石化企業(yè)設(shè)備動靜密封點揮發(fā)性有機(jī)物泄漏管控研究

劉安琪 趙東風(fēng) 王嘉麟 段濰超 孫慧

摘? ? ? 要： 設(shè)備動靜密封點泄漏是石化企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物（Volatile Organic Compounds， VOCs）排放的重要源項。采用國家環(huán)保部發(fā)布的核算方法，核算了我國北方兩家企業(yè)設(shè)備動靜密封點的泄漏情況，并提出泄漏管控措施。結(jié)果表明：石化企業(yè)的動靜密封點主要為法蘭、連接件、閥門，其數(shù)量可占到95%以上。在管控過程中，應(yīng)加強(qiáng)對以氣體和輕液為主要物料的裝置、設(shè)備的管理，并應(yīng)加強(qiáng)動密封點、開口管線、泄壓設(shè)備的檢測頻率，在設(shè)備檢測與修復(fù)過程（Leak Detection and Repair，LDAR）中應(yīng)盡可能檢測由于物理空間因素導(dǎo)致難以檢測的密封點，發(fā)現(xiàn)泄漏后應(yīng)及時修復(fù)并保證修復(fù)的成功率，從源頭控制、過程控制、末端治理、管理控制的角度實現(xiàn)設(shè)備動靜密封點泄漏的全過程精細(xì)化管控。

關(guān)? 鍵? 詞：VOCs;動靜密封點;石化企業(yè);過程管控

中圖分類號：X 511? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）09-2094-05

Abstract： VOCs from dynamic and static sealing points in petrochemical equipments is main source of volatile organic compounds emission in petrochemical industry. In this paper， by accounting method published by the ministry of environmental protection， the leakages of dynamic and static sealing points in the equipments in two companies in the north of China were accounted， and management and control measures were proposed. The result showed that static and static sealing points mainly involved in flanges， connections， valves， the amount of which stood for 95% of all the leakage points. The VOCs management and control measures should focus on equipment and facilities containing gas and light liquid with more frequent inspection to rotating seal， opening pipeline and pressure relief system. During leak detection and repair （LDAR）， the inaccessible seal points due to the special factors would be covered by any feasible methods， and the repair rates of leakage points should be maintained at a reasonable level， so that the fine management and control of whole process can be achieved by source control， process control， end control， and management control.

Keywords： Petrochemical refineries; Dynamic and static sealing points; VOCs; Whole-process fine management and control

《石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南》[1]（下簡稱《VOCs指南》）列舉的設(shè)備動靜密封點VOCs（Volatile Organic Compounds）泄漏核算辦法是國家層面唯一認(rèn)可的核算方法，也是《揮發(fā)性有機(jī)物排污收費試點辦法》[2]對石化行業(yè)實施VOCs收費的唯一核算依據(jù)。由于《VOCs指南》于2015年11月17日正式發(fā)布，國內(nèi)石化企業(yè)參照該指南開展核算工作僅有不到1年的時間，且眾多企業(yè)還在開展LDAR工作，鮮有實例借鑒的依據(jù)，另外，國內(nèi)對LDAR的研究多為設(shè)備泄漏與修復(fù)技術(shù)規(guī)范體系[3-5]、操作方法[6]、等方面研究，鮮有對在大數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上系統(tǒng)提出泄漏管控的報道[7，8]。

為實現(xiàn)LDAR過程中的全過程管控，有效控制設(shè)備動靜密封點VOCs的排放。本研究將以我國北方典型的兩家煉化企業(yè)合計70余萬個受控密封點為例，采用《VOCs指南》的核算方法，計算、分析兩家企業(yè)設(shè)備動靜密封點的排放情況，并提出泄漏管控措施，以期為國內(nèi)石化行業(yè)設(shè)備動靜密封點VOCs泄漏的控制和治理提供支持。

1? 石化企業(yè)設(shè)備動靜密封點VOCs泄漏量估算方法

《VOCs指南》針對十類設(shè)備動靜密封點，引入了實測法、相關(guān)方程法、篩選范圍法和平均排放系數(shù)法四種估算方法。四種方法需開展的工作、核算準(zhǔn)確度和工作成本依次減小，但核算結(jié)果的數(shù)值一般依次增加。該《指南》配合國務(wù)院、國家環(huán)保部等發(fā)布的其它文件[9-13]，共同構(gòu)成了我國石化行業(yè)VOCs的管理體系。其管控理念為：從國家的角度統(tǒng)一檢測方法、檢測頻率、核算方法，將包含設(shè)備動靜密封點在內(nèi)的VOCs排放納入總量控制、排污收費、環(huán)境影響評價等環(huán)境管理中，驅(qū)動企業(yè)加大投入，通過全過程精細(xì)化管理，獲得更多的實測數(shù)據(jù)，以采取更精確的核算方式，指導(dǎo)自身實現(xiàn)減排。各核算方法的比較如表1所示。

