泄漏檢測與修復在煉化企業的應用與發展

李 龍，李凌波，程夢婷

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泄漏檢測與修復在煉化企業的應用與發展

李 龍，李凌波，程夢婷

（中國石油化工股份有限公司 撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

泄漏檢測與修復（LDAR）是煉化設備密封點泄漏VOCs排放控制最佳實用技術，中國石化在國內較早開展LDAR研究，探索并開發了符合國情的中國石化LDAR成套技術。從LDAR工作模式、工作流程、建點建庫、泄漏檢測等方面介紹了中國石化LDAR成套技術及其應用進展，結合發達國家LDAR發展情況，提出了中國LDAR未來發展趨勢與建議。

泄漏檢測與修復；LDAR；煉化企業；工作流程；建點建庫；泄漏普查；發展趨勢

揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是大氣光化學反應的重要前體，可能對空氣中臭氧、二次有機氣溶膠和霧霾的生成有一定的貢獻，某些VOCs為有毒有害空氣污染物，也有一些為異味污染物［1］。城市中的VOCs主要源于人為排放，其中石化行業排放占據重要地位。石化行業VOCs排放主要來自設備密封泄漏、原油及產品儲罐的呼吸、油品裝卸逸散等12類排放源［2］，絕大部分為無組織排放，其中設備密封點泄漏占煉化VOCs排放總量的比例超過25%，是最主要的煉化VOCs排放源之一，其最佳實用控制技術是泄漏檢測與修復（Leak Detection and Repair， LDAR）［3］。該技術是將設備、管線上涉及VOCs物料的閥、泵、法蘭、接頭、開口管線等處的密封點編號，并納入數據庫管理，采用便攜式有機氣體分析儀以一定頻次進行檢測，發現泄漏并在規定期限內對泄漏密封件進行修復和復檢［4,5］。

美國自上世紀90年代初開始實施LDAR，初期管理混亂，LDAR 計劃通常由非專業人員管理，項目包給低價競標者，泄漏檢測程序(EPA Method 21)執行倉促，工作態度一般是應付法規，而不是發現和消除泄漏。上世紀90 年代后期美國EPA檢查發現問題后，致力于整改。到2007 年，LDAR 走上正軌，由專業經驗豐富的人員全職領導LDAR 計劃，基于長期專業經驗和完善的裝備選擇LDAR 項目承包商，也更加注重檢測質量［6］。

我國的LDAR工作起步相對較晚，國務院2013年頒布的《大氣污染防治行動計劃》明確要求在石化行業開展“泄漏檢測與修復”技術改造；環保部2014年12月05日發布環發的[2014]177號“關于印發《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》的通知”，要求全國石化行業2015年底前全面開展泄漏檢測與修復工作；為了進一步規范石化行業LDAR工作， 2015年11月國家環保部又印發了《石化企業泄漏檢測與修復工作指南》（環辦[2015]104號）。

中國石化在2005年啟動LDAR技術研究，創建了自主實施工作模式，制定了中國石化LDAR技術規范-《中國石化LDAR操作與管理指南》，開發了具有自主知識產權的LDAR數據管理平臺，形成了中國特色LDAR成套技術，目前該技術已在中國石化所屬及控股的40余家煉化企業推廣應用，在一定程度上避免了美國LDAR實施初期因非專業化引起的混亂。

本文從LDAR工作模式、工作流程、建點建庫、泄漏檢測等方面總結了中國石化LDAR成套技術及其應用進展，結合發達國家LDAR發展情況，提出了中國LDAR的發展趨勢與建議。

1 LDAR工作模式

LDAR在國內主要有兩種實施模式，其一是委托第三方，適用于人員或技術力量不足的煉化企業，如外資和民營企業、中小型企業集成的化工園區、部分人員精簡的新建國有石化企業等；其二是企業自主實施LDAR，適用于人員富余、技術基礎較好且生產信息安全要求高的大型國有企業。

