泄漏檢測與修復技術在國內(nèi)某油氣終端處理廠的應用

王教凱，張保華，謝 源，呂 光

（中國海洋石油集團有限公司節(jié)能減排監(jiān)測中心，天津 300452）

關鍵字：泄漏檢測與修復；油氣終端處理廠；揮發(fā)性有機物

揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是指參與大氣光化學反應的有機化合物的總稱。研究表明，VOCs是形成細顆粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前體物，其污染排放對大氣環(huán)境影響突出，對氣候變化也有影響，是重點污染因子，因此需要迫切加強VOCs的綜合治理。VOCs揮發(fā)性強，涉及行業(yè)廣，產(chǎn)排污環(huán)節(jié)多，無組織排放特征明顯。研究顯示，我國工業(yè)VOCs排放中無組織排放占比達60%以上[1]。VOCs的綜合治理需重點管控VOCs的無組織排放。

泄漏檢測與修復（Leakage Detection And Repair,LDAR）指對工業(yè)生產(chǎn)全過程物料泄漏進行控制的系統(tǒng)工程，通過便攜式的檢測儀器，定量檢測或檢查生產(chǎn)裝置中管閥件等易產(chǎn)生VOCs泄漏的密封點，并在一定期限內(nèi)采取有效措施修復泄漏點從而控制物料泄漏損失，減少對環(huán)境的污染。經(jīng)過幾年的探索與實踐，我國針對LDAR技術的要求和管理體系日趨完善，生態(tài)環(huán)境部相繼頒布了VOCs排查與LDAR工作指南文件，同時也出臺了不同行業(yè)的VOCs排放標準。近期生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了《國務院關于印發(fā)重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案的通知》要求到2020年完成“十三五”確定的VOCs排放量下降10%目標任務，并在重點區(qū)域與重點行業(yè)VOCs治理取得明顯成效[1]。實踐表明，LDAR技術已在石油煉制與石油化學等企業(yè)得以廣泛應用并取得了能夠顯著降低VOCs無組織排放的效果，但LDAR技術在油氣開采、處理等油氣生產(chǎn)上游企業(yè)應用案例較少，缺乏相關的應用參考。

本文對國內(nèi)某油氣終端處理廠裝置的動靜設備密封點開展LDAR工作，對密封點信息及檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并分析各裝置密封點的泄漏率、修復率、VOCs排放量等。該終端廠的主要裝置及其處理能力為：230×104t/a原油分離、脫水、穩(wěn)定裝置，43×104m3/d輕烴回收裝置，360 kg/d脫硫裝置及配套罐區(qū)。

1 泄漏檢測與修復工作流程

泄漏檢測與修復工作的主要流程包括密封點信息建立、現(xiàn)場檢測、泄漏密封點維修與信息系統(tǒng)建立、數(shù)據(jù)核算等4部分。①根據(jù)企業(yè)實際情況，現(xiàn)場調研并收集設備臺賬、物料平衡表、PID圖等相關資料，通過分析工藝路徑、物料介質確定LDAR工作工藝段并剔除豁免組件，采用專業(yè)軟件對需要開展的組件進行識別、編碼、建檔；②制定檢測方案并實施，對已建檔的密封點按照一定的順序使用便攜式揮發(fā)性有機氣體分析儀進行檢測，記錄檢測結果；③對超過泄漏定義的密封點加掛警示信息牌并在規(guī)定的時間內(nèi)開展泄漏維修；④按照企業(yè)LDAR信息管理系統(tǒng)要求，將檢測結果導入平臺進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，核算企業(yè)動靜密封點VOCs排放量，編制報告歸檔。

2 設備與核算方法

檢測設備：美國phx-21揮發(fā)性氣體檢測分析儀；FLIR GF320紅外成像儀；Excam1600數(shù)碼相機。

VOCs排放量核算方法：采用《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》 （環(huán)辦 [2015]104號）附錄1中的關聯(lián)方程法進行計算，裝置運行時間按照每年8760h統(tǒng)計計算。

3 檢測結果與分析

3.1 密封點數(shù)量統(tǒng)計分析

3.1.1 各裝置密封點數(shù)量統(tǒng)計

終端廠各裝置密封點數(shù)量統(tǒng)計情況見表1。

表1 終端廠各裝置密封點統(tǒng)計

根據(jù)統(tǒng)計可知，該終端廠LDAR項目共拍攝密封點照片1634張，識別密封點總數(shù)9317個，其中可達密封點8679個，不可達密封點點638個?，F(xiàn)場檢測過程中，可達密封點采用美國phx-21揮發(fā)性氣體檢測分析儀進行檢測，不可達點采用FLIR GF320紅外成像儀進行掃描檢測。