2? 典型煉油企業(yè)基本情況

本研究以國內(nèi)北方兩家典型煉化企業(yè)為例，A、B兩企業(yè)為其基本情況見表2。

兩家企業(yè)的生產(chǎn)裝置涵蓋了幾乎所有常見的煉油裝置（常減壓、延遲焦化、PSA、加氫裂化、烷基化、汽油加氫、催化裂化、氣分、連續(xù)重整、汽柴油加氫、溶劑再生、硫磺回收、酸性水汽提等）以及橡膠、聚乙烯、1-己烯、間苯二甲酸、間二甲苯等化工裝置。

3? 結(jié)果分析及管控建議

3.1? 關(guān)鍵密封點的管控

將兩家企業(yè)所有可達(dá)密封點按照煉油裝置和化工裝置分別統(tǒng)計，各密封點數(shù)量見表3。

所有可達(dá)點采用相關(guān)方程法計算后，得到各密封點數(shù)量、排放量見表4和表5。

由表4和表5可得，無論是化工裝置，還是煉油裝置，法蘭、連接件、閥門數(shù)量之和占到全廠密封點的95%以上，其排放量占比分別為74.51%（煉油裝置）和87.25%（化工裝置）。法蘭、連接件、閥門的排放量無論是在數(shù)量上還是在排放量上，均為設(shè)備動靜密封點VOCs排放的主要源項。

而從單點排放速率來看（如表6所示），攪拌器的單點排放率遠(yuǎn)高于其它密封點的排放速率。另外，法蘭和連接件雖數(shù)量大，但其單點排放速率小于所有密封點單點排放速率的平均值，單點排放速率由大到小的排序前三位的密封點類型依次為，煉油裝置：泄壓裝置、泵、開口管線，化工裝置：攪拌器、泵、壓縮機(jī)。

由于動密封點（攪拌器、泵、壓縮機(jī)）、泄壓裝置、開口管線的數(shù)量遠(yuǎn)低于法蘭、閥門、連接件的數(shù)量，而其單點排放速率之和又為法蘭、閥門、連接件的數(shù)倍甚至數(shù)十倍（煉油裝置6.7倍、化工裝置87.32倍），從效率的角度考慮，建議企業(yè)加強(qiáng)對動密封點以及泄壓裝置和開口管線的管控，加強(qiáng)檢測頻率。

3.2? 關(guān)鍵裝置的管控

將A、B兩家企業(yè)共計72套裝置的密封點排放量（以年運行8 760 h計）匯總統(tǒng)計后，排放量大于10 t/a的裝置見表7。

如表7所示，罐區(qū)的排放量在兩個企業(yè)均為排放量最大的裝置，這可能是因為企業(yè)的生產(chǎn)管理多集中在生產(chǎn)裝置和儲罐罐體本身，屬疏于對罐區(qū)的進(jìn)出料管線上的密封點（如進(jìn)出料閥門、管線導(dǎo)淋/放空）以及儲罐的其它密封點（如罐底的切水器、采樣器、罐體的人孔、溫度計或高低位報警的連接法蘭等）的管理。

另外，計算結(jié)果顯示，單個裝置的泄漏量的大小與裝置密封點數(shù)量、檢測值大于10 000μmol/mol的點數(shù)并無直接相關(guān)的關(guān)系，排放量高的裝置主要為以輕液、氣體為主要原料、產(chǎn)品的裝置。

建議企業(yè)在開展LDAR過程中，加強(qiáng)對以氣體和輕液為主要物料裝置的檢測頻率，提升該類裝置設(shè)備的密封等級。

3.3? 不可達(dá)點的管控

根據(jù)《VOCs指南》要求，對于不可達(dá)的未檢測點的算法只有篩選范圍法和平均排放系數(shù)法。兩種算法均基于經(jīng)驗系數(shù)：篩選范圍法是基于本裝置法蘭和連接件的的排放系數(shù)的核算方法，而平均排放系數(shù)法為基于行業(yè)內(nèi)所有密封點的排放系數(shù)核算方法。該兩種方法的核算結(jié)果往往遠(yuǎn)大于相關(guān)方程法的核算結(jié)果。

