金業(yè)海,陶彥彥,陳春燕,李武,劉玉鳳,朱國宗
(1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司安全環(huán)保質(zhì)量管理部,山東 東營 257091;2.東營市萬和節(jié)能科技有限公司,山東 東營 257091;3.東營華泰化工集團有限公司,山東 東營 257091;4.東營九千安全技術服務有限公司,山東 東營 257091)
泄漏檢測修復(LDAR)技術是國家生態(tài)環(huán)境部積極推進實施的一項重要工作。為貫徹落實2013年9月13日國務院印發(fā)《大氣污染防治行動計劃》和2014年12月17日國家生態(tài)環(huán)境部印發(fā)《石化行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合整治方案》的要求,依據(jù)GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》[1]、2016年5月17日生態(tài)環(huán)境部環(huán)境工程評估中心編制說明的《石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南》和中國石油化工集團公司企業(yè)標準 Q/SH 0546—2012《石化裝置揮發(fā)性有機化合物泄漏檢測規(guī)范》等規(guī)范和標準,筆者提倡在氯堿行業(yè)全面開展LDAR工作,逐步減少設備、工藝管線泄漏點,以達到國家環(huán)保部門要求的控制氯堿企業(yè)無組織有機揮發(fā)物排放,凈化空氣、節(jié)約資源的目的。
針對氯堿企業(yè)生產(chǎn)裝置的閥門、法蘭、連接件、泵、泄壓設備、儲罐人孔、呼吸口等密封處,開展泄漏檢測與修復工作。
(1)根據(jù)PID圖、平面圖、工藝說明、動靜設備臺賬等資料對需要進行LDAR的裝置區(qū)、儲罐區(qū)的密封點進行建庫、編號,并現(xiàn)場確認。
(2)根據(jù)定義的泄漏濃度,對已經(jīng)確認編號的密封點,采用檢測儀器進行VOCs泄漏檢測,發(fā)現(xiàn)VOCs泄漏點,并給出定量檢測的濃度值。
(3)按照規(guī)范規(guī)定,及時對泄漏點進行修復。
(4)將檢測的數(shù)據(jù)錄入LDAR信息管理系統(tǒng)內(nèi),并進行密封點、泄漏點分類統(tǒng)計,對裝置密封點排放量進行評估。
(5)對已經(jīng)修復好的泄漏點進行復檢,并記錄復檢結果,錄入LDAR信息管理系統(tǒng),計算修復后的密封點排放量。
技術路線主要分為4個階段,詳見圖1。
圖1 泄漏檢測與修復技術路線圖表
所收集資料包括企業(yè)基本資料、政策與法規(guī)、LDAR技術3部分,主要內(nèi)容和用途見表1~表3。
3.2.1 檢測方法
參照20世紀80年代初期美國環(huán)保署(EPA)定義的《方法21—揮發(fā)性有機物泄漏檢測》(以下簡稱“《方法21》”)中的要求,逐個檢測有機物料工藝線路上的泵、壓縮機、閥門、連接器、開口管線等設備和管閥件的泄漏排放濃度。
表1 企業(yè)基本資料Table 1 Basic information of enterprise
檢測數(shù)量須滿足:處于運行狀態(tài)的泵、壓縮機全測,調(diào)節(jié)閥不少于在運行總數(shù)的50%,手閥、連接器、開口管線、卸壓設備的檢測數(shù)量視現(xiàn)場實際情況而定。
表2 政策與法規(guī)Table 2 Rules and regulations
根據(jù)《石油化工工業(yè)污染物排放標準》要求規(guī)定,在泄漏排放源表面測得VOCs濃度值超過2 000 μmol/mol就表示存在泄漏。
3.2.2 檢測儀器、設備
紅外熱像儀:非接觸式檢測設備,通過探測物體本身散發(fā)的紅外光并將其轉(zhuǎn)化為電信號,進而在顯示器上生成熱圖像。
