基于LDAR檢測(cè)技術(shù)對(duì)化工裝置VOCs的泄漏分析

張蒲根*

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

0 前言

石油化工行業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，隨著環(huán)保意識(shí)逐漸深入人心，降低污染物排放量已經(jīng)迫在眉睫。目前，石油化工行業(yè)產(chǎn)生的VOCs（揮發(fā)性有機(jī)物）主要泄漏處為化工裝置中容器和管道的連接組成件，在生產(chǎn)過程中，由于腐蝕、滲漏以及密封等因素，其組成件會(huì)隨機(jī)泄漏出大量的VOCs，且泄漏規(guī)律很難被掌握[1]。由于化工裝置中的容器和管道數(shù)量龐大，可能產(chǎn)生泄漏的密封點(diǎn)數(shù)量高達(dá)數(shù)萬甚至數(shù)百萬，VOCs 被無組織排放到大氣中[2]。

泄漏檢測(cè)與修復(fù)（LDAR）是一種新型的用于減少無組織排放VOCs 的技術(shù)，目前在國際上被廣泛采用[3]。目前，LDAR 檢測(cè)普遍采用便攜式檢測(cè)設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)裝置中的法蘭、連接件等的密封面進(jìn)行檢測(cè)，再對(duì)泄漏值超標(biāo)的點(diǎn)位采用有效措施將泄漏點(diǎn)修復(fù)，進(jìn)而達(dá)到減少環(huán)境污染、防止物料泄漏的目的。

20 世紀(jì)80 年代，歐美部分發(fā)達(dá)國家就開始重視VOCs 排放帶來的環(huán)境影響，并逐步采用LDAR 技術(shù)對(duì)化工裝置中的VOCs 泄漏進(jìn)行控制，并逐漸形成了比較完善的實(shí)施體系，成效十分顯著[4-5]。目前，我國面臨的環(huán)境壓力越來越大， VOCs 的排放控制也越來越急迫，大多數(shù)化工企業(yè)已經(jīng)逐步開展LDAR 檢測(cè)工作，國家也制定了相關(guān)的法規(guī)政策。早在2014 年，環(huán)保部門就發(fā)布了關(guān)于《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》，對(duì)石化企業(yè)建立LDAR 管理制度進(jìn)行了細(xì)化，并要求制定具體措施，2015 年又陸續(xù)發(fā)布了強(qiáng)制國家標(biāo)準(zhǔn)《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《合成樹脂工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，企業(yè)應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求開展LDAR 檢測(cè)工作，并規(guī)定了檢測(cè)頻率、泄漏標(biāo)準(zhǔn)等方面的具體內(nèi)容。

本文采用便攜式檢測(cè)儀器對(duì)泄漏組件進(jìn)行泄漏數(shù)據(jù)采集，泄漏組件包括：壓縮機(jī)、閥門、泄壓裝置、泵、法蘭、連接件及開口管線等。通過對(duì)LDAR 現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，研究各組件尺寸與泄漏數(shù)值之間的關(guān)系，并提出了減少VOCs 排放的建議。

1 LDAR檢測(cè)流程及原理

1.1 LDAR工作流程

LDAR 工作實(shí)施時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)具備一定的專業(yè)素養(yǎng)，需要按照預(yù)先制定好的流程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，具體實(shí)施流程如圖1 所示。首先需要對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，內(nèi)容包括：明確法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求和檢測(cè)設(shè)備使用說明。檢測(cè)人員需要熟悉現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位，參考資料和圖紙來確定檢測(cè)點(diǎn)位排布和方案；繼而在泄漏點(diǎn)位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)掛牌并拍照；匯總現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，并進(jìn)行數(shù)據(jù)核算、小結(jié)，最終形成報(bào)告。

圖1 LDAR工作流程圖

1.2 檢測(cè)原理

樣品氣中的氫化合物與空氣燃燒發(fā)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生離子，最后生成水和二氧化碳，具體化學(xué)反應(yīng)如下（R 表示碳化合物）：燃燒過程中產(chǎn)生的離子被吸引到專門的集電極，形成電勢(shì)差和電流，并轉(zhuǎn)化形成讀數(shù)。

1.3 設(shè)備操作流程

（1）設(shè)備檢查

設(shè)備檢查內(nèi)容主要包括管路、除水濾膜及氣瓶壓力等，然后進(jìn)行校準(zhǔn)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)內(nèi)容主要包括動(dòng)設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的密封副及本體與管道連接的密封面等。

1.4 注意事項(xiàng)

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采樣時(shí)，吸入導(dǎo)管嘴應(yīng)放置于離密封面1～2 cm 處。

（2）保證檢測(cè)時(shí)間，每個(gè)密封點(diǎn)應(yīng)檢測(cè)20 s 以上。

（3）確認(rèn)泄漏值，當(dāng)檢測(cè)數(shù)值超過設(shè)定的閾值（500×10-6），需確認(rèn)測(cè)量3 次，超過報(bào)警值2 次以上，則可判定該處為泄漏點(diǎn)。

1.5 檢測(cè)數(shù)據(jù)采集

對(duì)上海某化工廠（OSBL）的LDAR 現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，對(duì)比分析了壓縮機(jī)、閥門、泄壓裝置、泵、法蘭、連接件、開口管線等密封組件的平均泄漏數(shù)值，以及閥門、法蘭在不同尺寸下的泄漏情況。

