泄漏检测与修复技术在国内某油气终端处理厂的应用

2020-04-17王教凯张保华

云南化工 2020年3期

王教凯，张保华，谢源，吕光

（中国海洋石油集团有限公司节能减排监测中心，天津 300452）

关键字：泄漏检测与修复；油气终端处理厂；挥发性有机物

挥发性有机物（Volatile Organic Compounds,VOCs）是指参与大气光化学反应的有机化合物的总称。研究表明，VOCs是形成细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）的重要前体物，其污染排放对大气环境影响突出，对气候变化也有影响，是重点污染因子，因此需要迫切加强VOCs的综合治理。VOCs挥发性强，涉及行业广，产排污环节多，无组织排放特征明显。研究显示，我国工业VOCs排放中无组织排放占比达60%以上[1]。VOCs的综合治理需重点管控VOCs的无组织排放。

泄漏检测与修复（Leakage Detection And Repair,LDAR）指对工业生产全过程物料泄漏进行控制的系统工程，通过便携式的检测仪器，定量检测或检查生产装置中管阀件等易产生VOCs泄漏的密封点，并在一定期限内采取有效措施修复泄漏点从而控制物料泄漏损失，减少对环境的污染。经过几年的探索与实践，我国针对LDAR技术的要求和管理体系日趋完善，生态环境部相继颁布了VOCs排查与LDAR工作指南文件，同时也出台了不同行业的VOCs排放标准。近期生态环境部发布了《国务院关于印发重点行业挥发性有机物综合治理方案的通知》要求到2020年完成“十三五”确定的VOCs排放量下降10%目标任务，并在重点区域与重点行业VOCs治理取得明显成效[1]。实践表明，LDAR技术已在石油炼制与石油化学等企业得以广泛应用并取得了能够显著降低VOCs无组织排放的效果，但LDAR技术在油气开采、处理等油气生产上游企业应用案例较少，缺乏相关的应用参考。

本文对国内某油气终端处理厂装置的动静设备密封点开展LDAR工作，对密封点信息及检测数据进行统计，并分析各装置密封点的泄漏率、修复率、VOCs排放量等。该终端厂的主要装置及其处理能力为：230×104t/a原油分离、脱水、稳定装置，43×104m3/d轻烃回收装置，360 kg/d脱硫装置及配套罐区。

1 泄漏检测与修复工作流程

泄漏检测与修复工作的主要流程包括密封点信息建立、现场检测、泄漏密封点维修与信息系统建立、数据核算等4部分。①根据企业实际情况，现场调研并收集设备台账、物料平衡表、PID图等相关资料，通过分析工艺路径、物料介质确定LDAR工作工艺段并剔除豁免组件，采用专业软件对需要开展的组件进行识别、编码、建档；②制定检测方案并实施，对已建档的密封点按照一定的顺序使用便携式挥发性有机气体分析仪进行检测，记录检测结果；③对超过泄漏定义的密封点加挂警示信息牌并在规定的时间内开展泄漏维修；④按照企业LDAR信息管理系统要求，将检测结果导入平台进行数据统计、分析，核算企业动静密封点VOCs排放量，编制报告归档。

2 设备与核算方法

检测设备：美国phx-21挥发性气体检测分析仪；FLIR GF320红外成像仪；Excam1600数码相机。

VOCs排放量核算方法：采用《石化行业VOCs污染源排查工作指南》（环办 [2015]104号）附录1中的关联方程法进行计算，装置运行时间按照每年8760h统计计算。

3 检测结果与分析

3.1 密封点数量统计分析

3.1.1 各装置密封点数量统计

终端厂各装置密封点数量统计情况见表1。

表1 终端厂各装置密封点统计

根据统计可知，该终端厂LDAR项目共拍摄密封点照片1634张，识别密封点总数9317个，其中可达密封点8679个，不可达密封点点638个。现场检测过程中，可达密封点采用美国phx-21挥发性气体检测分析仪进行检测，不可达点采用FLIR GF320红外成像仪进行扫描检测。

3.1.2 不同组件类型密封点数量统计

终端厂不同类型组件密封点数量统计情况见表2。

表2 终端厂不同类型组件密封点统计

根据统计可知，该终端厂所有装置法兰、阀门和其它连接件的密封点数量较多，分别为5064、2430、1373个，分别占密封点总数的54.4%、26.1%、14.7%，三者合计占密封点总数的95.2%。

