基于气分装置案例的LDAR减排效果影响因素识别

刘桂霞 宁 淼 杨清霞(.北京同普绿洲环境科技有限公司，北京 00070；.环境保护部环境规划院，北京 000)

基于气分装置案例的LDAR减排效果影响因素识别

刘桂霞1宁 淼2杨清霞1
(1.北京同普绿洲环境科技有限公司，北京 100070；2.环境保护部环境规划院，北京 100012)

本文基于炼化企业三套气分装置泄漏检测数据及排放量核算的案例分析，评估了应用LDAR技术对石化企业密封点泄漏排放的减排效果，通过分析案例中不同气分装置的泄漏排放特点及泄漏排放来源，识别影响LDAR减排效果的主要因素。案例研究表明，实施LDAR对石化企业密封点的泄漏排放减排效果显著，三套气分装置密封点VOCs泄漏排放减少30%～70%不等；开口阀或开口管线及阀门是一类较易发生泄漏的密封点；超量程泄漏密封点和不可达点是发生泄漏排放的主要来源；而首测识别泄漏点之后，对泄漏点特别是严重泄漏点的修复时限、修复效果和采取的修复措施是影响LDAR减排效果的关键因素。

泄漏检测与修复；减排效果；影响因素；气分装置

1 引 言

炼化生产装置在运行过程中，设备密封点泄漏产生的无组织排放时有发生，不仅会造成加工损失、能源损耗，而且还会污染环境，甚至可能引发火灾、爆炸、中毒等事故。据美国环保署估算，设备泄漏产生的排放约占炼油厂原油加工量的0.01%[1]。目前，国际上应用泄漏检测与修复(Leak Detection and Repair，LDAR)技术对工业生产全过程物料泄漏实施控制[3]，及时发现存在泄漏的设备组件，通过实施维修或更换配件等方式实现减排的目的。本文通过核算三套案例气分装置(以下简称“气分1”、“气分2”和“气分3”)实施LDAR前后VOCs泄漏排放量，评估实施LDAR技术对石化企业设备密封点VOCs泄漏排放的减排效果，同时分析了影响密封点VOCs泄漏排放和LDAR减排效果的主要因素，为更大程度发挥LDAR技术的减排作用、提高石化企业的精细化管理水平，减少密封点VOCs无组织排放指明了方向。

2 研究方法

2.1 案例装置

案例研究的三套气分装置分别为：气分1，设计规模为10万t/a，装置年运行时数为8760h；气分2，设计规模为30万吨/年，装置年运行时数为8000h；气分3，设计规模为30万吨/年，装置年运行时数为8760小时。气分原料为催化脱硫后液化气，通过前脱丙烷工艺流程进行分离，主要产品为丙烯、丙烷、轻碳四、碳五等；气分装置的主要设备有脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯精馏塔等。气分装置基本原理是利用被分馏的各组分不同的挥发度，即各组分在同一压力下的不同沸点将其分离，通过部分气化和部分冷凝，使气相中轻组分和液相中重组分浓度提高，从而使得混合物得到分离。

2.2 主要方法

LDAR实施的主要流程为：前期结合工艺图纸及现场考察确定受控区域；对受控区域图纸进行分色标记，区分物料状态；考虑到气分装置属石油炼制生产装置，项目案例响应因子对检测值的影响忽略不计；采用火焰离子化检测仪(FID)的挥发性有机气体分析仪对受控区域设备组件进行检测[2-3]，记录净检测值；对超过泄漏控制浓度的密封点维修并进行再次复测。本文三套气分装置泄漏控制浓度全部按国家相关排放标准要求执行，即当净检测值≥500μmol/mol时认定为发生泄漏。

案例中三套气分装置密封点泄漏排放量核算是以现场记录的净检测值为基础数据，估算装置密封点泄漏排放量[3-4]，其中可达点利用相关方程法计算排放量，不可达点采用筛选范围法及平均排放系数法进行核算。实施LDAR的主要流程与技术方法见图1。

图1 实施LDAR的流程与方法

3 结果分析

3.1 实施LDAR的减排效果评估

气分1受控密封点2，657个，其中可达点2，436个，不可达点221个；首测检出泄漏点67个；气分2受控密封点3，986个，其中可达点3，476个，不可达点510个；首测检出泄漏点112个；气分3受控密封点8，370个，其中可达点6，371个，不可达点1，999个；首测检出泄漏点43个。三套案例气分装置首测中可达点排放量占主导地位，不可达点排放量维修前后没发生变化，这是由于不可达点并未参与维修复测过程，排放量的计算基于筛选范围法和平均排放系数而得到的，所以排放量前后不变。维修后不可达点的排放量是发生排放的重要原因。

从图2可以看出，气分1、气分2和气分3开展LDAR项目管理后，减排效果十分明显，尤其是气分2减排率达到73.48%，在企业的积极配合下，通过三次在线维修起到良好的减排效果。

图2 维修前后可达点和不可达点对排放量的贡献

3.2 组件类型及泄漏排放量对比

为了从组件类型、泄漏区间等层面剖析泄漏排放的来源，以下取气分1、气分2和气分3首测检测数据进行对比分析。气分装置设备组件中法兰和阀门数量最多[6]，气分1和气分2法兰和阀门均占其总密封点80%左右，符合典型的石油炼制企业生产装置特点。但气分3连接件就占其总密封点的81.9%，这主要是由于气分3空冷器较多造成。排除空冷器的影响，从图3可知看出，三套气分装置具有以下共同点：一是受控密封点中，组件类型占比最大的均为法兰；二是非泄漏点排放量占比最大的均为阀门；三是动密封如开口阀或开口管线、阀门相对于静密封连接件、法兰等更容易泄漏。

