石化企業設備動靜密封點揮發性有機物泄漏管控研究

劉安琪 趙東風 王嘉麟 段濰超 孫慧

摘? ? ? 要： 設備動靜密封點泄漏是石化企業揮發性有機物（Volatile Organic Compounds， VOCs）排放的重要源項。采用國家環保部發布的核算方法，核算了我國北方兩家企業設備動靜密封點的泄漏情況，并提出泄漏管控措施。結果表明：石化企業的動靜密封點主要為法蘭、連接件、閥門，其數量可占到95%以上。在管控過程中，應加強對以氣體和輕液為主要物料的裝置、設備的管理，并應加強動密封點、開口管線、泄壓設備的檢測頻率，在設備檢測與修復過程（Leak Detection and Repair，LDAR）中應盡可能檢測由于物理空間因素導致難以檢測的密封點，發現泄漏后應及時修復并保證修復的成功率，從源頭控制、過程控制、末端治理、管理控制的角度實現設備動靜密封點泄漏的全過程精細化管控。

關? 鍵? 詞：VOCs;動靜密封點;石化企業;過程管控

中圖分類號：X 511? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號： 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]（下簡稱《VOCs指南》）列舉的設備動靜密封點VOCs（Volatile Organic Compounds）泄漏核算辦法是國家層面唯一認可的核算方法，也是《揮發性有機物排污收費試點辦法》[2]對石化行業實施VOCs收費的唯一核算依據。由于《VOCs指南》于2015年11月17日正式發布，國內石化企業參照該指南開展核算工作僅有不到1年的時間，且眾多企業還在開展LDAR工作，鮮有實例借鑒的依據，另外，國內對LDAR的研究多為設備泄漏與修復技術規范體系[3-5]、操作方法[6]、等方面研究，鮮有對在大數據處理的基礎上系統提出泄漏管控的報道[7，8]。

為實現LDAR過程中的全過程管控，有效控制設備動靜密封點VOCs的排放。本研究將以我國北方典型的兩家煉化企業合計70余萬個受控密封點為例，采用《VOCs指南》的核算方法，計算、分析兩家企業設備動靜密封點的排放情況，并提出泄漏管控措施，以期為國內石化行業設備動靜密封點VOCs泄漏的控制和治理提供支持。

1? 石化企業設備動靜密封點VOCs泄漏量估算方法

《VOCs指南》針對十類設備動靜密封點，引入了實測法、相關方程法、篩選范圍法和平均排放系數法四種估算方法。四種方法需開展的工作、核算準確度和工作成本依次減小，但核算結果的數值一般依次增加。該《指南》配合國務院、國家環保部等發布的其它文件[9-13]，共同構成了我國石化行業VOCs的管理體系。其管控理念為：從國家的角度統一檢測方法、檢測頻率、核算方法，將包含設備動靜密封點在內的VOCs排放納入總量控制、排污收費、環境影響評價等環境管理中，驅動企業加大投入，通過全過程精細化管理，獲得更多的實測數據，以采取更精確的核算方式，指導自身實現減排。各核算方法的比較如表1所示。

2? 典型煉油企業基本情況

本研究以國內北方兩家典型煉化企業為例，A、B兩企業為其基本情況見表2。

兩家企業的生產裝置涵蓋了幾乎所有常見的煉油裝置（常減壓、延遲焦化、PSA、加氫裂化、烷基化、汽油加氫、催化裂化、氣分、連續重整、汽柴油加氫、溶劑再生、硫磺回收、酸性水汽提等）以及橡膠、聚乙烯、1-己烯、間苯二甲酸、間二甲苯等化工裝置。

3? 結果分析及管控建議

3.1? 關鍵密封點的管控

將兩家企業所有可達密封點按照煉油裝置和化工裝置分別統計，各密封點數量見表3。

所有可達點采用相關方程法計算后，得到各密封點數量、排放量見表4和表5。

由表4和表5可得，無論是化工裝置，還是煉油裝置，法蘭、連接件、閥門數量之和占到全廠密封點的95%以上，其排放量占比分別為74.51%（煉油裝置）和87.25%（化工裝置）。法蘭、連接件、閥門的排放量無論是在數量上還是在排放量上，均為設備動靜密封點VOCs排放的主要源項。

