劉桂霞 寧 淼 楊清霞(.北京同普綠洲環(huán)境科技有限公司，北京 00070；.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 000)

基于氣分裝置案例的LDAR減排效果影響因素識別

劉桂霞1寧 淼2楊清霞1
(1.北京同普綠洲環(huán)境科技有限公司，北京 100070；2.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012)

本文基于煉化企業(yè)三套氣分裝置泄漏檢測數(shù)據(jù)及排放量核算的案例分析，評估了應(yīng)用LDAR技術(shù)對石化企業(yè)密封點(diǎn)泄漏排放的減排效果，通過分析案例中不同氣分裝置的泄漏排放特點(diǎn)及泄漏排放來源，識別影響LDAR減排效果的主要因素。案例研究表明，實(shí)施LDAR對石化企業(yè)密封點(diǎn)的泄漏排放減排效果顯著，三套氣分裝置密封點(diǎn)VOCs泄漏排放減少30%～70%不等；開口閥或開口管線及閥門是一類較易發(fā)生泄漏的密封點(diǎn)；超量程泄漏密封點(diǎn)和不可達(dá)點(diǎn)是發(fā)生泄漏排放的主要來源；而首測識別泄漏點(diǎn)之后，對泄漏點(diǎn)特別是嚴(yán)重泄漏點(diǎn)的修復(fù)時限、修復(fù)效果和采取的修復(fù)措施是影響LDAR減排效果的關(guān)鍵因素。

泄漏檢測與修復(fù)；減排效果；影響因素；氣分裝置

1 引 言

煉化生產(chǎn)裝置在運(yùn)行過程中，設(shè)備密封點(diǎn)泄漏產(chǎn)生的無組織排放時有發(fā)生，不僅會造成加工損失、能源損耗，而且還會污染環(huán)境，甚至可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒等事故。據(jù)美國環(huán)保署估算，設(shè)備泄漏產(chǎn)生的排放約占煉油廠原油加工量的0.01%[1]。目前，國際上應(yīng)用泄漏檢測與修復(fù)(Leak Detection and Repair，LDAR)技術(shù)對工業(yè)生產(chǎn)全過程物料泄漏實(shí)施控制[3]，及時發(fā)現(xiàn)存在泄漏的設(shè)備組件，通過實(shí)施維修或更換配件等方式實(shí)現(xiàn)減排的目的。本文通過核算三套案例氣分裝置(以下簡稱“氣分1”、“氣分2”和“氣分3”)實(shí)施LDAR前后VOCs泄漏排放量，評估實(shí)施LDAR技術(shù)對石化企業(yè)設(shè)備密封點(diǎn)VOCs泄漏排放的減排效果，同時分析了影響密封點(diǎn)VOCs泄漏排放和LDAR減排效果的主要因素，為更大程度發(fā)揮LDAR技術(shù)的減排作用、提高石化企業(yè)的精細(xì)化管理水平，減少密封點(diǎn)VOCs無組織排放指明了方向。

2 研究方法

2.1 案例裝置

案例研究的三套氣分裝置分別為：氣分1，設(shè)計規(guī)模為10萬t/a，裝置年運(yùn)行時數(shù)為8760h；氣分2，設(shè)計規(guī)模為30萬噸/年，裝置年運(yùn)行時數(shù)為8000h；氣分3，設(shè)計規(guī)模為30萬噸/年，裝置年運(yùn)行時數(shù)為8760小時。氣分原料為催化脫硫后液化氣，通過前脫丙烷工藝流程進(jìn)行分離，主要產(chǎn)品為丙烯、丙烷、輕碳四、碳五等；氣分裝置的主要設(shè)備有脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯精餾塔等。氣分裝置基本原理是利用被分餾的各組分不同的揮發(fā)度，即各組分在同一壓力下的不同沸點(diǎn)將其分離，通過部分氣化和部分冷凝，使氣相中輕組分和液相中重組分濃度提高，從而使得混合物得到分離。

2.2 主要方法

LDAR實(shí)施的主要流程為：前期結(jié)合工藝圖紙及現(xiàn)場考察確定受控區(qū)域；對受控區(qū)域圖紙進(jìn)行分色標(biāo)記，區(qū)分物料狀態(tài)；考慮到氣分裝置屬石油煉制生產(chǎn)裝置，項(xiàng)目案例響應(yīng)因子對檢測值的影響忽略不計；采用火焰離子化檢測儀(FID)的揮發(fā)性有機(jī)氣體分析儀對受控區(qū)域設(shè)備組件進(jìn)行檢測[2-3]，記錄凈檢測值；對超過泄漏控制濃度的密封點(diǎn)維修并進(jìn)行再次復(fù)測。本文三套氣分裝置泄漏控制濃度全部按國家相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行，即當(dāng)凈檢測值≥500μmol/mol時認(rèn)定為發(fā)生泄漏。

