石化企業(yè)泄漏檢測與修復(fù)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用

李 龍，李凌波

（中石化（大連）石油化工研究院有限公司，遼寧大連 116045）

泄漏檢測與修復(fù)（LDAR）技術(shù)是控制石化企業(yè)閥、泵、法蘭、接頭等設(shè)備密封泄漏揮發(fā)性有機物（VOCs）排放的最佳實用技術(shù)，這不僅是VOCs排放控制的法規(guī)要求，也是石化企業(yè)VOCs無組織排放核算和排污許可的基礎(chǔ)。石化企業(yè)LDAR 是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，美國是世界上最早開展LDAR的國家，經(jīng)過30多年的發(fā)展，逐步建立了完善的法規(guī)、標準、規(guī)范和質(zhì)量控制體系，形成了以專業(yè)第三方服務(wù)為主的市場化運行模式，注重LDAR 實施效果、質(zhì)量提升和技術(shù)升級。歐盟、加拿大和日本等發(fā)達國家和地區(qū)，也先后建立了適用于本國生產(chǎn)力水平的LDAR 運行和管理模式，在石化企業(yè)VOCs 無組織排放和異味控制方面取得顯著的效果[1]。

我國LDAR 工作起步較晚，完全照搬國外LDAR管理和運行模式不符合當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展水平，且直接應(yīng)用國外數(shù)據(jù)管理技術(shù)存在生產(chǎn)信息安全隱患，國情決定了國內(nèi)LDAR 模式將是多元化的[2]。中國石化依托直屬研究單位創(chuàng)建了自主實施工作模式，并自主研發(fā)了LDAR 技術(shù)、平臺和管理體系，先后開發(fā)應(yīng)用了第一代和第二代LDAR 技術(shù)，第二代LDAR 技術(shù)全面實現(xiàn)LDAR全流程電子信息化和數(shù)字化[3]；開發(fā)應(yīng)用了紅外掩日通量遙感監(jiān)測技術(shù)（SOF），基于實測法評估了LDAR等VOCs無組織排放管控減排效果[4-5]。

1 第一代LDAR 技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

2005年，中國石化直屬科研單位啟動了LDAR技術(shù)研究，在借鑒美國先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對國有企業(yè)人員充足且熟悉生產(chǎn)裝置、LDAR 涉及企業(yè)生產(chǎn)信息安全的特點，創(chuàng)建了企業(yè)在直屬研究院的技術(shù)支持下自主實施的工作模式，使中國石化在有效履行社會和環(huán)境責(zé)任的同時，實現(xiàn)了人員效率提升和降本增效。2021年，國家生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《關(guān)于加快解決當(dāng)前揮發(fā)性有機物治理突出問題的通知》，鼓勵大型石化、化工企業(yè)以及化工園區(qū)成立檢測團隊，自行開展LDAR 工作或?qū)Φ谌綑z測結(jié)果進行抽查。中國石化大連石油化工研究院（簡稱大連院）在2015年初開發(fā)完成自主知識產(chǎn)權(quán)的中國石化第一代LDAR成套技術(shù)，創(chuàng)建了中國石化LDAR 管理體系及技術(shù)規(guī)范，制訂了《中國石化煉油LDAR操作與管理指南》《泄漏檢測與修復(fù)（LDAR）操作手冊（試行）》等管理與技術(shù)指南，規(guī)范了中國石化LDAR 管理、操作、密封點建庫、泄漏檢測、泄漏維修、數(shù)據(jù)管理、泄漏排放估算、審計審核、質(zhì)量控制等工作，引領(lǐng)了國內(nèi)相關(guān)技術(shù)與規(guī)范的發(fā)展；在國內(nèi)外首創(chuàng)以組件為單位的密封點管理方法，采用組件掛牌、拍照和二者復(fù)合等3 種密封點定位、標識及采集模式，大幅提高了密封點基礎(chǔ)信息采集和現(xiàn)場定位效率；創(chuàng)建并開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的LDAR信息化工作平臺，實現(xiàn)LDAR 復(fù)雜體系的有序管理；產(chǎn)學(xué)研有機結(jié)合，集成中國石化系統(tǒng)內(nèi)技術(shù)、管理和人力資源優(yōu)勢，形成中國石化特色LDAR管理體系及運行模式。

