泄漏检测与修复技术在某天然气处理厂的应用

王教凯 孔祥军 张保华 谢 源 李明月

(中国海洋石油集团有限公司节能减排监测中心)

0 引 言

挥发性有机物(VOCs)指能够参与大气光化学反应的有机化合物，在大气污染中占据重要地位。研究显示，VOCs可在环境中生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)，是现阶段打赢蓝天保卫战，改善环境空气质量的重点管控污染物[1]。VOCs主要存在于企业原辅材料或产品中，且排放源较多。研究表明，我国典型行业(石化、炼油、涂装等)排放VOCs中无组织途径排放VOCs量占比大于60%，我国工业VOCs治理的要点在于减少无组织VOCs排放量[1]。

泄漏检测与修复(LDAR)工作的目的是对工业生产全过程有机物料泄漏进行系统管控，利用便携式检测设备定量、定性检测生产装置各类组件VOCs泄漏情况，并在规范要求的期限内开展修复，通过控制、减少企业密封组件VOCs排放量保护环境[2]。经过近几年的工作实践与发展，针对LDAR工作的开展要求和质控措施日益完善。环境主管部门相继颁布了炼油、石化、涂料等重点行业的VOCs排放标准，并对各行业不同组件的LDAR检测工作提出具体要求[3]。生态环境部出台了《2020年挥发性有机物综合治理攻坚方案》，督促企业严格落实无组织排放控制要求，突出抓好企业排查整治和生产管理，并在全国范围内开展夏季VOCs治理攻坚行动[1]。研究表明，LDAR技术已在炼油、石化等重点行业企业广泛应用，且VOCs排放量管控效果明显[4-6]，但LDAR在油气开采、处理等炼油行业上游企业的实践案例较少，无必要的用于工作参考的指导性案例。

本文依据生态环境部发布的相关行业规范要求对某天然气处理厂动静密封点组件开展LDAR工作，对密封点组件信息、现场检测数据、泄漏组件修复情况进行分析统计，核算各装置不同类型密封点组件的泄漏率、修复成功率及VOCs排放量，以期为国内上游油气开采、处理等行业企业治理VOCs无组织排放提供案例借鉴。

1 天然气处理厂概述

国内某天然气处理厂的主要功能是对上岸天然气进行处理、对凝析油进行稳定，处理后的天然气管道外输，处理后的凝析油装车外销。其中，天然气装置最大处理能力为26×108m3/a、凝析油装置最大处理能力为2.5×104t/a。处理厂按上游物料来源不同分为独立的东风天然气处理装置(以下简称DF装置区)和雷东天然气处理装置(以下简称LD装置区)，其主要生产设施包括天然气进站分离系统、天然气烃露点控制系统、脱CO2和脱水系统、天然气压缩冷却外输计量系统、凝析油稳定系统、凝析油储存装车系统、燃料气系统及配套公用设施。天然气处理厂工艺流程见图1。

图1 天然气处理厂工艺流程

2 LDAR工作实施流程

开展LDAR工作的基本方法与流程参照《石化企业LDAR工作指南》。①项目建立。调研、收集企业生产设备台账、物料流程图、PID(管道和仪表)图等资料，通过装置、设备及工艺物料的适合性分析，确定LDAR实施范围，对开展LDAR工作的组件进行识别、编码(定位、属性等描述)、建立台账。②现场检测。对已建立台账的密封点按照技术规范开展检测，记录并校准检测结果。③泄漏维修。对泄漏密封点(≥泄漏定义浓度)挂牌记录，并在标准规范要求的时间内开展修复。④数据统计与分析。按企业VOCs排放管理系统的要求，上传检测数据并开展统计、分析，核算设备与管线组件VOCs排放量，编制监测报告。