图3 不同组件类型的排放情况

对于排放量，由表1和图3可知，除与密封点数量及组件排放速率密切相关外，还与泄漏点数量及泄漏浓度直接相关，这一点在气分2组件开口阀和开口管线数据体现突出。如图3所示，开口阀或开口管线数量占总密封点的5.09%，但其排放量占总排放量的26.47%。三套气分装置泄漏点的排放量对总排放量的贡献较大。

表1 维修前后泄漏点分布情况

如图4所示，气分1、气分2和气分3的平均泄漏率分别为1.73%、2.81%和0.51%，但开口阀或开口管线的泄漏率十分突出，分别为14.29%、18.23%和15.63%，远高于国内平均水平，分析原因：查阅资料发现三套气分装置投产时间久，说明存在设备组件老化、失效等问题，且开口阀或开口管线并未使用减少排放的措施，如焊接盲板或丝堵进行封闭，从而导致泄漏严重[7]。

图4 不同组件类型的泄漏情况

3.3 各泄漏浓度区间的VOCs排放量对比

由图5可知，气分1、气分2和气分3 VOCs泄漏排放主要来自净检测值≥50，000μmol/mol区间内的密封点，即发生超量程泄漏的密封点，占比分别达到80.92%、73.76%和48.14%；此外不可达点发生排放也是总排放量的重要来源。

表2 各泄漏浓度区间的VOCs排放量占比(%)

注：X代表净检测值，单位：μmol/mol。

三套气分装置净检测值≥50000μmol/mol的泄漏点数量仅均占其总密封点数不足2%，但由此造成的挥发性有机化合物排放量占总排放量的48%以上。因此，发生超量程泄漏的密封点(即净检测值>50000μmol/mol)在排放量构成中起主要作用，是造成设备泄漏损失的重要组成部分。

3.4 影响LDAR减排效果的因素分析

由于三套气分装置密封点数量不一致，为了对比其维修前后排放量情况，探讨影响减排因素，本文取三套装置的平均单点排放量进行对比，结果如图5所示。可知：气分1、气分2和气分3首测单点排放量分别为11.57kg/a、16.67 kg/a和1.84kg/a，实施维修后复测单点排放量分别为5.63 kg/a、4.42 kg/a和1.29kg/a；首测单点排放量：气分3<气分1<气分2，复测后单点排放：气分3<气分2<气分1。从一定程度上说明：首测前，气分3日常维护更为理想；维修后复测，气分2比气分1维修效果更好；气分3受控密封点点数远大于其它两套气分装置，而泄漏点数小于其它两套气分装置，导致气分3的单点排放量维修前后均小于气分1和气分2，但其维修效果并不甚理想。

图5 维修前后单点排放量对比

气分1维修前后单点减排率达到51.29%，气分2维修前后单点减排率达到73.48%，气分3维修前后单点减排率达到29.81%；气分2 的减排效果更好。究其原因，气分1经过一次维修，有46个泄漏点修复成功，未修复的泄漏点中还有9个严重泄漏点，由于受在线修复技术的限制，其余点列入延迟维修计划单，这是造成减排幅度小的重要原因；气分2经过3次维修有105个泄漏点修复成功，未修复的7个泄漏点中有4个严重泄漏点，所以说明通过企业的多次修复对于实现减排有重要的影响；气分3经过一次维修有25个泄漏点修复成功，未修复的泄漏点中有6个严重泄漏点，这6个严重泄漏点中有4个点由于受在线修复技术的限制未进行维修，而且由于修复时间延迟导致复测时泄漏点检测值也有不同程度的增加，泄漏日趋严重。这说明石化企业对泄漏点(尤其是严重泄漏点)修复的时限及修复的努力程度对LDAR的减排效果至关重要。

4 结 论

实施LDAR是减少石化企业泄漏VOCs无组织排放的关键技术手段和管理途径，案例研究表明，实施LDAR后三套气分装置密封点VOCs泄漏排放减少30%-70%不等。“十三五”期间，石化企业应全面推进LDAR，按照国家相关标准及规范要求，建立LDAR管理制度及信息管理平台，持续开展LDAR工作。

生产装置密封点泄漏与很多因素密切相关[7]，如生产时间不同、受控区域密封点类型不同、管线流经物料相态不同、所属企业管理不同、设备维修维护程度不同、选择设备制造商不同等；本文案例研究表明，开口阀或开口管线及阀门是石油炼制企业较易发生泄漏的密封点，而超量程泄漏密封点和不可达点是发生泄漏排放的主要来源。

对比不同气分装置实施LDAR的减排效果，发现首测识别泄漏点之后，能及时进行多次修复的，减排效果较为显著；而延迟修复或者未对严重泄漏点进行修复的，减排效果大大降低，甚至会出现泄漏排放日趋严重的问题。修复时限、修复频次和采取的修复措施是影响LDAR减排效果的关键因素。

[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]中华人民共和国环境保护部.《石化行业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]中华人民共和国环境保护部.《石化行业泄漏检测与修复技术工作指南》[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]杨大卫.石化化工装置泄漏检测与修复措施[J].广州化工， 2013， 41(5)：165-167.

[7]邹兵，李鹏，高少华， 等.炼化装置泄漏检测与修复(LDAR)现状及发展趋势[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

项目资助：国家自然科学基金重点项目“ 区域空气质量管理机制创新研究”(批准号：71433007)

刘桂霞，硕士，主要研究方向为石化行业挥发性有机物排放排查与治理

宁淼，副研究员，博士，主要研究方向为城市复合型大气污染控制技术与政策

X21

A

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

引用文献格式：刘桂霞 等.基于气分装置案例的LDAR减排效果影响因素识别[J].环境与可持续发展，2017，42(1)：166-169.