泄漏檢測與修復技術在某天然氣處理廠的應用

王教凱 孔祥軍 張保華 謝 源 李明月

(中國海洋石油集團有限公司節能減排監測中心)

0 引 言

揮發性有機物(VOCs)指能夠參與大氣光化學反應的有機化合物，在大氣污染中占據重要地位。研究顯示，VOCs可在環境中生成細顆粒物(PM2.5)和臭氧(O3)，是現階段打贏藍天保衛戰，改善環境空氣質量的重點管控污染物[1]。VOCs主要存在于企業原輔材料或產品中，且排放源較多。研究表明，我國典型行業(石化、煉油、涂裝等)排放VOCs中無組織途徑排放VOCs量占比大于60%，我國工業VOCs治理的要點在于減少無組織VOCs排放量[1]。

泄漏檢測與修復(LDAR)工作的目的是對工業生產全過程有機物料泄漏進行系統管控，利用便攜式檢測設備定量、定性檢測生產裝置各類組件VOCs泄漏情況，并在規范要求的期限內開展修復，通過控制、減少企業密封組件VOCs排放量保護環境[2]。經過近幾年的工作實踐與發展，針對LDAR工作的開展要求和質控措施日益完善。環境主管部門相繼頒布了煉油、石化、涂料等重點行業的VOCs排放標準，并對各行業不同組件的LDAR檢測工作提出具體要求[3]。生態環境部出臺了《2020年揮發性有機物綜合治理攻堅方案》，督促企業嚴格落實無組織排放控制要求，突出抓好企業排查整治和生產管理，并在全國范圍內開展夏季VOCs治理攻堅行動[1]。研究表明，LDAR技術已在煉油、石化等重點行業企業廣泛應用，且VOCs排放量管控效果明顯[4-6]，但LDAR在油氣開采、處理等煉油行業上游企業的實踐案例較少，無必要的用于工作參考的指導性案例。

本文依據生態環境部發布的相關行業規范要求對某天然氣處理廠動靜密封點組件開展LDAR工作，對密封點組件信息、現場檢測數據、泄漏組件修復情況進行分析統計，核算各裝置不同類型密封點組件的泄漏率、修復成功率及VOCs排放量，以期為國內上游油氣開采、處理等行業企業治理VOCs無組織排放提供案例借鑒。

1 天然氣處理廠概述

國內某天然氣處理廠的主要功能是對上岸天然氣進行處理、對凝析油進行穩定，處理后的天然氣管道外輸，處理后的凝析油裝車外銷。其中，天然氣裝置最大處理能力為26×108m3/a、凝析油裝置最大處理能力為2.5×104t/a。處理廠按上游物料來源不同分為獨立的東風天然氣處理裝置(以下簡稱DF裝置區)和雷東天然氣處理裝置(以下簡稱LD裝置區)，其主要生產設施包括天然氣進站分離系統、天然氣烴露點控制系統、脫CO2和脫水系統、天然氣壓縮冷卻外輸計量系統、凝析油穩定系統、凝析油儲存裝車系統、燃料氣系統及配套公用設施。天然氣處理廠工藝流程見圖1。

圖1 天然氣處理廠工藝流程

2 LDAR工作實施流程

開展LDAR工作的基本方法與流程參照《石化企業LDAR工作指南》。①項目建立。調研、收集企業生產設備臺賬、物料流程圖、PID(管道和儀表)圖等資料，通過裝置、設備及工藝物料的適合性分析，確定LDAR實施范圍，對開展LDAR工作的組件進行識別、編碼(定位、屬性等描述)、建立臺賬。②現場檢測。對已建立臺賬的密封點按照技術規范開展檢測，記錄并校準檢測結果。③泄漏維修。對泄漏密封點(≥泄漏定義濃度)掛牌記錄，并在標準規范要求的時間內開展修復。④數據統計與分析。按企業VOCs排放管理系統的要求，上傳檢測數據并開展統計、分析，核算設備與管線組件VOCs排放量，編制監測報告。

