地面濃度反推法計算石化企業無組織排放源強

趙東風，張 鵬，戚麗霞，薛建良

（1． 中國石油大學（華東） 化學工程學院，山東 青島 266580；2． 青島歐賽斯環境與安全技術有限責任公司，山東 青島 266580）

石化企業的無組織排放廢氣大多為有毒有害氣體，具有明顯的危害性［1-6］。早在20世紀80年代，邵強等［7］就提出控制煉廠大氣污染的關鍵途徑之一是減少無組織排放量。同時，無組織排放源強的核算是設置石化企業防護距離的重要環節。然而，石化企業無組織排放廢氣具有產污環節多、排放源分散無規則且無確切的排放口可供監測等特點，使得準確核算源強變得較為困難［8-9］。

無組織排放源強核算方法包括類比法、物料衡算法、通量法、設計資料法、經驗公式計算法、地面濃度反推法等［10］。其中，地面濃度反推法較物料衡算法、通量法更易推廣［11］，且不像類比法、經驗公式計算法等具有主觀因素［12］。楊旭等［13-15］曾對地面濃度反推法的應用、驗證及修正等進行相關研究。但石化企業裝置眾多，無組織排放源分散，污染源可能相互干擾，氣樣中的某污染物質不能保證來源于某特定裝置，若直接用監測濃度反推源強，就可能使反推結果與實際源強存在較大偏差。

本工作對某石化企業的儲罐區和原油脫酸裝置區進行了無組織排放非甲烷總烴（NMHC）的監測，在進行源強反推前首先采用Pearson相關系數對各監測濃度之間以及各監測濃度與近源濃度之間進行了相關分析，根據相關性的高低首先確定污染物質的來源，再選擇相關性好的監測濃度用于源強反推，計算源強。

1 項目監測

1.1 面源概況

以某小型石化企業的儲罐區及原油脫酸裝置區為研究目標，進行NMHC監測。兩區域的無組織排放面源概況如表1所示。

表1 無組織排放面源概況

1.2 監測方案

1.2.1 近源濃度監測

地面濃度反推法基于高斯擴散模式［16］，認為排放源下風方向地面大氣中有害物質濃度與源的排放量成正比。若已知影響有害物質擴散稀釋的各項主要因素， 即可根據在下風方向測得的有害物質地面濃度反推出排放量。為了分析近源濃度與下風向不同距離濃度的相關性以確定下風向污染物的來源，需在不受或盡量少受干擾的情況下對面源的近源濃度進行監測，并認為下風向不同距離的無組織排放污染物濃度來自于近源濃度的擴散。

為避免干擾，原油脫酸裝置區以及儲罐區近源濃度的測定選在周圍其他裝置停工檢修時進行，最大程度地避免其他無組織排放源的影響。近源濃度的監測點設于緊靠裝置下風向邊緣處，且根據面源幾何狀況在距其邊緣2 m內的采樣線上等距離布設4個監測點。

1.2.2 下風向濃度監測

為獲得較高準確度，下風向設三條采樣線，分別為50 m采樣線、100 m采樣線、150 m采樣線。每條采樣線上設4個采樣點，參照點設于源上風向2 m處。采樣布點示意見圖1。此外，氣樣采集的同時需記錄相應氣象資料，包括：時間、溫度、相對濕度、風向、近地面風速、總云量、低云量、大氣壓等。

1.2.3 采樣頻次與分析方法

所有采樣點采樣頻次均相同，分別在02：00，08：00，14：00，20：00采樣，每天采樣4次，每次連續1 h，連續采樣3 d。按照HJ/T 38—1999《固定污染源排氣中非甲烷總烴的測定 氣相色譜法》［17］對NMHC進行氣樣分析，檢出限為0.12 mg/m3。

圖1 采樣布點示意

2 結果分析

2.1 監測結果

儲罐區與原油脫酸裝置區NMHC監測濃度見表2。從表2可以看出：NMHC的無組織監測濃度呈現出明顯的空間分布，即離排放面源越近，NMHC濃度越大；除擴散作用外，風向對NMHC濃度也有顯著影響，參照點的NMHC濃度最低，且很大一部分氣樣未能達到最低檢出限，其中儲罐區參照點濃度低于0.17 mg/m3，原油脫酸裝置區參照點濃度低于0.19 mg/m3。此外，在連續3 d采樣中各采樣線的濃度無明顯波動，說明NMHC無組織排放情況穩定。

表2 儲罐區與原油脫酸裝置區NMHC監測濃度 mg/m3

2.2 Pearson相關分析

為進一步分析各采樣線NMHC的無組織排放來源，采取SPSS統計分析軟件中的Pearson相關系數進行兩組變量間相關性的分析［18］。分別輸入各采樣點最大監測濃度數據，得到儲罐區和原油脫酸裝置區各采樣線間的相關系數，分別見表3和表4。

