油田挥发性有机物检测及调查方法探讨

高广伟

(中国石油天津储气库分公司安全环保科)

0 引 言

挥发性有机物(VOCs)是指参与大气光化学反应的有机化合物，或者根据规定的方法测量或核算确定的有机化合物。控制VOCs排放，实施泄漏检测与修复(LDAR)项目具有重要意义。①减少环境污染，保障人身安全。随着工业的高速发展，VOCs在城市中产生的污染日趋严重，造成光化学烟雾、O3浓度升高、灰霾天气增加等民众关注度高的环境问题。因而，VOCs的排放越来越受到世界各国的普遍重视[1-2]。②控制事故发生频率，减少安全隐患。近年来石油化工企业事故频发，不仅造成人员和经济的损失，也造成了一定的社会影响。由于VOCs具有特定的高挥发性和无组织排放形式，其泄漏无法用肉眼觉察，一旦发生泄漏事故，常常造成恶劣后果[3]。③减少企业经济损失，树立业内标杆。统计数据表明，2009年石油炼制和石油化工行业VOCs排放量为153.49万t，储罐、转运、泄漏和废水处理逸散等无组织排放源占大多数[4-5]。按照每年100万t原油加工能力估算，每年VOCs排放量为600 t。以汽油出厂价格8 000元/t计算，每年的经济损失在480万元左右。其中，由于设备动静泄漏造成的损失为144万元。因此，控制VOCs泄漏，可大大减少企业的经济损失。

1 国家政策

我国VOCs管控起步较晚，《中华人民共和国大气污染防治法》中并没有针对VOCs的明确规定，只对有机烃类气体、恶臭气体、有毒有害气体等提出了控制要求。

在标准规范方面，1996年颁布的GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》仅对非甲烷总烃的排放提出要求，直到2008年才明确VOCs定义及行业排放控制要求。

2010年，国务院发布《国务院办公厅转发环境保护部等部门关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量指导意见的通知》(国办发[2010]33号)，在国家层面上提出VOCs管控。

自2010年起，在国家政策的指导下，LDAR项目的相关法规逐步发展完善。2015年4月16日，GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》发布，我国VOCs管控政策初步形成体系。

近年我国出台的VOCs管控政策见表1。

目前国家已经明确规定：要在重点区域、重点(炼化)行业，对VOCs泄漏排放进行控制；削减石化行业VOCs排放；对泵、压缩机、阀门、法兰等易发生泄漏的设备与管线组件，制定LDAR计划，定期检测，及时修复，防止或减少“跑、冒、滴、漏”现象。

《石化行业挥发性有机物综合整治方案》指出：2015年底前，全面开展LDAR工作，完成VOCs排放量和物质清单信息申报，全面开展VOCs综合整治工作；2017年7月1日前，全面完成综合整治工作，达到GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》、GB 31571—2015《石油化学工业污染物排放标准》、GB 31572—2015《合成树脂工业污染物排放标准》等相关标准和要求。

国内LDAR项目起步较晚。2013年末广州石化等少数石化企业开展了LDAR项目试点工作，2014年LDAR项目发展势头有所上涨，部分中国石化企业和上海市、广东省、江苏省等部分化工园区开展LDAR

表1 VOCs管控政策

试点装置。中国石油华北石化分公司于2014年末全面开展实施LDAR项目，是我国实施LDAR项目较早的大型石化企业。2015年由于LDAR项目国家标准GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》的发布，辽宁省环保厅等诸多省、市级环保单位将LDAR项目提上日程，强制石化企业尽快开展LDAR项目。2015年6月24日，财政部、国家发改委、环境保护部联合印发了《挥发性有机物排污收费试点办法》(财税〔2015〕71号)，试点行业包括石油化工行业和包装印刷行业，自2015年10月1日起施行。北京市首征VOCs排污费，根据企业VOCs年排放情况收费10～40元/kg。天津市VOCs排污费基本收费标准为10元/kg。

2 LDAR项目技术方案

根据LDAR项目实施经验，可通过以下流程控制并降低管线和设备VOCs无组织排放。

2.1 资料收集

需要收集企业概况、油田和气田样品组分含量分析以及接转站、联合站和油库工艺流程图、设备台账、操作规程等，帮助技术人员了解现场设备组件、布局和工艺流程。

2.2 实施范围审核

根据所收集资料的物流名称、相态、温度、压力、质量流量、实际体积流量、密度、分子量等判断管线中的物料种类和状态。根据GB 31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》中VOCs气体、轻液和重液定义，标记出需纳入LDAR项目的管线，为管线编号，并进行现场排查。此过程要对需检测点的数量有一个相对准确的估算。

