石化企业泄漏检测与修复技术开发与应用

李 龙，李凌波

（中石化（大连）石油化工研究院有限公司，辽宁大连 116045）

泄漏检测与修复（LDAR）技术是控制石化企业阀、泵、法兰、接头等设备密封泄漏挥发性有机物（VOCs）排放的最佳实用技术，这不仅是VOCs排放控制的法规要求，也是石化企业VOCs无组织排放核算和排污许可的基础。石化企业LDAR 是一项复杂的系统工程，美国是世界上最早开展LDAR的国家，经过30多年的发展，逐步建立了完善的法规、标准、规范和质量控制体系，形成了以专业第三方服务为主的市场化运行模式，注重LDAR 实施效果、质量提升和技术升级。欧盟、加拿大和日本等发达国家和地区，也先后建立了适用于本国生产力水平的LDAR 运行和管理模式，在石化企业VOCs 无组织排放和异味控制方面取得显著的效果[1]。

我国LDAR 工作起步较晚，完全照搬国外LDAR管理和运行模式不符合当前国内经济社会发展水平，且直接应用国外数据管理技术存在生产信息安全隐患，国情决定了国内LDAR 模式将是多元化的[2]。中国石化依托直属研究单位创建了自主实施工作模式，并自主研发了LDAR 技术、平台和管理体系，先后开发应用了第一代和第二代LDAR 技术，第二代LDAR 技术全面实现LDAR全流程电子信息化和数字化[3]；开发应用了红外掩日通量遥感监测技术（SOF），基于实测法评估了LDAR等VOCs无组织排放管控减排效果[4-5]。

1 第一代LDAR 技术开发及应用

2005年，中国石化直属科研单位启动了LDAR技术研究，在借鉴美国先进经验的基础上，针对国有企业人员充足且熟悉生产装置、LDAR 涉及企业生产信息安全的特点，创建了企业在直属研究院的技术支持下自主实施的工作模式，使中国石化在有效履行社会和环境责任的同时，实现了人员效率提升和降本增效。2021年，国家生态环境部发布《关于加快解决当前挥发性有机物治理突出问题的通知》，鼓励大型石化、化工企业以及化工园区成立检测团队，自行开展LDAR 工作或对第三方检测结果进行抽查。中国石化大连石油化工研究院（简称大连院）在2015年初开发完成自主知识产权的中国石化第一代LDAR成套技术，创建了中国石化LDAR 管理体系及技术规范，制订了《中国石化炼油LDAR操作与管理指南》《泄漏检测与修复（LDAR）操作手册（试行）》等管理与技术指南，规范了中国石化LDAR 管理、操作、密封点建库、泄漏检测、泄漏维修、数据管理、泄漏排放估算、审计审核、质量控制等工作，引领了国内相关技术与规范的发展；在国内外首创以组件为单位的密封点管理方法，采用组件挂牌、拍照和二者复合等3 种密封点定位、标识及采集模式，大幅提高了密封点基础信息采集和现场定位效率；创建并开发自主知识产权的LDAR信息化工作平台，实现LDAR 复杂体系的有序管理；产学研有机结合，集成中国石化系统内技术、管理和人力资源优势，形成中国石化特色LDAR管理体系及运行模式。

2015年初，中国石化部署了LDAR推广应用整体方案：企业是实施的主体，组建LDAR 管理领导小组和LDAR工作组，明确人员、职责、分工与协调机制；大连院和中国石化安全工程研究院（简称安工院）作为直属研究单位，负责技术支持与开发，以每家企业的一套典型炼化装置为示范，为炼化企业提供LDAR 技术支持；石化盈科负责开发、部署、培训和运维中国石化LDAR 信息管理平台。中国石化所属和控股的38家炼化企业按国家生态环境部时间要求完成LDAR 建点建库和首轮普查检测，VOCs及异味泄漏排放明显改善。

2 LDAR 技术与质量升级必要性

“十三五”期间，国内石化行业基本全面建立LDAR工作体系，初步满足了国家VOCs控制要求，但在LDAR平台、管理、技术和质量等方面仍不同程度存在问题[6-7]，距离合规、管用和高质高效尚有较大差距，数据质量也难以支撑大数据应用。

首先，作为LDAR 的指挥调度、数据存储、管理与核算中枢，LDAR 平台功能缺失（如可视化建档、手操检测、审核和管理流）、不完善（如计划管理、任意时间段排放核算等）、运行不稳定，难以有效实现LDAR 中枢管理和电子台账功能，是出现管理、检测和维修问题的根源。其次，LDAR 管理体系运行不畅，企业虽已初步建立LDAR 管理流程，但多部门协同分工不够细化，管理制度、岗位责任制和考核体系不完善，平台缺乏工作流管理，线上线下管理脱节，管理难以闭环；部分人员精简的企业委托第三方实施LDAR，存在工作质量不受控等问题。第三，技术不够先进，挂牌建档方式标识牌数量较多，定位不够直观，大修易丢失，运维困难；静态图片建档方式数字化和信息化水平较低，质量和效率不高；检测信息化不足，手操应用有限，多为两人操作，线下手动记录，人为因素影响较大。第四，质量保证/质量控制不健全、落实困难，台账建立和管理不规范、检测数据质量不受控等问题客观存在，其深层原因是平台功能和架构的完善性、成熟度和稳定性不足，技术落后，管理不到位。随着生态环保工作深入，VOCs 排放控制将进一步强化，环保标准将持续升级，LDAR 技术与质量升级需求迫切。有必要开发应用新一代LDAR 技术，以技术、平台和管理进步带动质量升级，保障LDAR 合规、高质和高效，从根本上消除环保隐患，为下一步大数据应用奠定基础。

