LDAR在涂料企業的應用研究

張瑜施煉煉張盛

1上海華誼精細化工有限公司 （上海 200020） 2上海市化工環境保護監測站 （上海200050） 3上海華誼精細化工有限公司上海造漆廠 （上海 201108）

眾所周知，涂料生產過程中使用有機溶劑，將不可避免地產生揮發性有機物（VOCs）廢氣。VOCs是一類有機化合物的統稱，大量來自交通運輸、石化行業及有機溶劑使用等過程[1]。VOCs是環境中典型的大氣污染物，是導致光化學煙霧、城市灰霾等復合型大氣污染問題的重要因素，對人體健康有非常重要的影響[2-3]。近年來，VOCs排放控制已成為我國大氣環境治理領域中的熱點問題[4]。

泄漏檢測與修復（LDAR）是目前國際上通用的一種無組織VOCs控制技術，可廣泛應用于石化等行業中設備泄漏環節的VOCs減排[5]。早在20世紀80年代，美國和歐盟國家就開始通過實施LDAR來控制VOCs排放，并取得了顯著的成效，改善了大氣環境質量[6]。進入21世紀以來，LDAR技術被逐步引入到國內，相應的法律法規也不斷被制定和完善起來[7]。2012年10月，國家環境保護部、發展和改革委員會和財政部聯合印發了《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》(環發［2012］130 號)，要求石化企業應全面推行LDAR技術，加強石化生產、輸送和儲存過程VOCs泄漏的監測和監管，對泄漏率超過標準的要進行設備改造。該規劃首次將推行LDAR技術寫入國家文件[5]。2014年12月，環境保護部發布《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》(環發［2014］177號)，明確到2015年底，石化行業全面開展LDAR工作，使VOCs無組織排放得到基本控制。

近年來，關于國內石化行業應用LDAR技術來減少VOCs泄漏排放的報道常見于報端。而LDAR在化工行業還未全面推廣。上海市政府在2015年2月發布的《上海市2015年—2017年環境保護和建設三年行動計劃》明確重點工業行業、重點化工企業應實施LDAR。2017年9月，國家發布的《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》（環大氣[2017]121號）要求：參照石化行業VOCs治理任務要求，全面推進化工企業設備動靜密封點、儲存、裝卸、廢水系統、有組織工藝廢氣和非正常工況等源項整治；現代煤化工行業全面實施LDAR，制藥、農藥、煉焦、涂料、油墨、膠黏劑、染料等行業逐步推廣LDAR工作。LDAR的應用范圍進一步擴大。

本文著眼于LDAR在涂料生產企業的實際應用，以上海市三家涂料企業為例，通過對密封點泄漏檢測的結果進行分析，明確企業在設備密封點泄漏管理方面應關注的重點，以便利用LDAR進行有效的VOCs減排。

1 涂料企業VOCs總體排放情況

上海市三家涂料企業在實施LDAR以前，參照《揮發性有機物排污收費試點辦法》（財稅[2015]71號）附件2——《石化行業VOCs排放量計算辦法》計算出的VOCs排放情況如表1所示，其中密封點泄漏量計算采用平均排放系數法。由表1可知，VOCs排放量占前2位的排放源是設備動靜密封點泄漏和工藝尾氣。因此，開展LDAR以減少VOCs排放是非常必要的。

表1 不同源項VOCs排放情況 %

2 LDAR實施要點

2.1 技術依據

LDAR實施的依據包括：HJ 733—2014《泄漏和敞開液面排放的揮發性有機物檢測技術導則》（國家環境保護部于2015年發布）；《設備泄漏揮發性有機物排放控制技術規程（試行）》（上海市環境保護局于2014年8月發布）。

2.2 技術流程

技術流程主要分為4個步驟，包括密封點識別與編碼、泄漏檢測、泄漏點修復、效果評估[8]。

2.3 檢測設備

配置火焰離子化（FID）檢測器的TVA-2020C有毒揮發氣體分析儀，賽默飛世爾科技公司。

2.4 質控措施

檢測前，分別采用10028和492 μmol/mol-1的甲烷標準氣做量程校準，并計算儀器示值相對誤差，保證誤差值小于10%，同時記錄下檢測當天的氣象參數。

現場檢測時，每個密封點的響應時間均需大于10 s（具體視組件大?。?，以保證準確獲取密封點泄漏源及泄漏濃度值。前一個待測源檢測結束后轉移到下一個待測源檢測開始前，確認儀器恢復到正常待測狀態。檢測前儀器校準、檢測后的漂移測試，以及氣象參數等所有數據均上傳至數據庫平臺進行備案，檢測、復測的儀器直讀數據均直接由手持數據記錄器收集后導入數據庫平臺，以確保原始數據的真實性和有效性。

