泄漏检测与修复技术在乙苯脱氢装置中的应用

江　浩，周俊波，杨剑锋，刘文彬，陈良超，高　姗（北京化工大学机电工程学院，北京100029）



泄漏检测与修复技术在乙苯脱氢装置中的应用

江浩，周俊波，杨剑锋，刘文彬，陈良超，高姗
（北京化工大学机电工程学院，北京100029）

摘要：乙苯脱氢装置在生产运行过程中存在无组织泄漏情况，采用泄漏检测与修复技术对挥发性有机物（VOCs）进行排放量计算，并对密封点进行了全面检测和统计分析，进一步分析泄漏原因。乙苯脱氢装置共检测密封点1495个，其中泄漏密封点572个，占总体密封点38.2%。泄漏密封点主要来源于阀门和法兰，其中阀门泄漏率为55.79%。通过维修后，装置VOCs泄漏率从38.2%下降至12.4%，修复率达到32.5%。

关键字：泄漏检测与修复；化工装置；泄漏；损失评估

导师简介：杨剑锋（1967-），男，教授，博士，主要研究方向：石油化工安全技术及工程、化工装置风险分析。

炼化生产装置在运行过程中，设备密封泄漏产生的无组织排放时有发生，不仅会造成加工损失、能源损耗，而且还会污染环境，甚至可能引发火灾、爆炸、中毒等事故。据美国环保局估算，设备泄漏产生的排放约占炼油厂原油加工量的0.01%。石化企业的挥发性有机物（VOCs）无组织排放源主要集中在罐区、装卸区、污水处理单元和生产设备装置。近年来，通过配套法规的颁布实施和新设备、新技术的推广使用，前3项无组织排放得到了有效控制。然而对于设备泄漏产生的VOC无组织排放至今没有取得明显的控制效果。从技术层面来讲，生产装置的VOCs无组织排放主要来源于设备泄漏，而泄漏具有很大的偶然性，至今尚未发现明显的规律［1］。

设备泄漏检测与维修系统（LDAR系统）是应用于石油化工生产装置的泄露检测修复系统，该系统主要针对无组织排放源，即除点排放源（烟囱、焚烧炉）以外的大气污染物质排放点，包括泵、阀门、压缩机、减压阀、采样连接、开放的终端阀、管线、法兰、连接器、容器、搅拌器等各种设备部件的泄漏［2］。通过使用专门的检测仪器进行检测，确保泄漏点的及时发现与修复，最大限度的减少现场VOC介质的排放［3］。

1　乙苯脱氢装置特点

某石化企业4万t·a-1催化干气制乙苯装置以石油苯（重整装置苯和部分外购苯）和催化干气中的稀乙烯为原料，经烃化反应制备乙苯。因此，选取催化干气制乙苯装置应用泄漏检测与维修技术，用于研究该装置泄漏现状及VOCs无组织排放情况。催化干气制乙苯装置主要反应机理

在固体酸催化剂的存在下，苯与乙烯气相烷基化合成乙苯是典型的弗瑞德-克来福特（Fridel-Crafts）反应。该反应的主反应是苯与乙烯烷基化生成乙苯，是亲电取代反应。在酸催化剂作用下，乙烯被活化生成乙基正碳离子，生成的乙基正碳离子进攻苯环形成б络合物，再经质子离去完成了该烷基化反应过程。

2　泄漏检测与维修工作流程

泄漏检测与维修技术工作流程见图1。

图1　泄漏检测与维修技术工作流程Fig.1 Leak detection and repair technology work process

该流程主要包括项目建立、现场检测和统计分析3部分。首先，在项目建立时，根据企业需求开展现场调研与资料分析工作，根据工艺流程、介质类型、现场结构等因素制订泄漏检测与修复方案，并且根据密封点类型、介质性质等分类建立密封点数据库；然后在现场检测时，根据制订的检测方案，准备相应的检测仪器，培训检测人员，完成密封点数据库中所有密封点现场泄漏检测，并且将检测结果导入数据库，将泄漏密封点信息反馈给企业，企业组织维修人员维修后，开展泄漏密封点复测工作；最后，统计分析检测数据，评估泄漏损失，编写检测分析材料，完成材料归档管理［4］。

3　结果与讨论

3.1泄漏检测结果分析

图2　检测已泄漏的密封点统计示意图Fig.2 Leak sealing points statistical diagram

图3　根据密封点类型划分的泄漏检测结果示意图Fig3 Different sealing leak detection results of the classification of the points

图4　根据密封点介质类型划分的泄漏检测结果示意图Fig4 Different sealing point media leak detection results of the classification of the sketch

3.2排放量核算

根据美国EPA的相关方程法［5，6］，

式中eTOC：密封点的TOC排放速率，kg·h-1；SV：修正后的净检测值，μmol·mol-1；e0，i：密封点i的默认零值排放速率，kg·h-1；ep，i：密封点i的限定排放速率，kg·h-1；ef，i：密封点i的相关方程核算排放速率，kg·h-1。