3 中国石化第二代LDAR 技术开发

为进一步规范炼化企业LDAR 工作，提升LDAR 技术水平和工作质量，中国石化委托大连院开发了第二代LDAR 成套技术，研发了功能完善、构架先进且运行稳定的云上LDAR 管理平台及配套建档和检测APP，全面实现LDAR 管理、建档、检测、维修、核算及质控全流程电子信息化。创建数字可视化拍照建档技术，实现组件和密封点定位管理可视化、数字化和动态化更新，建档过程高效快捷（500～600 点/人/天），较现有技术提高50%以上。创建手操图像定位检测技术，实现检测全流程电子信息化、无纸化和单人操作，检测过程动态图像指引、自动记录、检测数据实时无线传输，大幅降低人为因素；在提高工作质量的同时，检测效率（500～800点/人/天）较现有技术提高50%以上。创建多层级线上质控及内控审核体系，覆盖建档和检测环节，实现平台智能审核及内控审核规范化。创建路径标识技术，辅助检测路径设计，大幅减少LDAR 标识牌数量，检测路径灵活定制。开发任意时段线上排放核算技术，全面覆盖检维修、开停工等特殊工况，核算过程符合国家规范要求，核算结果客观、准确、合规。创建LDAR线上闭环管理工作流程，可结合企业的生产和环保管理特点及政府的要求量身定制，全面实现LDAR 全流程线上闭环管理。建立了VOCs 排放通量SOF 技术，定期监测厂区VOCs排放总量及分布，评估LDAR等VOCs无组织排放控制效果[4]。第二代LDAR 较第一代LDAR技术进步如表1所示。

表1 第二代与第一代LDAR 主要技术指标对比

4 LDAR 技术升级暨第二代LDAR 应用

自2018年起，在大连院的技术支持下，第二代LDAR技术已先后在3 家大型炼化企业完成试点，累计完成密封点建档、检测、维修、质控、核算100余万点，全面实现了LDAR全流程电子信息化管理和无纸化操作，支撑企业LDAR工作提质增效。

4.1 搭建电子管理流，实现全流程线上闭环管理

针对炼化企业管理特点，结合LDAR 实施流程，创建了以自主实施为主、第三方实施为辅的闭环管理流程，全面覆盖建档、检测、维修和质控等全工作过程。两种管理模式的适用范围和管理流程设计如下：

1）针对技术力量充裕、保密要求高的炼化企业，创建了自主实施管理模式。基于LDAR 工作节点（包括计划制定和审批、组织实施、结果审核和数据质控等），结合企业LDAR管理制度，创建了企业资源计划（ERP）电子管理流程，并嵌入LDAR 管理平台，实现计划下达、任务分配、过程质控、维修实施等全工作流程自动流转和线上闭环，其管理流程如图1所示。

2）针对人力资源紧张的新建和合资企业，创建了第三方实施管理模式。由第三方单位负责LDAR建档（更新）、检测和复测流程，对其检测质量负责，并周期性提供检测报告；企业负责LDAR质量监督和审核，并依据检测结果组织泄漏维修。因此LDAR整体流程只涉及检测和维修过程。

4.2 数字化拍照建档，实现密封点动态可视化管理

密封点建档是LDAR 工作的核心之一，也是检测工作合规开展的重要基础。第二代LDAR 技术采用数字化建档方式，集成电子路径、密封点图像、属性（包括设备/位置、物料、密封类型、工艺参数）等信息形成动态可视化密封点台账。整体建档流程包括受控范围识别、建档/检测路径优化、属性模型建立、图像信息采集、密封点标识、合规性审查和数据入库等，具体流程如下：

1）基于装置工艺管道及仪表流程图（PID）、工艺模拟流程图（PFD）、设备一览表和操作规程，开展受控物料分析，完成受控管线和设备标识（PID标识），并建立豁免设备和管线清单。

2）基于设备平面布置情况，规划采集路径，现场悬挂路径标识牌。路径标识牌采用IC/ID电子卡（赋予唯一标识码），并录入所在位置装置、区域、子区域和设备位号等基本信息，可用于控制周边5～10 m范围内80～100个密封点。检测过程通过手持终端读取路径标识牌调用受检密封点相关图像和信息。

