智能化技術(shù)在泄漏檢測(cè)與修復(fù)(LDAR)監(jiān)管中的應(yīng)用與實(shí)踐

毛學(xué)軍，劉 偉，朱中元，盧仲祥

(1.浙江碳策智能技術(shù)有限公司，浙江寧波 315040 2.浙江仁欣環(huán)科院有限責(zé)任公司，浙江寧波 315040 3.寧波中金石化有限公司，浙江寧波 315040)

0 前言

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)是形成霧霾和臭氧的前體物，VOCs污染管控是國家“十三五” 環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)工作和突破方向。為從源頭上控制石化企業(yè)工藝設(shè)備和管線的VOCs無組織排放，國家環(huán)保部引入了泄漏檢測(cè)和修復(fù)(LDAR)技術(shù)，并陸續(xù)出臺(tái)了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)LDAR工作流程、實(shí)施方法及質(zhì)量保證與控制進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。

一般情況下，石化企業(yè)均委托第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)開展LDAR的檢測(cè)工作，檢測(cè)機(jī)構(gòu)在競(jìng)標(biāo)過程中經(jīng)常出現(xiàn)低價(jià)惡性競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)象，導(dǎo)致LDAR在實(shí)施過程中問題眾多，LDAR的檢測(cè)質(zhì)量不能得到有效的保障。

當(dāng)前企業(yè)/第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)使用的LDAR管理系統(tǒng)主要對(duì)建檔和檢測(cè)過程進(jìn)行管理，以便于開展檢測(cè)工作、提高檢測(cè)效率；政府環(huán)保部門通常建立檢測(cè)結(jié)果填報(bào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)檢測(cè)結(jié)果的上報(bào)和匯總，普遍缺少檢測(cè)質(zhì)量和進(jìn)度的監(jiān)管功能。

本文對(duì)智能化技術(shù)手段應(yīng)用于LDAR檢測(cè)和監(jiān)管方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐。

1 LDAR智慧公共服務(wù)平臺(tái)簡介

當(dāng)前移動(dòng)終端、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能化技術(shù)發(fā)展迅猛，針對(duì)上述存在的問題，應(yīng)用智能化技術(shù)建立一個(gè)集LDAR全過程管理和監(jiān)管于一體的智慧公共服務(wù)平臺(tái)，對(duì)檢測(cè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和分析，為LDAR過程的合規(guī)性和數(shù)據(jù)的真實(shí)性提供有效的監(jiān)控手段，是一個(gè)很好的解決途徑。

1.1 功能定義

LDAR智慧公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)由LDAR檢測(cè)子平臺(tái)和監(jiān)管子平臺(tái)組成。

a) 檢測(cè)子平臺(tái)重點(diǎn)解決檢測(cè)過程的全過程管理，按照國內(nèi)外的最佳實(shí)踐，應(yīng)考慮的功能要素為：LDAR建檔、檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與傳遞完全電子信息化；通過防爆移動(dòng)終端和移動(dòng)APP實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和數(shù)據(jù)傳遞；防爆移動(dòng)終端內(nèi)置GPS，跟蹤并保證檢測(cè)人員忠實(shí)履行職責(zé)；數(shù)據(jù)庫有較好的可視化功能。

b) 監(jiān)管子平臺(tái)重點(diǎn)解決政府環(huán)保部門對(duì)轄區(qū)企業(yè)的LDAR檢測(cè)進(jìn)度和質(zhì)量的監(jiān)管，應(yīng)考慮的功能要素為：可以實(shí)時(shí)檢查檢測(cè)計(jì)劃的完成情況；對(duì)檢測(cè)人員是否在現(xiàn)場(chǎng)開展作業(yè)進(jìn)行檢查；對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)是否從檢測(cè)儀器自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)鏈中來進(jìn)行檢查；對(duì)檢測(cè)的停留時(shí)間是否合規(guī)進(jìn)行檢查；對(duì)檢測(cè)儀器是否合規(guī)進(jìn)行檢查等。

1.2 智能化技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

a) 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，防爆移動(dòng)終端APP可以通過4G技術(shù)下載檢測(cè)任務(wù)及密封點(diǎn)圖片建檔信息，防爆移動(dòng)終端利用藍(lán)牙技術(shù)與儀器進(jìn)行通訊，及時(shí)將無人工干預(yù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳平臺(tái)。

b) 應(yīng)用GPS/北斗和GIS技術(shù)，在GIS中劃定檢測(cè)區(qū)域的電子圍欄，通過對(duì)密封點(diǎn)檢測(cè)的位置數(shù)據(jù)是否在劃定的電子圍欄中進(jìn)行檢查，解決現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)真實(shí)性問題。