各类型密封点的排放速率按表1计算。

表1　石油炼制和石油化工设备组件的设备排放速率aTab.1 Petroleum refining and petrochemical equipment components of the discharge rate

a：美国环保署，1995b报告的数据。对于密闭式的采样点，如果采样瓶连在采样口，则使用“连接件”的排放系数；如采样瓶未与采样口连接，则使用“开口管线”的排放系数。

b：SV是检测设备测得的净检测值（SV，μmol· mol-1）；

c：轻液体泵系数也可用于压缩机、泄压设备和重液体泵。

表2　密封点分类统计Tab.2 Sealing point classification statistics

表3　泄漏点分类统计Tab.3　Leak sealing point classification statistics

将检测值代入相关方程，得出修复前，每年泄漏损失量为125.5kg。

3.3泄漏原因分析

由于长时间运行，密封点元件在役时间较长，导致元件老化，例如阀门经过多次启闭操作后，导致填料与阀杆的接触压力降低，预紧力不够并且填料松动。法兰垫片容易出现老化、龟裂，导致法兰端面与密封垫片的密合不严。开口管线与采样接口使用更为频繁，控制阀门的内漏导致接口腐蚀与磨损。另外密封点档案管理不到位，石化装置密封点种类繁多、数量较大，导致密封点管理滞后，密封点基本参数缺少信息化管理。

3.4维修措施

阀门阀杆与填料压盖或压板之间泄漏的修复，通常可以通过适当扭紧压盖阀门阀杆与填料压盖或压板之间泄漏的修复，通常可以通过适当扭紧压盖或压板螺栓上的螺母消除泄漏。采用压盖直接压紧填料的阀门，需要注意两侧螺母应平衡扭紧。在上紧螺母的同时，应监测泄漏点，直到净检测值低于泄漏控制浓度。

法兰泄漏维修，首先应对称逐步扭紧螺栓螺母，同时检测泄漏点，直到净检测值低于泄漏定义浓度。通过扭紧螺栓螺母，无法消除泄漏，则需要退出法兰上下游物料，更换垫片。连接件泄漏维修，首先应适当扭紧螺帽。通过扭紧螺母，无法消除泄漏，则需要退出连接件上下游物料，在确保螺纹无损的前提下，重新缠绕密封生料带或涂抹密封胶，将螺母上紧。在扭转螺母过程中，软管不应联动而使螺母受到反向扭矩。

开口阀或开口管线泄漏，首先应检查末端阀门是否关紧。在阀门关紧情况下，泄漏依然存在，则可以通过加装一道阀门或根据阀门、管线的末端实际状况安装盲板或丝堵。

3.5修复结果

修复后进行了复测。复测结果显示：由于装置关停条件下才能修复，某些泄漏阀门立即修复的VOCs排放量大于延迟修复的排放量，且修复过程中应将吹扫物料经密闭排放系统有效处理，因此其中186个点的VOCs泄漏浓度仍大于500× 10-6mol·mol-1。剩余的386个密封点在进行修复后泄漏浓度低于500×10-6mol·mol-1。装置VOCs泄漏率从38.2%下降至12.4%，修复率达到32.5%。

4　结论

乙苯脱氢装置中共检测密封点1495个，其中泄漏密封点572个，占总体密封点38.2%。根据密封点类型划分的泄漏检测结果示意图，其中阀门泄漏率为55.79%，说明阀门泄漏最为严重，图3为根据密封点介质类型划分的泄漏检测结果示意图，由气体/蒸汽管线与轻液管线的泄漏情况对比可知，轻液管线泄漏明显大于气体管线泄漏两种介质类型，达到74.98%。对延迟修复的186个泄漏密封点应提高检测频率，记录检测结果，判断密封点的泄漏程度有无加强。

参考文献

［1］陈梓剑，王春花.泄漏检测与维修技术在芳烃抽提装置的应用研究［J］.环境科学与管理，2015（6）.

［2］鲁君，李莉，林立，等.挥发性有机化合物气体泄漏检测与修复技术［J］.化工环保，2011，31（4）：323- 326.

［3］邹兵，丁德武，朱胜杰.石化企业泄漏检测与维修技术研究现状及进展［J］.安全、健康和环境，2014，14（4）：1- 4.

［4］United State Environmental Protection Agency.Protocol for E-quipment Leak Emission Estimates［Z］，1995.

［5］EPAMethod 21.Determination of Volatile Organic Compound Leaks ［S］.CFR40，Part60，1995

［6］石化企业泄漏检测与修复工作指南［S］.2015

Application of leakage detection and repair technology in ethyl benzene dehydrogenation unit

JIANG Hao，ZHOU Jun-bo，YANG Jian-feng，LIU Wen-bin，CHEN Liang-chao，GAO Shan
（School of Mechanical and Electrical Engineering College，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Abstract：Unorganized leakage exists in the process of ethyl benzene dehydrogenation unit. Using the leakage detection and repair technology，the emissions of volatile organic compounds（VOCs）can be calculated. Sealing point had be carried on the comprehensive testing and statistical analysis. Then the cause of leakage can be analyzed. These technicians inspected a total of 1495 equipment sealing points and the overall leakage rate was 38.2%. The main components prone to leakage are valves and flange. The overall leakage rate of valves is 55.79%. And the overall leakage rate after shutdown repair dropped to 12.4%，the shut-down repair success rate was 32.5%.

Key words：leakage detection and repair；chemical plant；leak；damage assessment

中图分类号：TE687

文献标识码：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160656

收稿日期：2016- 03- 23

作者简介：江浩（1989-），男，在读研究生，主要研究方向：安全技术及化工安全评价。