3）基于受控范围分析和采集路径标识，采集装置、区域、子区域、设备、物料和路径等相关模型，导入LDAR管理平台，供建档过程直接调用。

4）同步LDAR管理平台和建档手持终端，导入密封点建档模型。

5）依据规划的采集路径开展密封点图像信息采集（即组件），手持终端直接调用相关模型完成组件的定义。

6）组件图像采集后，可在PC 端或手持终端开展密封点标识，标识完成后同步生成密封点图像定位信息和密封点属性台账，可通过手持终端回传至LDAR管理平台。

7）密封点图像和属性信息经工艺审核修订后（ERP审核流程），录入数据库。

与传统建档方式（挂牌和静态图片）相比，该建档方式有以下技术优势：基于路径定位密封点，进一步提升了密封点管理效率和路径编辑的便捷性，有利于后期检测路径优化。采集过程直接调用属性模型，大幅减少重复性工作，确保属性信息真实、准确。同步生成密封点图像信息和属性台账，数字化动态标识，可快速编辑和修订密封点信息，进一步提升了密封点更新和管理效率，便于工艺变更和设备检测维修后的台账调整。综合运用电子路径标识和密封点图像信息指导检测定位，实现检测过程动态、直观和准确定位。检测台账通过路径扫码调用，在一定程度上起到检测质控作用。

4.3 无纸化泄漏检测与质控，全面提升检测数据质量

目前国内外LDAR 检测主要以便携式火焰离子化检测仪（FID）手工检测为主，尚未完全实现电子信息化，检测过程人工记录，缺失有效检测时间，线下质控脱节，后期数据整理工作量大，上传滞后，数据可追溯性不强。针对上述问题，第二代LDAR 技术进一步优化检测流程，开发数字化记录和传输方法，强化过程质控和数据审核，大幅降低检测人为因素，实现检测过程高效规范、数据结果真实有效、检测过程可查可追溯。具体实施情况如下：

1）开发移动检测终端，构建数字化检测流程。基于Android系统开发检测管理APP，集成检测任务下载、检测数据读取记录、过程质控、数据上传等功能，实现LDAR数据从PC端—手持终端FID 检测仪无缝对接，检测过程智能指引、检测结果自动记录、数据结果一键回传，全过程人为因素大幅降低，实现单人检测。

2）建立多级质控管理流程，检测数据全程可追溯。检测质控管理包括系统自动质控和结果人工审核，其中自动质控又分为检测过程质控和检测结果质控两类。过程质控包括集成仪器校准、偏移控制、气象数据收集、背景值采集等功能，关联检测结果与质控数据；依据检测技术规范，建立质控判定数据模型（如操作流程、数据读取时间、校准结果合规性等），通过系统计算和比对实现过程数据自动判定和操作指示。结果质控指搭建偏移检测质控模型，结合质控数据，自动核查仪器状态，进而筛选、判定检测数据的有效性。人工审核指检测结果通过系统自动质控后，数据在检测管理ERP中流转，通过各节点人工审核确认后实现最终入库。

3）搭建检测抽检和评估模块，强化检测质控与维修落实。建立定期抽检机制，由监管部门主持开展对比检测，重点覆盖已维修密封点和易漏密封点，抽检结果与企业最近一轮检测结果进行对比，综合评定现场检测质量和维修效果。

4.4 创建线上排放核算方法，实现任意时段泄漏统计与评估

针对传统LDAR 排放核算人工操作、核算结果误差大、不满足中点法要求等问题，开发了基于相关方程法、筛分范围法和排放系数法的线上排放核算技术，合规采用中点法精准计算排放量，每日检测数据上传后实时更新，实现了任意时间节点的动态统计。

基于线上排放核算方法，可实时跟踪设备泄漏情况，横向对比不同装置设备泄漏管控情况，纵向对比VOCs排放控制效率。以某企业4套示范装置2018年（技术升级前）和2019年（技术升级后）泄漏排放数据为例（见表2），可以看出，尽管2019年重建密封点台账后，4 套装置密封点数量增加12.2%～34.3%（新增循环氢、含油污水集输设施、VOCs收集治理设施等密封点），但总体排放量下降了20.6%～63.4%（平均值为35.1%）。值得注意的是，现有文献中对LDAR 减排效率的分析多基于两种不同的核算方法，即开展LDAR工作前采用因子法计算排放量，开展LDAR 工作后采用相关方程法计算[8]，未考虑两种方法的系统误差。本次数据对比采用同一核算体系，实测点位采用相关方程法，不可达点采用筛分范围法和排放系数法。对比结果客观说明，通过应用第二代LDAR 技术，实施技术、管理和平台升级，对炼化企业设备泄漏控制和VOCs 减排具有显著效果。

表2 某企业2018—2019年泄漏排放量对比

5 结语

中国石化在国内较早开展石化企业LDAR 开发与应用，创建了“统一规划，自主实施为主，第三方服务为辅”的多维工作模式、产学研有机结合的研发与技术支持体系、自主知识产权的LDAR平台及信息化管理体系，为国有大型石化企业探索和实践出符合国情的LDAR 技术进步和管理创新之路。第二代LDAR 成套技术合规先进、管理闭环、质控严谨、核算精准、过程可溯，全面实现LDAR技术与质量升级，有效提升设备管理水平、控制物料泄漏并降低VOCs 排放。石化企业全面推广应用第二代LDAR 技术后，可将LDAR 工作质量和效率提升至国际先进水平。