基于如下原因：（1）LDAR實施過程中深度涉及企業的生產信息安全；（2）常規化工作量大，長期外委費用高；（3）中國石化人員相對充足，自主實施LDAR有助于降本增效；（4）企業比第三方更熟悉自己的裝置，自主實施有質量保證；中國石化選擇自主實施LDAR，其主要思想是：企業是實施主體，組建LDAR技術管理工作組和技術實施工作組，明確人員、職責、分工與協調機制；直屬研究院是技術開發與支持單位，為企業提供LDAR規范、培訓、審計、審核等技術支持。目前該工作模式運行良好，已獲得地方和國家環保部門的認可。

2 LDAR技術實施

2.1 LDAR管理體系的建立

LDAR實施過程涉及企業生產、安環、機動、信息等部門，為保證實施過程管理和協調科學有序，在項目啟動初期，中國石化各所屬企業在直屬研究院的技術支持下，建立了LDAR管理體系，其機構設置和主要職責如下：

（1）LDAR技術管理工作組

企業技術與管理工作組主要由環保、機動、生產部門牽頭，計劃、運行、信息和質檢等部門參與，負責統籌、協調制定和落實LDAR實施計劃，確定LDAR實施標準和規范，編制與審核項目實施方案，建立標準化工作程序，配置LDAR軟硬件設施，審計和監控LDAR的工作質量，評估實施效果等技術與管理性工作。

（2） 技術實施工作組

技術實施工作組負責根據工作內容分解、落實各項LDAR工作任務。一般下設基礎信息組、泄漏檢測組、泄漏維修組、LDAR管理平臺運行與維護組等。基礎信息組一般由裝置工藝員、設備員或儀表員組成，負責基礎信息采集、復核、組件和密封點的劃分編碼等工作。LDAR檢測、維修工作可由企業內部檢測公司承擔，也可由企業的質檢部門主抓，裝置人員檢測。LDAR管理平臺運行與維護一般由企業信息部門承擔，負責LDAR管理平臺的運行、維護以及數據錄入。

（3） 技術支持工作組

撫順石油化工研究院承擔中國石化19家直屬煉化企業和催化劑分公司的LDAR技術支持工作，為此組建了多個LDAR技術支持小組，全過程為企業提供技術咨詢服務和培訓服務；同時為保證LDAR工作質量，建立了多輪審核制度，如在基礎信息采集階段進行采集表階段性審核、現場復核、采集表全表終審，在掛牌結束后實施掛牌復核，檢測結束后進行檢測結果和檢測質量審核。

中國石化LDAR管理體系有效將LDAR工作任務分解、細化，并落實到了各具體工作組。從現場實施情況來看，企業通過設立專職人員管理、明確崗位責任制、建立標準工作流程和嚴格的考核機制，有效提高了LDAR工作效率和工作質量。

2.2 基礎信息采集

中國石化LDAR密封點識別、定位和基礎信息采集可采用拍照、掛牌及拍照掛牌相結合3種方式，不同方式的優缺點及適用范圍對比見表1。絕大多數企業采用簡單易行的掛牌方式。

表1 密封點標識方式對比

作為LDAR的核心工作，基礎信息采集主要由熟悉裝置情況的工藝員和設備員實施。現場實施流程依次為優化采集路徑、識別定位受控組件、識別各組件所包含密封點。通過對裝置密封點詳細劃分組件，實現對密封點的二級定位，密封點定位規則為：裝置?設備和管線?組件?密封點，設備和管線的定位規則為：裝置?區域?子區域?樓層。

同時，為保證基礎信息采集的工作質量，在整個采集過程中建立多輪審核制度，由研究院技術支持工作組分階段審核基礎信息采集的規范性、完整性和準確性，并協助企業完成采集表的修訂。審核通過的基礎信息錄入LDAR數據管理平臺。

