基于FID的石化行業典型裝置VOCs泄漏測試研究

鄧 猛

（江蘇省南京環境監測中心，南京 210013）

目前，揮發性有機物（VOCs）的治理已成為我國生態環境保護的重點工作。設備動靜密封點泄漏是VOCs無組織排放的重要源項之一。2015年11月，原環境保護部印發《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》，要求涉及VOCs的工業企業對生產過程物料泄漏進行控制，并明確提出泄漏檢測與修復（LDAR）的技術細則。該技術采用固定監測設備或移動監測設備，定量或定性檢測生產工藝裝置中閥門、法蘭、機泵、壓縮機、開口閥、密閉系統排放口、入孔等10類易產生VOCs處的泄漏情況，并修復超過一定濃度的泄漏源，從而控制物料泄漏損失，減少環境污染[1-3]。

1 研究方法

目前，環境VOCs排放監測方法可分為實驗室監測、在線監測和便攜式現場監測三大類，在線非甲烷總烴相關的方法標準和儀器標準均較為成熟。但是，由于泄漏檢測現場需求的特殊性，無法直接采用非甲烷總烴，一般采用總烴檢測的方法。

1.1 確立基于FID的VOCs泄漏檢測方法

氫火焰離子化檢測器（FID）的工作原理是載氣攜帶被分析組分和可燃氣氫氣從噴嘴進入檢測器，助燃氣（空氣）從四周導入，被測組分在火焰中被解離成正負離子，在極化電壓形成的電場中，正負離子向各自相反的電極移動，形成的離子流被收集、輸出，經阻抗轉化，放大器便獲得可測量的電信號。對烴類化合物而言，在火焰內燃燒的碳氫化合物中，每個碳原子均等量轉化成最基本的、共同的響應單位——甲烷，所以FID對烴是等碳響應，這是最主要的反應，成為電荷傳送的主要介質[4]。

1.2 典型污染源VOCs泄漏排放水平報告

確立測量方法后，選擇典型的污染源現場測量VOCs排放，了解它們的真實排放水平，進而評估VOCs潛在的大氣環境影響，為環境管理提供基礎支撐。評估現有污染物控制措施對這些氣態前體物的控制水平，為將來VOCs泄漏排放控制提供基礎數據，從而減少非常規污染物的排放[5]。

2 泄漏檢測的數據評估

本次評估以南京市某大型石化煉制企業的5套不同裝置為例，對行業不同生產環節和工藝具有氣態VOCs物料或液態VOCs物料的設備與管線組件開展泄漏檢測。按照《石油化學工業污染物排放標準》（GB 31571—2015）的規定，對于石油煉制企業，泄漏濃度凈檢值不小于500 μmol/mol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。

2.1 密封點分布

2.1.1 密封點按裝置統計

通過對石油煉制企業5個不同裝置開展LDAR前期準備工作，共統計動靜密封點73 145個，其中，可達密封點有71 299個，不可達密封點有1 846個。具體來看，各裝置密封點分布情況如表1所示。

表1 各裝置密封點分布情況

2.1.2 密封點分組件統計

所有密封點按組件分類，可分為泵、閥門、法蘭和泄壓設備等9種，其中以閥門、連接件和法蘭的密封點最多，分別有12 242個、35 137個和24 158個。各個組件可達點和不可達點的具體統計情況如表2所示。

表2 不同組件的密封點統計結果和泄漏排放量占比

2.2 密封點泄漏檢測

2.2.1 各裝置泄漏密封點情況

使用FID對5個石油煉制裝置進行LDAR檢測，共發現VOCs泄漏點位57個，總體泄漏率為0.08%。按泄漏密封點數量統計，蠟油加氫裝置、異丁烷裝置和連續重整裝置最多，數量分別為24個、15個、13個。按泄漏率統計，PSA裝置、異丁烷裝置和蠟油加氫裝置最高，分別為0.19%、0.15%和0.14%，如表3所示。

表3 泄漏密封點分裝置統計

2.2.2 各組件泄漏密封點情況

按組件類型統計，泄漏密封點最多的組件是閥門和法蘭，數量分別為28個和22個，泄漏率分別為0.23%和0.1%，其次是連接件，泄漏點有7個，但是連接件統計基數較大，泄漏率為0.02%，如表4所示。

表4 泄漏密封點分組件統計

2.3 密封點泄漏評估

統計石油煉制企業5種裝置的各個組件泄漏情況，結果發現，泄漏的主要組件是連接件、法蘭和閥門，三者泄漏量占總泄漏量的96%以上，其占比分別為40.14%、35.71%和20.46%。不同組件的泄漏排放量占比情況如表2所示。

3 泄漏原因分析

對石油煉制企業開展泄漏檢測，發現閥門、法蘭的泄漏點數量較多。主要原因有：內浮頂罐不符合標準所規定的高效密封方式要求；穩定輕烴充裝卸區罐車排氣系統無法集中處理；凝析油罐下裝式發油裝置無廢氣收集處理措施；污水池敞開液面逸散；凝析油儲存不符合要求，未采用壓力罐、低壓罐或其他等效措施；凝析油裝載不符合要求，未采用底部裝載或頂部浸沒式裝載方式；裝載未采用氣相平衡系統或其他等效措施；原油裝載方式不符合要求，未采用底部裝載或頂部浸沒式裝載方式；重力分離罐排污管線與排污管網連接處未采取與環境空氣隔離的措施。

從組件來看，閥門、法蘭和連接件的泄漏點數量較多。其中，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，同時閥體填料不斷腐蝕、老化，易發生泄漏。法蘭組件泄漏部位主要是環狀密封，法蘭墊片長期使用后老化、龜裂，長期運行導致螺栓松動，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。連接件泄漏部位主要是螺帽連接處，若密封性不夠或螺紋受損，螺帽無法上緊，則會發生泄漏。

4 結論

本文結合具體案例，采用FID對石化行業典型裝置進行LDAR測試，最終綜合分析VOCs泄漏原因，為環境管控提供技術支撐。經統計，蠟油加氫裝置、異丁烷裝置和連續重整裝置泄漏密封點數量最多，PSA裝置、異丁烷裝置和蠟油加氫裝置泄漏率最高，泄漏點最多的組件是閥門和法蘭，泄漏排放量最多的主要組件是連接件、法蘭和閥門。