案例中三套氣分裝置密封點(diǎn)泄漏排放量核算是以現(xiàn)場記錄的凈檢測值為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，估算裝置密封點(diǎn)泄漏排放量[3-4]，其中可達(dá)點(diǎn)利用相關(guān)方程法計算排放量，不可達(dá)點(diǎn)采用篩選范圍法及平均排放系數(shù)法進(jìn)行核算。實(shí)施LDAR的主要流程與技術(shù)方法見圖1。

圖1 實(shí)施LDAR的流程與方法

3 結(jié)果分析

3.1 實(shí)施LDAR的減排效果評估

氣分1受控密封點(diǎn)2，657個，其中可達(dá)點(diǎn)2，436個，不可達(dá)點(diǎn)221個；首測檢出泄漏點(diǎn)67個；氣分2受控密封點(diǎn)3，986個，其中可達(dá)點(diǎn)3，476個，不可達(dá)點(diǎn)510個；首測檢出泄漏點(diǎn)112個；氣分3受控密封點(diǎn)8，370個，其中可達(dá)點(diǎn)6，371個，不可達(dá)點(diǎn)1，999個；首測檢出泄漏點(diǎn)43個。三套案例氣分裝置首測中可達(dá)點(diǎn)排放量占主導(dǎo)地位，不可達(dá)點(diǎn)排放量維修前后沒發(fā)生變化，這是由于不可達(dá)點(diǎn)并未參與維修復(fù)測過程，排放量的計算基于篩選范圍法和平均排放系數(shù)而得到的，所以排放量前后不變。維修后不可達(dá)點(diǎn)的排放量是發(fā)生排放的重要原因。

從圖2可以看出，氣分1、氣分2和氣分3開展LDAR項(xiàng)目管理后，減排效果十分明顯，尤其是氣分2減排率達(dá)到73.48%，在企業(yè)的積極配合下，通過三次在線維修起到良好的減排效果。

圖2 維修前后可達(dá)點(diǎn)和不可達(dá)點(diǎn)對排放量的貢獻(xiàn)

3.2 組件類型及泄漏排放量對比

為了從組件類型、泄漏區(qū)間等層面剖析泄漏排放的來源，以下取氣分1、氣分2和氣分3首測檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。氣分裝置設(shè)備組件中法蘭和閥門數(shù)量最多[6]，氣分1和氣分2法蘭和閥門均占其總密封點(diǎn)80%左右，符合典型的石油煉制企業(yè)生產(chǎn)裝置特點(diǎn)。但氣分3連接件就占其總密封點(diǎn)的81.9%，這主要是由于氣分3空冷器較多造成。排除空冷器的影響，從圖3可知看出，三套氣分裝置具有以下共同點(diǎn)：一是受控密封點(diǎn)中，組件類型占比最大的均為法蘭；二是非泄漏點(diǎn)排放量占比最大的均為閥門；三是動密封如開口閥或開口管線、閥門相對于靜密封連接件、法蘭等更容易泄漏。

圖3 不同組件類型的排放情況

對于排放量，由表1和圖3可知，除與密封點(diǎn)數(shù)量及組件排放速率密切相關(guān)外，還與泄漏點(diǎn)數(shù)量及泄漏濃度直接相關(guān)，這一點(diǎn)在氣分2組件開口閥和開口管線數(shù)據(jù)體現(xiàn)突出。如圖3所示，開口閥或開口管線數(shù)量占總密封點(diǎn)的5.09%，但其排放量占總排放量的26.47%。三套氣分裝置泄漏點(diǎn)的排放量對總排放量的貢獻(xiàn)較大。

表1 維修前后泄漏點(diǎn)分布情況

如圖4所示，氣分1、氣分2和氣分3的平均泄漏率分別為1.73%、2.81%和0.51%，但開口閥或開口管線的泄漏率十分突出，分別為14.29%、18.23%和15.63%，遠(yuǎn)高于國內(nèi)平均水平，分析原因：查閱資料發(fā)現(xiàn)三套氣分裝置投產(chǎn)時間久，說明存在設(shè)備組件老化、失效等問題，且開口閥或開口管線并未使用減少排放的措施，如焊接盲板或絲堵進(jìn)行封閉，從而導(dǎo)致泄漏嚴(yán)重[7]。

