魏自濤 云 箭 鄒麗蓉 茍進軍 姬 園 李 穎 王 磊

（1.中國石油長慶油田分公司第三采氣廠；2.中國石油集團安全環(huán)保技術研究院有限公司；3.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司）

0 引 言

揮發(fā)性有機物（VOCs）作為PM2.5的主要前驅物之一，其排放控制逐漸得到國家、地方政府和社會各界的廣泛關注。據(jù)相關研究表明，石化行業(yè)是VOCs主要人為排放源之一，其中無組織排放約占總排放量的三分之一甚至更高比例。設備的無組織排放是無意的損失，可能是由于正常磨損、部件裝配不當或不完整、材料規(guī)格不充分、制造缺陷、安裝或使用過程中的損壞、腐蝕、污染和環(huán)境影響造成的［1-2］。在頻繁的熱循環(huán)、振動或低溫環(huán)境下，部件的平均排放量往往更大。無組織排放不僅造成環(huán)境污染，而且引起原材料的加工損失，并可能引發(fā)各類安全事故，對其實施控制是實現(xiàn)VOCs減排的重要途徑。近年來，國家環(huán)保部和地方政府的法律法規(guī)相繼出臺，《中華人民共和國大氣污染防治法》要求將VOCs納入監(jiān)管，部分省市已對VOCs實施征收排污費。

1 概 況

1.1 天然氣處理廠VOCs管理現(xiàn)狀

蘇里格氣田天然氣處理廠涉及VOCs的生產(chǎn)設施主要有脫油脫水裝置、甲醇回收裝置、罐區(qū)、壓縮機房等存在的VOCs無組織排放的設備與管線，涉及的排放源主要有閥門、法蘭、管道連接設備、泵、壓縮機、卸壓裝置等。天然氣處理廠尚未對無組織排放VOCs進行管控。

在內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)保廳發(fā)布的《內(nèi)蒙古自治區(qū)2016年度大氣污染防治實施計劃》中，蘇里格氣田5座天然氣處理廠被列為VOCs整治工作重點企業(yè)，根據(jù)其物料衡算計算結果，5座天然氣處理廠排放量VOCs 7 550 t／a，減排目標 2 265 t／a，要 求開展LDAR項目。

1.2 LDAR技術體系

泄漏檢測與修復（LDAR）是指對工業(yè)生產(chǎn)全過程物料泄漏進行控制的系統(tǒng)工程。通過固定或移動式檢測儀器，定量檢測或檢查生產(chǎn)裝置中閥門等易產(chǎn)生VOCs泄漏的密封點，并在一定期限內(nèi)采取有效措施修復泄漏點，從而控制物料泄漏損失，減少對環(huán)境造成的污染。自20世紀80年代初以來，美國和歐盟通過LDAR技術的長期運行管理，大幅降低了化工和石化企業(yè)設備管件的VOCs無組織排放。美國為控制無組織排放（即閥門、連接器、泵、壓縮機等管道部件的排放）實施了LDAR計劃［3］，形成了較為完善的LDAR技術應用體系和管理模式，通過實施LDAR技術帶來的VOCs減排效益顯著［4］。以卡塔爾的工廠LDAR項技術應用效果為例，LDAR項目在的全面推廣應用保持了較低的泄漏率，有效地減少了約97%的VOCs無組織排放［5］。LDAR技術已成為目前國際控制VOCs無組織排放的最佳可行技術。

根據(jù)國家環(huán)保部《石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》相關要求，天然氣處理廠廠區(qū)內(nèi)流經(jīng)氣體／蒸汽、輕液、重液狀態(tài)下的VOCs所在設備、管道等均需建立LDAR組件臺賬。天然氣處理廠LDAR體系建設對象為脫油脫水裝置、甲醇回收裝置、罐區(qū)、壓縮機房涉及到VOCs的區(qū)域。天然氣處理廠VOCs檢測的泄漏閾值：氣體／蒸汽與輕液為2 000μmol／mol；重液為500μmol／mol。現(xiàn)階段我國泄漏檢測與修復技術尚處于探索階段，若不實施LDAR技術，按照全國各地區(qū)VOCs排污費收費標準中最低單價1.2元／當量計算，將來蘇里格氣田天然氣處理廠每年將繳納VOCs排污費954萬元。因此需開展VOCs泄漏檢測來核定天然氣處理廠VOCs的實際排放量，并通過建立LDAR技術管理體系對泄漏點進行控制。