3.2 泄漏密封点统计分析

3.2.1 各装置泄漏密封点数量统计

参照《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571-2015）[2]与《石油炼制工业污染物排放标准》（GB31570-2015）[3]的规定，当泄漏检测值大于等于2000 μmol/mol的有机气体和挥发性有机液体流经的设备与管线组件，及当泄漏检测值大于等于500 μmol/mol的其它挥发性有机液体流经的设备与管线组件，则认定为密封点泄漏点位。

终端厂各装置密封点泄漏数量统计情况见表3。

表3 终端厂各装置泄漏密封点统计

据统计可知，该终端厂LDAR检测项目共检测密封点9317个，共发现泄漏密封点88个，总体泄漏率为0.94%。其中轻烃回收装置区的泄漏密封点数量最多，为68个，泄漏率为1.86%。主要因为该装置设备及组件内物料为轻烃组分，挥发性较强，同时生产工艺导致管件内压力较大，较易泄漏挥发，并且在常温常压下泄漏点位肉眼很难发现，无法得到及时维修。其次是脱硫装置区和储区，泄漏率分别为0.64%和0.66%。原油分离脱水稳定装置的泄漏率最低，为0.23%，主要是因为原油处理区装置内介质是原油，原油组分复杂，挥发性相对较差，至使该装置密封点泄漏率较低。

3.2.2 不同组件类型泄漏密封点数量统计

终端厂不同组件类型泄漏密封点数量统计情况见表4。

表4 终端厂各装置不同类型组件泄漏密封点统计

由表4可知，该终端厂所有装置密封点组件中泄漏数量最多的是阀门和法兰，检出泄漏数量分别为43个和33个。从泄漏率的角度看，泵、开口管线和阀门的泄漏率较高，分别为2.13%、1.89%和1.78%。

3.2.3 泄漏原因分析

阀门和法兰虽然泄漏率相对泵和连接件较低，但在装置中的泄漏数量最多。其中阀门泄漏浓度最大的部位主要是阀杆出填料函压盖处和填料函压盖下的法兰，阀门经过多次启闭操作后，填料与阀杆的接触压力逐渐减弱，同时填料自身也会发生腐蚀、老化等，容易造成泄漏。法兰泄漏浓度最大的部位是在密封垫片四周，垫片长期使用后老化、龟裂，以及管道热变形、机械变形、振动等都可能造成密封垫片与法兰端面之间密合不严而发生泄漏。开口管线的泄漏率较高，其泄漏通常是由控制阀门内漏造成的。由于需要经常进行开闭操作，尤其是采样口，使用更为频繁，容易造成阀门磨损、腐蚀等，导致其泄漏点较多，泄漏率也较高[4]。

泵在机械密封处检出的泄漏浓度最大，这是由于机械密封属于动密封，经过长时间运行后，密封环磨损老化等原因会造成密封性能下降，容易发生泄漏。连接件主要泄漏部位为螺纹接头，因螺纹接头长期使用后，螺纹连接处容易被腐蚀而发生泄漏[5]。

从统计的检测结果可知，该厂泄漏点位较多的工艺介质主要为轻烃区，其贡献了总泄漏组件数量的77.3%。重质液体（原油）介质及操作压力较低的设备（天然气脱硫剂液化气脱硫）泄漏组件数量较少，据此可提示工作人员在日常巡检以及今后制定LDAR检测计划时，关注的重点应放在流通介质为轻质液体或气体的工艺管线和设备上。

3.3 VOCs排放量统计分析

3.3.1 不同装置的泄漏密封点VOCs排放量

终端厂各装置泄漏密封点VOCs排放量统计情况见表5。

表5 各装置泄漏密封点VOCs泄漏量

终端厂各装置年运行时间按8760小时计算，可以算出基于关联公式方法下的泄漏密封点VOCs泄漏量，计算结果见表5所示。该厂各装置区所有泄漏密封点VOCs泄漏量为2.8133 t/a。其中原油分离脱水稳定装置与轻烃回收装置区的泄漏密封点VOCs排放量较高，分别为1.3393 t/a与1.3387 t/a，两者占总泄漏排放量95.2%。

3.3.2 不同组件类型密封点泄漏排放量

终端厂不同组件类型泄漏密封点VOCs排放量统计情况见表6。