3 LDAR检测设备与VOCs排放量核算方法

检测设备：挥发性有机气体检测仪(美国phx-21)；FLIR红外热成像仪(美国)；防爆数码相机。

VOCs排放量核算参照方法：《石化行业挥发性有机物污染源排查工作指南》(环办[2015]104号)中关联方程法[1]，装置运行时间8 760 h/a。

4 数据统计与分析

4.1 密封点数量统计分析

4.1.1 密封点数量分装置统计

密封点数量分装置统计结果如表1所示，该天然气处理厂共拍摄组件照片790张，识别密封点总数为4 849个。现场泄漏浓度检测过程中，可达密封点采用便携式挥发性有机气体分析仪(美国phx-21)进行定量检测，不可达点采用FLIR红外热成像仪(美国)进行扫描定性检测。

表1 密封点数量分装置统计结果

4.1.2 密封点数量按组件类型统计

密封点数量按组件类型统计结果如表2所示，天然气处理厂所有装置中法兰、阀门和其他连接件的密封点最多，分别为2 387，1 323，978个，分别占密封点总数量的49.2%，27.3%，20.2%。三者总计占密封点总数量的96.7%。

表2 密封点数量按组件类型统计结果

4.2 泄漏密封点数量统计分析

4.2.1 泄漏密封点数量分装置统计

按照GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》、GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》等污染物排放标准的规定，泄漏浓度净检值≥2 000 μmol/mol(即ppm)的有机气体与挥发性有机液体流经的设备与管线组件被定义为泄漏密封点位。

泄漏密封点数量分装置统计结果如表3所示，天然气处理厂LDAR检测工作共发现泄漏点位23个，总体泄漏率为0.47%。其中，DF装置区泄漏密封点最多，为14个，泄漏率为0.90%。DF装置区相比其他装置泄漏率较高，主要原因为该装置区管线、设备内主要介质为天然气等轻质挥发性有机物，沸点低易挥发，导致在日常巡检中无法被及时发现并维修；另外该装置为一期投产装置，服役时间较长，管、阀、件变形、老化、龟裂等导致组件泄漏率较高。

表3 泄漏密封点数量分装置统计结果

4.2.2 泄漏密封点数量按组件类型统计

泄漏密封点数量按组件类型统计结果如表4所示，DF装置区阀门的泄漏点最多，为8个；LD装置区泄漏点最多的是阀门和压力释放设备，均为3个；储罐与装车区泄漏点主要是取样连接系统组件，为2个。所有装置中泄漏点数量最多的是阀门，为11个。但从泄漏率看，取样连接系统的泄漏率最高，为33.3%，阀门组件由于密封点数量基数较大，泄漏率为0.83%。

表4 泄漏密封点数量按组件类型统计结果

4.2.3 泄漏原因分析

通过对天然气处理厂开展泄漏检测工作，发现阀门、法兰的泄漏点数量较多。阀门组件泄漏部位主要是阀杆出函压盖处与函压盖下的环状螺栓密封。阀门经长时间工作，导致阀体填料与阀杆间的压力减弱，同时阀体填料也在不断的腐蚀、老化，易发生泄漏。法兰组件泄漏部位主要是法兰环状密封，法兰垫片长期使用后老化、龟裂，两侧管道受力不均等可导致垫片与法兰面产生空隙而发生泄漏[2]。取样连接系统与压力释放设备的泄漏率较高。取样连接系统由于经常进行取样开闭操作，易造成取样管阀件磨损松动，导致取样阀门处内漏。压力释放设备属于自动阀类，主要用于压力容器和管道上，对设备运行安全和员工人身安全起重要保护作用[4]。较大的压力释放设备泄漏点可提前发现安全隐患并采取措施，进而提高工艺和生产环境的安全性和可靠性。

4.3 VOCs排放量统计分析

4.3.1 超泄漏定义组件VOCs排放量按装置统计

超泄漏定义组件VOCs排放量按装置统计结果如表5所示，按装置运行时间8 760 h/a计算，可算出基于关联公式方法下的VOCs排放量。装置区所有泄漏密封点VOCs排放量为1.591 1 t/a。其中，LD装置区泄漏密封点VOCs排放量最高，为1.407 4 t/a，占厂区LDAR总泄漏排放量的88%。