2.3 現場檢測

LDAR泄漏檢測由企業自主實施，研究院技術支持工作組負責檢測培訓與審核。企業LDAR檢測流程見圖1。檢測準備階段制定檢測計劃，培訓檢測人員，并準備與調試檢測器材；為提高檢測效率，檢測前需進行檢測路徑優化，通常最優化檢測路徑為裝置日常巡檢路徑；結合檢測路徑制訂檢測計劃，由數據庫輸出檢測計劃工單，分配檢測人員；檢測人員按檢測工單進行現場檢測，檢測過程中按密封點編號記錄檢測值和檢測時間等信息，并在超標泄漏密封點懸掛泄漏標識，每日檢測結果匯總錄入LDAR數據管理平臺；泄漏維修完成后，由檢測人員復測，并將復檢數據錄入LDAR數據管理平臺。

檢測過程中研究院技術支持工作組對檢測實施審核，審核內容主要包括檢測人員能力認定、檢測儀器操作規范性、現場檢測規范性、QA/QC程序有效性、檢測數據記錄和處理的規范性、數據傳遞的準確性、檢測人員盡職情況等。

實施結果顯示，通過研究院的技術支持和內部審核，企業自組專業化檢測隊伍、建立健全監管制度和獎懲機制，可保證檢測質量。

圖1 泄漏檢測工作流程圖

2.4 泄漏修復

中國石化泄漏修復的工作流程如下：檢測人員發現泄漏點后，在泄漏點處懸掛泄漏標識，并通知裝置生產管理人員，數據管理系統同時做出警示，設備管理部門的技術人員到現場核實泄漏點情況，提出維修意見，并填寫維修工單報主管領導審批后將工單下達至維修負責部門。維修人員依據維修工單的要求在規定期限內對泄漏點進行維修。實踐表明，大部分超標泄漏密封點的維修可在線完成，修復手段一般包括簡單地緊固、增加堵帽、更換填料、更換墊片或在線密封等，僅有少量部件需要停工檢修時更換。

3 LDAR建庫和泄漏普查

截止到2015年底，LDAR工作已在中國石化直屬和控股煉化企業全面開展，企業均已完成LDAR首輪普查檢測。下面分別以3家煉化企業的連續重整裝置A、常減壓催化聯合裝置B、乙烯裝置C為例說明中國石化LDAR應用情況。

3.1 LDAR建點建庫情況

三套裝置基礎信息建點建庫結果見表2。三套裝置密封點總計為101 477個，劃分組件16 179個，平均每個組件控制密封點數約為4.9個（扣除空冷絲堵），組件劃分較為細致。三套裝置不可達(難于檢測+險于檢測)密封點共7 656個，占密封點總數的7.54%，不可達點認定主因為保溫材料包覆或高于檢測平臺2 m以上。不可達點數量過多可能引起VOCs排放核算偏高，根據中國石化LDAR推廣應用情況，現有煉化企業全廠不可達密封點比例一般可控制在10%以內。采用延長探頭檢測高處/狹隘處不可達密封點，在保溫材料接口處檢測保溫材料包覆的密封點，可實現部分不可達密封點的檢測。

表2 裝置建點建庫結果匯總

3.2 泄漏檢測情況

三套裝置泄漏檢測情況見表3和表4。共檢測密封點101 246個，發現超標泄漏693個，總體超標泄漏比例為0.68%。超標泄漏主要發生在氣體/輕液流經的設備與管線組件，重液流經的設備與管線密封點基本未見超標泄漏。氣體/輕液閥、泵、法蘭、接頭、開口管線及其它密封點泄漏比例分別為1.06%、3.45％、0.79％、0.15％、1.14％和0.81％，泵、閥和開口管線的泄漏比例相對較高，法蘭和接頭等靜密封點的泄漏比例較低。考慮到閥的基數較大，且泄漏排放計算相關方程的系數較大，可能對泄漏排放量核算的貢獻較大。

美國94座煉油廠、10座瀝青廠和6座化工廠2005-2010年每年閥的超標泄漏統計顯示：閥泄漏水平為0.139％~10％，中位值約為1.5％［7］。中國石化三套裝置閥的超標泄漏水平略好于美國中位值，這可能是由于中國石化在設備泄漏控制方面起步較早，初期采用一些經驗性查漏方法起到了一定作用。隨著中國石化LDAR成套技術的推廣應用，LDAR技術與管理進一步規范和完善，裝置泄漏控制水平也將進一步提高。

