氯堿生產中泄漏檢測與修復的技術方案及控制措施

金業海，陶彥彥，陳春燕，李武，劉玉鳳，朱國宗

(1.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司安全環保質量管理部，山東 東營 257091；2.東營市萬和節能科技有限公司，山東 東營 257091；3.東營華泰化工集團有限公司，山東 東營 257091；4.東營九千安全技術服務有限公司，山東 東營 257091)

泄漏檢測修復(LDAR)技術是國家生態環境部積極推進實施的一項重要工作。為貫徹落實2013年9月13日國務院印發《大氣污染防治行動計劃》和2014年12月17日國家生態環境部印發《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》的要求，依據GB 31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》[1]、2016年5月17日生態環境部環境工程評估中心編制說明的《石化企業泄漏檢測與修復工作指南》和中國石油化工集團公司企業標準 Q/SH 0546—2012《石化裝置揮發性有機化合物泄漏檢測規范》等規范和標準，筆者提倡在氯堿行業全面開展LDAR工作，逐步減少設備、工藝管線泄漏點，以達到國家環保部門要求的控制氯堿企業無組織有機揮發物排放，凈化空氣、節約資源的目的。

1 泄漏檢測與修復范圍和內容

1.1 范圍

針對氯堿企業生產裝置的閥門、法蘭、連接件、泵、泄壓設備、儲罐人孔、呼吸口等密封處，開展泄漏檢測與修復工作。

1.2 內容

(1)根據PID圖、平面圖、工藝說明、動靜設備臺賬等資料對需要進行LDAR的裝置區、儲罐區的密封點進行建庫、編號，并現場確認。

(2)根據定義的泄漏濃度，對已經確認編號的密封點，采用檢測儀器進行VOCs泄漏檢測，發現VOCs泄漏點，并給出定量檢測的濃度值。

(3)按照規范規定，及時對泄漏點進行修復。

(4)將檢測的數據錄入LDAR信息管理系統內，并進行密封點、泄漏點分類統計，對裝置密封點排放量進行評估。

(5)對已經修復好的泄漏點進行復檢，并記錄復檢結果，錄入LDAR信息管理系統，計算修復后的密封點排放量。

2 泄漏檢測與修復技術路線

技術路線主要分為4個階段，詳見圖1。

圖1 泄漏檢測與修復技術路線圖表

3 泄漏檢測與修復實施步驟

3.1 資料收集

所收集資料包括企業基本資料、政策與法規、LDAR技術3部分，主要內容和用途見表1～表3。

3.2 檢測方法及儀器

3.2.1 檢測方法

參照20世紀80年代初期美國環保署(EPA)定義的《方法21—揮發性有機物泄漏檢測》(以下簡稱“《方法21》”)中的要求，逐個檢測有機物料工藝線路上的泵、壓縮機、閥門、連接器、開口管線等設備和管閥件的泄漏排放濃度。

表1 企業基本資料Table 1 Basic information of enterprise

檢測數量須滿足：處于運行狀態的泵、壓縮機全測，調節閥不少于在運行總數的50%，手閥、連接器、開口管線、卸壓設備的檢測數量視現場實際情況而定。

表2 政策與法規Table 2 Rules and regulations

根據《石油化工工業污染物排放標準》要求規定，在泄漏排放源表面測得VOCs濃度值超過2 000 μmol/mol就表示存在泄漏。

3.2.2 檢測儀器、設備

紅外熱像儀：非接觸式檢測設備，通過探測物體本身散發的紅外光并將其轉化為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像。

