基于模糊層次分析法的VOCs泄漏檢測(cè)與修復(fù)效果評(píng)估體系研究

卜夢(mèng)雅，費(fèi)波，張鋼鋒

上海市環(huán)境科學(xué)研究院

目前我國(guó)大氣環(huán)境面臨細(xì)顆粒物（PM2.5）污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻和臭氧（O3）污染日益突顯的雙重壓力。特別是在夏季，O3已成為部分城市空氣質(zhì)量超標(biāo)的首要因子[1-3]。研究表明，大氣中的VOCs在紫外光照射條件下可與氮氧化物（NOx）發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，是形成O3和PM2.5的關(guān)鍵前體物[4]。隨著我國(guó)大氣環(huán)境精細(xì)化管控水平的不斷提高，VOCs污染防治工作引起廣泛關(guān)注[5]，抓好VOCs治理已成為現(xiàn)階段我國(guó)打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要舉措[6]。

泄漏檢測(cè)與修復(fù)（leak detection and repair，LDAR）是工業(yè)企業(yè)VOCs無(wú)組織管控的有力抓手[7]，也是實(shí)現(xiàn)VOCs治理精細(xì)化的重要手段。它通過(guò)對(duì)設(shè)備組件泄漏濃度實(shí)施定量檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)并及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，從而達(dá)到減少VOCs泄漏排放的目的[8]。自“十二五”以來(lái)，我國(guó)出臺(tái)的眾多政策文件和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已對(duì)LDAR實(shí)施提出了明確要求，各地也陸續(xù)開(kāi)展了相關(guān)工作。當(dāng)前國(guó)內(nèi)的LDAR實(shí)施情況與美國(guó)1990年十分類似，美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局（US EPA）在1978年頒布了第一部涉及LDAR的管理文件《石油精煉設(shè)備揮發(fā)性有機(jī)化合物泄漏控制》[9]，但在有限的執(zhí)法條件下，低成本的LDAR檢測(cè)使得實(shí)施水平參差不齊，因此在90年代中期US EPA提出對(duì)石油化工行業(yè)進(jìn)行效果審核，并且與多家公司簽署具有法律約束力的同意判決書(shū)（Consent Decree）[10]，其中包含執(zhí)法規(guī)定、民事罰款和增強(qiáng)LDAR計(jì)劃等[11]，要求企業(yè)定期進(jìn)行第三方LDAR審核。目前國(guó)內(nèi)LDAR實(shí)施中也面臨類似的挑戰(zhàn)，因此開(kāi)展嚴(yán)格的LDAR實(shí)施效果評(píng)估極為必要。

國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)對(duì)實(shí)際案例共性問(wèn)題的歸納分析得出，目前國(guó)內(nèi)LDAR實(shí)施中存在以下問(wèn)題：1）在LDAR核査評(píng)估中建檔存在本質(zhì)錯(cuò)誤、定位錯(cuò)誤、其他類型錯(cuò)誤，包括計(jì)件數(shù)量缺失、計(jì)件標(biāo)識(shí)不一、可達(dá)不可達(dá)屬性不明等問(wèn)題[12]；2）在LDAR現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)存在未正確校驗(yàn)或漂移、標(biāo)氣濃度不符合規(guī)定或校驗(yàn)氣超期、未按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行檢測(cè)操作等錯(cuò)誤[13]；3）經(jīng)泄漏識(shí)別后未能及時(shí)修復(fù)泄漏密封點(diǎn)，或缺乏實(shí)質(zhì)性修復(fù)措施直接列為延遲修復(fù)等情況[14]。

合規(guī)有效地開(kāi)展LDAR是實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備與管線組件泄漏環(huán)節(jié)VOCs減排的關(guān)鍵，也是避免LDAR工作流于形式的重要途徑?？傮w上，我國(guó)的LDAR工作尚處于起步階段[15]，加之國(guó)內(nèi)缺乏配套的LDAR效果跟蹤評(píng)估制度與技術(shù)[16]，導(dǎo)致當(dāng)前LDAR實(shí)施亂象叢生、問(wèn)題突出，因此亟需建立一套科學(xué)實(shí)用的LDAR實(shí)施效果評(píng)估體系。筆者通過(guò)對(duì)我國(guó)LDAR領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)容要點(diǎn)的詳細(xì)梳理，采用模糊層次分析法（fuzzy analytic hierarchy process，F(xiàn)AHP）構(gòu)建了LDAR實(shí)施效果層次結(jié)構(gòu)模型，形成了LDAR實(shí)施效果評(píng)估體系，以期為企業(yè)相關(guān)自查及政府核查工作提供技術(shù)參考。