圖4 不同組件類型的泄漏情況

3.3 各泄漏濃度區(qū)間的VOCs排放量對比

由圖5可知，氣分1、氣分2和氣分3 VOCs泄漏排放主要來自凈檢測值≥50，000μmol/mol區(qū)間內(nèi)的密封點(diǎn)，即發(fā)生超量程泄漏的密封點(diǎn)，占比分別達(dá)到80.92%、73.76%和48.14%；此外不可達(dá)點(diǎn)發(fā)生排放也是總排放量的重要來源。

表2 各泄漏濃度區(qū)間的VOCs排放量占比(%)

注：X代表凈檢測值，單位：μmol/mol。

三套氣分裝置凈檢測值≥50000μmol/mol的泄漏點(diǎn)數(shù)量僅均占其總密封點(diǎn)數(shù)不足2%，但由此造成的揮發(fā)性有機(jī)化合物排放量占總排放量的48%以上。因此，發(fā)生超量程泄漏的密封點(diǎn)(即凈檢測值>50000μmol/mol)在排放量構(gòu)成中起主要作用，是造成設(shè)備泄漏損失的重要組成部分。

3.4 影響LDAR減排效果的因素分析

由于三套氣分裝置密封點(diǎn)數(shù)量不一致，為了對比其維修前后排放量情況，探討影響減排因素，本文取三套裝置的平均單點(diǎn)排放量進(jìn)行對比，結(jié)果如圖5所示?？芍簹夥?、氣分2和氣分3首測單點(diǎn)排放量分別為11.57kg/a、16.67 kg/a和1.84kg/a，實(shí)施維修后復(fù)測單點(diǎn)排放量分別為5.63 kg/a、4.42 kg/a和1.29kg/a；首測單點(diǎn)排放量：氣分3<氣分1<氣分2，復(fù)測后單點(diǎn)排放：氣分3<氣分2<氣分1。從一定程度上說明：首測前，氣分3日常維護(hù)更為理想；維修后復(fù)測，氣分2比氣分1維修效果更好；氣分3受控密封點(diǎn)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)大于其它兩套氣分裝置，而泄漏點(diǎn)數(shù)小于其它兩套氣分裝置，導(dǎo)致氣分3的單點(diǎn)排放量維修前后均小于氣分1和氣分2，但其維修效果并不甚理想。

圖5 維修前后單點(diǎn)排放量對比

氣分1維修前后單點(diǎn)減排率達(dá)到51.29%，氣分2維修前后單點(diǎn)減排率達(dá)到73.48%，氣分3維修前后單點(diǎn)減排率達(dá)到29.81%；氣分2 的減排效果更好。究其原因，氣分1經(jīng)過一次維修，有46個泄漏點(diǎn)修復(fù)成功，未修復(fù)的泄漏點(diǎn)中還有9個嚴(yán)重泄漏點(diǎn)，由于受在線修復(fù)技術(shù)的限制，其余點(diǎn)列入延遲維修計劃單，這是造成減排幅度小的重要原因；氣分2經(jīng)過3次維修有105個泄漏點(diǎn)修復(fù)成功，未修復(fù)的7個泄漏點(diǎn)中有4個嚴(yán)重泄漏點(diǎn)，所以說明通過企業(yè)的多次修復(fù)對于實(shí)現(xiàn)減排有重要的影響；氣分3經(jīng)過一次維修有25個泄漏點(diǎn)修復(fù)成功，未修復(fù)的泄漏點(diǎn)中有6個嚴(yán)重泄漏點(diǎn)，這6個嚴(yán)重泄漏點(diǎn)中有4個點(diǎn)由于受在線修復(fù)技術(shù)的限制未進(jìn)行維修，而且由于修復(fù)時間延遲導(dǎo)致復(fù)測時泄漏點(diǎn)檢測值也有不同程度的增加，泄漏日趨嚴(yán)重。這說明石化企業(yè)對泄漏點(diǎn)(尤其是嚴(yán)重泄漏點(diǎn))修復(fù)的時限及修復(fù)的努力程度對LDAR的減排效果至關(guān)重要。

