泄漏檢測與修復技術(shù)在乙苯脫氫裝置中的應用

江　浩，周俊波，楊劍鋒，劉文彬，陳良超，高　姍（北京化工大學機電工程學院，北京100029）

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泄漏檢測與修復技術(shù)在乙苯脫氫裝置中的應用

江浩，周俊波，楊劍鋒，劉文彬，陳良超，高姍
（北京化工大學機電工程學院，北京100029）

摘要：乙苯脫氫裝置在生產(chǎn)運行過程中存在無組織泄漏情況，采用泄漏檢測與修復技術(shù)對揮發(fā)性有機物（VOCs）進行排放量計算，并對密封點進行了全面檢測和統(tǒng)計分析，進一步分析泄漏原因。乙苯脫氫裝置共檢測密封點1495個，其中泄漏密封點572個，占總體密封點38.2%。泄漏密封點主要來源于閥門和法蘭，其中閥門泄漏率為55.79%。通過維修后，裝置VOCs泄漏率從38.2%下降至12.4%，修復率達到32.5%。

關(guān)鍵字：泄漏檢測與修復；化工裝置；泄漏；損失評估

導師簡介：楊劍鋒（1967-），男，教授，博士，主要研究方向：石油化工安全技術(shù)及工程、化工裝置風險分析。

煉化生產(chǎn)裝置在運行過程中，設(shè)備密封泄漏產(chǎn)生的無組織排放時有發(fā)生，不僅會造成加工損失、能源損耗，而且還會污染環(huán)境，甚至可能引發(fā)火災、爆炸、中毒等事故。據(jù)美國環(huán)保局估算，設(shè)備泄漏產(chǎn)生的排放約占煉油廠原油加工量的0.01%。石化企業(yè)的揮發(fā)性有機物（VOCs）無組織排放源主要集中在罐區(qū)、裝卸區(qū)、污水處理單元和生產(chǎn)設(shè)備裝置。近年來，通過配套法規(guī)的頒布實施和新設(shè)備、新技術(shù)的推廣使用，前3項無組織排放得到了有效控制。然而對于設(shè)備泄漏產(chǎn)生的VOC無組織排放至今沒有取得明顯的控制效果。從技術(shù)層面來講，生產(chǎn)裝置的VOCs無組織排放主要來源于設(shè)備泄漏，而泄漏具有很大的偶然性，至今尚未發(fā)現(xiàn)明顯的規(guī)律［1］。

設(shè)備泄漏檢測與維修系統(tǒng)（LDAR系統(tǒng)）是應用于石油化工生產(chǎn)裝置的泄露檢測修復系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要針對無組織排放源，即除點排放源（煙囪、焚燒爐）以外的大氣污染物質(zhì)排放點，包括泵、閥門、壓縮機、減壓閥、采樣連接、開放的終端閥、管線、法蘭、連接器、容器、攪拌器等各種設(shè)備部件的泄漏［2］。通過使用專門的檢測儀器進行檢測，確保泄漏點的及時發(fā)現(xiàn)與修復，最大限度的減少現(xiàn)場VOC介質(zhì)的排放［3］。

1　乙苯脫氫裝置特點

某石化企業(yè)4萬t·a-1催化干氣制乙苯裝置以石油苯（重整裝置苯和部分外購苯）和催化干氣中的稀乙烯為原料，經(jīng)烴化反應制備乙苯。因此，選取催化干氣制乙苯裝置應用泄漏檢測與維修技術(shù)，用于研究該裝置泄漏現(xiàn)狀及VOCs無組織排放情況。催化干氣制乙苯裝置主要反應機理

在固體酸催化劑的存在下，苯與乙烯氣相烷基化合成乙苯是典型的弗瑞德-克來福特（Fridel-Crafts）反應。該反應的主反應是苯與乙烯烷基化生成乙苯，是親電取代反應。在酸催化劑作用下，乙烯被活化生成乙基正碳離子，生成的乙基正碳離子進攻苯環(huán)形成б絡(luò)合物，再經(jīng)質(zhì)子離去完成了該烷基化反應過程。

