泄漏檢測與修復(fù)技術(shù)在某天然氣處理廠的應(yīng)用

王教凱 孔祥軍 張保華 謝 源 李明月

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

0 引 言

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)指能夠參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，在大氣污染中占據(jù)重要地位。研究顯示，VOCs可在環(huán)境中生成細(xì)顆粒物(PM2.5)和臭氧(O3)，是現(xiàn)階段打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，改善環(huán)境空氣質(zhì)量的重點(diǎn)管控污染物[1]。VOCs主要存在于企業(yè)原輔材料或產(chǎn)品中，且排放源較多。研究表明，我國典型行業(yè)(石化、煉油、涂裝等)排放VOCs中無組織途徑排放VOCs量占比大于60%，我國工業(yè)VOCs治理的要點(diǎn)在于減少無組織VOCs排放量[1]。

泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)工作的目的是對工業(yè)生產(chǎn)全過程有機(jī)物料泄漏進(jìn)行系統(tǒng)管控，利用便攜式檢測設(shè)備定量、定性檢測生產(chǎn)裝置各類組件VOCs泄漏情況，并在規(guī)范要求的期限內(nèi)開展修復(fù)，通過控制、減少企業(yè)密封組件VOCs排放量保護(hù)環(huán)境[2]。經(jīng)過近幾年的工作實(shí)踐與發(fā)展，針對LDAR工作的開展要求和質(zhì)控措施日益完善。環(huán)境主管部門相繼頒布了煉油、石化、涂料等重點(diǎn)行業(yè)的VOCs排放標(biāo)準(zhǔn)，并對各行業(yè)不同組件的LDAR檢測工作提出具體要求[3]。生態(tài)環(huán)境部出臺(tái)了《2020年揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理攻堅(jiān)方案》，督促企業(yè)嚴(yán)格落實(shí)無組織排放控制要求，突出抓好企業(yè)排查整治和生產(chǎn)管理，并在全國范圍內(nèi)開展夏季VOCs治理攻堅(jiān)行動(dòng)[1]。研究表明，LDAR技術(shù)已在煉油、石化等重點(diǎn)行業(yè)企業(yè)廣泛應(yīng)用，且VOCs排放量管控效果明顯[4-6]，但LDAR在油氣開采、處理等煉油行業(yè)上游企業(yè)的實(shí)踐案例較少，無必要的用于工作參考的指導(dǎo)性案例。

本文依據(jù)生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的相關(guān)行業(yè)規(guī)范要求對某天然氣處理廠動(dòng)靜密封點(diǎn)組件開展LDAR工作，對密封點(diǎn)組件信息、現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)、泄漏組件修復(fù)情況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，核算各裝置不同類型密封點(diǎn)組件的泄漏率、修復(fù)成功率及VOCs排放量，以期為國內(nèi)上游油氣開采、處理等行業(yè)企業(yè)治理VOCs無組織排放提供案例借鑒。

1 天然氣處理廠概述

國內(nèi)某天然氣處理廠的主要功能是對上岸天然氣進(jìn)行處理、對凝析油進(jìn)行穩(wěn)定，處理后的天然氣管道外輸，處理后的凝析油裝車外銷。其中，天然氣裝置最大處理能力為26×108m3/a、凝析油裝置最大處理能力為2.5×104t/a。處理廠按上游物料來源不同分為獨(dú)立的東風(fēng)天然氣處理裝置(以下簡稱DF裝置區(qū))和雷東天然氣處理裝置(以下簡稱LD裝置區(qū))，其主要生產(chǎn)設(shè)施包括天然氣進(jìn)站分離系統(tǒng)、天然氣烴露點(diǎn)控制系統(tǒng)、脫CO2和脫水系統(tǒng)、天然氣壓縮冷卻外輸計(jì)量系統(tǒng)、凝析油穩(wěn)定系統(tǒng)、凝析油儲(chǔ)存裝車系統(tǒng)、燃料氣系統(tǒng)及配套公用設(shè)施。天然氣處理廠工藝流程見圖1。