有機物氣體分析儀(Phx21):采用火焰離子檢測器(FID)技術,專為《方法21》設計。
防爆相機:可近距離拍攝裝置、管件密封點。
Phx21測定范圍:0~5×10-2;線性精度:對1×10-2的甲烷標準氣體,偏差小于2.5×10-6。
3.2.3 泄漏量估算方法
氯堿企業(yè)生產(chǎn)過程中無組織排放的主要污染物是無機物,也夾雜有少量有機物,排放點多且分散,排放的污染物濃度變化較大[2]。
研究表明,氯堿企業(yè)VOCs排放總量中,管線組件和儲罐的泄漏排放約占76%[3]。
表3 LDAR檢測技術Table 3 LDAR detection technology
氯堿企業(yè)LDAR的揮發(fā)性有機物排放速率按《方法21》關聯(lián)公式法進行計算,其排放閾值>50 000 μmol/mol,公式及相關計算數(shù)據(jù)詳見表4。
表4 氯堿企業(yè)LDAR部分揮發(fā)性有機物排放速率計算表Table 4 Calculation of some LDAR organic volatiles emission rate in chlor-alkali enterprises
(1)根據(jù)LDAR工作程序,首先進行檢測點位(密封點)的識別與編號。檢測點位(密封點)識別須對待檢測裝置所有的組件進行編號,編號數(shù)據(jù)必須保證檢測點位(密封點)的唯一性。在對檢測點位(密封點)現(xiàn)場識別的過程中,根據(jù)收集的資料,在氯堿企業(yè)工作人員的幫助下剔除免檢管道和組件,如非VOCs管道、非指定類型組件等,并將其編號信息記錄在案。具體的檢測點位(密封點)識別及編號工作流程如圖2所示。
(2)熟悉廠區(qū)環(huán)境 ,劃分工藝區(qū)域。
(3)根據(jù)廠區(qū)PID圖確認物料流程和管線,按照裝置拍照規(guī)則對裝置密封點進行拍照。
(4)對圖片上的密封點進行編號:結合企業(yè)氯堿生產(chǎn)工藝路線,識別與定位上述流程和管線上的設備和管閥件,根據(jù)現(xiàn)場資料、化工工藝和管線介質(zhì)剔除不需要檢測的組件。
(5)記錄設備與組件基本信息(廠區(qū)、區(qū)域、工藝裝置、樓層、所屬設備、元件類型、流體類型、編號等),包括應檢測的點位和剔除的點位。
圖2 檢測點位(密封點)識別及編號工作流程
(6)對上述組件信息進行處理,按編號規(guī)范進行編號。
(7)利用專業(yè)軟件建立LDAR數(shù)據(jù)庫,將編號信息輸入數(shù)據(jù)庫。
具體泄漏檢測設備及組件編號規(guī)范見《LDAR實施中的密封點識別及編號規(guī)則》。
根據(jù)已經(jīng)確定編號的檢測點位,制定檢測路徑和完成時間,再對各檢測點位進行定量檢測,當發(fā)現(xiàn)檢測點位存在VOCs泄漏時,采用Phx21對泄漏點位進行定量檢測,并準確、完整的記錄數(shù)據(jù)。具體實施路線如圖3所示。
圖3 泄漏檢測實施路線
3.4.1 泄漏檢測前準備工作
(1)檢測作業(yè)區(qū)域內(nèi)氣象條件的適宜性。
(2)儀器設備校準,主要包括零點、量程、示值誤差、響應時間、重復性等。其中定量檢測儀器校準主要包括以下幾方面:① 進入現(xiàn)場前,打開Phx21,檢查儀器氫氣的量和儀器電量;② 示值誤差測定<10%;③ 相應時間測試<30 s;④ 采用零氣、標準氣等,對儀器進行校準;⑤ 進行重復性測試;⑥ 當天檢測任務完成后,檢測人員回到校驗氣所在的地點,對儀器進行漂移校驗,方法與檢測前儀器校驗一致,若漂移的誤差小于10%,表明檢測數(shù)據(jù)有效。
3.4.2 定量檢測步驟
3.4.2.1 檢測步驟
(1)在檢測前,距離排放源2 m遠處上風向和下風向移動采樣探頭,測定排放源周圍空氣中的VOCs濃度作為背景濃度記錄。
(2)將探測器的進氣口放置在可能發(fā)生泄漏的組件表面。
(3)沿著組件表面緩慢移動探測器觀察儀器的讀數(shù)變化。