2　泄漏檢測與維修工作流程

泄漏檢測與維修技術(shù)工作流程見圖1。

圖1　泄漏檢測與維修技術(shù)工作流程Fig.1 Leak detection and repair technology work process

該流程主要包括項目建立、現(xiàn)場檢測和統(tǒng)計分析3部分。首先，在項目建立時，根據(jù)企業(yè)需求開展現(xiàn)場調(diào)研與資料分析工作，根據(jù)工藝流程、介質(zhì)類型、現(xiàn)場結(jié)構(gòu)等因素制訂泄漏檢測與修復方案，并且根據(jù)密封點類型、介質(zhì)性質(zhì)等分類建立密封點數(shù)據(jù)庫；然后在現(xiàn)場檢測時，根據(jù)制訂的檢測方案，準備相應的檢測儀器，培訓檢測人員，完成密封點數(shù)據(jù)庫中所有密封點現(xiàn)場泄漏檢測，并且將檢測結(jié)果導入數(shù)據(jù)庫，將泄漏密封點信息反饋給企業(yè)，企業(yè)組織維修人員維修后，開展泄漏密封點復測工作；最后，統(tǒng)計分析檢測數(shù)據(jù)，評估泄漏損失，編寫檢測分析材料，完成材料歸檔管理［4］。

3　結(jié)果與討論

3.1泄漏檢測結(jié)果分析

圖2　檢測已泄漏的密封點統(tǒng)計示意圖Fig.2 Leak sealing points statistical diagram

圖3　根據(jù)密封點類型劃分的泄漏檢測結(jié)果示意圖Fig3 Different sealing leak detection results of the classification of the points

圖4　根據(jù)密封點介質(zhì)類型劃分的泄漏檢測結(jié)果示意圖Fig4 Different sealing point media leak detection results of the classification of the sketch

3.2排放量核算

根據(jù)美國EPA的相關(guān)方程法［5，6］，

式中eTOC：密封點的TOC排放速率，kg·h-1；SV：修正后的凈檢測值，μmol·mol-1；e0，i：密封點i的默認零值排放速率，kg·h-1；ep，i：密封點i的限定排放速率，kg·h-1；ef，i：密封點i的相關(guān)方程核算排放速率，kg·h-1。

各類型密封點的排放速率按表1計算。

表1　石油煉制和石油化工設(shè)備組件的設(shè)備排放速率aTab.1 Petroleum refining and petrochemical equipment components of the discharge rate

a：美國環(huán)保署，1995b報告的數(shù)據(jù)。對于密閉式的采樣點，如果采樣瓶連在采樣口，則使用“連接件”的排放系數(shù)；如采樣瓶未與采樣口連接，則使用“開口管線”的排放系數(shù)。

b：SV是檢測設(shè)備測得的凈檢測值（SV，μmol· mol-1）；

c：輕液體泵系數(shù)也可用于壓縮機、泄壓設(shè)備和重液體泵。

表2　密封點分類統(tǒng)計Tab.2 Sealing point classification statistics

表3　泄漏點分類統(tǒng)計Tab.3　Leak sealing point classification statistics

將檢測值代入相關(guān)方程，得出修復前，每年泄漏損失量為125.5kg。

3.3泄漏原因分析

由于長時間運行，密封點元件在役時間較長，導致元件老化，例如閥門經(jīng)過多次啟閉操作后，導致填料與閥桿的接觸壓力降低，預緊力不夠并且填料松動。法蘭墊片容易出現(xiàn)老化、龜裂，導致法蘭端面與密封墊片的密合不嚴。開口管線與采樣接口使用更為頻繁，控制閥門的內(nèi)漏導致接口腐蝕與磨損。另外密封點檔案管理不到位，石化裝置密封點種類繁多、數(shù)量較大，導致密封點管理滯后，密封點基本參數(shù)缺少信息化管理。

3.4維修措施

閥門閥桿與填料壓蓋或壓板之間泄漏的修復，通?？梢酝ㄟ^適當扭緊壓蓋閥門閥桿與填料壓蓋或壓板之間泄漏的修復，通常可以通過適當扭緊壓蓋或壓板螺栓上的螺母消除泄漏。采用壓蓋直接壓緊填料的閥門，需要注意兩側(cè)螺母應平衡扭緊。在上緊螺母的同時，應監(jiān)測泄漏點，直到凈檢測值低于泄漏控制濃度。

