石化化工装置泄漏检测与修复措施_杨大卫

GuangzhouChemicalIndustryVol.41No.5March.2013

石化化工装置泄漏检测与修复措施

杨大卫

(1同济大学环境科学与工程学院，上海200092;2上海南域石化环境保护科技有限公司，上海200235)

摘

要：简要介绍了石化化工装置由于设备组件不密闭而产生挥发性有机物（VOCs）的无组织排放源和典型排放量，详细

分析了由美国环保局（USEPA）所倡导的装置泄漏检测与修复措施（LDAR）的实施程序和实施要点，说明了其在应用中应注意的问题。随后，探讨分析了LDAR技术在我国的实施经验和应用于我国石化行业VOCs排放控制的前景。

关键词：挥发性有机化合物无组织排放LDAR中图分类号：TE991.1

文献标识码：A

文章编号：1001－9677（2013）05－0165－03

LeakDetectionandRepairMeasuresinRefineryandChemicalFacilities

YANGDa－wei

（1CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092；2ShanghaiSouth

PetrochemicalEnvironmentalProtectionScienceandTechnologyCo.，Ltd.，Shanghai200235，China）Abstract：Thefugitiveemissionsourcesandthequantityfromatypicalrefineryandchemicalplantcausedbytheblow－bystatusofprocesscomponentswerereviewed.TheleakdetectionandrepairinitiatedbyUSEPAwasintroducedasatechnicaladministrationmeasure.TheimplementationprocessandcommonproblemsofLDARweregivenout.Additionally，theLDARimplementationexperienceinChinaandit'sprospectinVOCscontrolinrefineryandchemi-calindustrywasalsoreviewed.

Keywords：VOCs；fugitiveemission；LDAR

在石化化工装置生产过程中，由于泵、阀、连接处等位置的不密封性，不可避免的会产生一些挥发性有机物（VOCs）的无组织排放。根据美国环保局的所做的统计，美国全国目前大约有7万吨左右的VOCs排放来自于石化化工装置的无组织排放，其中大约有10000t为有害性空气污染物（HAPs）。因此，引入相应的削减措施变得尤为重要。本文旨在报道LDAR在国外的实施经验，并探讨该技术在我国石化行业的应用前景。

VOCs，即挥发性有机化合物（VolatileOrganicCom-pounds），美国联邦环保署（USEPA）对其的定义为：除CO、CO2、H2CO3、金属碳化物、金属碳酸盐和碳酸铵外，任何参加大气光化学反应的碳化合物。根据EPA的分类方法，VOCs是25℃下饱和蒸气压在133Pa以上的有机物。

研究表明，VOCs是光化学氧化剂臭氧和过氧乙酰硝酸酯（PAN，CH3COO2NO2）的主要贡献者，也是温室效应的主要贡献者之一。VOCs根据在大气层中位置的差异和物种性质的

［3］

不同，造成的污染也各异，主要包括以下方面：

（1）在地表（10～15km）VOCs易形成光化学氧化剂，使大气酸性化，长时间以后可造成全球范围的大面积污染。

（2）VOCs扩散到对流层，会使该层的臭氧浓度增高，造成温室效应。

（3）VOCs、氮氧化物、硫氧化物等同时存在下，受紫外

［2］

［1］

线照射生成浮游飘尘、氧化剂、硝酸盐、硫酸盐等干湿下降物

即为光化学烟雾，湿式下降物为酸雨。

（4）VOCs是PM2.5中有机颗粒物的前驱物质之一。

1

1.1

LDAR技术及其效益

设备的无组织排放源

石油炼制和石油化工生产过程无组织排放的主要污染物是有机物，排放点多且分散，排放的污染物浓度变化较大。一个

［4］

典型的化工厂一年大约无组织排放600～700t左右的VOCs，这些无组织排放点主要包括阀门、法兰、泵、样品采集点、压缩机、泄压装置以及末端不封闭的管线等。其中，由于阀门和法兰是一套典型的石化化工装置中数量最为庞大的组件，因此，大部分的无组织排放来自于这两类组装件。目前国内设备泄漏等无组织排放的直接监控技术还没有较科学的技术标准体系，从而无法对泄漏造成的VOCs排放实施有效的监控。虽然HJ/T55－2000《大气污染物无组织排放监测技术导则》中具有无组织排放环境空气的监测规范，但由于厂界环境空气的监测手段在实际应用中受到若干条件限制，导致可操作性和污染控制无法达到理想的效果。表1给出了根据美国环保局（USE-PA）所研究的一套典型石化化工装置中可能产生无组织排放的组件的数量，表2给出了在没有采取任何控制措施的情况下，这些组件的所产生的无组织排放量。