2015年初，中國石化部署了LDAR推廣應(yīng)用整體方案：企業(yè)是實施的主體，組建LDAR 管理領(lǐng)導(dǎo)小組和LDAR工作組，明確人員、職責(zé)、分工與協(xié)調(diào)機制；大連院和中國石化安全工程研究院（簡稱安工院）作為直屬研究單位，負責(zé)技術(shù)支持與開發(fā)，以每家企業(yè)的一套典型煉化裝置為示范，為煉化企業(yè)提供LDAR 技術(shù)支持；石化盈科負責(zé)開發(fā)、部署、培訓(xùn)和運維中國石化LDAR 信息管理平臺。中國石化所屬和控股的38家煉化企業(yè)按國家生態(tài)環(huán)境部時間要求完成LDAR 建點建庫和首輪普查檢測，VOCs及異味泄漏排放明顯改善。

2 LDAR 技術(shù)與質(zhì)量升級必要性

“十三五”期間，國內(nèi)石化行業(yè)基本全面建立LDAR工作體系，初步滿足了國家VOCs控制要求，但在LDAR平臺、管理、技術(shù)和質(zhì)量等方面仍不同程度存在問題[6-7]，距離合規(guī)、管用和高質(zhì)高效尚有較大差距，數(shù)據(jù)質(zhì)量也難以支撐大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

首先，作為LDAR 的指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)存儲、管理與核算中樞，LDAR 平臺功能缺失（如可視化建檔、手操檢測、審核和管理流）、不完善（如計劃管理、任意時間段排放核算等）、運行不穩(wěn)定，難以有效實現(xiàn)LDAR 中樞管理和電子臺賬功能，是出現(xiàn)管理、檢測和維修問題的根源。其次，LDAR 管理體系運行不暢，企業(yè)雖已初步建立LDAR 管理流程，但多部門協(xié)同分工不夠細化，管理制度、崗位責(zé)任制和考核體系不完善，平臺缺乏工作流管理，線上線下管理脫節(jié)，管理難以閉環(huán)；部分人員精簡的企業(yè)委托第三方實施LDAR，存在工作質(zhì)量不受控等問題。第三，技術(shù)不夠先進，掛牌建檔方式標識牌數(shù)量較多，定位不夠直觀，大修易丟失，運維困難；靜態(tài)圖片建檔方式數(shù)字化和信息化水平較低，質(zhì)量和效率不高；檢測信息化不足，手操應(yīng)用有限，多為兩人操作，線下手動記錄，人為因素影響較大。第四，質(zhì)量保證/質(zhì)量控制不健全、落實困難，臺賬建立和管理不規(guī)范、檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量不受控等問題客觀存在，其深層原因是平臺功能和架構(gòu)的完善性、成熟度和穩(wěn)定性不足，技術(shù)落后，管理不到位。隨著生態(tài)環(huán)保工作深入，VOCs 排放控制將進一步強化，環(huán)保標準將持續(xù)升級，LDAR 技術(shù)與質(zhì)量升級需求迫切。有必要開發(fā)應(yīng)用新一代LDAR 技術(shù)，以技術(shù)、平臺和管理進步帶動質(zhì)量升級，保障LDAR 合規(guī)、高質(zhì)和高效，從根本上消除環(huán)保隱患，為下一步大數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3 中國石化第二代LDAR 技術(shù)開發(fā)