圖1 天然氣處理廠工藝流程

2 LDAR工作實(shí)施流程

開展LDAR工作的基本方法與流程參照《石化企業(yè)LDAR工作指南》。①項(xiàng)目建立。調(diào)研、收集企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備臺(tái)賬、物料流程圖、PID(管道和儀表)圖等資料，通過裝置、設(shè)備及工藝物料的適合性分析，確定LDAR實(shí)施范圍，對開展LDAR工作的組件進(jìn)行識(shí)別、編碼(定位、屬性等描述)、建立臺(tái)賬。②現(xiàn)場檢測。對已建立臺(tái)賬的密封點(diǎn)按照技術(shù)規(guī)范開展檢測，記錄并校準(zhǔn)檢測結(jié)果。③泄漏維修。對泄漏密封點(diǎn)(≥泄漏定義濃度)掛牌記錄，并在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的時(shí)間內(nèi)開展修復(fù)。④數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。按企業(yè)VOCs排放管理系統(tǒng)的要求，上傳檢測數(shù)據(jù)并開展統(tǒng)計(jì)、分析，核算設(shè)備與管線組件VOCs排放量，編制監(jiān)測報(bào)告。

3 LDAR檢測設(shè)備與VOCs排放量核算方法

檢測設(shè)備：揮發(fā)性有機(jī)氣體檢測儀(美國phx-21)；FLIR紅外熱成像儀(美國)；防爆數(shù)碼相機(jī)。

VOCs排放量核算參照方法：《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染源排查工作指南》(環(huán)辦[2015]104號)中關(guān)聯(lián)方程法[1]，裝置運(yùn)行時(shí)間8 760 h/a。

4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

4.1 密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析

4.1.1 密封點(diǎn)數(shù)量分裝置統(tǒng)計(jì)

密封點(diǎn)數(shù)量分裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示，該天然氣處理廠共拍攝組件照片790張，識(shí)別密封點(diǎn)總數(shù)為4 849個(gè)?，F(xiàn)場泄漏濃度檢測過程中，可達(dá)密封點(diǎn)采用便攜式揮發(fā)性有機(jī)氣體分析儀(美國phx-21)進(jìn)行定量檢測，不可達(dá)點(diǎn)采用FLIR紅外熱成像儀(美國)進(jìn)行掃描定性檢測。

表1 密封點(diǎn)數(shù)量分裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.1.2 密封點(diǎn)數(shù)量按組件類型統(tǒng)計(jì)

密封點(diǎn)數(shù)量按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示，天然氣處理廠所有裝置中法蘭、閥門和其他連接件的密封點(diǎn)最多，分別為2 387，1 323，978個(gè)，分別占密封點(diǎn)總數(shù)量的49.2%，27.3%，20.2%。三者總計(jì)占密封點(diǎn)總數(shù)量的96.7%。

表2 密封點(diǎn)數(shù)量按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2 泄漏密封點(diǎn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析

4.2.1 泄漏密封點(diǎn)數(shù)量分裝置統(tǒng)計(jì)

按照GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，泄漏濃度凈檢值≥2 000 μmol/mol(即ppm)的有機(jī)氣體與揮發(fā)性有機(jī)液體流經(jīng)的設(shè)備與管線組件被定義為泄漏密封點(diǎn)位。

泄漏密封點(diǎn)數(shù)量分裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示，天然氣處理廠LDAR檢測工作共發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)位23個(gè)，總體泄漏率為0.47%。其中，DF裝置區(qū)泄漏密封點(diǎn)最多，為14個(gè)，泄漏率為0.90%。DF裝置區(qū)相比其他裝置泄漏率較高，主要原因?yàn)樵撗b置區(qū)管線、設(shè)備內(nèi)主要介質(zhì)為天然氣等輕質(zhì)揮發(fā)性有機(jī)物，沸點(diǎn)低易揮發(fā)，導(dǎo)致在日常巡檢中無法被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并維修；另外該裝置為一期投產(chǎn)裝置，服役時(shí)間較長，管、閥、件變形、老化、龜裂等導(dǎo)致組件泄漏率較高。

表3 泄漏密封點(diǎn)數(shù)量分裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2.2 泄漏密封點(diǎn)數(shù)量按組件類型統(tǒng)計(jì)