泄漏情況主要可參照兩個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，即泄漏最大值和平均泄漏值。泄漏最大值是所檢測(cè)到的泄漏值中的最大值。平均泄漏值為組件的各點(diǎn)的泄漏數(shù)值之和除以該種組件的總點(diǎn)數(shù)，其計(jì)算式如下：

式中：P——平均泄漏數(shù)值，10-6；

Li——每點(diǎn)的泄漏數(shù)值，10-6；

i——泄漏點(diǎn)數(shù)，個(gè)；

N——該種組件的總點(diǎn)數(shù)。

2 結(jié)果分析

本文將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)通過PDA 上傳至云服務(wù)系統(tǒng)，匯總后對(duì)該裝置的數(shù)據(jù)并下載，然后分別提取法蘭、泵、閥門、開口管線、泄壓裝置、連接件、壓縮機(jī)等組件的泄漏數(shù)值，計(jì)算平均泄漏值，并繪制出各組件的平均泄漏值曲線，如圖2 所示。

圖2 各組件平均泄漏值曲線

裝置中的泵、開口管線、連接件等組件的平均泄漏數(shù)值較高。由于法蘭和閥門在裝置中的數(shù)量較多，本文分別對(duì)法蘭和閥門的泄漏平均值、泄漏最大值與其尺寸大小的關(guān)系進(jìn)行了分析，數(shù)值與曲線如圖3和圖4 所示。

圖3 閥門泄漏數(shù)值與尺寸關(guān)系

圖4 法蘭泄漏數(shù)值與尺寸關(guān)系

通過圖3 可以判斷：當(dāng)閥門尺寸為100～150 mm時(shí)，其平均泄漏數(shù)值最大；閥門泄漏最大值同樣也是在管道尺寸為100～150 mm 的區(qū)間內(nèi)；并且泄漏值呈線性趨勢(shì)增大，閥門尺寸越大，泄漏平均值與最大值都將逐漸提高。

通過圖4 可以判斷：當(dāng)法蘭尺寸為250～350 mm時(shí)，平均泄漏值最大；法蘭的泄漏最大值出現(xiàn)在尺寸為100～200 mm 的區(qū)域；法蘭泄漏平均值隨著尺寸變大呈線性趨勢(shì)逐漸減小，說明法蘭尺寸越大平均泄漏值將逐漸減?。环ㄌm泄漏最大值隨著尺寸變大呈線性趨勢(shì)線逐漸增大，說明法蘭尺寸越大，泄漏最大值將逐漸提高。

綜上所述，公用工程裝置中的泵、開口管線、連接件等組件泄漏平均值高于其他組件，因此需要重點(diǎn)提高泵、開口管線、連接件等組件的密封技術(shù)要求。閥門泄漏平均值與最大值都出現(xiàn)在尺寸為100～150 mm 區(qū)域內(nèi)，并且線性趨勢(shì)線均上移，因此當(dāng)閥門尺寸為100～150 mm 時(shí)，需要提高密封要求，并且閥門尺寸越大，越需要注意其密封效果。當(dāng)法蘭尺寸為250～350 mm 時(shí)，其平均泄漏值最高，并且平均值與尺寸大小呈線性負(fù)相關(guān)；其尺寸為100～200 mm 時(shí)，泄漏最大值最大，最大值與尺寸大小呈線性正相關(guān)。這表明了法蘭尺寸越大，出現(xiàn)失效性泄漏的概率將會(huì)增大，但是泄漏均值將會(huì)減小。

3 結(jié)論

本文采用LDAR 檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)某石油化工企業(yè)的密封點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，分別提取閥門、泵、法蘭、開口管線、壓縮機(jī)、泄壓裝置、連接件等組件的平均泄漏值并進(jìn)行分析。由于法蘭和閥門在裝置中的數(shù)量較多，本文分別對(duì)法蘭和閥門的泄漏平均值與泄漏最大值與其尺寸大小的關(guān)系進(jìn)行了分析，并得到以下結(jié)論：

（1）閥門的泄漏平均值與最大值都出現(xiàn)在其尺寸為100～150 mm 的范圍內(nèi)，并且線性趨勢(shì)線均上移，因此，當(dāng)閥門尺寸為100～150 mm 時(shí)，需要提高密封要求，并且閥門尺寸越大，越需要注意其密封效果。

（2）當(dāng)法蘭尺寸為250～350 mm 時(shí)，其平均泄漏值最高，并且平均值與尺寸大小呈線性負(fù)相關(guān)；其尺寸為100～200 mm 時(shí)，泄漏最大值最大，最大值與尺寸大小呈線性正相關(guān)。這表明，法蘭尺寸越大，出現(xiàn)失效性泄漏的概率將會(huì)提高，但是泄漏均值將會(huì)減小，總體泄漏量減小。

（3）公用工程裝置中的泵、開口管線、連接件等

組件的泄漏平均值高于其他組件，建議在化工裝置建設(shè)設(shè)計(jì)階段，重點(diǎn)提高開口管線、連接件等組件的密封技術(shù)要求。對(duì)于已建成的化工裝置，應(yīng)提高對(duì)尺寸為100～150 mm 的閥門和100～350 mm 的法蘭的密封條件或技術(shù)要求；重點(diǎn)泄漏單元需搭建在線泄漏點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和堵漏返修。