為進一步規(guī)范煉化企業(yè)LDAR 工作，提升LDAR 技術(shù)水平和工作質(zhì)量，中國石化委托大連院開發(fā)了第二代LDAR 成套技術(shù)，研發(fā)了功能完善、構(gòu)架先進且運行穩(wěn)定的云上LDAR 管理平臺及配套建檔和檢測APP，全面實現(xiàn)LDAR 管理、建檔、檢測、維修、核算及質(zhì)控全流程電子信息化。創(chuàng)建數(shù)字可視化拍照建檔技術(shù)，實現(xiàn)組件和密封點定位管理可視化、數(shù)字化和動態(tài)化更新，建檔過程高效快捷（500～600 點/人/天），較現(xiàn)有技術(shù)提高50%以上。創(chuàng)建手操圖像定位檢測技術(shù)，實現(xiàn)檢測全流程電子信息化、無紙化和單人操作，檢測過程動態(tài)圖像指引、自動記錄、檢測數(shù)據(jù)實時無線傳輸，大幅降低人為因素；在提高工作質(zhì)量的同時，檢測效率（500～800點/人/天）較現(xiàn)有技術(shù)提高50%以上。創(chuàng)建多層級線上質(zhì)控及內(nèi)控審核體系，覆蓋建檔和檢測環(huán)節(jié)，實現(xiàn)平臺智能審核及內(nèi)控審核規(guī)范化。創(chuàng)建路徑標識技術(shù)，輔助檢測路徑設(shè)計，大幅減少LDAR 標識牌數(shù)量，檢測路徑靈活定制。開發(fā)任意時段線上排放核算技術(shù)，全面覆蓋檢維修、開停工等特殊工況，核算過程符合國家規(guī)范要求，核算結(jié)果客觀、準確、合規(guī)。創(chuàng)建LDAR線上閉環(huán)管理工作流程，可結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)和環(huán)保管理特點及政府的要求量身定制，全面實現(xiàn)LDAR 全流程線上閉環(huán)管理。建立了VOCs 排放通量SOF 技術(shù)，定期監(jiān)測廠區(qū)VOCs排放總量及分布，評估LDAR等VOCs無組織排放控制效果[4]。第二代LDAR 較第一代LDAR技術(shù)進步如表1所示。

表1 第二代與第一代LDAR 主要技術(shù)指標對比

4 LDAR 技術(shù)升級暨第二代LDAR 應(yīng)用

自2018年起，在大連院的技術(shù)支持下，第二代LDAR技術(shù)已先后在3 家大型煉化企業(yè)完成試點，累計完成密封點建檔、檢測、維修、質(zhì)控、核算100余萬點，全面實現(xiàn)了LDAR全流程電子信息化管理和無紙化操作，支撐企業(yè)LDAR工作提質(zhì)增效。

4.1 搭建電子管理流，實現(xiàn)全流程線上閉環(huán)管理

針對煉化企業(yè)管理特點，結(jié)合LDAR 實施流程，創(chuàng)建了以自主實施為主、第三方實施為輔的閉環(huán)管理流程，全面覆蓋建檔、檢測、維修和質(zhì)控等全工作過程。兩種管理模式的適用范圍和管理流程設(shè)計如下：

1）針對技術(shù)力量充裕、保密要求高的煉化企業(yè)，創(chuàng)建了自主實施管理模式。基于LDAR 工作節(jié)點（包括計劃制定和審批、組織實施、結(jié)果審核和數(shù)據(jù)質(zhì)控等），結(jié)合企業(yè)LDAR管理制度，創(chuàng)建了企業(yè)資源計劃（ERP）電子管理流程，并嵌入LDAR 管理平臺，實現(xiàn)計劃下達、任務(wù)分配、過程質(zhì)控、維修實施等全工作流程自動流轉(zhuǎn)和線上閉環(huán)，其管理流程如圖1所示。

2）針對人力資源緊張的新建和合資企業(yè)，創(chuàng)建了第三方實施管理模式。由第三方單位負責(zé)LDAR建檔（更新）、檢測和復(fù)測流程，對其檢測質(zhì)量負責(zé)，并周期性提供檢測報告；企業(yè)負責(zé)LDAR質(zhì)量監(jiān)督和審核，并依據(jù)檢測結(jié)果組織泄漏維修。因此LDAR整體流程只涉及檢測和維修過程。

4.2 數(shù)字化拍照建檔，實現(xiàn)密封點動態(tài)可視化管理

密封點建檔是LDAR 工作的核心之一，也是檢測工作合規(guī)開展的重要基礎(chǔ)。第二代LDAR 技術(shù)采用數(shù)字化建檔方式，集成電子路徑、密封點圖像、屬性（包括設(shè)備/位置、物料、密封類型、工藝參數(shù)）等信息形成動態(tài)可視化密封點臺賬。整體建檔流程包括受控范圍識別、建檔/檢測路徑優(yōu)化、屬性模型建立、圖像信息采集、密封點標識、合規(guī)性審查和數(shù)據(jù)入庫等，具體流程如下：

1）基于裝置工藝管道及儀表流程圖（PID）、工藝模擬流程圖（PFD）、設(shè)備一覽表和操作規(guī)程，開展受控物料分析，完成受控管線和設(shè)備標識（PID標識），并建立豁免設(shè)備和管線清單。