3 LDAR檢測設備與VOCs排放量核算方法

檢測設備：揮發性有機氣體檢測儀(美國phx-21)；FLIR紅外熱成像儀(美國)；防爆數碼相機。

VOCs排放量核算參照方法：《石化行業揮發性有機物污染源排查工作指南》(環辦[2015]104號)中關聯方程法[1]，裝置運行時間8 760 h/a。

4 數據統計與分析

4.1 密封點數量統計分析

4.1.1 密封點數量分裝置統計

密封點數量分裝置統計結果如表1所示，該天然氣處理廠共拍攝組件照片790張，識別密封點總數為4 849個?，F場泄漏濃度檢測過程中，可達密封點采用便攜式揮發性有機氣體分析儀(美國phx-21)進行定量檢測，不可達點采用FLIR紅外熱成像儀(美國)進行掃描定性檢測。

表1 密封點數量分裝置統計結果

4.1.2 密封點數量按組件類型統計

密封點數量按組件類型統計結果如表2所示，天然氣處理廠所有裝置中法蘭、閥門和其他連接件的密封點最多，分別為2 387，1 323，978個，分別占密封點總數量的49.2%，27.3%，20.2%。三者總計占密封點總數量的96.7%。

表2 密封點數量按組件類型統計結果

4.2 泄漏密封點數量統計分析

4.2.1 泄漏密封點數量分裝置統計

按照GB 31571—2015《石油化學工業污染物排放標準》、GB 31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》等污染物排放標準的規定，泄漏濃度凈檢值≥2 000 μmol/mol(即ppm)的有機氣體與揮發性有機液體流經的設備與管線組件被定義為泄漏密封點位。

泄漏密封點數量分裝置統計結果如表3所示，天然氣處理廠LDAR檢測工作共發現泄漏點位23個，總體泄漏率為0.47%。其中，DF裝置區泄漏密封點最多，為14個，泄漏率為0.90%。DF裝置區相比其他裝置泄漏率較高，主要原因為該裝置區管線、設備內主要介質為天然氣等輕質揮發性有機物，沸點低易揮發，導致在日常巡檢中無法被及時發現并維修；另外該裝置為一期投產裝置，服役時間較長，管、閥、件變形、老化、龜裂等導致組件泄漏率較高。

表3 泄漏密封點數量分裝置統計結果

4.2.2 泄漏密封點數量按組件類型統計

泄漏密封點數量按組件類型統計結果如表4所示，DF裝置區閥門的泄漏點最多，為8個；LD裝置區泄漏點最多的是閥門和壓力釋放設備，均為3個；儲罐與裝車區泄漏點主要是取樣連接系統組件，為2個。所有裝置中泄漏點數量最多的是閥門，為11個。但從泄漏率看，取樣連接系統的泄漏率最高，為33.3%，閥門組件由于密封點數量基數較大，泄漏率為0.83%。

表4 泄漏密封點數量按組件類型統計結果

4.2.3 泄漏原因分析

通過對天然氣處理廠開展泄漏檢測工作，發現閥門、法蘭的泄漏點數量較多。閥門組件泄漏部位主要是閥桿出函壓蓋處與函壓蓋下的環狀螺栓密封。閥門經長時間工作，導致閥體填料與閥桿間的壓力減弱，同時閥體填料也在不斷的腐蝕、老化，易發生泄漏。法蘭組件泄漏部位主要是法蘭環狀密封，法蘭墊片長期使用后老化、龜裂，兩側管道受力不均等可導致墊片與法蘭面產生空隙而發生泄漏[2]。取樣連接系統與壓力釋放設備的泄漏率較高。取樣連接系統由于經常進行取樣開閉操作，易造成取樣管閥件磨損松動，導致取樣閥門處內漏。壓力釋放設備屬于自動閥類，主要用于壓力容器和管道上，對設備運行安全和員工人身安全起重要保護作用[4]。較大的壓力釋放設備泄漏點可提前發現安全隱患并采取措施，進而提高工藝和生產環境的安全性和可靠性。

4.3 VOCs排放量統計分析

4.3.1 超泄漏定義組件VOCs排放量按裝置統計

超泄漏定義組件VOCs排放量按裝置統計結果如表5所示，按裝置運行時間8 760 h/a計算，可算出基于關聯公式方法下的VOCs排放量。裝置區所有泄漏密封點VOCs排放量為1.591 1 t/a。其中，LD裝置區泄漏密封點VOCs排放量最高，為1.407 4 t/a，占廠區LDAR總泄漏排放量的88%。