表5 超泄漏定义组件VOCs排放量按装置统计结果

4.3.2 泄漏密封点VOCs排放量按组件类型统计

泄漏密封点VOCs排放量按组件类型统计结果如表6所示，所有装置泄漏密封点VOCs总排放量为1.864 9 t/a。其中，压力释放设备VOCs排放量最大，为1.093 2 t/a，占装置总排放量的58.60%；法兰、阀门和其他连接件泄漏密封点最多，共占96.7%，其VOCs排放量分别占总排放量的9.84%，13.40%，16.80%，共计40.04%；压力释放设备泄漏密封点占总数量的0.91%，但其VOCs排放量最大，占总排放量的58.60%。超泄漏定义密封点VOCs排放量为1.591 1 t/a，占总排放量的85.3%。

表6 泄漏密封点VOCs排放量按组件类型统计结果

4.4 泄漏密封点修复情况

企业生产人员对超泄漏定义密封点进行初次维修，维修完成经检测后对维修成功(低于泄漏定义浓度值)的密封点进行摘牌、清档；对暂时无法成功维修的密封点则将其纳入企业延迟维修清单，需最晚于下次装置停车(工)检修期间内完成修复。

4.4.1 泄漏密封点修复情况分装置统计

泄漏密封点修复情况分装置统计结果如表7所示，经过维修，共成功修复6个密封点，整体修复成功率为26.1%，LD装置区修复成功率较高，为42.9%。未维修成功的17个密封点待厂区开展停工检修时再采取换件等措施，因此将该类密封点记录在企业延迟维修清单，并按无组织排放标准要求报生态环境主管部门备案。

表7 泄漏密封点修复情况分装置统计结果

4.4.2 泄漏密封点修复情况按组件类型统计

泄漏密封点修复情况按组件类型统计结果如表8所示，所有装置中阀门泄漏密封点最多，共11个，通过维修，成功修复5个，修复成功率为45.4%；法兰与其他连接件泄漏密封点未维修成功，主要是因为两者锈蚀严重，无法通过简单的紧固达到修复的目的，只能在装置停工检修时更换组件。取样连接系统与压力释放设备事关取样与生产系统安全，其泄漏组件修复需经系统评价后进行。

表8 泄漏密封点修复情况按组件类型统计结果

4.4.3 修复效果分析

天然气处理厂对泄漏密封点位进行了维修，共成功修复6个密封点，按关联公式法计算，修复后装置区VOCs减排量见表9(统计检测的可达密封点)。

表9 泄漏密封点修复后减排量统计结果

通过开展对泄漏组件的修复，降低VOCs排放量0.000 1 t/a，减排率为0.01%。受天然气处理厂管线与设备内多为气态轻质物料所致，LDAR工作不停工维修修复成功率不高，进而导致动静设备密封点VOCs减排效果不够理想。但根据VOCs排放量统计结果来看，该厂在年中装置停工检修时进行泄漏密封点组件更换后，预计将获得较高的VOCs减排率。

5 结 论

1)对国内某天然气处理厂开展LDAR工作，共识别密封点4 849个，发现泄漏点位23个，总泄漏率为0.47%；通过泄漏密封点维修，共成功修复6个密封点，修复成功率为26.1%；基于关联公式法进行核算，该厂动静设备密封点VOCs排放量为1.864 9 t/a，经LDAR工作后，VOCs减排量为0.000 1 t/a，减排率为0.01%。

2)该天然气处理厂常见的泄漏密封点组件类型为阀门、法兰与连接件，企业在日常生产管理上需重点关注该类型密封点的运行状况，制定检测计划，按照规范要求定期开展LDAR工作。

3)天然气处理厂LDAR工作不停工维修修复成功率不高，导致动静设备密封点VOCs减排效果不理想。预计该厂进行泄漏密封点组件更换后将获得较高的VOCs减排率。