2）基于設(shè)備平面布置情況，規(guī)劃采集路徑，現(xiàn)場懸掛路徑標識牌。路徑標識牌采用IC/ID電子卡（賦予唯一標識碼），并錄入所在位置裝置、區(qū)域、子區(qū)域和設(shè)備位號等基本信息，可用于控制周邊5～10 m范圍內(nèi)80～100個密封點。檢測過程通過手持終端讀取路徑標識牌調(diào)用受檢密封點相關(guān)圖像和信息。

3）基于受控范圍分析和采集路徑標識，采集裝置、區(qū)域、子區(qū)域、設(shè)備、物料和路徑等相關(guān)模型，導(dǎo)入LDAR管理平臺，供建檔過程直接調(diào)用。

4）同步LDAR管理平臺和建檔手持終端，導(dǎo)入密封點建檔模型。

5）依據(jù)規(guī)劃的采集路徑開展密封點圖像信息采集（即組件），手持終端直接調(diào)用相關(guān)模型完成組件的定義。

6）組件圖像采集后，可在PC 端或手持終端開展密封點標識，標識完成后同步生成密封點圖像定位信息和密封點屬性臺賬，可通過手持終端回傳至LDAR管理平臺。

7）密封點圖像和屬性信息經(jīng)工藝審核修訂后（ERP審核流程），錄入數(shù)據(jù)庫。

與傳統(tǒng)建檔方式（掛牌和靜態(tài)圖片）相比，該建檔方式有以下技術(shù)優(yōu)勢：基于路徑定位密封點，進一步提升了密封點管理效率和路徑編輯的便捷性，有利于后期檢測路徑優(yōu)化。采集過程直接調(diào)用屬性模型，大幅減少重復(fù)性工作，確保屬性信息真實、準確。同步生成密封點圖像信息和屬性臺賬，數(shù)字化動態(tài)標識，可快速編輯和修訂密封點信息，進一步提升了密封點更新和管理效率，便于工藝變更和設(shè)備檢測維修后的臺賬調(diào)整。綜合運用電子路徑標識和密封點圖像信息指導(dǎo)檢測定位，實現(xiàn)檢測過程動態(tài)、直觀和準確定位。檢測臺賬通過路徑掃碼調(diào)用，在一定程度上起到檢測質(zhì)控作用。

4.3 無紙化泄漏檢測與質(zhì)控，全面提升檢測數(shù)據(jù)質(zhì)量

目前國內(nèi)外LDAR 檢測主要以便攜式火焰離子化檢測儀（FID）手工檢測為主，尚未完全實現(xiàn)電子信息化，檢測過程人工記錄，缺失有效檢測時間，線下質(zhì)控脫節(jié)，后期數(shù)據(jù)整理工作量大，上傳滯后，數(shù)據(jù)可追溯性不強。針對上述問題，第二代LDAR 技術(shù)進一步優(yōu)化檢測流程，開發(fā)數(shù)字化記錄和傳輸方法，強化過程質(zhì)控和數(shù)據(jù)審核，大幅降低檢測人為因素，實現(xiàn)檢測過程高效規(guī)范、數(shù)據(jù)結(jié)果真實有效、檢測過程可查可追溯。具體實施情況如下：

1）開發(fā)移動檢測終端，構(gòu)建數(shù)字化檢測流程。基于Android系統(tǒng)開發(fā)檢測管理APP，集成檢測任務(wù)下載、檢測數(shù)據(jù)讀取記錄、過程質(zhì)控、數(shù)據(jù)上傳等功能，實現(xiàn)LDAR數(shù)據(jù)從PC端—手持終端FID 檢測儀無縫對接，檢測過程智能指引、檢測結(jié)果自動記錄、數(shù)據(jù)結(jié)果一鍵回傳，全過程人為因素大幅降低，實現(xiàn)單人檢測。