法蘭泄漏維修，首先應對稱逐步扭緊螺栓螺母，同時檢測泄漏點，直到凈檢測值低于泄漏定義濃度。通過扭緊螺栓螺母，無法消除泄漏，則需要退出法蘭上下游物料，更換墊片。連接件泄漏維修，首先應適當扭緊螺帽。通過扭緊螺母，無法消除泄漏，則需要退出連接件上下游物料，在確保螺紋無損的前提下，重新纏繞密封生料帶或涂抹密封膠，將螺母上緊。在扭轉(zhuǎn)螺母過程中，軟管不應聯(lián)動而使螺母受到反向扭矩。

開口閥或開口管線泄漏，首先應檢查末端閥門是否關(guān)緊。在閥門關(guān)緊情況下，泄漏依然存在，則可以通過加裝一道閥門或根據(jù)閥門、管線的末端實際狀況安裝盲板或絲堵。

3.5修復結(jié)果

修復后進行了復測。復測結(jié)果顯示：由于裝置關(guān)停條件下才能修復，某些泄漏閥門立即修復的VOCs排放量大于延遲修復的排放量，且修復過程中應將吹掃物料經(jīng)密閉排放系統(tǒng)有效處理，因此其中186個點的VOCs泄漏濃度仍大于500× 10-6mol·mol-1。剩余的386個密封點在進行修復后泄漏濃度低于500×10-6mol·mol-1。裝置VOCs泄漏率從38.2%下降至12.4%，修復率達到32.5%。

4　結(jié)論

乙苯脫氫裝置中共檢測密封點1495個，其中泄漏密封點572個，占總體密封點38.2%。根據(jù)密封點類型劃分的泄漏檢測結(jié)果示意圖，其中閥門泄漏率為55.79%，說明閥門泄漏最為嚴重，圖3為根據(jù)密封點介質(zhì)類型劃分的泄漏檢測結(jié)果示意圖，由氣體/蒸汽管線與輕液管線的泄漏情況對比可知，輕液管線泄漏明顯大于氣體管線泄漏兩種介質(zhì)類型，達到74.98%。對延遲修復的186個泄漏密封點應提高檢測頻率，記錄檢測結(jié)果，判斷密封點的泄漏程度有無加強。

參考文獻

［1］陳梓劍，王春花.泄漏檢測與維修技術(shù)在芳烴抽提裝置的應用研究［J］.環(huán)境科學與管理，2015（6）.

［2］魯君，李莉，林立，等.揮發(fā)性有機化合物氣體泄漏檢測與修復技術(shù)［J］.化工環(huán)保，2011，31（4）：323- 326.

［3］鄒兵，丁德武，朱勝杰.石化企業(yè)泄漏檢測與維修技術(shù)研究現(xiàn)狀及進展［J］.安全、健康和環(huán)境，2014，14（4）：1- 4.

［4］United State Environmental Protection Agency.Protocol for E-quipment Leak Emission Estimates［Z］，1995.

［5］EPAMethod 21.Determination of Volatile Organic Compound Leaks ［S］.CFR40，Part60，1995

［6］石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南［S］.2015

Application of leakage detection and repair technology in ethyl benzene dehydrogenation unit

JIANG Hao，ZHOU Jun-bo，YANG Jian-feng，LIU Wen-bin，CHEN Liang-chao，GAO Shan
（School of Mechanical and Electrical Engineering College，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Abstract：Unorganized leakage exists in the process of ethyl benzene dehydrogenation unit. Using the leakage detection and repair technology，the emissions of volatile organic compounds（VOCs）can be calculated. Sealing point had be carried on the comprehensive testing and statistical analysis. Then the cause of leakage can be analyzed. These technicians inspected a total of 1495 equipment sealing points and the overall leakage rate was 38.2%. The main components prone to leakage are valves and flange. The overall leakage rate of valves is 55.79%. And the overall leakage rate after shutdown repair dropped to 12.4%，the shut-down repair success rate was 32.5%.

Key words：leakage detection and repair；chemical plant；leak；damage assessment

中圖分類號：TE687

文獻標識碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160656

收稿日期：2016- 03- 23

作者簡介：江浩（1989-），男，在讀研究生，主要研究方向：安全技術(shù)及化工安全評價。