2.5 泄漏量計算方法

泄漏量根據美國環境保護署關于有機化工合成制造業的排放量計算經驗公式（EPASCOMI）及《上海市涂料油墨制造業揮發性有機物排放量計算方法（2017年修訂）》進行計算。

3 結果與討論

3.1 泄漏控制點統計分析

三家涂料企業設備密封點類型主要包括閥門、法蘭及其他連接件、泵、攪拌器、開口閥或開口管線、泄壓裝置等。根據上海市環境保護局于2014年8月發布的《設備泄漏揮發性有機物排放控制技術規程（試行）》，三家企業均為現有源，其密封點泄漏濃度控制限值為2 000 μmol/mol，而該規程對新建源泵和攪拌器密封點的泄漏濃度控制限值為1 000 μmol/mol，其余為 500 μmol/mol；國內現有的LDAR標準與規范[5]基本上對泵、壓縮機、攪拌器的動密封點之外的密封點的泄漏濃度控制限值為500 μmol/mol。所以按限值2000和500 μmol/mol分別進行了統計（結果見表2），以便了解二者之間的差距。結果發現：

（1）三家涂料企業密封點數量最多的是法蘭及其他連接件，其次是閥門，再次是開口閥或開口管線，泵、攪拌器、泄壓裝置等密封點數量較少。

（2）超過泄漏濃度控制限值的泄漏控制點數量最多的依次是法蘭及其他連接件、開口閥或開口管線，閥門密封點數量雖然較多，但泄漏控制點數量較少。造成泄漏的主要原因可能是密封墊片、填料和生料帶等老化，絲扣螺紋生銹，閥門開關不當或生銹，導致閥門無法關嚴，介質易揮發滲透等[8]。

（3）總體上，按500 μmol/mol限值進行統計，不同類型密封點泄漏控制點個數和比例明顯比按照2000 μmol/mol限值統計時要增加許多，但就本次研究的三家涂料企業來說，即使按500 μmol/mol的限值進行統計，總的泄漏控制點比例最高也不超過2%，這與張鋼鋒整理的國內LDAR案例統計結果[4]基本一致。泄漏控制點比例除了A企業最高的泄壓裝置外，較高的是開口閥或開口管線、泵，法蘭及其他連接件以及其他密封點所占比例較小，均不超過2%。

3.2 不同檢測數據區間的泄漏量

國內報道的關于LDAR檢測結果的分析[8-12]，通常是基于泄漏濃度限值來說明實施LDAR能減少密封點的VOCs泄漏量，而對于不同數據區間以及不同類型密封點對泄漏量的貢獻沒有詳細的研究。本文通過對不同數據區間以及不同類型密封點對泄漏量貢獻的研究，來分析企業在實施LDAR過程中應關注的重點，以便更具針對性地制定LDAR相關管理制度和規程，更加有效地應用LDAR進行VOCs減排。

表2 不同限值的密封點數量統計

A企業密封點數據區間分布見表3。

密封點泄漏濃度小于500 μmol/mol的占96%以上，貢獻的VOCs泄漏量占比不到4%，即若按500 μmol/mol的限值進行泄漏點修復，能減少VOCs泄漏量達 96%以上。500～2000 μmol/mol范圍內貢獻的VOCs泄漏量占比也較小，不到3%。所以，不管是按 500 μmol/mol還是按 2 000 μmol/mol的限值進行修復，能減少的VOCs泄漏量均可達90%以上。

對于A企業，10000 μmol/mol及以上的嚴重泄漏點和不可達點計算值貢獻的VOCs泄漏量分別占47%和37%，二者密封點個數總共占比不到2%，卻貢獻了80%的VOCs泄漏量。所以，企業應盡快修復嚴重泄漏點，并盡可能減少不可達點的數量。

表3 A企業密封點數據區間分布情況

對A企業不同區間密封點泄漏量按不同密封類型進行分解，結果如表4所示。泄壓裝置的不可達點估算值較高，除此之外，法蘭及其他連接件的泄漏量在各個區間均最大。根據表2對密封點數量的統計，法蘭及其他連接件密封點的數量最多，所以，泄漏量的大小與密封點數量的多少有一定關系；法蘭及其他連接件、泄壓裝置、泵以及開口閥或開口管線的10 000 μmol/mol及以上的嚴重泄漏點貢獻的VOCs泄漏量都很顯著。所以，A企業應重視數量最多的法蘭及其他連接件密封點的泄漏情況，以及不同密封類型的嚴重泄漏點的修復情況。