1 研究方法及指標(biāo)篩選

1.1 模糊層次分析法

FAHP[17-18]是將模糊理論（fuzzy theory）與層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）結(jié)合，用于解決層次分析法中存在的主觀性強(qiáng)和科學(xué)性弱等問(wèn)題，通過(guò)引入模糊數(shù)來(lái)構(gòu)造模糊判斷矩陣[19]，將定量指標(biāo)與定性分析有機(jī)結(jié)合，間接削弱專家評(píng)分中的主觀因素對(duì)評(píng)估指標(biāo)的影響，從而客觀有效地提高評(píng)估結(jié)果的科學(xué)性與真實(shí)性[20]。

FAHP以往多應(yīng)用于工程方案選定[21-22]、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[23-24]等領(lǐng)域，隨著環(huán)保理念逐漸深入人心，其在環(huán)境領(lǐng)域的運(yùn)用也隨之增多，如燃煤電廠脫硫廢水處理可利用技術(shù)評(píng)價(jià)[25]、黃河三角洲生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)[26]、高校室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)[27]等。

建立FAHP模型首先要確定評(píng)估對(duì)象，即指標(biāo)；再通過(guò)選擇指標(biāo)的主要影響要素如合規(guī)性、有效性等，構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系模型以計(jì)算權(quán)重。權(quán)重的計(jì)算通過(guò)發(fā)放專家問(wèn)卷獲取各指標(biāo)兩兩相對(duì)重要性的賦值結(jié)果，以建立三角模糊對(duì)比矩陣，即模糊判斷矩陣。該矩陣滿足一致性檢驗(yàn)后方為有效數(shù)據(jù)，再運(yùn)用MATLAB編程手段計(jì)算出層次權(quán)重排序和指標(biāo)權(quán)重。

1.2 指標(biāo)篩選

結(jié)合當(dāng)前LDAR實(shí)施的政策要求及工作特點(diǎn)，本研究中FAHP模型指標(biāo)篩選時(shí)重點(diǎn)考慮以下原則：1）遵循國(guó)家LDAR標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求；2）涵蓋LDAR實(shí)施工作全流程；3）便于評(píng)估工作高效開(kāi)展。

梳理了截至目前生態(tài)環(huán)境部已出臺(tái)的對(duì)LDAR工作提出相關(guān)要求的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范文件（表1），在此基礎(chǔ)上結(jié)合LDAR操作流程，即項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)、臺(tái)賬管理4個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)中設(shè)備泄漏排放控制要求，評(píng)估相應(yīng)企業(yè)實(shí)施LDAR的合規(guī)性，通過(guò)設(shè)計(jì)評(píng)分表來(lái)量化實(shí)施效果。

共篩選了14項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)，其中項(xiàng)目建立環(huán)節(jié)包含實(shí)施范圍完整性、密封點(diǎn)分類正確性、密封點(diǎn)標(biāo)識(shí)合理性、不可達(dá)點(diǎn)占比合理性4項(xiàng)指標(biāo)；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)節(jié)包含檢測(cè)儀器合規(guī)性、儀器調(diào)試合規(guī)性、檢測(cè)操作合規(guī)性、泄漏標(biāo)識(shí)合規(guī)性、免予檢測(cè)合規(guī)性5項(xiàng)指標(biāo)；泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)環(huán)節(jié)包含泄漏修復(fù)及時(shí)性、延遲修復(fù)合規(guī)性、復(fù)測(cè)合規(guī)性3項(xiàng)指標(biāo)；臺(tái)賬管

式中：n為模糊判斷矩陣的階數(shù)；λmax為最大特征值；CI為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。本研究中FAHP模型的模糊判斷矩陣CR均小于0.1，具有相對(duì)滿意的一致性。