泄漏密封點(diǎn)數(shù)量按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示，DF裝置區(qū)閥門的泄漏點(diǎn)最多，為8個(gè)；LD裝置區(qū)泄漏點(diǎn)最多的是閥門和壓力釋放設(shè)備，均為3個(gè)；儲(chǔ)罐與裝車區(qū)泄漏點(diǎn)主要是取樣連接系統(tǒng)組件，為2個(gè)。所有裝置中泄漏點(diǎn)數(shù)量最多的是閥門，為11個(gè)。但從泄漏率看，取樣連接系統(tǒng)的泄漏率最高，為33.3%，閥門組件由于密封點(diǎn)數(shù)量基數(shù)較大，泄漏率為0.83%。

表4 泄漏密封點(diǎn)數(shù)量按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2.3 泄漏原因分析

通過對天然氣處理廠開展泄漏檢測工作，發(fā)現(xiàn)閥門、法蘭的泄漏點(diǎn)數(shù)量較多。閥門組件泄漏部位主要是閥桿出函壓蓋處與函壓蓋下的環(huán)狀螺栓密封。閥門經(jīng)長時(shí)間工作，導(dǎo)致閥體填料與閥桿間的壓力減弱，同時(shí)閥體填料也在不斷的腐蝕、老化，易發(fā)生泄漏。法蘭組件泄漏部位主要是法蘭環(huán)狀密封，法蘭墊片長期使用后老化、龜裂，兩側(cè)管道受力不均等可導(dǎo)致墊片與法蘭面產(chǎn)生空隙而發(fā)生泄漏[2]。取樣連接系統(tǒng)與壓力釋放設(shè)備的泄漏率較高。取樣連接系統(tǒng)由于經(jīng)常進(jìn)行取樣開閉操作，易造成取樣管閥件磨損松動(dòng)，導(dǎo)致取樣閥門處內(nèi)漏。壓力釋放設(shè)備屬于自動(dòng)閥類，主要用于壓力容器和管道上，對設(shè)備運(yùn)行安全和員工人身安全起重要保護(hù)作用[4]。較大的壓力釋放設(shè)備泄漏點(diǎn)可提前發(fā)現(xiàn)安全隱患并采取措施，進(jìn)而提高工藝和生產(chǎn)環(huán)境的安全性和可靠性。

4.3 VOCs排放量統(tǒng)計(jì)分析

4.3.1 超泄漏定義組件VOCs排放量按裝置統(tǒng)計(jì)

超泄漏定義組件VOCs排放量按裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示，按裝置運(yùn)行時(shí)間8 760 h/a計(jì)算，可算出基于關(guān)聯(lián)公式方法下的VOCs排放量。裝置區(qū)所有泄漏密封點(diǎn)VOCs排放量為1.591 1 t/a。其中，LD裝置區(qū)泄漏密封點(diǎn)VOCs排放量最高，為1.407 4 t/a，占廠區(qū)LDAR總泄漏排放量的88%。

表5 超泄漏定義組件VOCs排放量按裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.3.2 泄漏密封點(diǎn)VOCs排放量按組件類型統(tǒng)計(jì)

泄漏密封點(diǎn)VOCs排放量按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表6所示，所有裝置泄漏密封點(diǎn)VOCs總排放量為1.864 9 t/a。其中，壓力釋放設(shè)備VOCs排放量最大，為1.093 2 t/a，占裝置總排放量的58.60%；法蘭、閥門和其他連接件泄漏密封點(diǎn)最多，共占96.7%，其VOCs排放量分別占總排放量的9.84%，13.40%，16.80%，共計(jì)40.04%；壓力釋放設(shè)備泄漏密封點(diǎn)占總數(shù)量的0.91%，但其VOCs排放量最大，占總排放量的58.60%。超泄漏定義密封點(diǎn)VOCs排放量為1.591 1 t/a，占總排放量的85.3%。

表6 泄漏密封點(diǎn)VOCs排放量按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.4 泄漏密封點(diǎn)修復(fù)情況

企業(yè)生產(chǎn)人員對超泄漏定義密封點(diǎn)進(jìn)行初次維修，維修完成經(jīng)檢測后對維修成功(低于泄漏定義濃度值)的密封點(diǎn)進(jìn)行摘牌、清檔；對暫時(shí)無法成功維修的密封點(diǎn)則將其納入企業(yè)延遲維修清單，需最晚于下次裝置停車(工)檢修期間內(nèi)完成修復(fù)。