c) 對(duì)檢測(cè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)序分析，計(jì)算檢測(cè)耗時(shí)，結(jié)合密封點(diǎn)模型中定義的樓層數(shù)據(jù)，可以對(duì)同一樓層相鄰密封點(diǎn)檢測(cè)耗時(shí)及不同樓層相鄰密封點(diǎn)檢測(cè)耗時(shí)進(jìn)行合規(guī)性分析。

d) 應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)各企業(yè)檢測(cè)的數(shù)量、泄漏的數(shù)量和比例、已修復(fù)和延遲修復(fù)的數(shù)量和比例、泄漏量和減排量以及泄漏點(diǎn)、泄漏率和泄漏量在不同組件的分布等進(jìn)行綜合分析。

2 應(yīng)用實(shí)踐

寧波市鎮(zhèn)海區(qū)是石化企業(yè)的集中區(qū)，需要開展LDAR檢測(cè)的企業(yè)有73家，總密封點(diǎn)數(shù)量超過1×10個(gè)， LDAR的監(jiān)管工作原先通過手工方式進(jìn)行，數(shù)據(jù)的采集、整理工作量大。為扭轉(zhuǎn)LDAR監(jiān)管的不利局面，2017年鎮(zhèn)海區(qū)生態(tài)環(huán)境局著手啟動(dòng)LDAR智慧公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)，建設(shè)的總體思路為從源頭對(duì)企業(yè)的LDAR進(jìn)行全過程管理，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)管。項(xiàng)目于2018年1月份開始建設(shè)，經(jīng)過半年多的系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試、培訓(xùn)以及系統(tǒng)初始化準(zhǔn)備工作，2018年7月基本建成開始投入試運(yùn)行。

2.1 LDAR智慧公共服務(wù)平臺(tái)的總體架構(gòu)和功能

2.1.1

平臺(tái)基于面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)，采用主流的J2EE結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，廣泛應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)、GPS、GIS、大數(shù)據(jù)等智能化技術(shù)和電子圍欄算法，用戶通過B/S方式訪問平臺(tái)，總體架構(gòu)如圖1。

圖1 LDAR智慧公共服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

2.1.2

平臺(tái)包含政府監(jiān)管子平臺(tái)和企業(yè)LDAR子平臺(tái)，主要功能如下。

2.1.2.1

a) 進(jìn)度監(jiān)督檢查。依據(jù)《揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》和相關(guān)行業(yè)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)確定的年度檢測(cè)要求，可以實(shí)時(shí)對(duì)各企業(yè)LDAR檢測(cè)計(jì)劃開展情況進(jìn)行監(jiān)督檢查。

b) 質(zhì)量監(jiān)督檢查。應(yīng)用GPS、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及電子圍欄技術(shù)，實(shí)現(xiàn)LDAR檢測(cè)質(zhì)量的監(jiān)督檢查，包括檢測(cè)過程GIS監(jiān)控、檢測(cè)時(shí)間間隔監(jiān)控、數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控：可以在GIS地圖上按裝置的周界劃定該裝置的電子圍欄，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，將每個(gè)密封點(diǎn)檢測(cè)的GIS信息上傳到系統(tǒng)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，以判斷檢測(cè)時(shí)的地理位置是否在該裝置的電子圍欄內(nèi)，并以GIS地圖的方式展示；檢測(cè)數(shù)據(jù)可以采用手工錄入、儀器接口文件或手操器3種方式上傳系統(tǒng)，上傳數(shù)據(jù)時(shí)系統(tǒng)對(duì)上傳方式進(jìn)行標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)上傳方式的統(tǒng)計(jì)和分析，避免人工干預(yù)檢測(cè)數(shù)據(jù)；系統(tǒng)可以記錄每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的開始和結(jié)束時(shí)間，計(jì)算每個(gè)密封點(diǎn)的檢測(cè)耗時(shí)，結(jié)合密封點(diǎn)模型中定義的樓層數(shù)據(jù)，通過對(duì)同一樓層相鄰密封點(diǎn)檢測(cè)耗時(shí)及不同樓層相鄰密封點(diǎn)檢測(cè)耗時(shí)與系統(tǒng)規(guī)定的檢測(cè)耗時(shí)進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)合規(guī)性分析。

c) 第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)管理。對(duì)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的資質(zhì)信息和檢測(cè)儀器信息進(jìn)行統(tǒng)一管理和檢查，確保檢測(cè)機(jī)構(gòu)的資質(zhì)和檢測(cè)儀器符合要求。

d) 標(biāo)準(zhǔn)配置。政府監(jiān)管部門依照國家要求或根據(jù)地方規(guī)定發(fā)布泄漏檢測(cè)與修復(fù)(LDAR)泄漏控制濃度(泄漏定義值)和泄漏等級(jí)。

e) 綜合分析。利用檢測(cè)過程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)園區(qū)的泄漏檢測(cè)與修復(fù)情況的綜合分析，各種組件類型的泄漏情況分析以及年度泄漏率、減排量變化趨勢(shì)分析等。

