地面浓度反推法计算石化企业无组织排放源强

赵东风，张 鹏，戚丽霞，薛建良

（1． 中国石油大学（华东） 化学工程学院，山东 青岛 266580；2． 青岛欧赛斯环境与安全技术有限责任公司，山东 青岛 266580）

石化企业的无组织排放废气大多为有毒有害气体，具有明显的危害性［1-6］。早在20世纪80年代，邵强等［7］就提出控制炼厂大气污染的关键途径之一是减少无组织排放量。同时，无组织排放源强的核算是设置石化企业防护距离的重要环节。然而，石化企业无组织排放废气具有产污环节多、排放源分散无规则且无确切的排放口可供监测等特点，使得准确核算源强变得较为困难［8-9］。

无组织排放源强核算方法包括类比法、物料衡算法、通量法、设计资料法、经验公式计算法、地面浓度反推法等［10］。其中，地面浓度反推法较物料衡算法、通量法更易推广［11］，且不像类比法、经验公式计算法等具有主观因素［12］。杨旭等［13-15］曾对地面浓度反推法的应用、验证及修正等进行相关研究。但石化企业装置众多，无组织排放源分散，污染源可能相互干扰，气样中的某污染物质不能保证来源于某特定装置，若直接用监测浓度反推源强，就可能使反推结果与实际源强存在较大偏差。

本工作对某石化企业的储罐区和原油脱酸装置区进行了无组织排放非甲烷总烃（NMHC）的监测，在进行源强反推前首先采用Pearson相关系数对各监测浓度之间以及各监测浓度与近源浓度之间进行了相关分析，根据相关性的高低首先确定污染物质的来源，再选择相关性好的监测浓度用于源强反推，计算源强。

1 项目监测

1.1 面源概况

以某小型石化企业的储罐区及原油脱酸装置区为研究目标，进行NMHC监测。两区域的无组织排放面源概况如表1所示。

表1 无组织排放面源概况

1.2 监测方案

1.2.1 近源浓度监测

地面浓度反推法基于高斯扩散模式［16］，认为排放源下风方向地面大气中有害物质浓度与源的排放量成正比。若已知影响有害物质扩散稀释的各项主要因素， 即可根据在下风方向测得的有害物质地面浓度反推出排放量。为了分析近源浓度与下风向不同距离浓度的相关性以确定下风向污染物的来源，需在不受或尽量少受干扰的情况下对面源的近源浓度进行监测，并认为下风向不同距离的无组织排放污染物浓度来自于近源浓度的扩散。

为避免干扰，原油脱酸装置区以及储罐区近源浓度的测定选在周围其他装置停工检修时进行，最大程度地避免其他无组织排放源的影响。近源浓度的监测点设于紧靠装置下风向边缘处，且根据面源几何状况在距其边缘2 m内的采样线上等距离布设4个监测点。

1.2.2 下风向浓度监测

为获得较高准确度，下风向设三条采样线，分别为50 m采样线、100 m采样线、150 m采样线。每条采样线上设4个采样点，参照点设于源上风向2 m处。采样布点示意见图1。此外，气样采集的同时需记录相应气象资料，包括：时间、温度、相对湿度、风向、近地面风速、总云量、低云量、大气压等。

1.2.3 采样频次与分析方法

所有采样点采样频次均相同，分别在02：00，08：00，14：00，20：00采样，每天采样4次，每次连续1 h，连续采样3 d。按照HJ/T 38—1999《固定污染源排气中非甲烷总烃的测定 气相色谱法》［17］对NMHC进行气样分析，检出限为0.12 mg/m3。

图1 采样布点示意

2 结果分析

2.1 监测结果

储罐区与原油脱酸装置区NMHC监测浓度见表2。从表2可以看出：NMHC的无组织监测浓度呈现出明显的空间分布，即离排放面源越近，NMHC浓度越大；除扩散作用外，风向对NMHC浓度也有显著影响，参照点的NMHC浓度最低，且很大一部分气样未能达到最低检出限，其中储罐区参照点浓度低于0.17 mg/m3，原油脱酸装置区参照点浓度低于0.19 mg/m3。此外，在连续3 d采样中各采样线的浓度无明显波动，说明NMHC无组织排放情况稳定。

表2 储罐区与原油脱酸装置区NMHC监测浓度 mg/m3

2.2 Pearson相关分析

为进一步分析各采样线NMHC的无组织排放来源，采取SPSS统计分析软件中的Pearson相关系数进行两组变量间相关性的分析［18］。分别输入各采样点最大监测浓度数据，得到储罐区和原油脱酸装置区各采样线间的相关系数，分别见表3和表4。