2 結(jié)果與討論

2.1 FAHP模型計(jì)算結(jié)果

對(duì)國(guó)內(nèi)目前LDAR工作開(kāi)展經(jīng)驗(yàn)較豐富的上海、廣東、江蘇、浙江等?。ㄊ校╅_(kāi)展問(wèn)卷調(diào)查，涉及具有LDAR專業(yè)背景的行業(yè)專家代表、企業(yè)代表及第三方服務(wù)商代表3類群體，共發(fā)放37份問(wèn)卷，收回有效問(wèn)卷33份。針對(duì)33份有效問(wèn)卷歸類并進(jìn)行FAHP建模分析，其中專家群體、企業(yè)群體、第三方服務(wù)商群體有效問(wèn)卷分別為12、10和11份，不同群體中4項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)權(quán)重分析結(jié)果見(jiàn)圖2，其中總?cè)后w的權(quán)重是基于3類群體權(quán)重的算數(shù)平均數(shù)，14項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同群體FAHP建模二級(jí)指標(biāo)權(quán)重及排序Table 3 Weight and ranking of secondary indicator in FAHP modelling of different groups

圖2 不同群體FAHP建模一級(jí)指標(biāo)權(quán)重結(jié)果Fig.2 Result of primary indicator weights in FAHP modelling of different groups

2.2 權(quán)重結(jié)果討論

2.2.1 不同群體的權(quán)重分析

針對(duì)不同群體進(jìn)行FAHP建模分析，可全面評(píng)估LDAR實(shí)施管理中不同群體的關(guān)注重點(diǎn)，以保障在進(jìn)行LDAR評(píng)估制度設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮各利益群體訴求。從FAHP建模結(jié)果來(lái)看，各群體對(duì)準(zhǔn)則層要素權(quán)重分?jǐn)偛町愝^大。

（1）總?cè)后w中，準(zhǔn)則層指標(biāo)按權(quán)重大小排序依次為泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)、項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、臺(tái)賬管理。指標(biāo)層權(quán)重前3為泄漏修復(fù)及時(shí)性、臺(tái)賬記錄合規(guī)性、實(shí)施范圍完整性，涉及LDAR工作不同環(huán)節(jié)，也充分反映了目前核查L(zhǎng)DAR實(shí)施效果時(shí)需關(guān)注是否進(jìn)行有效修復(fù)，是否進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，是否均納入檢測(cè)范圍的基本思路。（2）專家群體中，準(zhǔn)則層指標(biāo)按權(quán)重大小排序依次為泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、項(xiàng)目建立、臺(tái)賬管理?？梢钥闯觯瑢＜胰后w更多關(guān)注的是企業(yè)在發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)是否及時(shí)進(jìn)行實(shí)質(zhì)性修復(fù)、現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程中是否盡可能地檢測(cè)到泄漏源等，這與開(kāi)展LDAR以減少物料損耗，降低VOCs排放的工作目標(biāo)相吻合。（3）企業(yè)群體中，準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重大小排序與總?cè)后w保持一致，同時(shí)與專家群體關(guān)注的指標(biāo)相似度較高，不同之處是企業(yè)群體認(rèn)為項(xiàng)目建立的重要性要略高于檢測(cè)。目前企業(yè)開(kāi)展LDAR常以外包第三方服務(wù)商實(shí)施的模式為主，但修復(fù)工作的實(shí)施主體為企業(yè)，因此對(duì)于企業(yè)群體來(lái)說(shuō)，更多關(guān)注密封點(diǎn)泄漏修復(fù)與項(xiàng)目建立工作的實(shí)施質(zhì)量。（4）第三方服務(wù)商群體中，準(zhǔn)則層指標(biāo)按權(quán)重大小排序依次為項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)、臺(tái)賬管理?？梢钥闯?，第三方服務(wù)商對(duì)所提供的建檔與檢測(cè)的服務(wù)關(guān)注頗多，對(duì)主要由企業(yè)實(shí)施完成的修復(fù)工作關(guān)注甚少，這與企業(yè)關(guān)注的角度有所差異，說(shuō)明第三方服務(wù)商較局限于完成合同任務(wù)要求，對(duì)LDAR有效實(shí)施后帶來(lái)的VOCs減排重視度不高。

2.2.2 不同指標(biāo)的權(quán)重分析

實(shí)施效果評(píng)估體系的一級(jí)指標(biāo)是從LDAR工作流程的4個(gè)環(huán)節(jié)著手，這與丁德武等[29]提出的LDAR核查量化評(píng)估流程基本一致，與之不同的是本研究將GB 37822中規(guī)定的3種違法行為作為預(yù)評(píng)估項(xiàng)目，以避免企業(yè)觸及環(huán)保紅線，同時(shí)為管理部門精準(zhǔn)執(zhí)法、科學(xué)執(zhí)法提供目標(biāo)導(dǎo)向與理論依據(jù)。