2.3 现场排查

本阶段是对资料标注的管线进行现场核对，并根据标记管线的颜色，选择相同颜色的Flag(彩色丝带)系挂在对应的管线上。此过程的主要目的是将资料中显示的需要检测的管线体现在现场管线上，便于项目现场实施。

2.4 现场标记

根据上一步各管线所挂Flag情况，确定哪些管线上的组件需要检测，并在需检测组件上标记Tag标签，每个Tag标签都有一个ID号码。此过程主要是将需要检测的组件编号，便于下一步建立台账和统计记录。

2.5 信息采集

通过WV10手操器将各标签下需要检测的组件拍摄照片，并在其上标记密封点检测顺序，记录各密封点对应的组件类型、ID号码、管线编号、管线物料状态等信息，统一汇总。

目前实用的子带合成方案有3种：合成距离包络法[14]、时域合成法和频域合成法[15]。3种方法各有优缺点，合成距离包络法效率最高，但是存在能量溢出，导致距离向形成虚假峰，而且该方法对速度误差敏感。时域合成包含了时移、误差补偿和频谱叠加，效率最低。频域合成在完成子带内和子带间误差补偿以后，只需进行频谱的拼接，具有运算量小、实现简单、性能好等优点[16]。通过以上比较，本文采用的是频域合成法。频域合成其实就是频谱的合成，根据频率步进关系，将各子带信号进行频移，然后进行叠加即可。频域子带合成示意图如图1所示。

2.6 建立数据库

将汇总的所有需检测组件的信息录入到LDAR管理平台软件上，建立数据库台账。

2.7 现场检测(首轮检测)、数据上传

选用的检测仪器为TVA-2020C便携式挥发性有毒气体检测仪。为方便检测，每台TVA配套一台WV10手操器，可顺利与PC进行数据交换。检测工作开始前，通过手操器连接LDAR管理平台，下载需检测组件信息，现场对应ID号码进行检测。将所有的检测数据通过手操器中VOCs Reader软件上传到数据库平台进行汇总展示。如现场检测出现泄漏，在对应的组件位置需挂上泄漏牌进行提示，方便维修人员进行维修。组件维修完毕，需再对已维修完毕的组件进行复检，查看维修效果。

红外摄像扫描设备是Eye-C-Gas红外摄像仪，它能够定性、直观地看到泄漏。对于在检测人员触及范围外的组件，使用Eye-C-Gas进行补充检测，以视频形式记录泄漏情况。

2.8 出具报告

建立数据库后，LDAR管理平台可出具检测组件信息、泄漏量统计、泄漏率统计、修复情况统计等报告。

2.9 持续性周期检测(非首轮检测)

环保部2015年5月发布的《石化行业泄漏检测与修复工作指南(征求意见稿)》中规定：“泵、压缩机、气体/蒸汽泄压设备(直排大气)、采样连接系统、开口管线、阀门每3个月检测一次(相邻两次检测间隔不小于1个月)；法兰、连接件每6个月检测一次(相邻两次不小于两个月)”。因此，建档后的VOCs密封点需定期进行检测，最大限度地减少企业VOCs泄漏造成的安全隐患。

3 预期效益评价

3.1 企业生产安全效益

3.2 企业员工健康效益

30%的VOCs具有危害健康的毒性，容易造成呼吸道疾病，同时VOCs中187种有毒有害气体污染物(HAPs)对人体产生毒性效应(包括对生殖系统的影响以及造成先天性缺陷和癌症等)。实施VOCs无组织排放控制项目后，可以有效降低现场工人暴露于有害化学品中的风险，保障企业员工的身体健康。

3.3 社会效益及环境效益

随着PM2.5治理工作的开展，作为PM2.5重要前体物之一的VOCs成为被关注的对象。通过实施LDAR项目，可以有效减少VOCs无组织排放，减少大气污染，保护环境。

4 结 论

依据以往项目经验，LDAR合规密封点为3万点的小型炼化企业，首轮检测涉VOCs动静密封点年排放量为45 t。如能有效治理密封组件泄漏，假设维修后密封点的泄漏修复率为60%，VOCs减排量为25 t，按汽油出厂价8 000元/t计算，每年可节省成本20万元。根据《挥发性有机物排污收费试点办法》(财税〔2015〕71号)，以天津市VOCs排污费基本收费标准10元/kg计算，预期可减少VOCs排污费25万元。油田企业如实施3万点的试点区域LDAR项目，并将泄漏密封点修复率达到60%，预期每年获得经济效益45万元。如果提高修复率，则减排量增加，可获得更大的经济效益。