3.1.2 不同組件類型密封點數(shù)量統(tǒng)計

終端廠不同類型組件密封點數(shù)量統(tǒng)計情況見表2。

表2 終端廠不同類型組件密封點統(tǒng)計

根據(jù)統(tǒng)計可知，該終端廠所有裝置法蘭、閥門和其它連接件的密封點數(shù)量較多，分別為5064、2430、1373個，分別占密封點總數(shù)的54.4%、26.1%、14.7%，三者合計占密封點總數(shù)的95.2%。

3.2 泄漏密封點統(tǒng)計分析

3.2.1 各裝置泄漏密封點數(shù)量統(tǒng)計

參照《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB31571-2015）[2]與《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》 （GB31570-2015）[3]的規(guī)定，當泄漏檢測值大于等于2000 μmol/mol的有機氣體和揮發(fā)性有機液體流經(jīng)的設備與管線組件，及當泄漏檢測值大于等于500 μmol/mol的其它揮發(fā)性有機液體流經(jīng)的設備與管線組件，則認定為密封點泄漏點位。

終端廠各裝置密封點泄漏數(shù)量統(tǒng)計情況見表3。

表3 終端廠各裝置泄漏密封點統(tǒng)計

據(jù)統(tǒng)計可知，該終端廠LDAR檢測項目共檢測密封點9317個，共發(fā)現(xiàn)泄漏密封點88個，總體泄漏率為0.94%。其中輕烴回收裝置區(qū)的泄漏密封點數(shù)量最多，為68個，泄漏率為1.86%。主要因為該裝置設備及組件內(nèi)物料為輕烴組分，揮發(fā)性較強，同時生產(chǎn)工藝導致管件內(nèi)壓力較大，較易泄漏揮發(fā)，并且在常溫常壓下泄漏點位肉眼很難發(fā)現(xiàn)，無法得到及時維修。其次是脫硫裝置區(qū)和儲區(qū)，泄漏率分別為0.64%和0.66%。原油分離脫水穩(wěn)定裝置的泄漏率最低，為0.23%，主要是因為原油處理區(qū)裝置內(nèi)介質是原油，原油組分復雜，揮發(fā)性相對較差，至使該裝置密封點泄漏率較低。

3.2.2 不同組件類型泄漏密封點數(shù)量統(tǒng)計

終端廠不同組件類型泄漏密封點數(shù)量統(tǒng)計情況見表4。

表4 終端廠各裝置不同類型組件泄漏密封點統(tǒng)計

由表4可知，該終端廠所有裝置密封點組件中泄漏數(shù)量最多的是閥門和法蘭，檢出泄漏數(shù)量分別為43個和33個。從泄漏率的角度看，泵、開口管線和閥門的泄漏率較高，分別為2.13%、1.89%和1.78%。

3.2.3 泄漏原因分析

閥門和法蘭雖然泄漏率相對泵和連接件較低，但在裝置中的泄漏數(shù)量最多。其中閥門泄漏濃度最大的部位主要是閥桿出填料函壓蓋處和填料函壓蓋下的法蘭，閥門經(jīng)過多次啟閉操作后，填料與閥桿的接觸壓力逐漸減弱，同時填料自身也會發(fā)生腐蝕、老化等，容易造成泄漏。法蘭泄漏濃度最大的部位是在密封墊片四周，墊片長期使用后老化、龜裂，以及管道熱變形、機械變形、振動等都可能造成密封墊片與法蘭端面之間密合不嚴而發(fā)生泄漏。開口管線的泄漏率較高，其泄漏通常是由控制閥門內(nèi)漏造成的。由于需要經(jīng)常進行開閉操作，尤其是采樣口，使用更為頻繁，容易造成閥門磨損、腐蝕等，導致其泄漏點較多，泄漏率也較高[4]。

泵在機械密封處檢出的泄漏濃度最大，這是由于機械密封屬于動密封，經(jīng)過長時間運行后，密封環(huán)磨損老化等原因會造成密封性能下降，容易發(fā)生泄漏。連接件主要泄漏部位為螺紋接頭，因螺紋接頭長期使用后，螺紋連接處容易被腐蝕而發(fā)生泄漏[5]。