2 LDAR技術管理體系建設

2.1 資料收集與工藝分析

裝置工藝分析的目的是查詢裝置涉及的全部物料屬性，依據(jù)“LDAR適用范圍判定原則”，對各工藝單元和設備管線及其物料進行審核和評估，初步確定LDAR項目的實施范圍。

2.2 圖紙分析與核對

圖紙分析與核對是在裝置工藝分析成果的基礎上，結合管線內(nèi)物質(zhì)相態(tài)的判斷，在工藝流程圖、管道儀表流程圖上將不同類型管道進行彩色標注、管線號標記，并對密封點數(shù)進行客觀預估。

2.3 排放源定位

在圖紙標記的基礎上通過掛Flag阻燃標記帶的方式，對納入LDAR項目的具體管線進行準確定位，并對在現(xiàn)場適用管線上的密封點進行拍照、Flag標記。即對納入LDAR項目范圍的管線，按照工藝流程方向，使用有編號的Flag標記帶進行標記，針對不同管線使用不同顏色標記，標記原則如表1所示，并記錄Flag號及其對應的所有信息（如管線號、管線內(nèi)物質(zhì)等），為建立排放源信息奠定基礎。

表1 排放源標記規(guī)范

2.4 組件掛牌、拍照與描述

將現(xiàn)場采集的每個Flag組件信息進行描述，并電子化，建立組件信息臺賬。信息臺賬包括組件類型、子類型、標簽號、尺寸大小、位置描述和其它信息等。并將這些信息導入到數(shù)據(jù)庫中，同時對每一類合規(guī)組件分配法規(guī)段。法規(guī)段中對各類組件的檢測方法、頻率、泄漏閾值、維修期限、最小檢測停留時間等進行了規(guī)定。檢測人員根據(jù)這些信息，迅速在現(xiàn)場找到檢測位置，并對相應的組件進行檢測。項目所用Tag牌示例、現(xiàn)場圖片建檔后示例見圖1。

圖1 項目所用Tag牌示例、現(xiàn)場圖片建檔后示例

2.5 確定檢測依據(jù)及LDAR技術泄漏量核算方法

2.5.1 檢測依據(jù)

結合天然氣處理廠生產(chǎn)工藝流程、設備設施等，對目前國內(nèi)外現(xiàn)行的相關標準進行對比分析，最后確定《石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》《泄漏和敞開液面排放的揮發(fā)性有機物檢測技術導則》、QSH 0546—2012《石化裝置揮發(fā)性有機化合物泄漏檢測規(guī)范》及美國環(huán)保署（EPA）出臺的Met hod 21中規(guī)定的檢測方法適合蘇里格天然氣處理廠，并應用相對應的檢測方法實施檢測。

2.5.2 LDAR技術泄漏量核算方法

現(xiàn)階段，中國針對泄漏檢測與修復的泄漏量核算方法主要參考EPA公布的4種核算方法，對石化、化工裝置設備及管閥件的泄漏排放量估算主要方法有平均排放系數(shù)法、篩選范圍系數(shù)法、相關曲線方程法、特殊設備相關系數(shù)法［6-7］。不同方法適用范圍及優(yōu)缺點對比見表2。

表2 不同方法適用范圍及優(yōu)缺點對比

目前，相關曲線方程法是國外石化、化工行業(yè)常用的計算方法，并且也是環(huán)保部出臺的《石化行業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》［8］所用的計算方法。

根據(jù)天然氣處理廠生產(chǎn)工藝流程、設備設施等生產(chǎn)實際，結合4種核算方法應用范圍，蘇里格氣田天然氣處理廠VOCs排放量實施LDAR技術后按平均排放系數(shù)法、相關曲線方程法進行綜合計算。

2.6 質(zhì)量控制

為確?，F(xiàn)場檢測過程的真實性及合規(guī)性，從“人、機、料、法、環(huán)”等要素進行綜合控制，尤其是控制其中的人員、設備等關鍵點［9-10］。

2.6.1 嚴格檢測人員檢測技能培訓

2.6.2 嚴格遵守操作規(guī)范

檢測人員現(xiàn)場檢測時，嚴格遵守操作規(guī)范，儀器使用之前，對儀器性能進行核查，以確保各項儀器性能指標滿足相應規(guī)定要求。每日現(xiàn)場檢測前和檢測結束后，均需對檢測儀器進行校準，確保當天檢測值有效。各類型組件檢測的滯留時間按照表3的規(guī)定執(zhí)行。確?，F(xiàn)場檢測過程符合規(guī)定。LDAR軟件系統(tǒng)正常運行后，應采用現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)采集軟件，進行任務下載及數(shù)據(jù)上傳工作，實現(xiàn)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)電子記錄，以確?，F(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)真實有效。

