(yè)已經(jīng)逐步開展LDAR 檢測(cè)工作,國家也制定了相關(guān)的法規(guī)政策。早在2014 年,環(huán)保部門就發(fā)布了關(guān)于《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》,對(duì)石化企業(yè)建立LDAR 管理制度進(jìn)行了細(xì)化,并要求制定具體措施,2015 年又陸續(xù)發(fā)布了強(qiáng)制國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,企業(yè)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求開展LDAR 檢測(cè)工作,并規(guī)定了檢測(cè)頻率、泄漏標(biāo)準(zhǔn)等方面的具體內(nèi)容。
本文采用便攜式檢測(cè)儀器對(duì)泄漏組件進(jìn)行泄漏數(shù)據(jù)采集,泄漏組件包括:壓縮機(jī)、閥門、泄壓裝置、泵、法蘭、連接件及開口管線等。通過對(duì)LDAR 現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析,研究各組件尺寸與泄漏數(shù)值之間的關(guān)系,并提出了減少VOCs 排放的建議。
LDAR 工作實(shí)施時(shí),相關(guān)人員應(yīng)具備一定的專業(yè)素養(yǎng),需要按照預(yù)先制定好的流程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),具體實(shí)施流程如圖1 所示。首先需要對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行培訓(xùn),內(nèi)容包括:明確法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求和檢測(cè)設(shè)備使用說明。檢測(cè)人員需要熟悉現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位,參考資料和圖紙來確定檢測(cè)點(diǎn)位排布和方案;繼而在泄漏點(diǎn)位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掛牌并拍照;匯總現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果,并進(jìn)行數(shù)據(jù)核算、小結(jié),最終形成報(bào)告。
圖1 LDAR工作流程圖
樣品氣中的氫化合物與空氣燃燒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生離子,最后生成水和二氧化碳,具體化學(xué)反應(yīng)如下(R 表示碳化合物):燃燒過程中產(chǎn)生的離子被吸引到專門的集電極,形成電勢(shì)差和電流,并轉(zhuǎn)化形成讀數(shù)。
(1)設(shè)備檢查
設(shè)備檢查內(nèi)容主要包括管路、除水濾膜及氣瓶壓力等,然后進(jìn)行校準(zhǔn)。
(2)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)內(nèi)容主要包括動(dòng)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的密封副及本體與管道連接的密封面等。
(1)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采樣時(shí),吸入導(dǎo)管嘴應(yīng)放置于離密封面1~2 cm 處。
(2)保證檢測(cè)時(shí)間,每個(gè)密封點(diǎn)應(yīng)檢測(cè)20 s 以上。
(3)確認(rèn)泄漏值,當(dāng)檢測(cè)數(shù)值超過設(shè)定的閾值(500×10-6),需確認(rèn)測(cè)量3 次,超過報(bào)警值2 次以上,則可判定該處為泄漏點(diǎn)。
對(duì)上海某化工廠(OSBL)的LDAR 現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,對(duì)比分析了壓縮機(jī)、閥門、泄壓裝置、泵、法蘭、連接件、開口管線等密封組件的平均泄漏數(shù)值,以及閥門、法蘭在不同尺寸下的泄漏情況。
泄漏情況主要可參照兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo),即泄漏最大值和平均泄漏值。泄漏最大值是所檢測(cè)到的泄漏值中的最大值。平均泄漏值為組件的各點(diǎn)的泄漏數(shù)值之和除以該種組件的總點(diǎn)數(shù),其計(jì)算式如下:
式中:P——平均泄漏數(shù)值,10-6;
Li——每點(diǎn)的泄漏數(shù)值,10-6;
i——泄漏點(diǎn)數(shù),個(gè);
N——該種組件的總點(diǎn)數(shù)。
本文將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)通過PDA 上傳至云服務(wù)系統(tǒng),匯總后對(duì)該裝置的數(shù)據(jù)并下載,然后分別提取法蘭、泵、閥門、開口管線、泄壓裝置、連接件、壓縮機(jī)等組件的泄漏數(shù)值,計(jì)算平均泄漏值,并繪制出各組件的平均泄漏值曲線,如圖2 所示。
圖2 各組件平均泄漏值曲線
裝置中的泵、開口管線、連接件等組件的平均泄漏數(shù)值較高。由于法蘭和閥門在裝置中的數(shù)量較多,本文分別對(duì)法蘭和閥門的泄漏平均值、泄漏最大值與其尺寸大小的關(guān)系進(jìn)行了分析,數(shù)值與曲線如圖3和圖4 所示。
圖3 閥門泄漏數(shù)值與尺寸關(guān)系
圖4 法蘭泄漏數(shù)值與尺寸關(guān)系
通過圖3 可以判斷:當(dāng)閥門尺寸為100~150 mm時(shí),其平均泄漏數(shù)值最大;閥門泄漏最大值同樣也是在管道尺寸為100~150 mm 的區(qū)間內(nèi);并且泄漏值呈線性趨勢(shì)增大,閥門尺寸越大,泄漏平均值與最大值都將逐漸提高。
通過圖4 可以判斷:當(dāng)法蘭尺寸為250~350 mm時(shí),平均泄漏值最大;法蘭的泄漏最大值出現(xiàn)在尺寸為100~200 mm 的區(qū)域;法蘭泄漏平均值隨著尺寸變大呈線性趨勢(shì)逐漸減小,說明法蘭尺寸越大平均泄漏值將逐漸減?。环ㄌm泄漏最大值隨著尺寸變大呈線性趨勢(shì)線逐漸增大,說明法蘭尺寸越大,泄漏最大值將逐漸提高。
綜上所述,公用工程裝置中的泵、開口管線、連接件等組件泄漏平均值高于其他組件,因此需要重點(diǎn)提高泵、開口管線、連接件等組件的密封技術(shù)要求。閥門泄漏平均值與最大值都出現(xiàn)在尺寸為100~150 mm 區(qū)域內(nèi),并且線性趨勢(shì)線均上移,因此當(dāng)閥門尺寸為100~150 mm 時(shí),需要提高密封要求,并且閥門尺寸越大,越需要注意其密封效果。當(dāng)法蘭尺寸為250~350 mm 時(shí),其平均泄漏值最高,并且平均值與尺寸大小呈線性負(fù)相關(guān);其尺寸為100~200 mm 時(shí),泄漏最大值最大,最大值與尺寸大小呈線性正相關(guān)。這表明了法蘭尺寸越大,出現(xiàn)失效性泄漏的概率將會(huì)增大,但是泄漏均值將會(huì)減小。
本文采用LDAR 檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)某石油化工企業(yè)的密封點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,分別提取閥門、泵、法蘭、開口管線、壓縮機(jī)、泄壓裝置、連接件等組件的平均泄漏值并進(jìn)行分析。由于法蘭和閥門在裝置中的數(shù)量較多,本文分別對(duì)法蘭和閥門的泄漏平均值與泄漏最大值與其尺寸大小的關(guān)系進(jìn)行了分析,并得到以下結(jié)論:
(1)閥門的泄漏平均值與最大值都出現(xiàn)在其尺寸為100~150 mm 的范圍內(nèi),并且線性趨勢(shì)線均上移,因此,當(dāng)閥門尺寸為100~150 mm 時(shí),需要提高密封要求,并且閥門尺寸越大,越需要注意其密封效果。
(2)當(dāng)法蘭尺寸為250~350 mm 時(shí),其平均泄漏值最高,并且平均值與尺寸大小呈線性負(fù)相關(guān);其尺寸為100~200 mm 時(shí),泄漏最大值最大,最大值與尺寸大小呈線性正相關(guān)。這表明,法蘭尺寸越大,出現(xiàn)失效性泄漏的概率將會(huì)提高,但是泄漏均值將會(huì)減小,總體泄漏量減小。
(3)公用工程裝置中的泵、開口管線、連接件等
組件的泄漏平均值高于其他組件,建議在化工裝置建設(shè)設(shè)計(jì)階段,重點(diǎn)提高開口管線、連接件等組件的密封技術(shù)要求。對(duì)于已建成的化工裝置,應(yīng)提高對(duì)尺寸為100~150 mm 的閥門和100~350 mm 的法蘭的密封條件或技術(shù)要求;重點(diǎn)泄漏單元需搭建在線泄漏點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和堵漏返修。