油田揮發(fā)性有機(jī)物檢測及調(diào)查方法探討

高廣偉

(中國石油天津儲氣庫分公司安全環(huán)?？?

0 引 言

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是指參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或者根據(jù)規(guī)定的方法測量或核算確定的有機(jī)化合物。控制VOCs排放，實施泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)項目具有重要意義。①減少環(huán)境污染，保障人身安全。隨著工業(yè)的高速發(fā)展，VOCs在城市中產(chǎn)生的污染日趨嚴(yán)重，造成光化學(xué)煙霧、O3濃度升高、灰霾天氣增加等民眾關(guān)注度高的環(huán)境問題。因而，VOCs的排放越來越受到世界各國的普遍重視[1-2]。②控制事故發(fā)生頻率，減少安全隱患。近年來石油化工企業(yè)事故頻發(fā)，不僅造成人員和經(jīng)濟(jì)的損失，也造成了一定的社會影響。由于VOCs具有特定的高揮發(fā)性和無組織排放形式，其泄漏無法用肉眼覺察，一旦發(fā)生泄漏事故，常常造成惡劣后果[3]。③減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，樹立業(yè)內(nèi)標(biāo)桿。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2009年石油煉制和石油化工行業(yè)VOCs排放量為153.49萬t，儲罐、轉(zhuǎn)運、泄漏和廢水處理逸散等無組織排放源占大多數(shù)[4-5]。按照每年100萬t原油加工能力估算，每年VOCs排放量為600 t。以汽油出廠價格8 000元/t計算，每年的經(jīng)濟(jì)損失在480萬元左右。其中，由于設(shè)備動靜泄漏造成的損失為144萬元。因此，控制VOCs泄漏，可大大減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。

1 國家政策

我國VOCs管控起步較晚，《中華人民共和國大氣污染防治法》中并沒有針對VOCs的明確規(guī)定，只對有機(jī)烴類氣體、惡臭氣體、有毒有害氣體等提出了控制要求。

在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面，1996年頒布的GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》僅對非甲烷總烴的排放提出要求，直到2008年才明確VOCs定義及行業(yè)排放控制要求。

2010年，國務(wù)院發(fā)布《國務(wù)院辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)境保護(hù)部等部門關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量指導(dǎo)意見的通知》(國辦發(fā)[2010]33號)，在國家層面上提出VOCs管控。

自2010年起，在國家政策的指導(dǎo)下，LDAR項目的相關(guān)法規(guī)逐步發(fā)展完善。2015年4月16日，GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布，我國VOCs管控政策初步形成體系。

近年我國出臺的VOCs管控政策見表1。

目前國家已經(jīng)明確規(guī)定：要在重點區(qū)域、重點(煉化)行業(yè)，對VOCs泄漏排放進(jìn)行控制；削減石化行業(yè)VOCs排放；對泵、壓縮機(jī)、閥門、法蘭等易發(fā)生泄漏的設(shè)備與管線組件，制定LDAR計劃，定期檢測，及時修復(fù)，防止或減少“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象。

《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》指出：2015年底前，全面開展LDAR工作，完成VOCs排放量和物質(zhì)清單信息申報，全面開展VOCs綜合整治工作；2017年7月1日前，全面完成綜合整治工作，達(dá)到GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31572—2015《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。

國內(nèi)LDAR項目起步較晚。2013年末廣州石化等少數(shù)石化企業(yè)開展了LDAR項目試點工作，2014年LDAR項目發(fā)展勢頭有所上漲，部分中國石化企業(yè)和上海市、廣東省、江蘇省等部分化工園區(qū)開展LDAR