2）建立多級質(zhì)控管理流程，檢測數(shù)據(jù)全程可追溯。檢測質(zhì)控管理包括系統(tǒng)自動質(zhì)控和結(jié)果人工審核，其中自動質(zhì)控又分為檢測過程質(zhì)控和檢測結(jié)果質(zhì)控兩類。過程質(zhì)控包括集成儀器校準、偏移控制、氣象數(shù)據(jù)收集、背景值采集等功能，關(guān)聯(lián)檢測結(jié)果與質(zhì)控數(shù)據(jù)；依據(jù)檢測技術(shù)規(guī)范，建立質(zhì)控判定數(shù)據(jù)模型（如操作流程、數(shù)據(jù)讀取時間、校準結(jié)果合規(guī)性等），通過系統(tǒng)計算和比對實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)自動判定和操作指示。結(jié)果質(zhì)控指搭建偏移檢測質(zhì)控模型，結(jié)合質(zhì)控數(shù)據(jù)，自動核查儀器狀態(tài)，進而篩選、判定檢測數(shù)據(jù)的有效性。人工審核指檢測結(jié)果通過系統(tǒng)自動質(zhì)控后，數(shù)據(jù)在檢測管理ERP中流轉(zhuǎn)，通過各節(jié)點人工審核確認后實現(xiàn)最終入庫。

3）搭建檢測抽檢和評估模塊，強化檢測質(zhì)控與維修落實。建立定期抽檢機制，由監(jiān)管部門主持開展對比檢測，重點覆蓋已維修密封點和易漏密封點，抽檢結(jié)果與企業(yè)最近一輪檢測結(jié)果進行對比，綜合評定現(xiàn)場檢測質(zhì)量和維修效果。

4.4 創(chuàng)建線上排放核算方法，實現(xiàn)任意時段泄漏統(tǒng)計與評估

針對傳統(tǒng)LDAR 排放核算人工操作、核算結(jié)果誤差大、不滿足中點法要求等問題，開發(fā)了基于相關(guān)方程法、篩分范圍法和排放系數(shù)法的線上排放核算技術(shù)，合規(guī)采用中點法精準計算排放量，每日檢測數(shù)據(jù)上傳后實時更新，實現(xiàn)了任意時間節(jié)點的動態(tài)統(tǒng)計。

基于線上排放核算方法，可實時跟蹤設(shè)備泄漏情況，橫向?qū)Ρ炔煌b置設(shè)備泄漏管控情況，縱向?qū)Ρ萔OCs排放控制效率。以某企業(yè)4套示范裝置2018年（技術(shù)升級前）和2019年（技術(shù)升級后）泄漏排放數(shù)據(jù)為例（見表2），可以看出，盡管2019年重建密封點臺賬后，4 套裝置密封點數(shù)量增加12.2%～34.3%（新增循環(huán)氫、含油污水集輸設(shè)施、VOCs收集治理設(shè)施等密封點），但總體排放量下降了20.6%～63.4%（平均值為35.1%）。值得注意的是，現(xiàn)有文獻中對LDAR 減排效率的分析多基于兩種不同的核算方法，即開展LDAR工作前采用因子法計算排放量，開展LDAR 工作后采用相關(guān)方程法計算[8]，未考慮兩種方法的系統(tǒng)誤差。本次數(shù)據(jù)對比采用同一核算體系，實測點位采用相關(guān)方程法，不可達點采用篩分范圍法和排放系數(shù)法。對比結(jié)果客觀說明，通過應(yīng)用第二代LDAR 技術(shù)，實施技術(shù)、管理和平臺升級，對煉化企業(yè)設(shè)備泄漏控制和VOCs 減排具有顯著效果。

表2 某企業(yè)2018—2019年泄漏排放量對比

5 結(jié)語

中國石化在國內(nèi)較早開展石化企業(yè)LDAR 開發(fā)與應(yīng)用，創(chuàng)建了“統(tǒng)一規(guī)劃，自主實施為主，第三方服務(wù)為輔”的多維工作模式、產(chǎn)學(xué)研有機結(jié)合的研發(fā)與技術(shù)支持體系、自主知識產(chǎn)權(quán)的LDAR平臺及信息化管理體系，為國有大型石化企業(yè)探索和實踐出符合國情的LDAR 技術(shù)進步和管理創(chuàng)新之路。第二代LDAR 成套技術(shù)合規(guī)先進、管理閉環(huán)、質(zhì)控嚴謹、核算精準、過程可溯，全面實現(xiàn)LDAR技術(shù)與質(zhì)量升級，有效提升設(shè)備管理水平、控制物料泄漏并降低VOCs 排放。石化企業(yè)全面推廣應(yīng)用第二代LDAR 技術(shù)后，可將LDAR 工作質(zhì)量和效率提升至國際先進水平。