表3 泄漏檢測結果匯總

表4 不同類型密封件超標泄漏率匯總

4 國內LDAR發展趨勢

目前國內LDAR尚存在規范性不佳、檢測質量不高、信息化不足、高效檢測技術發展應用滯后和監督管理不到位等問題。未來LDAR的發展應著力解決上述問題，具體涉及如下4個方面。

4.1 LDAR審計審核

由于推廣應用時間緊，工作量巨大，導致LDAR實施過程中規范性程度不高。為改進煉化LDAR的規范性，提高工作質量，企業有必要開展LDAR內部審查/審計，建立健全LDAR常規化質量監督管理機制。具體審查內容包括但不限制于以下內容：組織機構和工作流程、標準操作程序、基礎資料、LDAR數據庫合規性、LDAR建庫規范性、LDAR檢測有效性、修復規范性、排放計算的合規性等。

4.2 數據鏈電子信息化及大數據應用

LDAR基礎信息建庫和泄漏檢測工作量巨大且繁雜，可能存在人為因素影響LDAR工作質量。美國已基本實現了LDAR建檔、檢測數據的采集、存儲與傳遞完全電子信息化，有效降低了工作中的不確定因素，提高了LDAR工作效率和工作質量。國內LDAR不僅需完善數據庫，也要實現數據鏈電子信息化，具體工作包括：（1）LDAR建檔、檢測數據的采集、存儲與傳遞完全電子信息化；（2）通過安裝移動版軟件數據庫軟件的防爆手持計算機進行LDAR定位與標識懸掛、LDAR數據庫建立、檢測數據采集、存儲和傳輸；（3）手持計算機內置GPS，跟蹤并保證檢測人員忠實履行職責；（4）數據庫增強可視化功能，實現數據庫中的組件、密封點與PID圖交互鏈接；（5）應用LDAR大數據分析指導設備與管閥件選型及密封設計。

4.3 高效及智能化LDAR檢測技術

美國Providence Photonics公司將LDAR檢測技術劃分為三代：第一代為傳統LDAR，使用便攜式有機氣體檢測儀檢測泄漏；第二代為Smart LDAR，采用紅外氣體相機檢測泄漏；第三代為人工智能自動化LDAR，采用無人值守紅外氣體相機和計算機視覺自動識別，實時自動監控泄漏。按此標準，目前LDAR檢測技術總體處于第一代。第二代主要用紅外氣體相機檢測，檢測速度快，可達常規便攜式有機氣體分析儀的5～10倍，但靈敏度、檢測可靠性和定量性能尚待改進。美國EPA 2008年發布了用紅外氣體相機開展LDAR的AWP規范，但要求每年仍需用常規檢測方法檢測一次［8］。目前美國EPA正在發展紅外氣體檢測標準方法，有望在未來全面取代LDAR常規檢測技術。國內上海［9］、廣東［10］和天津［11］等地方標準或規范規定可用紅外氣體相機定性檢測不可達密封點，但需輔之以LDAR常規檢測定量，且無配套的紅外氣體檢測標準方法，因此亟需開展紅外氣體相機高效檢測技術及標準化研究，實現LDAR檢測技術升級換代。

4.4 免檢免維修技術

本世紀初，美國EPA提出高級LDAR計劃（ELP），規定工廠必須采納以達到或高于法規要求的行動，主要涉及更嚴格的檢測和維修要求、更高的質量控制/質量保證要求和設備升級等，其中設備升級、更換或改進為核心要素，主要涉及低泄漏閥和填料的要求。其主要思想是將傳統LDAR的檢測維修逐步轉向免檢免維修。目前大多數美國煉油廠已與政府簽署實施高級LDAR計劃［6］，化工廠的高級LDAR計劃也正在推進中［12］。目前國際上已有API和ISO標準方法用于低泄漏密封件的測試和認證。國內也應開展低泄漏密封件技術與設計標準、測試技術與標準的研究，促進LDAR向更高效的免檢免維修發展。