Pearson相关系数绝对值越接近1，相关性越好。由表3可以看出：储罐区的50 m采样线与100 m采样线、150 m采样线之间的相关系数分别为0.404和0.669，相关性不强，说明50 m采样线与100 m采样线、150 m采样线监测的NMHC可能来自不同排放源；而100 m采样线与150 m采样线的相关系数为0.950，相关性极好，说明这两条采样线上的NMHC来源可能相同。此外，近源采样线与50 m采样线、100 m采样线、150 m采样线相关系数分别为0.963，0.143，0.445，近源采样线仅与50 m采样线的相关性好，说明50 m采样线的NMHC浓度来源于近源浓度的扩散。而100 m采样线、150 m采样线与近源浓度的相关性欠佳，表明近源浓度并非为100 m采样线、150 m采样线NMHC浓度的唯一贡献源，即100 m采样线、150 m采样线的无组织排放NMHC的来源不单一，其干扰污染源可能来自于污水处理厂、油品运输及其他装置停工吹扫逸散的NMHC等。

由表4可以看出，原油脱酸装置区的50 m采样线与100 m采样线、150 m采样线相关系数分别为0.811和0.942，100 m采样线与150 m采样线的相关系数为0.961，说明3条采样线间的相关性均很好，可以推测这3条采样线的NMHC具有相同来源。而近源采样线与50，100，150 m采样线的相关系数分别为1.000，0.806，0.939，相关性极高，说明50，100，150 m采样线的NMHC很可能来自于近源采样线，即50，100，150 m采样线的NMHC浓度均来源于近源浓度的扩散，受其他排放源的NMHC干扰很小。

表3 储罐区Pearson相关系数分析

表4 原油脱酸装置区Pearson相关系数分析

3 源强反推及结果讨论

通过相关分析，可挑选出与近源浓度间有较高相关系数的监测浓度进行源强反推。因为这些浓度最有可能不受其他排放源干扰，且彼此源于同一排放源。结合采样时记录的气象数据，将相关性好的监测浓度带入地面浓度反推公式（式（1））进行源强计算。

式中：QC为无组织排放源强，kg/h；ρ（x，y，0）为无组织排放源强的地面浓度，mg/m3；u10为距地面10 m处的平均风速，m/s；σz为垂直扩散参数，m；σy为水平横向扩散参数，m；σy0为初始扩散参数，m；为无组织排放源的平均排放高度，m。

通过监测浓度和气象数据可分别计算出储罐区和原油脱酸装置区的NMHC无组织排放源强。为进一步对比相关性高及相关性不高的监测数据用于源强反推的结果，利用《石油库节能设计导则》推荐的计算公式对储罐区的无组织排放NMHC进行了计算。运用反推法算出的储罐区源强（21.84 t/a）远小于《石油库节能设计导则》推荐公式的计算结果（56.80 t/a）。由于相差很大，反推结果的准确性难以定夺，还需结合其他源强计算方法的计算结果进行对比分析。

运用反推法算出的原油脱酸装置区50，100，150 m采样线的源强分别为21.68，21.60，19.76 t/a，3条采样线上的监测浓度用于源强反推的结果极为接近。结合2.2节中Pearson相关系数的分析，可认为原油脱酸装置的反推结果在一定程度上更为可靠。

对于储罐区监测结果相关性差，源强反推结果准确性不高，主要原因可能在于：1）储罐区面源规模是原油脱酸装置区的8.45倍，下风向监测点可能无法准确捕捉到最大地面浓度，导致源强反推结果偏小，可根据实际情况增加采样点；2）储罐区周围装置较原油脱酸装置区紧凑，监测点的设置受到一定限制，且受排放源干扰的可能性大；3）储罐区位于原油脱酸装置区的下风口，储罐区受原油脱酸装置区影响的可能性大，而原油脱酸装置区受储罐区影响的可能性较小。

4 结论

a）对某石化企业储罐区和原油脱酸装置区的无组织排放NMHC进行监测以及Pearson相关分析，运用地面浓度反推法计算源强。

b）原油脱酸装置区的各采样线浓度间具有高相关性，表明各采样线NMHC来源相同且均来源于近源浓度的扩散；储罐区的各采样线浓度间相关性不佳，可能是因为受到了其他排放源的干扰。

c）原油脱酸装置区50，100，150 m采样线的反推源强非常接近，分别为21.68，21.60，19.76 t/a。储罐区的反推结果为21.84 t/a，与公式法的计算结果（56.80 t/a）相差很大，储罐区反推结果的准确性还需结合其他方法进行分析对比。

d）在运用地面浓度反推法计算源强之前，首先对监测浓度进行相关分析，再选择相关性好的监测浓度进行源强计算，可得到更为准确的源强。

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