從統(tǒng)計的檢測結果可知，該廠泄漏點位較多的工藝介質主要為輕烴區(qū)，其貢獻了總泄漏組件數(shù)量的77.3%。重質液體（原油）介質及操作壓力較低的設備（天然氣脫硫劑液化氣脫硫）泄漏組件數(shù)量較少，據(jù)此可提示工作人員在日常巡檢以及今后制定LDAR檢測計劃時，關注的重點應放在流通介質為輕質液體或氣體的工藝管線和設備上。

3.3 VOCs排放量統(tǒng)計分析

3.3.1 不同裝置的泄漏密封點VOCs排放量

終端廠各裝置泄漏密封點VOCs排放量統(tǒng)計情況見表5。

表5 各裝置泄漏密封點VOCs泄漏量

終端廠各裝置年運行時間按8760小時計算，可以算出基于關聯(lián)公式方法下的泄漏密封點VOCs泄漏量，計算結果見表5所示。該廠各裝置區(qū)所有泄漏密封點VOCs泄漏量為2.8133 t/a。其中原油分離脫水穩(wěn)定裝置與輕烴回收裝置區(qū)的泄漏密封點VOCs排放量較高，分別為1.3393 t/a與1.3387 t/a，兩者占總泄漏排放量95.2%。

3.3.2 不同組件類型密封點泄漏排放量

終端廠不同組件類型泄漏密封點VOCs排放量統(tǒng)計情況見表6。

表6 所有裝置密封點VOCs排放量統(tǒng)計分析

由表6可知，廠區(qū)所有裝置密封點VOCs總排放量為4.4520 t/a，可達密封點泄漏貢獻占比97.0%，不可達泄漏密封點的VOCs排放量貢獻3.0%。所有裝置中閥門和法蘭的VOCs排放量最大，分別為2.2967 t/a和1.6497t/a，分別占總體排放量的51.6%和37.1%。

3.4 泄漏修復情況統(tǒng)計分析

企業(yè)維修人員對泄漏密封點進行不停工維修，對首次維修成功的密封點進行摘牌、記錄、存檔；首次維修未成功的按照規(guī)范在規(guī)定的時間內(nèi)進行再次維修，再次維修部成功的密封點則進入延遲維修清單中，相關信息需在管理系統(tǒng)中報備。

3.4.1 各裝置泄漏密封點修復統(tǒng)計分析

所有裝置泄漏修復統(tǒng)計見表7所示。

表7 所有裝置泄漏修復情況統(tǒng)計

由表7可知，經(jīng)過維修，88個泄漏密封點中共維修成功56個密封點，整體維修成功率為63.6%，原油分離脫水穩(wěn)定裝置和儲罐區(qū)的維修成功率最高，分別為88.9%和87.5%。剩余未成功修復的32個密封點位，待終端廠進行下次停工檢修的時候再進行維修/換件，因此將此32個密封點位記錄在系統(tǒng)的延遲維修清單中。

3.4.2 不同類型泄漏密封點修復統(tǒng)計分析

分類型泄漏點修復統(tǒng)計見表8所示。

表8 不同組件泄漏密封點修復情況統(tǒng)計

由表8可知，終端廠所有裝置的泄漏密封點中，閥門和法蘭組件維修成功數(shù)量較多，分別為32個和18個，維修成功率分別為74.4%和54.5%。

3.4.3 修復效果分析

通過對泄漏密封點的檢測與修復，該終端長動靜設備密封點VOCs的排放量減少了2.1445 t/a，VOCs減排率為48.2%。不同裝置間原油分離脫水穩(wěn)定裝置的VOCs排放量減排效果最好，達到72.5%，其次為輕烴回收裝置區(qū)，為33.7%。詳見表9。

表9 動靜密封點VOCs排放量減排效果統(tǒng)計

4 結論

1）對國內(nèi)某油氣終端處理廠原油分離脫水穩(wěn)定裝置、輕烴回收裝置、脫硫裝置及配套儲罐開展LDAR工作，共拍攝組件照片1634張，識別密封點數(shù)量9317個，發(fā)現(xiàn)泄漏點位88個，總體泄漏率為0.94%；通過泄漏密封點維修，共維修成功56個密封點，整體修復成功率為63.6%。

2） 該廠所有裝置密封點的VOCs排放量為4.4520 t/a，泄漏密封點VOCs排放量為2.8133 t/a，泄漏密封點VOCs排放量量占總排放量的63.15%。通過LDAR項目的實施，所有密封點VOCs的排放量減少了2.1445 t/a，VOCs排放量減排率為48.2%。

3）該廠泄漏密封點中常見的組件類型為閥門、法蘭與連接件，裝置生產(chǎn)運行期間需加強對此類密封點的日常巡查和維護，并按照相關規(guī)范開展LDAR周期性檢測。