有機物氣體分析儀(Phx21)：采用火焰離子檢測器(FID)技術，專為《方法21》設計。

防爆相機：可近距離拍攝裝置、管件密封點。

Phx21測定范圍：0～5×10-2；線性精度：對1×10-2的甲烷標準氣體，偏差小于2.5×10-6。

3.2.3 泄漏量估算方法

氯堿企業生產過程中無組織排放的主要污染物是無機物，也夾雜有少量有機物，排放點多且分散，排放的污染物濃度變化較大[2]。

研究表明，氯堿企業VOCs排放總量中，管線組件和儲罐的泄漏排放約占76%[3]。

表3 LDAR檢測技術Table 3 LDAR detection technology

氯堿企業LDAR的揮發性有機物排放速率按《方法21》關聯公式法進行計算，其排放閾值>50 000 μmol/mol，公式及相關計算數據詳見表4。

表4 氯堿企業LDAR部分揮發性有機物排放速率計算表Table 4 Calculation of some LDAR organic volatiles emission rate in chlor-alkali enterprises

3.3 密封點編號與確認

(1)根據LDAR工作程序，首先進行檢測點位(密封點)的識別與編號。檢測點位(密封點)識別須對待檢測裝置所有的組件進行編號，編號數據必須保證檢測點位(密封點)的唯一性。在對檢測點位(密封點)現場識別的過程中，根據收集的資料，在氯堿企業工作人員的幫助下剔除免檢管道和組件，如非VOCs管道、非指定類型組件等，并將其編號信息記錄在案。具體的檢測點位(密封點)識別及編號工作流程如圖2所示。

(2)熟悉廠區環境 ，劃分工藝區域。

(3)根據廠區PID圖確認物料流程和管線，按照裝置拍照規則對裝置密封點進行拍照。

(4)對圖片上的密封點進行編號：結合企業氯堿生產工藝路線，識別與定位上述流程和管線上的設備和管閥件，根據現場資料、化工工藝和管線介質剔除不需要檢測的組件。

(5)記錄設備與組件基本信息(廠區、區域、工藝裝置、樓層、所屬設備、元件類型、流體類型、編號等)，包括應檢測的點位和剔除的點位。

圖2 檢測點位(密封點)識別及編號工作流程

(6)對上述組件信息進行處理，按編號規范進行編號。

(7)利用專業軟件建立LDAR數據庫，將編號信息輸入數據庫。

具體泄漏檢測設備及組件編號規范見《LDAR實施中的密封點識別及編號規則》。

3.4 泄漏檢測

根據已經確定編號的檢測點位，制定檢測路徑和完成時間，再對各檢測點位進行定量檢測，當發現檢測點位存在VOCs泄漏時，采用Phx21對泄漏點位進行定量檢測，并準確、完整的記錄數據。具體實施路線如圖3所示。

圖3 泄漏檢測實施路線

3.4.1 泄漏檢測前準備工作

(1)檢測作業區域內氣象條件的適宜性。

(2)儀器設備校準，主要包括零點、量程、示值誤差、響應時間、重復性等。其中定量檢測儀器校準主要包括以下幾方面：① 進入現場前，打開Phx21，檢查儀器氫氣的量和儀器電量；② 示值誤差測定<10%；③ 相應時間測試<30 s；④ 采用零氣、標準氣等，對儀器進行校準；⑤ 進行重復性測試；⑥ 當天檢測任務完成后，檢測人員回到校驗氣所在的地點，對儀器進行漂移校驗，方法與檢測前儀器校驗一致，若漂移的誤差小于10%，表明檢測數據有效。

3.4.2 定量檢測步驟

3.4.2.1 檢測步驟

(1)在檢測前，距離排放源2 m遠處上風向和下風向移動采樣探頭，測定排放源周圍空氣中的VOCs濃度作為背景濃度記錄。

(2)將探測器的進氣口放置在可能發生泄漏的組件表面。

(3)沿著組件表面緩慢移動探測器觀察儀器的讀數變化。

(4)若觀察到儀器的讀數變大，緩慢持續地對泄漏接口處進行采樣，直到獲得最大的讀數。

(5)讓探測器停留在最大讀數位置兩倍于儀器的響應時間。

(6)將檢測到的最大讀數作為結果記錄。

檢測探頭在待測部件的最小滯留時間見表5所示。

3.4.2.2 常見設備檢測方法

(1)閥門。將探頭置于閥桿與填料函壓蓋接合處的表面1 cm 距離內，繞閥桿周圍作圓周形檢測，然后將探頭放置于法蘭部位，并在其外圍移動進行檢測。可能發生泄漏的閥體各部件的所有接合處的表面都應檢測到。