表4 A企業不同類型密封點泄漏量情況 kg/a

B企業密封點數據區間分布如表5所示。密封點泄漏濃度小于500 μmol/mol的占98%以上，貢獻的VOCs泄漏量占57%；若按500 μmol/mol的限值進行泄漏點修復，能減少VOCs泄漏量約43%。

500～2000 μmol/mol范圍內貢獻的 VOCs泄漏量占比約為11%，若按2000 μmol/mol的限值進行泄漏點修復，能減少VOCs泄漏量約32%。B企業按500 μmol/mol的限值進行泄漏點修復能減少更多的VOCs泄漏量。從數據上看，B企業實施LDAR能減少的VOCs泄漏量沒有A企業顯著。B企業泄漏濃度為10000 μmol/mol及以上的嚴重泄漏點個數占比僅為0.13%，其貢獻的VOCs泄漏量占比高達26%，所以，B企業應盡快修復嚴重泄漏點。

表5 B企業密封點數據區間分布情況

對B企業不同區間密封點泄漏量按不同密封類型進行分解，結果見表6。

法蘭及其他連接件的泄漏量在各個區間均較顯著，其次是閥門，根據表2對密封點數量的統計，法蘭及其他連接件密封點的數量最多，閥門的數量次之，所以，泄漏量的大小與密封點數量的多少有一定關系；泵的10000 μmol/mol及以上的嚴重泄漏點貢獻的VOCs泄漏量也較高。所以，B企業應重視數量最多的法蘭及其他連接件、閥門的密封點的泄漏情況，以及不同密封類型的嚴重泄漏點的修復情況。

表6 B企業不同類型密封點泄漏量情況kg/a

C企業密封點數據區間分布見表7。

泄漏濃度檢測數據小于500 μmol/mol的密封點占99.8%以上。泄漏濃度檢測數據小于2 000 μmol/mol的密封點占99.9%以上，貢獻的VOCs泄漏量占比約為97%；若按2000 μmol/mol的限值進行泄漏點修復，能減少VOCs泄漏量不到3%，由于比例過小，因此不再按不同密封類型進行分解。從數據來看，C企業此次實施LDAR能減少的VOCs泄漏量并不顯著。檢測沒有發現泄漏濃度為10 000 μmol/mol及以上的密封點。

該結果說明C企業的設備泄漏控制較好，泄漏量較低，這與事實（C企業自2015年投產，設備較新且設備泄漏控制較好）基本相符合。該結果也說明了，泄漏濃度小于控制濃度限值的密封點貢獻的VOCs泄漏量占比越高，企業的密封點泄漏控制得越好。

表7 C企業密封點數據區間分布情況

4 結論

根據對三家涂料企業密封點泄漏情況的討論，得出如下結論：

（1）三家企業密封點數量最多的依次是法蘭及其他連接件、閥門、開口閥或開口管線，泵、攪拌器、泄壓裝置等密封點數量較少；開口閥或開口管線、泵的密封點泄漏濃度超過控制濃度限值的比例較高。總體上，密封點泄漏濃度超過控制濃度限值（500 μmol/mol）的數量不超過2%。

（2）對于小于控制濃度限值范圍內的密封點的泄漏量，A，B，C三家企業依次降低，說明不同企業實施LDAR后，減排量的比例是有差異的，這主要與企業設備的新舊程度和維保情況等因素有關。

（3）泄漏濃度為10 000 μmol/mol及以上的嚴重泄漏點，其泄漏量占比相當大，企業應盡快修復。

（4）根據對不同區間密封點泄漏量按不同密封類型進行分解的結果可知，數量較多的閥門和法蘭及其他連接件，貢獻的泄漏量也較多，說明泄漏量的大小與密封點數量的多少有一定關系。

（5）企業在實施LDAR的過程中，應重點關注數量最多的密封點的泄漏情況，以及泄漏濃度高于10000 μmol/mol的嚴重泄漏點的修復情況。對于執行2000 μmol/mol控制濃度限值的企業，是否對泄漏濃度在500～2000 μmol/mol范圍內的泄漏點進行修復，可視該區間泄漏量和工作量的情況而定，具有一定的靈活性。

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