4 結(jié) 論

實(shí)施LDAR是減少石化企業(yè)泄漏VOCs無組織排放的關(guān)鍵技術(shù)手段和管理途徑，案例研究表明，實(shí)施LDAR后三套氣分裝置密封點(diǎn)VOCs泄漏排放減少30%-70%不等?！笆濉逼陂g，石化企業(yè)應(yīng)全面推進(jìn)LDAR，按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求，建立LDAR管理制度及信息管理平臺，持續(xù)開展LDAR工作。

生產(chǎn)裝置密封點(diǎn)泄漏與很多因素密切相關(guān)[7]，如生產(chǎn)時間不同、受控區(qū)域密封點(diǎn)類型不同、管線流經(jīng)物料相態(tài)不同、所屬企業(yè)管理不同、設(shè)備維修維護(hù)程度不同、選擇設(shè)備制造商不同等；本文案例研究表明，開口閥或開口管線及閥門是石油煉制企業(yè)較易發(fā)生泄漏的密封點(diǎn)，而超量程泄漏密封點(diǎn)和不可達(dá)點(diǎn)是發(fā)生泄漏排放的主要來源。

對比不同氣分裝置實(shí)施LDAR的減排效果，發(fā)現(xiàn)首測識別泄漏點(diǎn)之后，能及時進(jìn)行多次修復(fù)的，減排效果較為顯著；而延遲修復(fù)或者未對嚴(yán)重泄漏點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)的，減排效果大大降低，甚至?xí)霈F(xiàn)泄漏排放日趨嚴(yán)重的問題。修復(fù)時限、修復(fù)頻次和采取的修復(fù)措施是影響LDAR減排效果的關(guān)鍵因素。

[1]U.S.Environmental Protection Agency. Assessment of Atmospheric Emissions from Petroleum Refining[S].USA:EPA，1980:600/2-80-075a-075d.

[2]U.S.Environmental Protection Agency. Method 21’Determination of Volatile Organic Compound Leaks[Z]. USA:EPA，1999:CFR40，Part 60.

[3]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》[EB/OL]. [2015-11-18]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201511/W020151124546327744099.pdf.[MEP.Searching guidance of VOCs pollution sources for petrochemical industry].

[4]U.S.Environmental Protection Agency.Emission Estimation Protocol for Petroleum Refineries[EB/OL].USA：EPA，[2015-04].https://www.epa.gov/ttn/chief/efpac/protocol.[5]中華人民共和國環(huán)境保護(hù)部.《石化行業(yè)泄漏檢測與修復(fù)技術(shù)工作指南》[EB/OL]. [2015-11-18]. http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201511/W020151124546328688845.pdf. [MEP. Work guidance of leak detection and repair for petrochemical industry.].

[6]楊大衛(wèi).石化化工裝置泄漏檢測與修復(fù)措施[J].廣州化工， 2013， 41(5)：165-167.

[7]鄒兵，李鵬，高少華， 等.煉化裝置泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].安全、健康和境，2013，13(2)：1-4.

Identification of Influential Factors of the LDAR Program on Emission Reduction Effect Based on Case Studies of Gas Separation Units

LIU Guixia1NING Miao2YANG Qingxia1
(1.Topoasis Environmental Technology Co.， Ltd，Beijing 100070； 2.Chinese Academy for Environmental Planning， Beijing 100012)

Based on the measurements and emission calculations of three gas separation units， this paper try to assess the effect of emission reduction of LDAR program. By analyzing the features and sources of the leak points of the three different gas separating units， this study try to identify the major influential factors of LDAR program on emission reduction. It shows that LDAR has obvious effects on VOCs emission reduction.The three units reduced VOCs emissions by 30%～70%， respectively， after implementing LDAR program.Open End or Valves is one type of equipment that is likely to leak.Emissions from the outranged points and non-accessible points account for the major part of total VOCs emissions.Repair of the leak points especially serious leak pints， time of repair， effect of repair and repairing measures taken are the key factors that affect the emission reduction.

Leak Detection of And Repair (LDAR)；Emission Reduction Effect; Influential Factors；Gas Separation Unit

項(xiàng)目資助：國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“ 區(qū)域空氣質(zhì)量管理機(jī)制創(chuàng)新研究”(批準(zhǔn)號：71433007)

劉桂霞，碩士，主要研究方向?yàn)槭袠I(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放排查與治理

寧淼，副研究員，博士，主要研究方向?yàn)槌鞘袕?fù)合型大氣污染控制技術(shù)與政策

X21

A

1673-288X(2017)01-0166-04

引用文獻(xiàn)格式：劉桂霞 等.基于氣分裝置案例的LDAR減排效果影響因素識別[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：166-169.