(2)法蘭及其他連接件。焊接法蘭應將探頭置于法蘭墊圈外部邊緣1 cm距離內，沿著法蘭進行圓周檢測。其他類型的非永久連接(如螺紋連接、法蘭焊縫等)也采用同樣的檢測軌跡。

表5 檢測探頭在待測部件的最小滯留時間Table 5 Minimum retention time of detection probe

(3)泵。在泵的軸桿和密封座接合處外表面進行圓周形來回移動檢測。對于旋轉軸，探頭定位于離軸桿密封1 cm距離內進行檢測。如果密封結構妨礙沿旋轉軸進行圓周軌跡檢測，則對所有可測部位進行檢測。泵室和其他可能發生泄漏的部件接合處都應檢測到。

(4)壓縮機。在壓縮機的軸桿和密封座接合處外表面進行圓周形來回移動檢測。對于旋轉軸，探頭定位于離軸桿密封1 cm距離內進行檢測。如果密封結構妨礙沿旋轉軸進行圓周軌跡檢測，則對所有可測部位進行檢測。對于壓縮機的油系統可在其加油孔處、放油孔處、呼吸閥處進行移動檢測。對于進、排氣閥可在其外圍1 cm距離內移動進行檢測。其他可能發生泄漏的部件接合處都應檢測到。

(5)泄壓裝置。多數泄壓裝置因其構造原因，無法在其密封座處進行檢測，對那些具有封閉外罩的裝置，將探頭置于其開口處與空氣接觸區域的中心位置進行檢測。

(6)開口閥或開口管線。將探頭置于其開口處與空氣接觸區域的中心部位進行檢測。

(7)密封系統和緩沖罐的呼吸口。將探頭置于其開口處與空氣接觸區域的中心部位進行檢測。

(8)人孔密封。將探頭置于人孔蓋密封接合處表面，沿人孔蓋外緣1 cm距離內進行來回移動檢測。

3.5 泄漏修復及控制措施

當檢測過程中，發現有組件檢測值超過泄漏閾值2 000 μmol/mol，檢測人員應盡快與企業LDAR負責人取得聯系，安排設備維修。在檢測到泄漏后5天內，企業需進行首次嘗試維修，并將過程中的數據錄入管理系統中。在首次嘗試維修后泄漏仍未消除，需進行再次維修或與監管部門協商將組件移入延遲維修清單中。最終維修的期限為自發現泄漏之日起15天內。若由于技術或工藝限制，組件泄漏維修只能在停工檢修時進行，則企業經監管部門同意后，可將組件移入延遲維修清單中，相關信息需在管理系統中報備。VOCs泄漏點的修復與控制應遵循氯、氫氣、鹽酸氣等尾氣回收利用與常規修復、末端治理相結合的原則。

(1)氯、氫氣、鹽酸氣等可回收利用主要是建立尾氣收集系統，采用吸附、冷凝或吸附+冷凝工藝的系統修復方法，將尾氣中的VOCs進行去除，剩余廢氣達標后排入大氣。

(2)常規修復是采取緊、封、堵、卡等措施減少設備及組件VOCs的泄漏。采取修復措施要根據裝置運行情況而定。在裝置不停工條件下維修措施主要包括：增加預緊力，增加堵帽，增加第二道閥，更換墊片、生料帶、打卡具，帶壓堵漏等。對于高溫狀態或者短時間難于修復的泄漏點采取掛紅牌警示或者氮封吹掃的方法。對不能停工又急于維修的泄漏點采取帶壓堵漏技術。不同泄漏密封設備的具體處理措施見表6。