(4)若觀察到儀器的讀數(shù)變大,緩慢持續(xù)地對泄漏接口處進行采樣,直到獲得最大的讀數(shù)。
(5)讓探測器停留在最大讀數(shù)位置兩倍于儀器的響應時間。
(6)將檢測到的最大讀數(shù)作為結果記錄。
檢測探頭在待測部件的最小滯留時間見表5所示。
3.4.2.2 常見設備檢測方法
(1)閥門。將探頭置于閥桿與填料函壓蓋接合處的表面1 cm 距離內(nèi),繞閥桿周圍作圓周形檢測,然后將探頭放置于法蘭部位,并在其外圍移動進行檢測??赡馨l(fā)生泄漏的閥體各部件的所有接合處的表面都應檢測到。
(2)法蘭及其他連接件。焊接法蘭應將探頭置于法蘭墊圈外部邊緣1 cm距離內(nèi),沿著法蘭進行圓周檢測。其他類型的非永久連接(如螺紋連接、法蘭焊縫等)也采用同樣的檢測軌跡。
表5 檢測探頭在待測部件的最小滯留時間Table 5 Minimum retention time of detection probe
(3)泵。在泵的軸桿和密封座接合處外表面進行圓周形來回移動檢測。對于旋轉(zhuǎn)軸,探頭定位于離軸桿密封1 cm距離內(nèi)進行檢測。如果密封結構妨礙沿旋轉(zhuǎn)軸進行圓周軌跡檢測,則對所有可測部位進行檢測。泵室和其他可能發(fā)生泄漏的部件接合處都應檢測到。
(4)壓縮機。在壓縮機的軸桿和密封座接合處外表面進行圓周形來回移動檢測。對于旋轉(zhuǎn)軸,探頭定位于離軸桿密封1 cm距離內(nèi)進行檢測。如果密封結構妨礙沿旋轉(zhuǎn)軸進行圓周軌跡檢測,則對所有可測部位進行檢測。對于壓縮機的油系統(tǒng)可在其加油孔處、放油孔處、呼吸閥處進行移動檢測。對于進、排氣閥可在其外圍1 cm距離內(nèi)移動進行檢測。其他可能發(fā)生泄漏的部件接合處都應檢測到。
(5)泄壓裝置。多數(shù)泄壓裝置因其構造原因,無法在其密封座處進行檢測,對那些具有封閉外罩的裝置,將探頭置于其開口處與空氣接觸區(qū)域的中心位置進行檢測。
(6)開口閥或開口管線。將探頭置于其開口處與空氣接觸區(qū)域的中心部位進行檢測。
(7)密封系統(tǒng)和緩沖罐的呼吸口。將探頭置于其開口處與空氣接觸區(qū)域的中心部位進行檢測。
(8)人孔密封。將探頭置于人孔蓋密封接合處表面,沿人孔蓋外緣1 cm距離內(nèi)進行來回移動檢測。
當檢測過程中,發(fā)現(xiàn)有組件檢測值超過泄漏閾值2 000 μmol/mol,檢測人員應盡快與企業(yè)LDAR負責人取得聯(lián)系,安排設備維修。在檢測到泄漏后5天內(nèi),企業(yè)需進行首次嘗試維修,并將過程中的數(shù)據(jù)錄入管理系統(tǒng)中。在首次嘗試維修后泄漏仍未消除,需進行再次維修或與監(jiān)管部門協(xié)商將組件移入延遲維修清單中。最終維修的期限為自發(fā)現(xiàn)泄漏之日起15天內(nèi)。若由于技術或工藝限制,組件泄漏維修只能在停工檢修時進行,則企業(yè)經(jīng)監(jiān)管部門同意后,可將組件移入延遲維修清單中,相關信息需在管理系統(tǒng)中報備。VOCs泄漏點的修復與控制應遵循氯、氫氣、鹽酸氣等尾氣回收利用與常規(guī)修復、末端治理相結合的原則。
(1)氯、氫氣、鹽酸氣等可回收利用主要是建立尾氣收集系統(tǒng),采用吸附、冷凝或吸附+冷凝工藝的系統(tǒng)修復方法,將尾氣中的VOCs進行去除,剩余廢氣達標后排入大氣。
(2)常規(guī)修復是采取緊、封、堵、卡等措施減少設備及組件VOCs的泄漏。采取修復措施要根據(jù)裝置運行情況而定。在裝置不停工條件下維修措施主要包括:增加預緊力,增加堵帽,增加第二道閥,更換墊片、生料帶、打卡具,帶壓堵漏等。對于高溫狀態(tài)或者短時間難于修復的泄漏點采取掛紅牌警示或者氮封吹掃的方法。對不能停工又急于維修的泄漏點采取帶壓堵漏技術。不同泄漏密封設備的具體處理措施見表6。
表6 不同泄漏密封設備的具體處理措施Table 6 Measures to handle different leak of seal equipment
