油田揮發性有機物檢測及調查方法探討

高廣偉

(中國石油天津儲氣庫分公司安全環保科)

0 引 言

揮發性有機物(VOCs)是指參與大氣光化學反應的有機化合物，或者根據規定的方法測量或核算確定的有機化合物。控制VOCs排放，實施泄漏檢測與修復(LDAR)項目具有重要意義。①減少環境污染，保障人身安全。隨著工業的高速發展，VOCs在城市中產生的污染日趨嚴重，造成光化學煙霧、O3濃度升高、灰霾天氣增加等民眾關注度高的環境問題。因而，VOCs的排放越來越受到世界各國的普遍重視[1-2]。②控制事故發生頻率，減少安全隱患。近年來石油化工企業事故頻發，不僅造成人員和經濟的損失，也造成了一定的社會影響。由于VOCs具有特定的高揮發性和無組織排放形式，其泄漏無法用肉眼覺察，一旦發生泄漏事故，常常造成惡劣后果[3]。③減少企業經濟損失，樹立業內標桿。統計數據表明，2009年石油煉制和石油化工行業VOCs排放量為153.49萬t，儲罐、轉運、泄漏和廢水處理逸散等無組織排放源占大多數[4-5]。按照每年100萬t原油加工能力估算，每年VOCs排放量為600 t。以汽油出廠價格8 000元/t計算，每年的經濟損失在480萬元左右。其中，由于設備動靜泄漏造成的損失為144萬元。因此，控制VOCs泄漏，可大大減少企業的經濟損失。

1 國家政策

我國VOCs管控起步較晚，《中華人民共和國大氣污染防治法》中并沒有針對VOCs的明確規定，只對有機烴類氣體、惡臭氣體、有毒有害氣體等提出了控制要求。

在標準規范方面，1996年頒布的GB 16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》僅對非甲烷總烴的排放提出要求，直到2008年才明確VOCs定義及行業排放控制要求。

2010年，國務院發布《國務院辦公廳轉發環境保護部等部門關于推進大氣污染聯防聯控工作改善區域空氣質量指導意見的通知》(國辦發[2010]33號)，在國家層面上提出VOCs管控。

自2010年起，在國家政策的指導下，LDAR項目的相關法規逐步發展完善。2015年4月16日，GB 31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》發布，我國VOCs管控政策初步形成體系。

近年我國出臺的VOCs管控政策見表1。

目前國家已經明確規定：要在重點區域、重點(煉化)行業，對VOCs泄漏排放進行控制；削減石化行業VOCs排放；對泵、壓縮機、閥門、法蘭等易發生泄漏的設備與管線組件，制定LDAR計劃，定期檢測，及時修復，防止或減少“跑、冒、滴、漏”現象。

《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》指出：2015年底前，全面開展LDAR工作，完成VOCs排放量和物質清單信息申報，全面開展VOCs綜合整治工作；2017年7月1日前，全面完成綜合整治工作，達到GB 31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》、GB 31571—2015《石油化學工業污染物排放標準》、GB 31572—2015《合成樹脂工業污染物排放標準》等相關標準和要求。

國內LDAR項目起步較晚。2013年末廣州石化等少數石化企業開展了LDAR項目試點工作，2014年LDAR項目發展勢頭有所上漲，部分中國石化企業和上海市、廣東省、江蘇省等部分化工園區開展LDAR

表1 VOCs管控政策

試點裝置。中國石油華北石化分公司于2014年末全面開展實施LDAR項目，是我國實施LDAR項目較早的大型石化企業。2015年由于LDAR項目國家標準GB 31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》的發布，遼寧省環保廳等諸多省、市級環保單位將LDAR項目提上日程，強制石化企業盡快開展LDAR項目。2015年6月24日，財政部、國家發改委、環境保護部聯合印發了《揮發性有機物排污收費試點辦法》(財稅〔2015〕71號)，試點行業包括石油化工行業和包裝印刷行業，自2015年10月1日起施行。北京市首征VOCs排污費，根據企業VOCs年排放情況收費10～40元/kg。天津市VOCs排污費基本收費標準為10元/kg。

2 LDAR項目技術方案

根據LDAR項目實施經驗，可通過以下流程控制并降低管線和設備VOCs無組織排放。

2.1 資料收集

需要收集企業概況、油田和氣田樣品組分含量分析以及接轉站、聯合站和油庫工藝流程圖、設備臺賬、操作規程等，幫助技術人員了解現場設備組件、布局和工藝流程。

2.2 實施范圍審核

根據所收集資料的物流名稱、相態、溫度、壓力、質量流量、實際體積流量、密度、分子量等判斷管線中的物料種類和狀態。根據GB 31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》中VOCs氣體、輕液和重液定義，標記出需納入LDAR項目的管線，為管線編號，并進行現場排查。此過程要對需檢測點的數量有一個相對準確的估算。