表6 不同泄漏密封設備的具體處理措施Table 6 Measures to handle different leak of seal equipment

(3)末端治理指在對生產裝置排放的含VOCs工藝廢氣不能(或不能完全)回收利用、排放的廢氣中VOCs濃度太低，無回收價值及應急情況下的泄廢氣可導入火炬經充分燃燒后排放。

對于已證實存在巨大VOCs泄漏量的裝置設備，建議修復控制措施須注重改進生產工藝，采用清潔生產技術，提高原料的轉化和利用效率。

3.6 復檢

在企業裝置泄漏點修復后5日內，對泄漏點再次進行檢測，以驗證修復效果，并記錄復檢的結果，進行分析。

3.7 數據平臺建立

為了加強泄漏檢測與修復的數據管理與分析，在企業環保管理信息系統內建立LDAR數據管理平臺，通過管理軟件對各種動態、靜態數據進行數據定性、分類分析，建立檢測點狀態數據庫。通過對檢測數據分析，繪制重點易泄漏單元、設備或管線的泄漏歷史曲線，根據歷史曲線，確定最大概率泄漏發展趨勢。根據對檢測管理動態數據庫的統計分析結果，用計算機繪制生產裝置逸散性泄漏的濃度分布圖,確定物料泄漏可能的影響范圍。最終實現泄漏檢測與修復的全方面管理，有效減少VOCs排放。

現場采集泄漏點位的泄漏數據應及時輸入LDAR數據管理網絡進行LDAR的計算和管理，輸入的泄漏數據應確保泄漏點位的唯一性。泄漏檢測與修復管理系統的主要功能如下。

(1)篩選與搜索包括：檢測點編號、校準記錄、定量檢測記錄、紅外檢測記錄、重液檢測記錄、待維修泄漏點、維修泄漏點、延遲維修泄漏點。

(2)統計與分析包括：檢測點數量、泄漏點數量、泄漏率、泄漏檢測值的統計與分析。

(3)泄漏量計算：依照時間段、檢測點類型、工藝區域、介質、介質狀態、制造商等因素計算檢測點的泄漏量。

(4)數據導入與導出：檢測導入數據，導出為excel文件。

(5)報告出具與打印：日報告、季度報告、年度報告，排放量計算報告等。

(6)權限管理與遠程登陸包括：查看、編輯、審核、管理員等。

(7)其他：變更管理、申報系統。

4 工作流程

工作流程如圖4所示。

5 LDAR質量控制

5.1 人員質量控制

(1)技術能力：掌握相關標準規范和技術要求，了解裝置工藝流程、PID圖、現場環境。

(2)專業培訓：對現場操作人員進行專業的培訓，達到熟練掌握儀器操作手冊內容和待檢測氣體性質、危險性、防護方法及應對措施。

(3)人員監督：對現場工作人員進行有計劃、有重點、有記錄的監督。

5.2 設備質量控制

(1)對儀器設備建檔編號，并定期委托法定檢定機構校準檢測。

(2)定期按照設備使用說明書中的內容，對設備進行維護保養，如開機運行、電池充放電、更換傳感器等。

圖4 工作流程

5.3 材料質量控制

(1)購買標準氣體瓶時要選擇合格供應商，并對購買的材料進行符合性驗收和技術性驗證。

(2)標準物資應該選用有證標準物資，檢查標準物資的名稱、編號、定值日期、定值方法、測量不確定度、有效期等信息。

5.4 檢測方法質量控制

(1)定期對使用的方法進行檢索查新和跟蹤，確保所使用的方法是最新的版本，確保檢測方法的有效性。

(2)使用方法應該經過方法確認和論證評估。

5.5 環境質量控制

在LDAR現場檢測過程中，要關注環境氣象條件是否符合檢測要求、周圍環境是否存在污染等。如果氣象條件不滿足檢測要求或存在環境污染，應停止作業，避免給檢測結果造成不良影響。