表3 檢測探頭在待檢組件的最小停留時間參考

2.6.3 嚴格檢測設備選型

在天然氣處理廠裝置中的密封點被分為兩類：常規(guī)檢測點、難于檢測點（DT M）。

常規(guī)檢測點指檢測員能用便攜式VOCs分析儀檢測得到的密封點，使用檢測儀TVA-2020。它可實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的實時采集和通過無線通訊直接上傳至LDAR項目管理系統(tǒng)平臺，還可協(xié)助控制檢測人員現(xiàn)場檢測操作的合規(guī)性，如：檢測時停留時間不足則檢測數(shù)據(jù)無效。

難于檢測點是指由于空間距離、隔離等物理因素或安全因素，難以或無法實施常規(guī)檢測的密封點，使用非常規(guī)檢測方法——目視檢查。

2.7 現(xiàn)場檢測

針對蘇里格氣田天然氣處理廠生產(chǎn)工藝流程、設備設施等，選擇出合適的檢測方法對脫油脫水裝置、甲醇回收裝置、罐區(qū)、壓縮機房等全面實施LDAR項目，共計檢測18 920個常規(guī)檢測點，84個非常規(guī)點位。根據(jù)國家環(huán)保部定義的泄漏閾值規(guī)定，首次檢測結果超過泄漏閾值的共有85個，泄漏率為0.45%，檢測值超過5 000μmol／mol有33個，見表4。

表4 密封點檢測值分布（按組件類型）

根據(jù)組件類型劃分，85個漏點中法蘭的泄漏率為61.2%，開口管線的泄漏率為22.4%，閥門的泄漏率為10.6%，連接件的泄漏率為5.9%。

市場環(huán)境的復雜性、多元化特征,使得對稻米品種與種植等方面的需求也呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢,例如稻米種植地專用化趨勢、稻米品種多元化趨勢。使用傳統(tǒng)防治白葉枯、稻飛虱等病害的技術手段，已經(jīng)難以滿足當前水稻生產(chǎn)的需求。此外，水稻種植中還出現(xiàn)了新的病原菌變異等情況,使得病蟲害防治對象也發(fā)生了變更。

2.8 建設LDAR泄漏管理數(shù)據(jù)庫平臺

2.8.1 LDAR項目組件統(tǒng)計

根據(jù)裝置Flag標記和掛Tag牌過程中建立的所有需檢測點的信息，按照組件類型差異、管線流經(jīng)物料相態(tài)差異兩方面對全部裝置納入LDAR項目的19 004個檢測點進行了統(tǒng)計分析。

2.8.2 LDAR數(shù)據(jù)庫平臺

在完成項目裝置工藝分析、物料核對和分析、排放源定位、組件描述和定位的基礎上，形成了“裝置組件信息基礎臺賬”。該臺賬包含所有組件的基礎信息及其相關的基礎信息，如：組件類型、尺寸、對應工藝管線號、介質(zhì)及其狀態(tài)、位置描述等。

同時建立了全面的、模塊化、可視化的VOCs排放控制數(shù)據(jù)管理平臺——蘇里格第*天然氣處理廠LDAR數(shù)據(jù)庫管理平臺。

該系統(tǒng)平臺能夠對組件信息、檢測信息、泄漏信息、修復信息和排放信息等進行高效管理，可實現(xiàn)以下功能：①通過采用工作計劃表的形式控制LDAR項目實施，確保每個組件可以及時檢測和維修；②根據(jù)LDAR實施的技術要求（如檢測頻率、泄漏濃度等），為維修人員制訂分階段推進的LDAR工作訂單，高效完成維修工作；③根據(jù)用戶自定需求，篩選、分析和導出所需的組件信息、檢測信息、維修信息、VOCs減排量的統(tǒng)計分析結果；④可定期導出用戶需要的報告并驗證其合規(guī)性。

3 檢測結果及分析

3.1 檢測結果分析

根據(jù)環(huán)保部出臺的《石化行業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》的要求，若不實施LDAR項目，則企業(yè)上報VOCs排放清單時，需要用平均排放系數(shù)法統(tǒng)計組件數(shù)目后進行估算。經(jīng)統(tǒng)計常規(guī)檢測點和DT M點位共計19 004個密封點的排放量，用平均排放系數(shù)法估算為67.194 t／a。由于蘇里格氣田實施了完整的LDAR項目，因此VOCs排放量按平均排放系數(shù)法、相關曲線方程法進行綜合計算，經(jīng)LDAR數(shù)據(jù)庫平臺計算，2017年蘇里格氣田5座天然氣處理廠VOCs排放量為6.174 t，85個泄漏點的排放量為4.262 t／a，占總體排放量的69.03%。如表5所示。