而從單點排放速率來看（如表6所示），攪拌器的單點排放率遠高于其它密封點的排放速率。另外，法蘭和連接件雖數量大，但其單點排放速率小于所有密封點單點排放速率的平均值，單點排放速率由大到小的排序前三位的密封點類型依次為，煉油裝置：泄壓裝置、泵、開口管線，化工裝置：攪拌器、泵、壓縮機。

由于動密封點（攪拌器、泵、壓縮機）、泄壓裝置、開口管線的數量遠低于法蘭、閥門、連接件的數量，而其單點排放速率之和又為法蘭、閥門、連接件的數倍甚至數十倍（煉油裝置6.7倍、化工裝置87.32倍），從效率的角度考慮，建議企業加強對動密封點以及泄壓裝置和開口管線的管控，加強檢測頻率。

3.2? 關鍵裝置的管控

將A、B兩家企業共計72套裝置的密封點排放量（以年運行8 760 h計）匯總統計后，排放量大于10 t/a的裝置見表7。

如表7所示，罐區的排放量在兩個企業均為排放量最大的裝置，這可能是因為企業的生產管理多集中在生產裝置和儲罐罐體本身，屬疏于對罐區的進出料管線上的密封點（如進出料閥門、管線導淋/放空）以及儲罐的其它密封點（如罐底的切水器、采樣器、罐體的人孔、溫度計或高低位報警的連接法蘭等）的管理。

另外，計算結果顯示，單個裝置的泄漏量的大小與裝置密封點數量、檢測值大于10 000μmol/mol的點數并無直接相關的關系，排放量高的裝置主要為以輕液、氣體為主要原料、產品的裝置。

建議企業在開展LDAR過程中，加強對以氣體和輕液為主要物料裝置的檢測頻率，提升該類裝置設備的密封等級。

3.3? 不可達點的管控

根據《VOCs指南》要求，對于不可達的未檢測點的算法只有篩選范圍法和平均排放系數法。兩種算法均基于經驗系數：篩選范圍法是基于本裝置法蘭和連接件的的排放系數的核算方法，而平均排放系數法為基于行業內所有密封點的排放系數核算方法。該兩種方法的核算結果往往遠大于相關方程法的核算結果。

A企業采用相關方程法和采用篩選范圍法+平均排放系數法的核算結果如表8所示。

A企業受控密封點共158 507個，其中高于平臺2 m或高于地面5 m的密封點8 840個，如將所有密封點按照相關方程法計算，則全廠年排放量約167.33 t，如將8 840個難檢點按照不可達點計算采用篩選范圍法和平均排放系數法計算，則全廠年排放量約491.92 t。

因此，在檢測過程中，對于由于距離因素導致的難以檢測點，在滿足相關檢測要求、保證檢測人員安全的情況下，盡可能通過儀器延長桿或搭腳手架等方式實現對由于距離因素導致的難檢點的檢測，以獲得檢測值，可大大減少核算量。

3.4? 修復的必要性

A企業在開展LDAR過程中，將檢測濃度>1 000μmol/mol的密封點定義為泄漏點，部分裝置泄漏情況如表9所示。

由表9可知，A企業常減壓、延遲焦化等裝置的113 719個密封點共檢出泄漏點1 434個，數量占比1.26%的泄漏點排放量占到所有密封點排放量的92.44%，修復后的排放速率僅為修復前的29.35%，以下一個8 760 h運行時間計算，可實現年減排量88.64 t。因此盡快修復泄漏點并保證修復成功率，可大大減少密封點的泄漏量。

3.5? 其它管控建議

3.5.1? 取消無作用的密封點

密封點的數量直接決定排放量的核算結果。如將無作用的密封點，借助檢修等機會，在確保安全的情況下，通過焊接、移除等方式取消該密封點，則可減少排放量的計算結果。如：取消無作用的采樣器、跨線閥、導淋閥等;某些閥門考慮采用焊接的方式與管線連接;排凝閥采用雙閥控制等。