A企業(yè)采用相關(guān)方程法和采用篩選范圍法+平均排放系數(shù)法的核算結(jié)果如表8所示。

A企業(yè)受控密封點共158 507個，其中高于平臺2 m或高于地面5 m的密封點8 840個，如將所有密封點按照相關(guān)方程法計算，則全廠年排放量約167.33 t，如將8 840個難檢點按照不可達(dá)點計算采用篩選范圍法和平均排放系數(shù)法計算，則全廠年排放量約491.92 t。

因此，在檢測過程中，對于由于距離因素導(dǎo)致的難以檢測點，在滿足相關(guān)檢測要求、保證檢測人員安全的情況下，盡可能通過儀器延長桿或搭腳手架等方式實現(xiàn)對由于距離因素導(dǎo)致的難檢點的檢測，以獲得檢測值，可大大減少核算量。

3.4? 修復(fù)的必要性

A企業(yè)在開展LDAR過程中，將檢測濃度>1 000μmol/mol的密封點定義為泄漏點，部分裝置泄漏情況如表9所示。

由表9可知，A企業(yè)常減壓、延遲焦化等裝置的113 719個密封點共檢出泄漏點1 434個，數(shù)量占比1.26%的泄漏點排放量占到所有密封點排放量的92.44%，修復(fù)后的排放速率僅為修復(fù)前的29.35%，以下一個8 760 h運行時間計算，可實現(xiàn)年減排量88.64 t。因此盡快修復(fù)泄漏點并保證修復(fù)成功率，可大大減少密封點的泄漏量。

3.5? 其它管控建議

3.5.1? 取消無作用的密封點

密封點的數(shù)量直接決定排放量的核算結(jié)果。如將無作用的密封點，借助檢修等機(jī)會，在確保安全的情況下，通過焊接、移除等方式取消該密封點，則可減少排放量的計算結(jié)果。如：取消無作用的采樣器、跨線閥、導(dǎo)淋閥等;某些閥門考慮采用焊接的方式與管線連接;排凝閥采用雙閥控制等。

3.5.2? 推廣密閉采樣的方式，逐步取締開放采樣系統(tǒng)，并保證密閉采樣器的投用率

根據(jù)《VOCs指南》，對于開放式的采樣點的排放計算采用平均排放系數(shù)法：“如果采樣過程中排出的置換殘液或氣未經(jīng)處理直接排入環(huán)境，按照‘取樣連接系統(tǒng)和‘開口管線排放系數(shù)分別計算并加和?！盇企業(yè)共有開放式采樣器103個，采用密閉采樣器后，每年實現(xiàn)VOCs減排14.9 t。

4? 結(jié)束語

（1）我國設(shè)備動靜密封點核算方法的主要思路為提供開放式的核算方法，驅(qū)動企業(yè)加大投入，通過全過程精細(xì)化管理，獲得更多的實測數(shù)據(jù)，以采取更精確的核算方式，指導(dǎo)自身實現(xiàn)減排。

（2）石化企業(yè)的主要密封點類型為法蘭、連接件、閥門，其數(shù)量可占到95%以上，排放量占比也超過50%;單點主要排放源強(qiáng)為動密封點、泄壓設(shè)備和開口管線。從效率的角度考慮，建議企業(yè)加強(qiáng)對動密封點以及泄壓裝置和開口管線的管控，加強(qiáng)檢測頻率。

（3）以氣體和輕液為主要物料的裝置為石化企業(yè)設(shè)備動靜密封點揮發(fā)性有機(jī)物泄漏的主要貢獻(xiàn)源，建議提升該類裝置設(shè)備的密封等級。

（4）篩選范圍法和平均排放系數(shù)法核算的結(jié)果遠(yuǎn)大于相關(guān)方程法的核算結(jié)果，建議在LDAR開展過程中，盡可能多的檢測由于距離因素導(dǎo)致的難以檢測點，以獲得密封點的檢測濃度，采用相關(guān)方程法核算，避免因為算法選擇引起的排放量偏大的情況。

（5）泄漏的密封點可貢獻(xiàn)90%以上的排放量，及時修復(fù)并保證修復(fù)成功率，可使排放量下降數(shù)倍。

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