2.3 現場排查

本階段是對資料標注的管線進行現場核對，并根據標記管線的顏色，選擇相同顏色的Flag(彩色絲帶)系掛在對應的管線上。此過程的主要目的是將資料中顯示的需要檢測的管線體現在現場管線上，便于項目現場實施。

2.4 現場標記

根據上一步各管線所掛Flag情況，確定哪些管線上的組件需要檢測，并在需檢測組件上標記Tag標簽，每個Tag標簽都有一個ID號碼。此過程主要是將需要檢測的組件編號，便于下一步建立臺賬和統計記錄。

2.5 信息采集

通過WV10手操器將各標簽下需要檢測的組件拍攝照片，并在其上標記密封點檢測順序，記錄各密封點對應的組件類型、ID號碼、管線編號、管線物料狀態等信息，統一匯總。

目前實用的子帶合成方案有3種：合成距離包絡法[14]、時域合成法和頻域合成法[15]。3種方法各有優缺點，合成距離包絡法效率最高，但是存在能量溢出，導致距離向形成虛假峰，而且該方法對速度誤差敏感。時域合成包含了時移、誤差補償和頻譜疊加，效率最低。頻域合成在完成子帶內和子帶間誤差補償以后，只需進行頻譜的拼接，具有運算量小、實現簡單、性能好等優點[16]。通過以上比較，本文采用的是頻域合成法。頻域合成其實就是頻譜的合成，根據頻率步進關系，將各子帶信號進行頻移，然后進行疊加即可。頻域子帶合成示意圖如圖1所示。

2.6 建立數據庫

將匯總的所有需檢測組件的信息錄入到LDAR管理平臺軟件上，建立數據庫臺賬。

2.7 現場檢測(首輪檢測)、數據上傳

選用的檢測儀器為TVA-2020C便攜式揮發性有毒氣體檢測儀。為方便檢測，每臺TVA配套一臺WV10手操器，可順利與PC進行數據交換。檢測工作開始前，通過手操器連接LDAR管理平臺，下載需檢測組件信息，現場對應ID號碼進行檢測。將所有的檢測數據通過手操器中VOCs Reader軟件上傳到數據庫平臺進行匯總展示。如現場檢測出現泄漏，在對應的組件位置需掛上泄漏牌進行提示，方便維修人員進行維修。組件維修完畢，需再對已維修完畢的組件進行復檢，查看維修效果。

紅外攝像掃描設備是Eye-C-Gas紅外攝像儀，它能夠定性、直觀地看到泄漏。對于在檢測人員觸及范圍外的組件，使用Eye-C-Gas進行補充檢測，以視頻形式記錄泄漏情況。

2.8 出具報告

建立數據庫后，LDAR管理平臺可出具檢測組件信息、泄漏量統計、泄漏率統計、修復情況統計等報告。

2.9 持續性周期檢測(非首輪檢測)

環保部2015年5月發布的《石化行業泄漏檢測與修復工作指南(征求意見稿)》中規定：“泵、壓縮機、氣體/蒸汽泄壓設備(直排大氣)、采樣連接系統、開口管線、閥門每3個月檢測一次(相鄰兩次檢測間隔不小于1個月)；法蘭、連接件每6個月檢測一次(相鄰兩次不小于兩個月)”。因此，建檔后的VOCs密封點需定期進行檢測，最大限度地減少企業VOCs泄漏造成的安全隱患。

3 預期效益評價

3.1 企業生產安全效益

3.2 企業員工健康效益

30%的VOCs具有危害健康的毒性，容易造成呼吸道疾病，同時VOCs中187種有毒有害氣體污染物(HAPs)對人體產生毒性效應(包括對生殖系統的影響以及造成先天性缺陷和癌癥等)。實施VOCs無組織排放控制項目后，可以有效降低現場工人暴露于有害化學品中的風險，保障企業員工的身體健康。

3.3 社會效益及環境效益

隨著PM2.5治理工作的開展，作為PM2.5重要前體物之一的VOCs成為被關注的對象。通過實施LDAR項目，可以有效減少VOCs無組織排放，減少大氣污染，保護環境。

4 結 論

依據以往項目經驗，LDAR合規密封點為3萬點的小型煉化企業，首輪檢測涉VOCs動靜密封點年排放量為45 t。如能有效治理密封組件泄漏，假設維修后密封點的泄漏修復率為60%，VOCs減排量為25 t，按汽油出廠價8 000元/t計算，每年可節省成本20萬元。根據《揮發性有機物排污收費試點辦法》(財稅〔2015〕71號)，以天津市VOCs排污費基本收費標準10元/kg計算，預期可減少VOCs排污費25萬元。油田企業如實施3萬點的試點區域LDAR項目，并將泄漏密封點修復率達到60%，預期每年獲得經濟效益45萬元。如果提高修復率，則減排量增加，可獲得更大的經濟效益。