作者简介：杨大卫（1980－），男，工学学士，工程师，主要研究方向为环境影响评价。

166表1

广

一套典型石化装置中潜在无组织排放组件的数量组成

组件泵阀门法兰不封闭管线样品采集点泄压阀

数量范围/个10～360150～46000600～600001～160020～2005～360

平均值/个1007400120005608090

州

［5］

化工

表3

2013年3月

LDAR措施下无组织排放的削减率［7］

控制效果（削减率）/%

气体轻组分液体轻组分液体全部介质气体轻组分液体轻组分液体全部介质

（泄漏定义阈值3000mg/m3）

92

88759396958881

设备及介质类型

精细化工装置

阀门阀门泵法兰阀门

［6］

表2无控制措施情况下一套典型石化装置中的VOCs排放量

组件泵阀门法兰不封闭管线样品采集点泄压阀总计

VOCs排放量

均值/（t/a）

194082019115653

所占百分比/%

36231121100

炼化装置

阀门泵法兰

1.2泄漏检测与修复（LDAR）及实施LDAR的效益

1.2.1泄漏检测与修复（LDAR）措施

最早的设备检漏技术是目测耳听，随后发展到使用皂膜检漏，进一步发展为使用便携式的检测器检漏。近年来，美国又发展出了利用红外线光摄像协助检漏的技术。由于环保管理要求的不断提高和新的环保标准的实施，目前国外发达国家最成熟和应用最广泛的技术是仪器检漏。LDAR即是基于仪器检漏的一种VOCs控制措施。美国环境保护局编制的挥发性有机物泄漏测定方法（方法21）列入美国联邦法典，已成为通用的监测标准方法，被许多国家和机构所引用。

泄漏检测与修复（LeakDetectionandRepair）的基本模式是用仪器检测生产装置无组织排放源，并通过修复措施降低排放量的技术管理措施。

主要包括两方面内容：

（1）每一个根据LDAR措施需要被纳入监控范围的组件均应根据规定的检测方法和检测周期进行检测；

（2）根据检测结果定义为泄漏的装置组件均应在规定的时间节点内进行替换或修复。1.2.2.LDAR措施的效益

根据美国环保局的统计数据，在实施LDAR措施情况下，石化装置大约能削减大约63%的无组织排放，一般化工装置能削减大约56%的无组织排放。

表3列出了在LDAR不同监测周期与不同泄漏定义的组合条件下，典型化工装置与典型炼化装置无组织排放的削减率。

LDAR措施实施后的效益主要包括以下几个方面：（1）减少产品损失

在石化企业中，无组织排放的物质大部分为可出售的物料，如汽油等油品，通过减少无组织散逸，这些产品可以作为物料进行销售。

（2）降低装置操作人员的污染暴露值

无组织排放的VOCs中有一部分也是HAPs，这些物质的排放量过高对装置操作人员的健康产生危害。从职业健康和安全的角度，通过LDAR降低这些物料的无组织排放将有利于降低操作人员在这些有害物质中的暴露程度。

（3）降低对周边环境空气质量的负面影响

装置无组织排放除了对企业内的工作人员产生影响外，也可能对企业外的周边环境产生负面的环境影响，导致企业周边的居民、学校长期在有害空气污染物的暴露之下。

（4）降低排污费

一个实施LDAR的化工装置可以有效降低污染物排放总量，从而降低相应的排污费用。

（5）降低企业的合规性风险

通过LDAR措施降低石化化工装置的无组织排放，可以降低企业可能面临的因超标排放而产生的合规性、经济以及声誉降低风险，提高企业的品牌价值。

1.3LDAR的实施程序及实施中需关注的要点

LDAR程序一般包括以下5个基本组成部分，当有步骤的对以下5个部分全部实施时，LDAR才有可能成为一个完整的无组织排放防控体系，其实施程序见图1。

图1LDAR程序组成

LDAR程序实施的5个步骤均有其实施要求并有其实施过程中需关注的要点，美国环保局在全联邦实施后，收集相关信息，对实施要求及实施要点归纳见表4。

第41卷第5期杨大卫：石化化工装置泄漏检测与修复措施表4

LDAR实施要求及实施中需关注的问题［8］

实施要求

向每一个需要检测的组件分配一个具有唯一性的识别码（ID）；编制组件ID编码表；

在管道仪表流程图（P＆ID）中确定其位置，并在装置上的相应位置附上ID标签；

在有设备变更情况是做好变更管理（MOC）；定期进行ID和组件的对应性审查。

泄漏阈值单位是以mg/m3计的，通常根据不同的规定将泄漏阈值定义从2000～40000mg/m3计不等；

也可将泄漏定义产生滴漏、声响或异味等感官。

，采用便携式检测仪器对组件进行泄漏检根据美国环保局所推行的“方法21”