針對(duì)二級(jí)指標(biāo)中的權(quán)重結(jié)果分析，每項(xiàng)層級(jí)中指標(biāo)權(quán)重最大的為項(xiàng)目建立層中的實(shí)施范圍完整性、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)層中的檢測(cè)操作合規(guī)性、泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)層中的泄漏修復(fù)及時(shí)性和臺(tái)賬管理層中的臺(tái)賬記錄完整性。這與鄭幸成等[30]構(gòu)建的指標(biāo)體系中的權(quán)重排序較一致，不同在于鄭幸成等計(jì)算出的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)節(jié)中操作人員檢測(cè)合規(guī)性權(quán)重低于儀器校準(zhǔn)與漂移程度，而本研究認(rèn)為檢測(cè)操作合規(guī)權(quán)重略大于儀器調(diào)試合規(guī)。

14項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)中免予檢測(cè)合規(guī)性的權(quán)重最小，該結(jié)果充分凸顯了目前設(shè)備泄漏排放控制中對(duì)忽視密封設(shè)備源頭削減VOCs泄漏的基本現(xiàn)狀。當(dāng)前開(kāi)展LDAR的最終目標(biāo)及評(píng)估實(shí)施效果的首要指標(biāo)是重視修復(fù)工作，但同時(shí)也應(yīng)挖掘采用符合豁免條件的低泄漏、高效密封設(shè)備等源頭控制措施，加大低泄漏設(shè)備的技術(shù)研發(fā)等，實(shí)施更全面的VOCs泄漏治理。此外2021年3月，長(zhǎng)三角區(qū)域發(fā)布的《設(shè)備泄漏揮發(fā)性有機(jī)物排放控制技術(shù)規(guī)范》[31]（DB31/T 310007 ——2021、 DB32/T 310007 ——2021、DB33/T 310007——2021、DB34/T 310007——2021）中還提到企業(yè)可通過(guò)精簡(jiǎn)密封點(diǎn)數(shù)量、采取防泄漏措施等方式，從源頭減少VOCs的泄漏量。

2.3 權(quán)重結(jié)果應(yīng)用

基于表3中14項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)的總?cè)后w權(quán)重結(jié)果并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)指南的規(guī)定要求與專家建議，得出一套系統(tǒng)的LDAR實(shí)施效果評(píng)分表。該表將評(píng)估過(guò)程分為預(yù)評(píng)估與正式評(píng)估兩部分，明確了各評(píng)估指標(biāo)的總體要求、評(píng)估要點(diǎn)、評(píng)估方法等，每項(xiàng)指標(biāo)按照評(píng)估要點(diǎn)的具體內(nèi)容在0到滿分區(qū)間內(nèi)進(jìn)行評(píng)分且得分為整數(shù)。LDAR實(shí)施效果評(píng)估流程見(jiàn)圖3，評(píng)分表詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)表4。

表4 LDAR實(shí)施效果評(píng)分表Table 4 LDAR implementation effect score sheet

圖3 LDAR實(shí)施效果評(píng)估流程Fig.3 LDAR implementation effect evaluation process

評(píng)分表中評(píng)估方式主要分為文本評(píng)估和現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估2種。文本評(píng)估中包含資料審核與材料證明，其中資料審核對(duì)企業(yè)LDAR相關(guān)資料從準(zhǔn)確性、全面性進(jìn)行分析；材料證明則需企業(yè)提供LDAR檢測(cè)儀器證書(shū)等材料?，F(xiàn)場(chǎng)評(píng)估包含現(xiàn)場(chǎng)勘查與現(xiàn)場(chǎng)抽測(cè)，其中現(xiàn)場(chǎng)勘查重點(diǎn)核實(shí)文本記錄內(nèi)容與現(xiàn)場(chǎng)情況是否吻合，檢測(cè)人員操作是否規(guī)范等；現(xiàn)場(chǎng)抽測(cè)則需攜帶紅外熱像儀或便攜式氣體檢測(cè)儀，對(duì)隨機(jī)選取的密封點(diǎn)泄漏情況進(jìn)行實(shí)測(cè)以計(jì)算泄漏率。

