LDAR技術在氟化工裝置泄漏損失評估中的應用

陳際雨 ， 彭 旭

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

0 前言

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

泄漏檢測與維修技術 （Leak Detection and Repair，LDAR）是對工業生產活動中工藝裝置泄漏現象進行發現和維修的一種技術[4]，利用固定或便攜式監測設備，監測化工企業各類反應釜、原料輸送管道、泵、壓縮機、閥門、法蘭等易產生泄漏的密封點，并修復超過一定濃度的泄漏點，能幫助企業及早發現設備密封部位的泄漏而進行修理，有助于減少企業VOCs的排放[5-7]，從而達到控制原料泄漏損失和環境保護的目的。

1 LDAR技術的損失評估方法

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

根據國家環保部 《石化行業VOCs污染源排查工作指南》規定，目前對石化、化工裝置設備及管閥件的泄漏排放量估算主要方法有：（1）平均排放系數法；（2）篩選范圍法；（3）相關方程法；（4）實測法[8]。其中：①平均排放系數法不需要對密封點進行實測，僅統計管閥件數量，按平均排放系數計算并統計泄漏排放量，這種方法屬于粗算，對單個企業代表性較差。②篩選范圍系數法按EPA方法21檢測所有管閥件后，分別用≥10000 mol/mol和＜10000 mol/mol的排放系數計算并統計泄漏排放量。③相關曲線方程法按照EPA方法21檢測所有管閥件的VOCs濃度后，按經驗公式計算并統計泄漏排放量；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、化工行業常用的計算方法，并且也是環保部出臺的《石化行業泄漏檢測與修復工作指南》所用的計算方法[9]。若不實施LDAR項目，則企業上報VOCs排放清單時，需要用方法①統計組件數目后進行估算。

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的相關方程核算排放速率，kg/h。

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

2 LDAR技術在化工企業中的應用

2.1 LDAR項目實施流程

LDAR項目建立的實施工作主要內容如圖1所示?，F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上，結合管線內物質相態的判斷，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）進行彩色標注并標記管線號，該部分完成后可對密封點數進行客觀預估。（3）密封點定位。排放源定位（Flag）及現場拍照、掛牌（Tag）兩部分工作，即在圖紙標記的基礎上通過掛Flag阻燃標記帶的方式對納入LDAR項目的具體管線進行準確定位，并對適用管線上的密封點進行拍照、Tag標記，該部分是現場施工的主要工作。（4）現場描述及組件信息錄入。即在現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試，導入組件信息臺賬建立組件信息數據庫。

2.2 泄漏結果與分析

2.2.1 LDAR項目組件統計

根據該裝置Flag標記和掛 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、管線流經物料相態差異兩方面對全部裝置納入LDAR項目的檢測點進行了統計分析，結果如表2所示。此次該裝置現場掛牌數為1942塊，總檢測點數為 15924個。其中常規點位14388個，占總點數的 90.35%，不可達點 （難于檢測/險于檢測）點位 1536個，占總點數的 9.65%，將組件按照廠區內的裝置進行劃分，其分布如圖2所示，R125裝置最多，占總點數的 48.27%；其次是R236裝置，占總點數的28.92%；最少的是一車間，占總點數的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）

廠內合規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%。本項目中流經設備、管線的介質，其狀態一共三類，分別是氣體/蒸汽、輕液和重液，氣體/蒸汽狀態占43.52%，輕液狀態占56.44%，重液狀態占0.04%。

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

現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）檢測現場已經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場泄漏檢測原始數據為基礎，依據美國EPA合成有機化學工業（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個常規檢測點，1536個DTM點位。根據浙江省環保局定義的泄漏閾值500 ppm規定，首次檢測結果超過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，值得重點關注。根據區域裝置分布，如圖3所示，泄漏點數最多的是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 各裝置泄漏點數分布Figure 3 Distribution of LDAR leak points（By device）

根據組件類型劃分，泄漏點數及泄漏率如表3所示。泄漏點數最多的是連接件，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%；泄漏點數最少的是泄壓裝置，其泄漏率也最低為0.00%。在檢測發現泄漏時，系統平臺會自動生成維修工單，企業在獲取維修工單后需要在一定的時間內組織維修。LDAR項目數據庫管理平臺根據 《工業企業揮發性有機物泄漏檢測與修復LDAR技術要求》、《設備泄漏揮發性有機物排放控制技術規程》及《石油化學工業污染物排放標準》中有關“修復”的規定，自動計算并分配維修任務，由廠方管理人員聯絡維修技術人員進行維修，并將維修結果反饋給現場檢測單位，然后委派檢測工程師進行復測，并將相應維修操作、復測和延遲修復的信息上傳系統平臺中，實現維修工作的電子化追蹤和管理。

根據檢測結果對178個泄漏點進行及時維修，目前已修復的點數為170個，復測結果如表3所示，總修復率為95.51%。目前，仍有8個泄漏點未修復，當前泄漏率為0.05%，遠低于一般水平，修復效果良好。

表3 LDAR檢測泄漏點修復率Table 3 The repaired rate of leak points

經統計全廠共有15924個密封點，總排放量用因子法估算為697.4385 t/a。本項目中，由于企業實施了完整的LDAR項目，因此VOCs排放量按方法③進行計算。目前根據首輪檢測的實際數據用相關曲線方程法計算可得到初始的排放基線數據，而減排量數據需維修與復測工作完成后得到，如表4所示。

表4排放量計算結果（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178個泄漏點修復后的復測值，結合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 結論

本次LDAR項目逐步推進并完成了項目建立、現場檢測及泄漏評估的工作，遵循了環保部門關于LDAR實施的技術要求，檢測發現的泄漏點為企業精確找出泄漏源和泄漏點.如能成功維修，將會減少企業對大氣環境的污染、為企業節省不必要的物料損失、改善一線工人的工作環境，具有良好的環境、經濟和社會效益。

（1）本項目建立了生產裝置R125裝置、R236裝置、一車間（以下簡稱生產裝置）內所有LDAR合規密封點管理體系，為LDAR項目持續有效的運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數據庫管理平臺”，該系統平臺能夠對LDAR項目進行長期高效的管理，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、對應工藝管線號、介質狀態、位置描述、檢測信息、維修信息等，而且能夠根據LDAR項目實施技術規范關于泄漏濃度、檢測頻率等的要求，智能化地制定按季度推進的檢測工作計劃，檢測人員通過聯網即可下載檢測任務包并上傳檢測數據及過程記錄，確保每個檢測點都可以及時檢測和維修；對維修情況進行電子化的跟蹤和管理；定期出具符合用戶需求的相關報告并驗證其合規性。

（3）對生產裝置每個密封點的泄漏值進行定量，明確了裝置內泄漏點數量及位置。根據環保部規定，若未實施LDAR項目，則排放量根據平均排放系數法計算為697.4385 t/a；已實施LDAR項目并結合年排放量，根據相關方程法計算得出生產裝置2016年VOCs的年排放量為44.1956 t/a。如泄漏點全部修復完成，VOCs年減排量可相應提升，因泄漏產生的物料損失也有效降低，隨著修復點位數量的不斷升高，LDAR項目的經濟效益將更加顯著。

感謝上海漢潔環境項目組提供LDAR技術平臺及年排放量等數據支撐。

參考文獻：

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[8] 國家環保部.石化行業VOCs污染源排查工作指南[M]，2015.

[9] 國家環保部.石化行業泄漏檢測與修復工作指南[M]，2015.