基于FID的石化行業(yè)典型裝置VOCs泄漏測試研究

鄧 猛

（江蘇省南京環(huán)境監(jiān)測中心，南京 210013）

目前，揮發(fā)性有機物（VOCs）的治理已成為我國生態(tài)環(huán)境保護的重點工作。設備動靜密封點泄漏是VOCs無組織排放的重要源項之一。2015年11月，原環(huán)境保護部印發(fā)《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》和《石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》，要求涉及VOCs的工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)過程物料泄漏進行控制，并明確提出泄漏檢測與修復（LDAR）的技術(shù)細則。該技術(shù)采用固定監(jiān)測設備或移動監(jiān)測設備，定量或定性檢測生產(chǎn)工藝裝置中閥門、法蘭、機泵、壓縮機、開口閥、密閉系統(tǒng)排放口、入孔等10類易產(chǎn)生VOCs處的泄漏情況，并修復超過一定濃度的泄漏源，從而控制物料泄漏損失，減少環(huán)境污染[1-3]。

1 研究方法

目前，環(huán)境VOCs排放監(jiān)測方法可分為實驗室監(jiān)測、在線監(jiān)測和便攜式現(xiàn)場監(jiān)測三大類，在線非甲烷總烴相關(guān)的方法標準和儀器標準均較為成熟。但是，由于泄漏檢測現(xiàn)場需求的特殊性，無法直接采用非甲烷總烴，一般采用總烴檢測的方法。

1.1 確立基于FID的VOCs泄漏檢測方法

氫火焰離子化檢測器（FID）的工作原理是載氣攜帶被分析組分和可燃氣氫氣從噴嘴進入檢測器，助燃氣（空氣）從四周導入，被測組分在火焰中被解離成正負離子，在極化電壓形成的電場中，正負離子向各自相反的電極移動，形成的離子流被收集、輸出，經(jīng)阻抗轉(zhuǎn)化，放大器便獲得可測量的電信號。對烴類化合物而言，在火焰內(nèi)燃燒的碳氫化合物中，每個碳原子均等量轉(zhuǎn)化成最基本的、共同的響應單位——甲烷，所以FID對烴是等碳響應，這是最主要的反應，成為電荷傳送的主要介質(zhì)[4]。

1.2 典型污染源VOCs泄漏排放水平報告

確立測量方法后，選擇典型的污染源現(xiàn)場測量VOCs排放，了解它們的真實排放水平，進而評估VOCs潛在的大氣環(huán)境影響，為環(huán)境管理提供基礎支撐。評估現(xiàn)有污染物控制措施對這些氣態(tài)前體物的控制水平，為將來VOCs泄漏排放控制提供基礎數(shù)據(jù)，從而減少非常規(guī)污染物的排放[5]。

2 泄漏檢測的數(shù)據(jù)評估

本次評估以南京市某大型石化煉制企業(yè)的5套不同裝置為例，對行業(yè)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)和工藝具有氣態(tài)VOCs物料或液態(tài)VOCs物料的設備與管線組件開展泄漏檢測。按照《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571—2015）的規(guī)定，對于石油煉制企業(yè)，泄漏濃度凈檢值不小于500 μmol/mol的有機氣體與揮發(fā)性有機液體流經(jīng)的設備與管線組件被定義為泄漏密封點位。

2.1 密封點分布

2.1.1 密封點按裝置統(tǒng)計

通過對石油煉制企業(yè)5個不同裝置開展LDAR前期準備工作，共統(tǒng)計動靜密封點73 145個，其中，可達密封點有71 299個，不可達密封點有1 846個。具體來看，各裝置密封點分布情況如表1所示。

表1 各裝置密封點分布情況

2.1.2 密封點分組件統(tǒng)計

所有密封點按組件分類，可分為泵、閥門、法蘭和泄壓設備等9種，其中以閥門、連接件和法蘭的密封點最多，分別有12 242個、35 137個和24 158個。各個組件可達點和不可達點的具體統(tǒng)計情況如表2所示。

表2 不同組件的密封點統(tǒng)計結(jié)果和泄漏排放量占比

2.2 密封點泄漏檢測

2.2.1 各裝置泄漏密封點情況

使用FID對5個石油煉制裝置進行LDAR檢測，共發(fā)現(xiàn)VOCs泄漏點位57個，總體泄漏率為0.08%。按泄漏密封點數(shù)量統(tǒng)計，蠟油加氫裝置、異丁烷裝置和連續(xù)重整裝置最多，數(shù)量分別為24個、15個、13個。按泄漏率統(tǒng)計，PSA裝置、異丁烷裝置和蠟油加氫裝置最高，分別為0.19%、0.15%和0.14%，如表3所示。

表3 泄漏密封點分裝置統(tǒng)計

2.2.2 各組件泄漏密封點情況

按組件類型統(tǒng)計，泄漏密封點最多的組件是閥門和法蘭，數(shù)量分別為28個和22個，泄漏率分別為0.23%和0.1%，其次是連接件，泄漏點有7個，但是連接件統(tǒng)計基數(shù)較大，泄漏率為0.02%，如表4所示。

表4 泄漏密封點分組件統(tǒng)計

2.3 密封點泄漏評估

統(tǒng)計石油煉制企業(yè)5種裝置的各個組件泄漏情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，泄漏的主要組件是連接件、法蘭和閥門，三者泄漏量占總泄漏量的96%以上，其占比分別為40.14%、35.71%和20.46%。不同組件的泄漏排放量占比情況如表2所示。

3 泄漏原因分析

對石油煉制企業(yè)開展泄漏檢測，發(fā)現(xiàn)閥門、法蘭的泄漏點數(shù)量較多。主要原因有：內(nèi)浮頂罐不符合標準所規(guī)定的高效密封方式要求；穩(wěn)定輕烴充裝卸區(qū)罐車排氣系統(tǒng)無法集中處理；凝析油罐下裝式發(fā)油裝置無廢氣收集處理措施；污水池敞開液面逸散；凝析油儲存不符合要求，未采用壓力罐、低壓罐或其他等效措施；凝析油裝載不符合要求，未采用底部裝載或頂部浸沒式裝載方式；裝載未采用氣相平衡系統(tǒng)或其他等效措施；原油裝載方式不符合要求，未采用底部裝載或頂部浸沒式裝載方式；重力分離罐排污管線與排污管網(wǎng)連接處未采取與環(huán)境空氣隔離的措施。

從組件來看，閥門、法蘭和連接件的泄漏點數(shù)量較多。其中，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。閥門長時間工作，導致閥體填料與閥桿間的壓力減弱，同時閥體填料不斷腐蝕、老化，易發(fā)生泄漏。法蘭組件泄漏部位主要是環(huán)狀密封，法蘭墊片長期使用后老化、龜裂，長期運行導致螺栓松動，兩側(cè)管道受力不均等可導致墊片與法蘭面產(chǎn)生空隙而發(fā)生泄漏。連接件泄漏部位主要是螺帽連接處，若密封性不夠或螺紋受損，螺帽無法上緊，則會發(fā)生泄漏。

4 結(jié)論

本文結(jié)合具體案例，采用FID對石化行業(yè)典型裝置進行LDAR測試，最終綜合分析VOCs泄漏原因，為環(huán)境管控提供技術(shù)支撐。經(jīng)統(tǒng)計，蠟油加氫裝置、異丁烷裝置和連續(xù)重整裝置泄漏密封點數(shù)量最多，PSA裝置、異丁烷裝置和蠟油加氫裝置泄漏率最高，泄漏點最多的組件是閥門和法蘭，泄漏排放量最多的主要組件是連接件、法蘭和閥門。