LDAR技術在聚烯烴催化劑制備裝置上的應用

秦雪茹

上海立得催化劑有限公司 （上海 201512）

泄漏檢測與修復（LDAR）是指利用固定或移動式檢測儀器對生產裝置中的法蘭、閥門等容易產生揮發性有機化合物（VOCs）泄漏的密封點進行檢測，定量分析泄漏情況并進行修復，實現全生產裝置的涉VOCs 物料泄漏系統控制，減少物料在生產、儲存過程中的泄漏損失，減少泄漏廢氣對環境的污染。

LDAR 技術已經在美國和歐洲實施多年，形成了較為完整的泄漏檢測管理和維修體系，并建立了VOCs 泄漏檢測方法和逸散排放評估標準[1-2]。目前，我國的LDAR 技術標準體系也已初步建立，2014 年發布HT 733—2014《泄漏和敞開液面排放的揮發性有機物檢測技術導則》指導LDAR 工作，2019 年發布GB 37822—2019《揮發性有機物無組織排放控制標準》，進一步對泄漏源排放要求進行規范。隨著環保法律標準體系的不斷完善、企業環保責任的不斷夯實及環保監督性檢查的常態化和嚴格化，企業VOCs 無組織排放的要求不斷提高，LDAR 技術已成為使用含VOCs 物料生產企業環保管理和清潔生產的必要手段。

1 聚烯烴催化劑制備裝置簡介

1.1 聚烯烴催化劑制備流程

利用LDAR 技術對某企業的聚烯烴催化劑制備裝置進行全面檢測，該裝置催化劑干劑產能為620 t/a。按催化劑形態分，該企業聚乙烯催化劑產品主要包含干粉催化劑和漿液催化劑，催化劑使用粒徑適宜的硅膠作為載體，沸點較低的戊烷和四氫呋喃作為溶劑，鎂化合物、鈦化合物和烷基鋁等物質作為活性成分。干粉催化劑生產包括載體預處理、載體處理、母液配置、母液浸漬、催化劑還原等過程，工藝流程如圖1 所示。漿液催化劑載體與母液打漿后采取特殊方式進行成型造粒，得到的催化劑顆粒與稀釋液混合后獲得催化劑成品，工藝流程見圖2。

圖1 干粉催化劑工藝流程

1.2 涉VOCs 物料和設備設施分析

根據國家和上海市標準，物質只要滿足以下任意條件均為揮發性有機物：（1）在太陽光紫外線存在下，可與氮氧化物發生反應產生光化學氧化物；（2）20 ℃下蒸氣壓大于 10 Pa；（3）標準大氣壓（101.3 kPa）下沸點不高于260 ℃。該聚烯烴催化劑制備裝置中涉VOCs 物料主要有烷烴類、呋喃類、醇類、工藝廢氣等，使用上述物料反應的設備設施則屬于VOCs 受控設備，包括原料儲罐、催化劑配置槽、母液罐、輸送管線等，均需要接受檢測。聚烯烴催化劑制備原料輸送使用的隔膜泵屬于低泄漏環保設備，不納入LDAR 檢測管理。[3]

2 LDAR 技術應用

2.1 LDAR 技術簡介

裝置LDAR 操作主要過程包括資料準備與計劃制定、密封點梳理建檔、現場檢測、修復與復檢、核算與統計等工作，業務流程見圖3。

圖3 LDAR 操作流程

本次LDAR 檢測設備為Phx21 泄漏檢測儀（美國LDARTools 公司生產）。該儀器屬于防爆設備（防爆等級Class1 Division 1），可在易燃易爆區域使用，采用火焰離子化檢測器/ 光離子化檢測器（FID/PID）雙檢測器設計，響應時間為2.5 s，檢測范圍高達50 000 mg/m3，具有優良的穩定性、選擇性和高靈敏度，廣泛用于石化、環保、天然氣等領域的LDAR 工作。

2.2 組件劃分及密封點信息采集

根據HJ 733—2014，并參考《石化行業VOCs 污染源排查工作指南》和《石化企業泄漏檢測與修復工作指南》要求，對催化劑制備裝置各生產單元涉VOCs 物料進行盤查。對涉VOCs 設備及組件進行劃分，該催化劑制備裝置共有泄漏源7 430 個，包括不可達點119 個和可達點7 311 個。對于可達點，其中閥門1 698 個、法蘭5 380 個、連接件 48 個、開口及管線183 個、泄壓設備2 個。