(3)末端治理指在對生產(chǎn)裝置排放的含VOCs工藝廢氣不能(或不能完全)回收利用、排放的廢氣中VOCs濃度太低,無回收價值及應急情況下的泄廢氣可導入火炬經(jīng)充分燃燒后排放。
對于已證實存在巨大VOCs泄漏量的裝置設備,建議修復控制措施須注重改進生產(chǎn)工藝,采用清潔生產(chǎn)技術,提高原料的轉(zhuǎn)化和利用效率。
在企業(yè)裝置泄漏點修復后5日內(nèi),對泄漏點再次進行檢測,以驗證修復效果,并記錄復檢的結果,進行分析。
為了加強泄漏檢測與修復的數(shù)據(jù)管理與分析,在企業(yè)環(huán)保管理信息系統(tǒng)內(nèi)建立LDAR數(shù)據(jù)管理平臺,通過管理軟件對各種動態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)定性、分類分析,建立檢測點狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。通過對檢測數(shù)據(jù)分析,繪制重點易泄漏單元、設備或管線的泄漏歷史曲線,根據(jù)歷史曲線,確定最大概率泄漏發(fā)展趨勢。根據(jù)對檢測管理動態(tài)數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計分析結果,用計算機繪制生產(chǎn)裝置逸散性泄漏的濃度分布圖,確定物料泄漏可能的影響范圍。最終實現(xiàn)泄漏檢測與修復的全方面管理,有效減少VOCs排放。
現(xiàn)場采集泄漏點位的泄漏數(shù)據(jù)應及時輸入LDAR數(shù)據(jù)管理網(wǎng)絡進行LDAR的計算和管理,輸入的泄漏數(shù)據(jù)應確保泄漏點位的唯一性。泄漏檢測與修復管理系統(tǒng)的主要功能如下。
(1)篩選與搜索包括:檢測點編號、校準記錄、定量檢測記錄、紅外檢測記錄、重液檢測記錄、待維修泄漏點、維修泄漏點、延遲維修泄漏點。
(2)統(tǒng)計與分析包括:檢測點數(shù)量、泄漏點數(shù)量、泄漏率、泄漏檢測值的統(tǒng)計與分析。
(3)泄漏量計算:依照時間段、檢測點類型、工藝區(qū)域、介質(zhì)、介質(zhì)狀態(tài)、制造商等因素計算檢測點的泄漏量。
(4)數(shù)據(jù)導入與導出:檢測導入數(shù)據(jù),導出為excel文件。
(5)報告出具與打印:日報告、季度報告、年度報告,排放量計算報告等。
(6)權限管理與遠程登陸包括:查看、編輯、審核、管理員等。
(7)其他:變更管理、申報系統(tǒng)。
工作流程如圖4所示。
(1)技術能力:掌握相關標準規(guī)范和技術要求,了解裝置工藝流程、PID圖、現(xiàn)場環(huán)境。
(2)專業(yè)培訓:對現(xiàn)場操作人員進行專業(yè)的培訓,達到熟練掌握儀器操作手冊內(nèi)容和待檢測氣體性質(zhì)、危險性、防護方法及應對措施。
(3)人員監(jiān)督:對現(xiàn)場工作人員進行有計劃、有重點、有記錄的監(jiān)督。
(1)對儀器設備建檔編號,并定期委托法定檢定機構校準檢測。
(2)定期按照設備使用說明書中的內(nèi)容,對設備進行維護保養(yǎng),如開機運行、電池充放電、更換傳感器等。
圖4 工作流程
(1)購買標準氣體瓶時要選擇合格供應商,并對購買的材料進行符合性驗收和技術性驗證。
(2)標準物資應該選用有證標準物資,檢查標準物資的名稱、編號、定值日期、定值方法、測量不確定度、有效期等信息。
(1)定期對使用的方法進行檢索查新和跟蹤,確保所使用的方法是最新的版本,確保檢測方法的有效性。
(2)使用方法應該經(jīng)過方法確認和論證評估。
在LDAR現(xiàn)場檢測過程中,要關注環(huán)境氣象條件是否符合檢測要求、周圍環(huán)境是否存在污染等。如果氣象條件不滿足檢測要求或存在環(huán)境污染,應停止作業(yè),避免給檢測結果造成不良影響。