基于LDAR檢測技術對化工裝置VOCs的泄漏分析

張蒲根*

（上海市特種設備監督檢驗技術研究院）

0 前言

石油化工行業是我國經濟的重要組成部分，隨著環保意識逐漸深入人心，降低污染物排放量已經迫在眉睫。目前，石油化工行業產生的VOCs（揮發性有機物）主要泄漏處為化工裝置中容器和管道的連接組成件，在生產過程中，由于腐蝕、滲漏以及密封等因素，其組成件會隨機泄漏出大量的VOCs，且泄漏規律很難被掌握[1]。由于化工裝置中的容器和管道數量龐大，可能產生泄漏的密封點數量高達數萬甚至數百萬，VOCs 被無組織排放到大氣中[2]。

泄漏檢測與修復（LDAR）是一種新型的用于減少無組織排放VOCs 的技術，目前在國際上被廣泛采用[3]。目前，LDAR 檢測普遍采用便攜式檢測設備，對生產裝置中的法蘭、連接件等的密封面進行檢測，再對泄漏值超標的點位采用有效措施將泄漏點修復，進而達到減少環境污染、防止物料泄漏的目的。

20 世紀80 年代，歐美部分發達國家就開始重視VOCs 排放帶來的環境影響，并逐步采用LDAR 技術對化工裝置中的VOCs 泄漏進行控制，并逐漸形成了比較完善的實施體系，成效十分顯著[4-5]。目前，我國面臨的環境壓力越來越大， VOCs 的排放控制也越來越急迫，大多數化工企業已經逐步開展LDAR 檢測工作，國家也制定了相關的法規政策。早在2014 年，環保部門就發布了關于《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》，對石化企業建立LDAR 管理制度進行了細化，并要求制定具體措施，2015 年又陸續發布了強制國家標準《石油化學工業污染物排放標準》《石油煉制工業污染物排放標準》和《合成樹脂工業污染物排放標準》，企業應按標準要求開展LDAR 檢測工作，并規定了檢測頻率、泄漏標準等方面的具體內容。

本文采用便攜式檢測儀器對泄漏組件進行泄漏數據采集，泄漏組件包括：壓縮機、閥門、泄壓裝置、泵、法蘭、連接件及開口管線等。通過對LDAR 現場采集的數據結果進行分析，研究各組件尺寸與泄漏數值之間的關系，并提出了減少VOCs 排放的建議。

1 LDAR檢測流程及原理

1.1 LDAR工作流程

LDAR 工作實施時，相關人員應具備一定的專業素養，需要按照預先制定好的流程進行現場檢測，具體實施流程如圖1 所示。首先需要對檢測人員進行培訓，內容包括：明確法規標準的要求和檢測設備使用說明。檢測人員需要熟悉現場點位，參考資料和圖紙來確定檢測點位排布和方案；繼而在泄漏點位進行現場掛牌并拍照；匯總現場檢測結果，并進行數據核算、小結，最終形成報告。

圖1 LDAR工作流程圖

1.2 檢測原理

樣品氣中的氫化合物與空氣燃燒發生化學反應會產生離子，最后生成水和二氧化碳，具體化學反應如下（R 表示碳化合物）：燃燒過程中產生的離子被吸引到專門的集電極，形成電勢差和電流，并轉化形成讀數。

1.3 設備操作流程

（1）設備檢查

設備檢查內容主要包括管路、除水濾膜及氣瓶壓力等，然后進行校準。

（2）現場檢測

現場檢測內容主要包括動設備的連續運轉的密封副及本體與管道連接的密封面等。

1.4 注意事項

（1）現場檢測采樣時，吸入導管嘴應放置于離密封面1～2 cm 處。

（2）保證檢測時間，每個密封點應檢測20 s 以上。

（3）確認泄漏值，當檢測數值超過設定的閾值（500×10-6），需確認測量3 次，超過報警值2 次以上，則可判定該處為泄漏點。

1.5 檢測數據采集

對上海某化工廠（OSBL）的LDAR 現場采集數據進行匯總，對比分析了壓縮機、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評價指標，即泄漏最大值和平均泄漏值。泄漏最大值是所檢測到的泄漏值中的最大值。平均泄漏值為組件的各點的泄漏數值之和除以該種組件的總點數，其計算式如下：

式中：P——平均泄漏數值，10-6；

Li——每點的泄漏數值，10-6；

i——泄漏點數，個；

N——該種組件的總點數。

2 結果分析

本文將現場檢測數據通過PDA 上傳至云服務系統，匯總后對該裝置的數據并下載，然后分別提取法蘭、泵、閥門、開口管線、泄壓裝置、連接件、壓縮機等組件的泄漏數值，計算平均泄漏值，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值較高。由于法蘭和閥門在裝置中的數量較多，本文分別對法蘭和閥門的泄漏平均值、泄漏最大值與其尺寸大小的關系進行了分析，數值與曲線如圖3和圖4 所示。

圖3 閥門泄漏數值與尺寸關系

圖4 法蘭泄漏數值與尺寸關系

通過圖3 可以判斷：當閥門尺寸為100～150 mm時，其平均泄漏數值最大；閥門泄漏最大值同樣也是在管道尺寸為100～150 mm 的區間內；并且泄漏值呈線性趨勢增大，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：當法蘭尺寸為250～350 mm時，平均泄漏值最大；法蘭的泄漏最大值出現在尺寸為100～200 mm 的區域；法蘭泄漏平均值隨著尺寸變大呈線性趨勢逐漸減小，說明法蘭尺寸越大平均泄漏值將逐漸減小；法蘭泄漏最大值隨著尺寸變大呈線性趨勢線逐漸增大，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，因此需要重點提高泵、開口管線、連接件等組件的密封技術要求。閥門泄漏平均值與最大值都出現在尺寸為100～150 mm 區域內，并且線性趨勢線均上移，因此當閥門尺寸為100～150 mm 時，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。當法蘭尺寸為250～350 mm 時，其平均泄漏值最高，并且平均值與尺寸大小呈線性負相關；其尺寸為100～200 mm 時，泄漏最大值最大，最大值與尺寸大小呈線性正相關。這表明了法蘭尺寸越大，出現失效性泄漏的概率將會增大，但是泄漏均值將會減小。

3 結論

本文采用LDAR 檢測結果數據對某石油化工企業的密封點的檢測結果進行分析，分別提取閥門、泵、法蘭、開口管線、壓縮機、泄壓裝置、連接件等組件的平均泄漏值并進行分析。由于法蘭和閥門在裝置中的數量較多，本文分別對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系進行了分析，并得到以下結論：

（1）閥門的泄漏平均值與最大值都出現在其尺寸為100～150 mm 的范圍內，并且線性趨勢線均上移，因此，當閥門尺寸為100～150 mm 時，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）當法蘭尺寸為250～350 mm 時，其平均泄漏值最高，并且平均值與尺寸大小呈線性負相關；其尺寸為100～200 mm 時，泄漏最大值最大，最大值與尺寸大小呈線性正相關。這表明，法蘭尺寸越大，出現失效性泄漏的概率將會提高，但是泄漏均值將會減小，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設計階段，重點提高開口管線、連接件等組件的密封技術要求。對于已建成的化工裝置，應提高對尺寸為100～150 mm 的閥門和100～350 mm 的法蘭的密封條件或技術要求；重點泄漏單元需搭建在線泄漏點監測系統，進行實時監測和堵漏返修。