2.3 泄漏源分析

根據檢測方案，使用Phx21 便攜式泄漏檢測儀對受控裝置密封點進行了現場檢測，對檢測數據進行統計，發現生產裝置共有泄漏點17 處，泄漏率為0.23%，處于較低水平[6]。按照泄漏點分布位置劃分：裝卸區 1 個、儲運罐區 3 個、601 單元 9 個、602 單元4 個；按照組件類別劃分：法蘭8 個、開口閥門及管線6 處、閥門3 處。不同組件的泄漏率見表1。

表1 催化劑裝置泄漏點分布

根據泄漏點的分布，原料儲罐區域和室外露天設備泄漏頻率高，這是內部物料的腐蝕性和室外較為惡劣的環境共同作用導致的。根據泄漏點的類型，閥門本體和法蘭最容易泄漏，原因包括：一是該企業在搬遷擴能及升級時對部分閥門進行利舊，閥門服役期長、閥芯和墊片老化；二是閥門和法蘭在催化劑制備過程中操作頻率較高，設備磨損。

2.4 VOCs 排放量核算

目前VOCs 排放量核算方法有實測法、相關方程法、篩分法和平均排放系數法，其核算數值的準確程度依次降低。實測法核算VOCs 排放量的準確度最高，但是化工裝置動輒上萬個密封點，工作量巨大，實際使用很少；相關方程法以便攜式檢測儀數據為基礎，根據密封點性質、VOCs 溢散系數的不同利用公式進行計算，核算結果能滿足一般的準確度需求；篩分法和平均排放系數法主要應用于不可達點的VOCs 排放量估算，準確度相對較差[4-5]。

本次VOCs 排放量核算首先采用相關方程法根據Phx21 氣體檢測儀檢測數據對可達點進行排放量核算，計算過程中利用中華人民共和國生態環境部發布的《石化行業VOCs 污染源排查參考計算表格》進行簡化。經核算，該聚烯烴催化劑制備裝置可達點的VOCs 排放量為178.7 kg/a。根據《上海市工業企業揮發性有機物排放量通用計算方法（試行）》，裝置中的不可達點也須納入排放量計算，要求“未檢測的密封點或不可達點（符合篩選范圍法適用范圍的法蘭和連接件除外）采用系數法計算泄漏速率”。利用平均排放系數法計算，該裝置不可達點的VOCs 排放量為1 931.4 kg/a。

2.5 泄漏源的修復

檢測過程中對VOCs 質量濃度高于500 mg/m3的泄漏點進行掛牌，并組織操作工人對17 處泄漏點及時進行修復。針對老舊閥門泄露，采取更換閥門或者緊固閥芯的方式進行修復；針對法蘭泄漏，主要采取更換墊片、緊固螺栓或者纏生料帶等方式進行修復；針對開口管線，采取更換上方內漏閥門或增加堵頭的方式進行修復。隨后利用Phx21 氣體檢測儀對所有經過修復的泄漏點進行復測，所有泄漏點復測均合格，修復率100%。

通過持續性全面開展LDAR 工作，可以進一步發現和修復巡檢等常規手段無法識別的裝置泄漏點，有利于改善現場作業環境，降低安全風險，提高原料轉化利用率，降低物料溢散損耗，減少VOCs 無組織排放。由于聚烯烴催化劑的特殊物性，LDAR 工作也可以避免原料和產品氧化失活，保障催化劑產品質量，對于裝置的長周期安全平穩運行具有積極意義。

3 結論

（1）由于聚烯烴催化劑制備裝置工藝涉VOCs物料多且對裝置密閉性要求高，采用LDAR 技術對其進行全面檢測，共發現泄漏點17 處，裝置總體泄漏率為0.23%，遠低于石化行業的裝置平均泄漏率。

（2）根據泄漏點的類型，閥門本體和法蘭最易泄露；從泄漏點的分布來看，原料儲罐管線和室外露天設備泄漏頻率高。

（3）采用相關方程法和平均排放系數法計算該聚烯烴催化劑制備裝置VOCs 排放量，為2 110.1 kg/a。

（4）持續性開展LDAR 工作能及時發現并修復裝置泄漏點，減少環境污染和物料溢散損耗，改善生產環境，消除安全隱患，具有明顯的經濟效益和社會效益。