4.4.1 泄漏密封點(diǎn)修復(fù)情況分裝置統(tǒng)計(jì)

泄漏密封點(diǎn)修復(fù)情況分裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表7所示，經(jīng)過維修，共成功修復(fù)6個(gè)密封點(diǎn)，整體修復(fù)成功率為26.1%，LD裝置區(qū)修復(fù)成功率較高，為42.9%。未維修成功的17個(gè)密封點(diǎn)待廠區(qū)開展停工檢修時(shí)再采取換件等措施，因此將該類密封點(diǎn)記錄在企業(yè)延遲維修清單，并按無組織排放標(biāo)準(zhǔn)要求報(bào)生態(tài)環(huán)境主管部門備案。

表7 泄漏密封點(diǎn)修復(fù)情況分裝置統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.4.2 泄漏密封點(diǎn)修復(fù)情況按組件類型統(tǒng)計(jì)

泄漏密封點(diǎn)修復(fù)情況按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表8所示，所有裝置中閥門泄漏密封點(diǎn)最多，共11個(gè)，通過維修，成功修復(fù)5個(gè)，修復(fù)成功率為45.4%；法蘭與其他連接件泄漏密封點(diǎn)未維修成功，主要是因?yàn)閮烧咪P蝕嚴(yán)重，無法通過簡單的緊固達(dá)到修復(fù)的目的，只能在裝置停工檢修時(shí)更換組件。取樣連接系統(tǒng)與壓力釋放設(shè)備事關(guān)取樣與生產(chǎn)系統(tǒng)安全，其泄漏組件修復(fù)需經(jīng)系統(tǒng)評價(jià)后進(jìn)行。

表8 泄漏密封點(diǎn)修復(fù)情況按組件類型統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.4.3 修復(fù)效果分析

天然氣處理廠對泄漏密封點(diǎn)位進(jìn)行了維修，共成功修復(fù)6個(gè)密封點(diǎn)，按關(guān)聯(lián)公式法計(jì)算，修復(fù)后裝置區(qū)VOCs減排量見表9(統(tǒng)計(jì)檢測的可達(dá)密封點(diǎn))。

表9 泄漏密封點(diǎn)修復(fù)后減排量統(tǒng)計(jì)結(jié)果

通過開展對泄漏組件的修復(fù)，降低VOCs排放量0.000 1 t/a，減排率為0.01%。受天然氣處理廠管線與設(shè)備內(nèi)多為氣態(tài)輕質(zhì)物料所致，LDAR工作不停工維修修復(fù)成功率不高，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)靜設(shè)備密封點(diǎn)VOCs減排效果不夠理想。但根據(jù)VOCs排放量統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，該廠在年中裝置停工檢修時(shí)進(jìn)行泄漏密封點(diǎn)組件更換后，預(yù)計(jì)將獲得較高的VOCs減排率。

5 結(jié) 論

1)對國內(nèi)某天然氣處理廠開展LDAR工作，共識(shí)別密封點(diǎn)4 849個(gè)，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)位23個(gè)，總泄漏率為0.47%；通過泄漏密封點(diǎn)維修，共成功修復(fù)6個(gè)密封點(diǎn)，修復(fù)成功率為26.1%；基于關(guān)聯(lián)公式法進(jìn)行核算，該廠動(dòng)靜設(shè)備密封點(diǎn)VOCs排放量為1.864 9 t/a，經(jīng)LDAR工作后，VOCs減排量為0.000 1 t/a，減排率為0.01%。

2)該天然氣處理廠常見的泄漏密封點(diǎn)組件類型為閥門、法蘭與連接件，企業(yè)在日常生產(chǎn)管理上需重點(diǎn)關(guān)注該類型密封點(diǎn)的運(yùn)行狀況，制定檢測計(jì)劃，按照規(guī)范要求定期開展LDAR工作。

3)天然氣處理廠LDAR工作不停工維修修復(fù)成功率不高，導(dǎo)致動(dòng)靜設(shè)備密封點(diǎn)VOCs減排效果不理想。預(yù)計(jì)該廠進(jìn)行泄漏密封點(diǎn)組件更換后將獲得較高的VOCs減排率。