3.5.2? 推廣密閉采樣的方式，逐步取締開放采樣系統，并保證密閉采樣器的投用率

根據《VOCs指南》，對于開放式的采樣點的排放計算采用平均排放系數法：“如果采樣過程中排出的置換殘液或氣未經處理直接排入環境，按照‘取樣連接系統和‘開口管線排放系數分別計算并加和。”A企業共有開放式采樣器103個，采用密閉采樣器后，每年實現VOCs減排14.9 t。

4? 結束語

（1）我國設備動靜密封點核算方法的主要思路為提供開放式的核算方法，驅動企業加大投入，通過全過程精細化管理，獲得更多的實測數據，以采取更精確的核算方式，指導自身實現減排。

（2）石化企業的主要密封點類型為法蘭、連接件、閥門，其數量可占到95%以上，排放量占比也超過50%;單點主要排放源強為動密封點、泄壓設備和開口管線。從效率的角度考慮，建議企業加強對動密封點以及泄壓裝置和開口管線的管控，加強檢測頻率。

（3）以氣體和輕液為主要物料的裝置為石化企業設備動靜密封點揮發性有機物泄漏的主要貢獻源，建議提升該類裝置設備的密封等級。

（4）篩選范圍法和平均排放系數法核算的結果遠大于相關方程法的核算結果，建議在LDAR開展過程中，盡可能多的檢測由于距離因素導致的難以檢測點，以獲得密封點的檢測濃度，采用相關方程法核算，避免因為算法選擇引起的排放量偏大的情況。

（5）泄漏的密封點可貢獻90%以上的排放量，及時修復并保證修復成功率，可使排放量下降數倍。

參考文獻：

[1] 環境保護部.關于印發《石化行業VOCs污染源排查工作指南》及《石化企業泄漏檢測與修復工作指南》的通知 [EB/OL]. （2015-11-18）[2019-03-15]http：//www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201511/t20151124_317577.htm.

[2] 財政部，國家發展改革委，環境保護部.關于印發《揮發性有機物排污收費試點辦法》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] 陳璐，張麗娜，周陽，等.揮發性有機物泄漏檢測與修復技術規范體系的設想研究[J]. 環境科學與管理，2015，40（1）：5-9.

[4] 嚴龍.石化企業運行泄漏檢測與維修程序的信息化策略[J]. 安全、健康和環境，2014，14（4）：17-19.

[5] 張雁雁，溫鵬飛，胡穎華，等. 石化行業VOCs泄漏檢測與修復體系的建立[J]. 環境與發展，2015，27 （5）：68-71.

[6] 閆志明，李成寬，李博，等. 石化行業揮發性有機物泄漏檢測與修復的實際操作方法[J]. 環境污染與防治，2015，11：111-114.

[7] 江浩，周俊波，楊劍鋒，等. 泄漏檢測與修復技術在乙苯脫氫裝置中的應用[J]. 化學工程師，2016，6：56-58.

[8] 朱亮，高少華，丁德武，等. LDAR技術在化工裝置泄漏損失評估中的應用[J]. 工業安全與環保，2014，40（8）：31-34.

[9] 國務院.國務院關于印發大氣污染防治行動計劃的通知[EB/OL]. （2013-09-10）[2019-03-15]http：//www.gov.cn/zwgk/2013-09/12/content_2486773.htm.

[10] 環境保護部.關于印發《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》的通知[EB/OL]. （2014-12-05）[2019-03-15] http：//www.mee.gov.cn/ gkml/hbb/bwj/ 201412/t20141211_292842.htm.

[11] 環境保護部.HJ 733-2014 泄漏和敞開液面排放的揮發性有機物檢測技術導則[S].北京：中國環境科學出版社，2014.

[12] 環境保護部， 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 31570-2015 石油煉制工業污染物排放標準[S]. 北京：中國環境科學出版社，2015.

[13] 環境保護部， 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB 31571-2015 石油化學工業污染物排放標準[S]. 北京：中國環境科學出版社，2015.