测，根据所定义的泄漏阈值来判断组件是否处于泄漏。

监测周期根据各组件的类型及其泄漏的情况而定，可以是每周、每月、每季度、每年等。

实施过程中需关注的要点

167

项目

识别泄漏组件

识别出所有需要标示的组件；

对无需进行检测的组件进行归档。

定义泄漏

对同一类别的组件泄漏采用相同的定义阈值。

在泄漏量最大处进行检测；取样时间不足；同组件距离过大；

采用经校正的检测仪器。

监测泄漏组件

修复组件

尽快对泄漏组件进行修复，初步修复如紧固螺栓、替换紧固件、紧固密封套、补充注加密封液等，初步修复应在5天内修复完毕；在规定时间内修复；

，列明适当地将组件列入“延迟修复表”。如因需停车等原因未能对组件进行修复，则应将其列入“延迟修复表”

其修复时限。

对于工艺：

将工艺中所有组件的ID进行列表归档；

对于由于工艺安全原因而未能进行检测的阀门，专门列表归档；对P＆ID进行归档整理，并列明工艺设备的参数。对于泄漏组件：

将ID标识贴附在设备位置；

将泄漏组件的ID、检测仪器、检测人员、检测结果等信息进行归档整理；将实施修复的时间与修复方法记录归档；标注修复完成的时间和修复验证结果。

保留记录

按规定进行记录和归档；

同步对法规更新或工艺变更所产生的泄漏源或阈值进行更新。

2我国对LDAR技术应用的现状

种比较有效的EHS管理措施，同时也有利于改善石化企业周边的空气环境质量。

参考文献

［1］StoutRL．Solvents：Health，Safety，andEnvironmentalIssues［J］．J

CoatingsTechnol．，1998，70（885）：161－163．［2］郝吉明，，马广大．大气污染控制工程（第三版）［M］北京：高等教

2004：62－72．育出版社，

［3］傅家谟．二次气溶胶对灰霾贡献大［J］．环境，2008，92：28－29．［4］吴志兴．石油化工中的泄漏检测方法［J］．石油化工，1981，10（1）：

34－43．［5］“CostandEmissionReductionsforMeetingPercentLeakerRequire-mentsforHONSources．”MemorandumtoHazardousOrganicNESHAP

ResidualRiskandReviewofTechnologyStandardRulemakingdocket．DocketIDEPA－HQ－OAR－2005－0475－0105．［6］ProtocolforEquipmentLeakEmissionEstimates［S］．EPA－453/R－

95－017，Nov1995，Table3．2．［7］ProtocolforEquipmentLeakEmissionEstimates［S］．EPA－453/R－

95－017，Nov1995，Table3．3．［8］LeakDetectionandRepair－ABestPracticesGuide［S］．EPA．［9］北京市环境保护局．DB11－4472007炼油与石油化学工业大气污

S］．北京：中国标准出版社，2007．染物排放标准［

［10］北京市环境保护局．DB11/5012007大气污染物综合排放标准

［S］．北京：中国标准出版社，2007．

我国北京市环保局已于2007年颁布了控制挥发性有机污

［9］

染物的地方标准，即DB11/447－2007《炼油与石油化学工

［10］

《大气污染物业大气污染物排放标准》和DB11/501－2007

，其中引用了国外的设备泄漏检测标准限值。综合排放标准》

表5为北京地方标准对设备管线的VOCs泄漏限制浓度。

表5

北京地方标准对设备管线的VOCs泄漏限制浓度

泄漏净检测值（以甲烷计）

2×10－35×10－3

现有源新源

设备及介质类型

目前，国内尚无对企业实施LDAR的控制效率和相应的VOCs减排效率的报道。除北京外，暂无国家或其他地方标准对企业设备泄漏提出控制要求。

3结论与展望

在石化化工装置生产过程中，由于泵、阀、连接处等位置的不密封性，不可避免的会产生一些挥发性有机物（VOCs）的无组织排放，随着有组织排放治理措施的进步，无组织排放逐渐成为石化企业的主要排放源。通过泄漏检测与修复措施（LDAR）可以大大削减装置VOCs的无组织排放，是现阶段一