表5 超泄漏定義組件VOCs排放量按裝置統計結果

4.3.2 泄漏密封點VOCs排放量按組件類型統計

泄漏密封點VOCs排放量按組件類型統計結果如表6所示，所有裝置泄漏密封點VOCs總排放量為1.864 9 t/a。其中，壓力釋放設備VOCs排放量最大，為1.093 2 t/a，占裝置總排放量的58.60%；法蘭、閥門和其他連接件泄漏密封點最多，共占96.7%，其VOCs排放量分別占總排放量的9.84%，13.40%，16.80%，共計40.04%；壓力釋放設備泄漏密封點占總數量的0.91%，但其VOCs排放量最大，占總排放量的58.60%。超泄漏定義密封點VOCs排放量為1.591 1 t/a，占總排放量的85.3%。

表6 泄漏密封點VOCs排放量按組件類型統計結果

4.4 泄漏密封點修復情況

企業生產人員對超泄漏定義密封點進行初次維修，維修完成經檢測后對維修成功(低于泄漏定義濃度值)的密封點進行摘牌、清檔；對暫時無法成功維修的密封點則將其納入企業延遲維修清單，需最晚于下次裝置停車(工)檢修期間內完成修復。

4.4.1 泄漏密封點修復情況分裝置統計

泄漏密封點修復情況分裝置統計結果如表7所示，經過維修，共成功修復6個密封點，整體修復成功率為26.1%，LD裝置區修復成功率較高，為42.9%。未維修成功的17個密封點待廠區開展停工檢修時再采取換件等措施，因此將該類密封點記錄在企業延遲維修清單，并按無組織排放標準要求報生態環境主管部門備案。

表7 泄漏密封點修復情況分裝置統計結果

4.4.2 泄漏密封點修復情況按組件類型統計

泄漏密封點修復情況按組件類型統計結果如表8所示，所有裝置中閥門泄漏密封點最多，共11個，通過維修，成功修復5個，修復成功率為45.4%；法蘭與其他連接件泄漏密封點未維修成功，主要是因為兩者銹蝕嚴重，無法通過簡單的緊固達到修復的目的，只能在裝置停工檢修時更換組件。取樣連接系統與壓力釋放設備事關取樣與生產系統安全，其泄漏組件修復需經系統評價后進行。

表8 泄漏密封點修復情況按組件類型統計結果

4.4.3 修復效果分析

天然氣處理廠對泄漏密封點位進行了維修，共成功修復6個密封點，按關聯公式法計算，修復后裝置區VOCs減排量見表9(統計檢測的可達密封點)。

表9 泄漏密封點修復后減排量統計結果

通過開展對泄漏組件的修復，降低VOCs排放量0.000 1 t/a，減排率為0.01%。受天然氣處理廠管線與設備內多為氣態輕質物料所致，LDAR工作不停工維修修復成功率不高，進而導致動靜設備密封點VOCs減排效果不夠理想。但根據VOCs排放量統計結果來看，該廠在年中裝置停工檢修時進行泄漏密封點組件更換后，預計將獲得較高的VOCs減排率。

5 結 論

1)對國內某天然氣處理廠開展LDAR工作，共識別密封點4 849個，發現泄漏點位23個，總泄漏率為0.47%；通過泄漏密封點維修，共成功修復6個密封點，修復成功率為26.1%；基于關聯公式法進行核算，該廠動靜設備密封點VOCs排放量為1.864 9 t/a，經LDAR工作后，VOCs減排量為0.000 1 t/a，減排率為0.01%。

2)該天然氣處理廠常見的泄漏密封點組件類型為閥門、法蘭與連接件，企業在日常生產管理上需重點關注該類型密封點的運行狀況，制定檢測計劃，按照規范要求定期開展LDAR工作。

3)天然氣處理廠LDAR工作不停工維修修復成功率不高，導致動靜設備密封點VOCs減排效果不理想。預計該廠進行泄漏密封點組件更換后將獲得較高的VOCs減排率。