表5 總排放量及泄漏點排放量計算結果統(tǒng)計

3.2 泄漏維修及效果評估

3.2.1 泄漏維修

“蘇里格氣田然氣處理廠LDAR項目數(shù)據(jù)庫管理平臺”根據(jù)《石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》《設備泄漏揮發(fā)性有機物排放控制技術規(guī)范》及《石油化學工業(yè)污染物排放標準》中有關“修復”的規(guī)定，自動計算并分配維修任務，將維修工作訂單（如圖2所示）交付給被檢單位，被檢單位維修后再進行復測，并將相應維修操作、復測和延遲修復的信息上傳系統(tǒng)平臺中，實現(xiàn)維修工作的電子化追蹤和管理。

圖2 維修工單示例

3.2.2 泄漏效果評估

維修人員主要采取更換機封、緊固螺栓、緊固填料壓蓋等方式對85個泄漏點進行維修，根據(jù)85個泄漏點修復后的復測值，計算出實施LDAR后2017年年排放量為4.982 t，減排量為1.192 t／a，泄漏組件維修效果明顯。2018年排放量為2.834 t，減排量2.148 t，詳見表6。

表6 排放量及預計減排量

3.3 經(jīng)濟效益估算

根據(jù)地方環(huán)保局的物料衡算法，蘇里格氣田5座天然氣處理廠VOCs的排放量為7 550 t／a，若不實施完整的LDAR項目，統(tǒng)計19 004個密封點的排放量，用平均排放系數(shù)法估算排放量為67.194 t／a，由于蘇里格氣田實施了完整的LDAR管理體系，因此采用平均排放系數(shù)法、相關曲線方程法進行綜合計算排放量為6.174 t／a，維修泄漏點后2017年VOCs年排放量達到4.982 t，2017年減排量達到1.192 t。

若參考浙江、江蘇規(guī)定的VOCs排污收費政策，按照全國各地區(qū)21省市VOCs排污費收費標準中最低單價1.2元／當量計算，按環(huán)保局核算的排放量我廠每年將繳納VOCs排污費953.68萬元，實施LDAR后核算出的排放量，2017年排污費為0.63萬元，泄漏修復后節(jié)省排污費953.05萬元，如表7所示。

表7 經(jīng)濟效益估算

4 結 論

蘇里格氣田通過對天然氣處理廠開展LDAR項目，實踐證明泄漏檢測與修復技術是控制企業(yè)無組織排放的有效方法。建立LDAR管理體系，對無組織排放VOCs總量減排、改善環(huán)境、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟效益等具有重要意義。

1）提升了環(huán)保管理合規(guī)性，降低了行政處罰風險。通過開展LDAR技術管理體系建設，完成了項目建立、現(xiàn)場檢測及泄漏修復評估等工作，遵循了《中國人民共和國大氣污染防治法》及地方環(huán)保部門關于VOCs的管理要求，提升了環(huán)保管理合規(guī)性，降低了行政處罰風險。同時為地方環(huán)保部門將來核定VOCs排污權，制定總量控制政策等提供技術、數(shù)據(jù)支撐。

2）建立了蘇里格氣田天然氣處理廠VOCs LDAR管理體系。通過應用LDAR技術對天然氣處理廠無組織排放氣體進行管理，建設了“LDAR數(shù)據(jù)庫管理平臺”。該平臺與地方環(huán)保部門銜接，并根據(jù)LDAR實施技術規(guī)范，智能化制定檢測工作計劃，實現(xiàn)對檢測、維修情況進行電子化跟蹤和管理，定期出具符合用戶需求的相關報告并驗證其合規(guī)性，可對檢測點進行長期高效管理，實現(xiàn)了對檢測點的閉環(huán)管理。

3）降低泄漏損失量，減少安全隱患，保護環(huán)境。VOCs大多是易燃易爆物，且很多都是致癌、致畸、致突變物質(zhì)，VOCs泄漏會使工作場所產(chǎn)生有毒環(huán)境，爆炸環(huán)境，檢測并修復VOCs泄漏，降低了泄漏損失量，直接改善了崗位員工的工作環(huán)境，改善泄漏區(qū)域的空氣環(huán)境，減少了安全隱患，降低了爆炸風險，也保證了安全生產(chǎn)。