石化企业设备动静密封点挥发性有机物泄漏管控研究

刘安琪 赵东风 王嘉麟 段潍超 孙慧

摘      要： 设备动静密封点泄漏是石化企业挥发性有机物（Volatile Organic Compounds， VOCs）排放的重要源项。采用国家环保部发布的核算方法，核算了我国北方两家企业设备动静密封点的泄漏情况，并提出泄漏管控措施。结果表明：石化企业的动静密封点主要为法兰、连接件、阀门，其数量可占到95%以上。在管控过程中，应加强对以气体和轻液为主要物料的装置、设备的管理，并应加强动密封点、开口管线、泄压设备的检测频率，在设备检测与修复过程（Leak Detection and Repair，LDAR）中应尽可能检测由于物理空间因素导致难以检测的密封点，发现泄漏后应及时修复并保证修复的成功率，从源头控制、过程控制、末端治理、管理控制的角度实现设备动静密封点泄漏的全过程精细化管控。

关  键  词：VOCs;动静密封点;石化企业;过程管控

中图分类号：X 511       文献标识码： A       文章编号： 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VOCs污染源排查工作指南》[1]（下简称《VOCs指南》）列举的设备动静密封点VOCs（Volatile Organic Compounds）泄漏核算办法是国家层面唯一认可的核算方法，也是《挥发性有机物排污收费试点办法》[2]对石化行业实施VOCs收费的唯一核算依据。由于《VOCs指南》于2015年11月17日正式发布，国内石化企业参照该指南开展核算工作仅有不到1年的时间，且众多企业还在开展LDAR工作，鲜有实例借鉴的依据，另外，国内对LDAR的研究多为设备泄漏与修复技术规范体系[3-5]、操作方法[6]、等方面研究，鲜有对在大数据处理的基础上系统提出泄漏管控的报道[7，8]。

为实现LDAR过程中的全过程管控，有效控制设备动静密封点VOCs的排放。本研究将以我国北方典型的两家炼化企业合计70余万个受控密封点为例，采用《VOCs指南》的核算方法，计算、分析两家企业设备动静密封点的排放情况，并提出泄漏管控措施，以期为国内石化行业设备动静密封点VOCs泄漏的控制和治理提供支持。

1  石化企业设备动静密封点VOCs泄漏量估算方法

《VOCs指南》针对十类设备动静密封点，引入了实测法、相关方程法、筛选范围法和平均排放系数法四种估算方法。四种方法需开展的工作、核算准确度和工作成本依次减小，但核算结果的数值一般依次增加。该《指南》配合国务院、国家环保部等发布的其它文件[9-13]，共同构成了我国石化行业VOCs的管理体系。其管控理念为：从国家的角度统一检测方法、检测频率、核算方法，将包含设备动静密封点在内的VOCs排放纳入总量控制、排污收费、环境影响评价等环境管理中，驱动企业加大投入，通过全过程精细化管理，获得更多的实测数据，以采取更精确的核算方式，指导自身实现减排。各核算方法的比较如表1所示。

2  典型炼油企业基本情况

本研究以国内北方两家典型炼化企业为例，A、B两企业为其基本情况见表2。

两家企业的生产装置涵盖了几乎所有常见的炼油装置（常减压、延迟焦化、PSA、加氢裂化、烷基化、汽油加氢、催化裂化、气分、连续重整、汽柴油加氢、溶剂再生、硫磺回收、酸性水汽提等）以及橡胶、聚乙烯、1-己烯、间苯二甲酸、间二甲苯等化工装置。

3  结果分析及管控建议

3.1  关键密封点的管控

将两家企业所有可达密封点按照炼油装置和化工装置分别统计，各密封点数量见表3。

所有可达点采用相关方程法计算后，得到各密封点数量、排放量见表4和表5。

由表4和表5可得，无论是化工装置，还是炼油装置，法兰、连接件、阀门数量之和占到全厂密封点的95%以上，其排放量占比分别为74.51%（炼油装置）和87.25%（化工装置）。法兰、连接件、阀门的排放量无论是在数量上还是在排放量上，均为设备动静密封点VOCs排放的主要源项。

而从单点排放速率来看（如表6所示），搅拌器的单点排放率远高于其它密封点的排放速率。另外，法兰和连接件虽数量大，但其单点排放速率小于所有密封点单点排放速率的平均值，单点排放速率由大到小的排序前三位的密封点类型依次为，炼油装置：泄压装置、泵、开口管线，化工装置：搅拌器、泵、压缩机。

由于动密封点（搅拌器、泵、压缩机）、泄压装置、开口管线的数量远低于法兰、阀门、连接件的数量，而其单点排放速率之和又为法兰、阀门、连接件的数倍甚至数十倍（炼油装置6.7倍、化工装置87.32倍），从效率的角度考虑，建议企业加强对动密封点以及泄压装置和开口管线的管控，加强检测频率。

3.2  关键装置的管控

将A、B两家企业共计72套装置的密封点排放量（以年运行8 760 h计）汇总统计后，排放量大于10 t/a的装置见表7。

如表7所示，罐区的排放量在两个企业均为排放量最大的装置，这可能是因为企业的生产管理多集中在生产装置和储罐罐体本身，属疏于对罐区的进出料管线上的密封点（如进出料阀门、管线导淋/放空）以及储罐的其它密封点（如罐底的切水器、采样器、罐体的人孔、温度计或高低位报警的连接法兰等）的管理。