表1 VOCs管控政策

試點裝置。中國石油華北石化分公司于2014年末全面開展實施LDAR項目，是我國實施LDAR項目較早的大型石化企業(yè)。2015年由于LDAR項目國家標(biāo)準(zhǔn)GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的發(fā)布，遼寧省環(huán)保廳等諸多省、市級環(huán)保單位將LDAR項目提上日程，強(qiáng)制石化企業(yè)盡快開展LDAR項目。2015年6月24日，財政部、國家發(fā)改委、環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合印發(fā)了《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費試點辦法》(財稅〔2015〕71號)，試點行業(yè)包括石油化工行業(yè)和包裝印刷行業(yè)，自2015年10月1日起施行。北京市首征VOCs排污費，根據(jù)企業(yè)VOCs年排放情況收費10～40元/kg。天津市VOCs排污費基本收費標(biāo)準(zhǔn)為10元/kg。

2 LDAR項目技術(shù)方案

根據(jù)LDAR項目實施經(jīng)驗，可通過以下流程控制并降低管線和設(shè)備VOCs無組織排放。

2.1 資料收集

需要收集企業(yè)概況、油田和氣田樣品組分含量分析以及接轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站和油庫工藝流程圖、設(shè)備臺賬、操作規(guī)程等，幫助技術(shù)人員了解現(xiàn)場設(shè)備組件、布局和工藝流程。

2.2 實施范圍審核

根據(jù)所收集資料的物流名稱、相態(tài)、溫度、壓力、質(zhì)量流量、實際體積流量、密度、分子量等判斷管線中的物料種類和狀態(tài)。根據(jù)GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中VOCs氣體、輕液和重液定義，標(biāo)記出需納入LDAR項目的管線，為管線編號，并進(jìn)行現(xiàn)場排查。此過程要對需檢測點的數(shù)量有一個相對準(zhǔn)確的估算。

2.3 現(xiàn)場排查

本階段是對資料標(biāo)注的管線進(jìn)行現(xiàn)場核對，并根據(jù)標(biāo)記管線的顏色，選擇相同顏色的Flag(彩色絲帶)系掛在對應(yīng)的管線上。此過程的主要目的是將資料中顯示的需要檢測的管線體現(xiàn)在現(xiàn)場管線上，便于項目現(xiàn)場實施。

2.4 現(xiàn)場標(biāo)記

根據(jù)上一步各管線所掛Flag情況，確定哪些管線上的組件需要檢測，并在需檢測組件上標(biāo)記Tag標(biāo)簽，每個Tag標(biāo)簽都有一個ID號碼。此過程主要是將需要檢測的組件編號，便于下一步建立臺賬和統(tǒng)計記錄。

2.5 信息采集

通過WV10手操器將各標(biāo)簽下需要檢測的組件拍攝照片，并在其上標(biāo)記密封點檢測順序，記錄各密封點對應(yīng)的組件類型、ID號碼、管線編號、管線物料狀態(tài)等信息，統(tǒng)一匯總。

目前實用的子帶合成方案有3種：合成距離包絡(luò)法[14]、時域合成法和頻域合成法[15]。3種方法各有優(yōu)缺點，合成距離包絡(luò)法效率最高，但是存在能量溢出，導(dǎo)致距離向形成虛假峰，而且該方法對速度誤差敏感。時域合成包含了時移、誤差補償和頻譜疊加，效率最低。頻域合成在完成子帶內(nèi)和子帶間誤差補償以后，只需進(jìn)行頻譜的拼接，具有運算量小、實現(xiàn)簡單、性能好等優(yōu)點[16]。通過以上比較，本文采用的是頻域合成法。頻域合成其實就是頻譜的合成，根據(jù)頻率步進(jìn)關(guān)系，將各子帶信號進(jìn)行頻移，然后進(jìn)行疊加即可。頻域子帶合成示意圖如圖1所示。