2.1.2.2

a) 建檔。建檔支持臺(tái)賬建檔和圖像建檔。

b) 檢測(cè)。根據(jù)環(huán)保部門的年度檢測(cè)計(jì)劃開展檢測(cè)工作，包括檢測(cè)路徑規(guī)劃、檢測(cè)數(shù)據(jù)采集。

c) 維修與復(fù)測(cè)。包括維修工單創(chuàng)建、復(fù)測(cè)、延遲修復(fù)等內(nèi)容，記錄現(xiàn)場(chǎng)泄漏點(diǎn)的維修情況及延遲修復(fù)情況?？梢詫?shí)現(xiàn)與企業(yè)設(shè)備管理系統(tǒng)或ERP系統(tǒng)的集成。

d) 泄漏量和減排量計(jì)算。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)和檢測(cè)周期，計(jì)算本周期內(nèi)泄漏損失量；進(jìn)行修復(fù)后，可以得到在本檢測(cè)周期內(nèi)VOCs減排量。

e) LDAR手操器。應(yīng)用智能防爆終端開展LDAR工作，具有檢測(cè)復(fù)測(cè)任務(wù)和圖檔導(dǎo)入、檢測(cè)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)在線上傳等功能，手操器通過藍(lán)牙自動(dòng)讀取檢測(cè)儀器數(shù)據(jù)，進(jìn)一步避免了人工干預(yù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的可能性。

f) 綜合分析。對(duì)企業(yè)的泄漏檢測(cè)與修復(fù)情況的綜合分析，各種組件類型的泄漏情況分析以及年度泄漏率、減排量變化趨勢(shì)分析等。

g) 接口。實(shí)現(xiàn)與主流的LDAR檢測(cè)儀器(PHX21，TVA2020等)直接連接，下傳檢測(cè)計(jì)劃、上傳檢測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 應(yīng)用成效

2018到2019年，鎮(zhèn)海區(qū)依托本平臺(tái)開展LDAR工作，轄區(qū)石化企業(yè)平均泄漏率從0.51%下降到0.32%，累計(jì)減排達(dá)近379 t。LDAR智慧公共服務(wù)平臺(tái)效果逐步呈現(xiàn)。

a) 監(jiān)管工作效率大幅提升。環(huán)保部門之前需要安排專人用2～3周的時(shí)間來完成每次檢測(cè)數(shù)據(jù)的收集和匯總，監(jiān)管的工作量巨大。建立LDAR公共服務(wù)平臺(tái)后，環(huán)保部門可以在平臺(tái)上實(shí)時(shí)查詢檢測(cè)進(jìn)度，檢測(cè)情況自動(dòng)匯總，工作效率大幅提升。

b) LDAR質(zhì)量得到有效監(jiān)督。在之前，缺少對(duì)檢測(cè)質(zhì)量的監(jiān)督檢查手段。建立LDAR公共服務(wù)平臺(tái)后，可進(jìn)行檢測(cè)路徑GIS監(jiān)控、檢測(cè)時(shí)間監(jiān)控、數(shù)據(jù)上傳監(jiān)控、檢測(cè)儀器監(jiān)控，根據(jù)檢查情況對(duì)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行考核，使LDAR質(zhì)量得到有效監(jiān)督。

c) VOCs減排更有針對(duì)性。LDAR公共服務(wù)平臺(tái)可以對(duì)企業(yè)的泄漏率、修復(fù)率、 減排率、泄漏量和減排量進(jìn)行排名和分析，通過分析可以有針對(duì)性采取VOCs減排措施。

3 結(jié)語

LDAR檢測(cè)與常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相比具有特殊性，如何開展LDAR檢測(cè)進(jìn)度和質(zhì)量的監(jiān)管存在挑戰(zhàn)，通過將物聯(lián)網(wǎng)、電子圍欄、GIS、GPS及大數(shù)據(jù)等智能化技術(shù)應(yīng)用于LDAR檢測(cè)和監(jiān)管進(jìn)行了有益的嘗試，取得了較好的效果，為政府和企業(yè)環(huán)保部門進(jìn)行LDAR過程管控和監(jiān)管提供了手段、積累了經(jīng)驗(yàn)，具有較好的示范和推廣意義。下一步將考慮對(duì)檢測(cè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，指導(dǎo)設(shè)備與管閥件的選型和密封設(shè)計(jì)。