Pearson相關系數絕對值越接近1，相關性越好。由表3可以看出：儲罐區的50 m采樣線與100 m采樣線、150 m采樣線之間的相關系數分別為0.404和0.669，相關性不強，說明50 m采樣線與100 m采樣線、150 m采樣線監測的NMHC可能來自不同排放源；而100 m采樣線與150 m采樣線的相關系數為0.950，相關性極好，說明這兩條采樣線上的NMHC來源可能相同。此外，近源采樣線與50 m采樣線、100 m采樣線、150 m采樣線相關系數分別為0.963，0.143，0.445，近源采樣線僅與50 m采樣線的相關性好，說明50 m采樣線的NMHC濃度來源于近源濃度的擴散。而100 m采樣線、150 m采樣線與近源濃度的相關性欠佳，表明近源濃度并非為100 m采樣線、150 m采樣線NMHC濃度的唯一貢獻源，即100 m采樣線、150 m采樣線的無組織排放NMHC的來源不單一，其干擾污染源可能來自于污水處理廠、油品運輸及其他裝置停工吹掃逸散的NMHC等。

由表4可以看出，原油脫酸裝置區的50 m采樣線與100 m采樣線、150 m采樣線相關系數分別為0.811和0.942，100 m采樣線與150 m采樣線的相關系數為0.961，說明3條采樣線間的相關性均很好，可以推測這3條采樣線的NMHC具有相同來源。而近源采樣線與50，100，150 m采樣線的相關系數分別為1.000，0.806，0.939，相關性極高，說明50，100，150 m采樣線的NMHC很可能來自于近源采樣線，即50，100，150 m采樣線的NMHC濃度均來源于近源濃度的擴散，受其他排放源的NMHC干擾很小。

表3 儲罐區Pearson相關系數分析

表4 原油脫酸裝置區Pearson相關系數分析

3 源強反推及結果討論

通過相關分析，可挑選出與近源濃度間有較高相關系數的監測濃度進行源強反推。因為這些濃度最有可能不受其他排放源干擾，且彼此源于同一排放源。結合采樣時記錄的氣象數據，將相關性好的監測濃度帶入地面濃度反推公式（式（1））進行源強計算。

式中：QC為無組織排放源強，kg/h；ρ（x，y，0）為無組織排放源強的地面濃度，mg/m3；u10為距地面10 m處的平均風速，m/s；σz為垂直擴散參數，m；σy為水平橫向擴散參數，m；σy0為初始擴散參數，m；為無組織排放源的平均排放高度，m。

通過監測濃度和氣象數據可分別計算出儲罐區和原油脫酸裝置區的NMHC無組織排放源強。為進一步對比相關性高及相關性不高的監測數據用于源強反推的結果，利用《石油庫節能設計導則》推薦的計算公式對儲罐區的無組織排放NMHC進行了計算。運用反推法算出的儲罐區源強（21.84 t/a）遠小于《石油庫節能設計導則》推薦公式的計算結果（56.80 t/a）。由于相差很大，反推結果的準確性難以定奪，還需結合其他源強計算方法的計算結果進行對比分析。

運用反推法算出的原油脫酸裝置區50，100，150 m采樣線的源強分別為21.68，21.60，19.76 t/a，3條采樣線上的監測濃度用于源強反推的結果極為接近。結合2.2節中Pearson相關系數的分析，可認為原油脫酸裝置的反推結果在一定程度上更為可靠。

對于儲罐區監測結果相關性差，源強反推結果準確性不高，主要原因可能在于：1）儲罐區面源規模是原油脫酸裝置區的8.45倍，下風向監測點可能無法準確捕捉到最大地面濃度，導致源強反推結果偏小，可根據實際情況增加采樣點；2）儲罐區周圍裝置較原油脫酸裝置區緊湊，監測點的設置受到一定限制，且受排放源干擾的可能性大；3）儲罐區位于原油脫酸裝置區的下風口，儲罐區受原油脫酸裝置區影響的可能性大，而原油脫酸裝置區受儲罐區影響的可能性較小。

4 結論

a）對某石化企業儲罐區和原油脫酸裝置區的無組織排放NMHC進行監測以及Pearson相關分析，運用地面濃度反推法計算源強。

b）原油脫酸裝置區的各采樣線濃度間具有高相關性，表明各采樣線NMHC來源相同且均來源于近源濃度的擴散；儲罐區的各采樣線濃度間相關性不佳，可能是因為受到了其他排放源的干擾。

c）原油脫酸裝置區50，100，150 m采樣線的反推源強非常接近，分別為21.68，21.60，19.76 t/a。儲罐區的反推結果為21.84 t/a，與公式法的計算結果（56.80 t/a）相差很大，儲罐區反推結果的準確性還需結合其他方法進行分析對比。

d）在運用地面濃度反推法計算源強之前，首先對監測濃度進行相關分析，再選擇相關性好的監測濃度進行源強計算，可得到更為準確的源強。

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