5 結論

中國石化在其直屬研究院的技術支持下，創建了自主實施LDAR工作模式，開發了包括管理體系、技術規范和數據管理平臺在內的LDAR成套技術，并在所屬煉化企業全面推廣應用。應用結果表明上述工作模式和成套技術總體可行，為我國大型煉化企業實施LDAR開創了一條新道路。未來LDAR研究與實踐將向工作質量改進和工作效率提升發展，主要涉及LDAR內審/外審制度與技術規范、高效及智能化LDAR檢測、數據鏈電子信息化及大數據應用、高級LDAR與免檢免維修技術。

［1］ 魯君，李莉，林立，鄔堅平，等. 揮發性有機化合物氣體泄漏檢測與修復技術[J]. 化工環保，2011，31(4)：323-326.

［2］ 環境保護部. 石化行業VOCs污染源排查工作指南[S]. 環辦[2015]104號，2015.11.

［3］ 李凌波，劉忠生，方向晨，等. 煉油廠VOC排放控制策略-設備與管閥件泄漏[J]. 當代石油石化，2013 (9)：1-9.

［4］ U.S. Environmental Protection Agency. 1995 Protocol for Equipment Leak Emission Estimates [R]. EPA-453/Ｒ-95-017, November 1995.

［5］ U.S. Environmental Protection Agency. Leak Detection and Repair Compliance Assistance Guidance -A Best Practices Guide [R]. EPA-305-D-07-001, October 2007.

［6］ Jim Drago. Enhanced leak detection and repair programs for the chemical processing industries[C]. CHEMINNOVATIONS 2010 Conferencen & Expro. Houston, Texas, October 19-21, 2010.

［7］ David W. Reeves. Designing for Leak Free Operation-The secret to reducing LDAR compliance costs[C]. 11th LDAR Symposium. New Orleans, LA , May 18-19, 2011.

［8］ Wilwerding J. LDAR Program Cost-Effectiveness: Past, Present, and Future[C]. InfraMation 2011 Infrared Camera Users Conference. Las Vegas, November 9-11, 2011.

［9］ 上海市環境保護局. 設備泄漏揮發性有機物排放控制技術（泄漏檢測與修復）規程（試行）[S]. 滬環保防〔2014〕327號，2014.8.

［10］廣東省環境保護廳. 廣東省泄漏檢測與修復（LDAR）實施技術規范[S]. 粵環函〔2016〕1049號，2016.9.

［11］天津市環境保護局.工業企業揮發性有機物排放控制標準[S]. DB12/ 524-2014, 2014.7.

［12］Dan Devine. Accessibility of low-emitting valves and packing to meet consent decree requirements in the Chemical Industry[C]. Valve Manufacturers Association Technical Seminar and Exhibit Program. Las Vegas, March 5-7, 2014.

Application and Development of Leak Detection and Repair (LDAR) Process in Refining and Petrochemical Industry

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（Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001, China）

Leak detection and repair (LDAR) process is regarded as the best available method to control the emission of volatile organic compounds (VOCs) from the leakage of equipment in refining and petrochemical plants. As a pioneer in the study of LDAR, Sinopec persists in exerting tremendous efforts to improve the appropriate utilized LDAR technology and management. In this paper,current application progress of LDAR in Sinopec was introduced from the aspects of work-pattern, workflow, components identification and components inspection. Besides, based on the successful experience in developed countries, practical suggestions were proposed for the development of LDAR in China.

Leak detection and repair; Refining and petrochemical industry; Work flow; LDAR database establishment; Leak investigation; Future development

TE 07

A

1671-0460（2017）08-1663-05

中國石油化工集團公司資助項目，項目號：CLY-15069，CHG-15044。

2017-03-10

李龍（1988-），男，山東省臨沂市人，助理工程師，碩士，2014年畢業于中國科學院生態環境研究中心環境工程專業，從事石油石化環境監測技術工作。E-mail：lilong.fshy@sinopec.com。

李凌波（1969-），男，教授級高級工程師，從事石油石化環境監測及污染物組學研究工作。E-mail：lilingbo.fshy@sinopec.com。