另外，计算结果显示，单个装置的泄漏量的大小与装置密封点数量、检测值大于10 000μmol/mol的点数并无直接相关的关系，排放量高的装置主要为以轻液、气体为主要原料、产品的装置。

建议企业在开展LDAR过程中，加强对以气体和轻液为主要物料装置的检测频率，提升该类装置设备的密封等级。

3.3  不可达点的管控

根据《VOCs指南》要求，对于不可达的未检测点的算法只有筛选范围法和平均排放系数法。两种算法均基于经验系数：筛选范围法是基于本装置法兰和连接件的的排放系数的核算方法，而平均排放系数法为基于行业内所有密封点的排放系数核算方法。该两种方法的核算结果往往远大于相关方程法的核算结果。

A企业采用相关方程法和采用筛选范围法+平均排放系数法的核算结果如表8所示。

A企业受控密封点共158 507个，其中高于平台2 m或高于地面5 m的密封点8 840个，如将所有密封点按照相关方程法计算，则全厂年排放量约167.33 t，如将8 840个难检点按照不可达点计算采用筛选范围法和平均排放系数法计算，则全厂年排放量约491.92 t。

因此，在检测过程中，对于由于距离因素导致的难以检测点，在满足相关检测要求、保证检测人员安全的情况下，尽可能通过仪器延长杆或搭脚手架等方式实现对由于距离因素导致的难检点的检测，以获得检测值，可大大减少核算量。

3.4  修复的必要性

A企业在开展LDAR过程中，将检测浓度>1 000μmol/mol的密封点定义为泄漏点，部分装置泄漏情况如表9所示。

由表9可知，A企业常减压、延迟焦化等装置的113 719个密封点共检出泄漏点1 434个，数量占比1.26%的泄漏点排放量占到所有密封点排放量的92.44%，修复后的排放速率仅为修复前的29.35%，以下一个8 760 h运行时间计算，可实现年减排量88.64 t。因此尽快修复泄漏点并保证修复成功率，可大大减少密封点的泄漏量。

3.5  其它管控建议

3.5.1  取消无作用的密封点

密封点的数量直接决定排放量的核算结果。如将无作用的密封点，借助检修等机会，在确保安全的情况下，通过焊接、移除等方式取消该密封点，则可减少排放量的计算结果。如：取消无作用的采样器、跨線阀、导淋阀等;某些阀门考虑采用焊接的方式与管线连接;排凝阀采用双阀控制等。

3.5.2  推广密闭采样的方式，逐步取缔开放采样系统，并保证密闭采样器的投用率

根据《VOCs指南》，对于开放式的采样点的排放计算采用平均排放系数法：“如果采样过程中排出的置换残液或气未经处理直接排入环境，按照‘取样连接系统和‘开口管线排放系数分别计算并加和。”A企业共有开放式采样器103个，采用密闭采样器后，每年实现VOCs减排14.9 t。

4  结束语

（1）我国设备动静密封点核算方法的主要思路为提供开放式的核算方法，驱动企业加大投入，通过全过程精细化管理，获得更多的实测数据，以采取更精确的核算方式，指导自身实现减排。

（2）石化企业的主要密封点类型为法兰、连接件、阀门，其数量可占到95%以上，排放量占比也超过50%;单点主要排放源强为动密封点、泄压设备和开口管线。从效率的角度考虑，建议企业加强对动密封点以及泄压装置和开口管线的管控，加强检测频率。

（3）以气体和轻液为主要物料的装置为石化企业设备动静密封点挥发性有机物泄漏的主要贡献源，建议提升该类装置设备的密封等级。

（4）筛选范围法和平均排放系数法核算的结果远大于相关方程法的核算结果，建议在LDAR开展过程中，尽可能多的检测由于距离因素导致的难以检测点，以获得密封点的检测浓度，采用相关方程法核算，避免因为算法选择引起的排放量偏大的情况。

（5）泄漏的密封点可贡献90%以上的排放量，及时修复并保证修复成功率，可使排放量下降数倍。

参考文献：

[1] 環境保护部.关于印发《石化行业VOCs污染源排查工作指南》及《石化企业泄漏检测与修复工作指南》的通知 [EB/OL]. （2015-11-18）[2019-03-15]http：//www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201511/t20151124_317577.htm.

[2] 财政部，国家发展改革委，环境保护部.关于印发《挥发性有机物排污收费试点办法》的通知[EB/OL]. （2015-06-18）[2019-03-15] http：//szs.mof.gov.cn/zhengwuxinxi/zhengcefabu/201506/t20150625_1261143.html？flyarg=2.

[3] 陈璐，张丽娜，周阳，等.挥发性有机物泄漏检测与修复技术规范体系的设想研究[J]. 环境科学与管理，2015，40（1）：5-9.

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[10] 环境保护部.关于印发《石化行业挥发性有机物综合整治方案》的通知[EB/OL]. （2014-12-05）[2019-03-15] http：//www.mee.gov.cn/ gkml/hbb/bwj/ 201412/t20141211_292842.htm.

[11] 环境保护部.HJ 733-2014 泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则[S].北京：中国环境科学出版社，2014.

[12] 环境保护部， 国家质量监督检验检疫总局.GB 31570-2015 石油炼制工业污染物排放标准[S]. 北京：中国环境科学出版社，2015.

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