3 案例應(yīng)用分析

將構(gòu)建完成的LDAR實(shí)施效果評(píng)估指標(biāo)體系應(yīng)用于國(guó)內(nèi)2019——2021年期間完成LDAR的10家工業(yè)企業(yè)，分析其LDAR實(shí)施現(xiàn)狀與VOCs泄漏控制效果。通過(guò)系統(tǒng)收集相關(guān)企業(yè)LDAR實(shí)施報(bào)告和原始檢測(cè)記錄，優(yōu)先判別是否存在GB 37822中規(guī)定的3種違法行為，再對(duì)文本資料及實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展檢查，并進(jìn)行各工業(yè)企業(yè)LDAR實(shí)施效果評(píng)估打分。

10家工業(yè)企業(yè)的行業(yè)分別為制藥3家、塑料制品3家、合成樹(shù)脂2家、涂料油墨制造2家，其中某塑料制品企業(yè)廠區(qū)內(nèi)受控密封點(diǎn)數(shù)量大于2 000個(gè)但暫未開(kāi)展LDAR工作，因此評(píng)估工作終止且相關(guān)管理部門落實(shí)對(duì)該企業(yè)的督促整改工作。其余9家企業(yè)在充分保證數(shù)據(jù)真實(shí)性、評(píng)估公正性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用LDAR實(shí)施效果評(píng)分表對(duì)企業(yè)LDAR各環(huán)節(jié)進(jìn)行打分，評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可以看出，制藥企業(yè)在2019年GB 37823出臺(tái)后陸續(xù)施行LDAR工作，行業(yè)整體實(shí)施效果偏好，平均得分為82.7分，企業(yè)建檔完善，能夠按標(biāo)準(zhǔn)要求開(kāi)展周期性檢測(cè)且及時(shí)修復(fù)泄漏點(diǎn)；合成樹(shù)脂與涂料油墨行業(yè)實(shí)施水平相當(dāng)，合成樹(shù)脂企業(yè)的平均得分為77.5分、涂料油墨制造企業(yè)的平均得分為76.5分，該行業(yè)企業(yè)LDAR實(shí)施綜合效果良好，但仍有一些方面需要改善；而塑料制品企業(yè)落實(shí)LDAR工作的合規(guī)性較差，平均得分為69.5分，評(píng)估中除了發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)存在“應(yīng)做未做”情況外，在檢測(cè)與修復(fù)等環(huán)節(jié)也均有一些問(wèn)題，因此塑料制品行業(yè)企業(yè)需要應(yīng)加快落實(shí)LDAR自查工作，確保有效控制設(shè)備VOCs泄漏排放。

表5 9家不同行業(yè)企業(yè)LDAR實(shí)施效果評(píng)分Table 5 LDAR implementation effect scores of 9 companies in different industries

4 結(jié)論

（1）從FAHP建模的一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果分析，各群體因自身工作經(jīng)驗(yàn)的差異對(duì)LDAR的關(guān)注有所側(cè)重，專家群體與企業(yè)群體將泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)排在首位，第三方服務(wù)商群體則賦予項(xiàng)目建立權(quán)重最大，總?cè)后w權(quán)重排序依次為泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)（0.305）、項(xiàng)目建立（0.281）、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)（0.245）、臺(tái)賬管理（0.169）。

（2）從FAHP建模的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果分析，各項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)中權(quán)重最大的分別是項(xiàng)目建立層中的實(shí)施范圍完整性、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)層中的檢測(cè)操作合規(guī)性、泄漏修復(fù)與復(fù)測(cè)層中的泄漏修復(fù)及時(shí)性和臺(tái)賬管理層中的臺(tái)賬記錄完整性。14項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重排序中，泄漏修復(fù)及時(shí)性位于第1位，免予檢測(cè)合規(guī)性位于第14位。

（3）將基于FAHP建立的指標(biāo)體系應(yīng)用于10家工業(yè)企業(yè)LDAR的評(píng)估工作，得出制藥行業(yè)整體實(shí)施效果偏好，企業(yè)平均得分為82.7分；合成樹(shù)脂與涂料油墨行業(yè)實(shí)施水平相當(dāng)，平均得分分別為77.5分、76.5分；塑料制品企業(yè)落實(shí)LDAR工作的合規(guī)性較差，平均得分為69.5分。