2.6 建立數(shù)據(jù)庫

將匯總的所有需檢測組件的信息錄入到LDAR管理平臺軟件上，建立數(shù)據(jù)庫臺賬。

2.7 現(xiàn)場檢測(首輪檢測)、數(shù)據(jù)上傳

選用的檢測儀器為TVA-2020C便攜式揮發(fā)性有毒氣體檢測儀。為方便檢測，每臺TVA配套一臺WV10手操器，可順利與PC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。檢測工作開始前，通過手操器連接LDAR管理平臺，下載需檢測組件信息，現(xiàn)場對應(yīng)ID號碼進(jìn)行檢測。將所有的檢測數(shù)據(jù)通過手操器中VOCs Reader軟件上傳到數(shù)據(jù)庫平臺進(jìn)行匯總展示。如現(xiàn)場檢測出現(xiàn)泄漏，在對應(yīng)的組件位置需掛上泄漏牌進(jìn)行提示，方便維修人員進(jìn)行維修。組件維修完畢，需再對已維修完畢的組件進(jìn)行復(fù)檢，查看維修效果。

紅外攝像掃描設(shè)備是Eye-C-Gas紅外攝像儀，它能夠定性、直觀地看到泄漏。對于在檢測人員觸及范圍外的組件，使用Eye-C-Gas進(jìn)行補充檢測，以視頻形式記錄泄漏情況。

2.8 出具報告

建立數(shù)據(jù)庫后，LDAR管理平臺可出具檢測組件信息、泄漏量統(tǒng)計、泄漏率統(tǒng)計、修復(fù)情況統(tǒng)計等報告。

2.9 持續(xù)性周期檢測(非首輪檢測)

環(huán)保部2015年5月發(fā)布的《石化行業(yè)泄漏檢測與修復(fù)工作指南(征求意見稿)》中規(guī)定：“泵、壓縮機(jī)、氣體/蒸汽泄壓設(shè)備(直排大氣)、采樣連接系統(tǒng)、開口管線、閥門每3個月檢測一次(相鄰兩次檢測間隔不小于1個月)；法蘭、連接件每6個月檢測一次(相鄰兩次不小于兩個月)”。因此，建檔后的VOCs密封點需定期進(jìn)行檢測，最大限度地減少企業(yè)VOCs泄漏造成的安全隱患。

3 預(yù)期效益評價

3.1 企業(yè)生產(chǎn)安全效益

3.2 企業(yè)員工健康效益

30%的VOCs具有危害健康的毒性，容易造成呼吸道疾病，同時VOCs中187種有毒有害氣體污染物(HAPs)對人體產(chǎn)生毒性效應(yīng)(包括對生殖系統(tǒng)的影響以及造成先天性缺陷和癌癥等)。實施VOCs無組織排放控制項目后，可以有效降低現(xiàn)場工人暴露于有害化學(xué)品中的風(fēng)險，保障企業(yè)員工的身體健康。

3.3 社會效益及環(huán)境效益

隨著PM2.5治理工作的開展，作為PM2.5重要前體物之一的VOCs成為被關(guān)注的對象。通過實施LDAR項目，可以有效減少VOCs無組織排放，減少大氣污染，保護(hù)環(huán)境。

4 結(jié) 論

依據(jù)以往項目經(jīng)驗，LDAR合規(guī)密封點為3萬點的小型煉化企業(yè)，首輪檢測涉VOCs動靜密封點年排放量為45 t。如能有效治理密封組件泄漏，假設(shè)維修后密封點的泄漏修復(fù)率為60%，VOCs減排量為25 t，按汽油出廠價8 000元/t計算，每年可節(jié)省成本20萬元。根據(jù)《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費試點辦法》(財稅〔2015〕71號)，以天津市VOCs排污費基本收費標(biāo)準(zhǔn)10元/kg計算，預(yù)期可減少VOCs排污費25萬元。油田企業(yè)如實施3萬點的試點區(qū)域LDAR項目，并將泄漏密封點修復(fù)率達(dá)到60%，預(yù)期每年獲得經(jīng)濟(jì)效益45萬元。如果提高修復(fù)率，則減排量增加，可獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。