基于LDAR检测技术对化工装置VOCs的泄漏分析

张蒲根*

（上海市特种设备监督检验技术研究院）

0 前言

石油化工行业是我国经济的重要组成部分，随着环保意识逐渐深入人心，降低污染物排放量已经迫在眉睫。目前，石油化工行业产生的VOCs（挥发性有机物）主要泄漏处为化工装置中容器和管道的连接组成件，在生产过程中，由于腐蚀、渗漏以及密封等因素，其组成件会随机泄漏出大量的VOCs，且泄漏规律很难被掌握[1]。由于化工装置中的容器和管道数量庞大，可能产生泄漏的密封点数量高达数万甚至数百万，VOCs 被无组织排放到大气中[2]。

泄漏检测与修复（LDAR）是一种新型的用于减少无组织排放VOCs 的技术，目前在国际上被广泛采用[3]。目前，LDAR 检测普遍采用便携式检测设备，对生产装置中的法兰、连接件等的密封面进行检测，再对泄漏值超标的点位采用有效措施将泄漏点修复，进而达到减少环境污染、防止物料泄漏的目的。

20 世纪80 年代，欧美部分发达国家就开始重视VOCs 排放带来的环境影响，并逐步采用LDAR 技术对化工装置中的VOCs 泄漏进行控制，并逐渐形成了比较完善的实施体系，成效十分显著[4-5]。目前，我国面临的环境压力越来越大， VOCs 的排放控制也越来越急迫，大多数化工企业已经逐步开展LDAR 检测工作，国家也制定了相关的法规政策。早在2014 年，环保部门就发布了关于《石化行业挥发性有机物综合整治方案》，对石化企业建立LDAR 管理制度进行了细化，并要求制定具体措施，2015 年又陆续发布了强制国家标准《石油化学工业污染物排放标准》《石油炼制工业污染物排放标准》和《合成树脂工业污染物排放标准》，企业应按标准要求开展LDAR 检测工作，并规定了检测频率、泄漏标准等方面的具体内容。

本文采用便携式检测仪器对泄漏组件进行泄漏数据采集，泄漏组件包括：压缩机、阀门、泄压装置、泵、法兰、连接件及开口管线等。通过对LDAR 现场采集的数据结果进行分析，研究各组件尺寸与泄漏数值之间的关系，并提出了减少VOCs 排放的建议。

1 LDAR检测流程及原理

1.1 LDAR工作流程

LDAR 工作实施时，相关人员应具备一定的专业素养，需要按照预先制定好的流程进行现场检测，具体实施流程如图1 所示。首先需要对检测人员进行培训，内容包括：明确法规标准的要求和检测设备使用说明。检测人员需要熟悉现场点位，参考资料和图纸来确定检测点位排布和方案；继而在泄漏点位进行现场挂牌并拍照；汇总现场检测结果，并进行数据核算、小结，最终形成报告。

图1 LDAR工作流程图

1.2 检测原理

样品气中的氢化合物与空气燃烧发生化学反应会产生离子，最后生成水和二氧化碳，具体化学反应如下（R 表示碳化合物）：燃烧过程中产生的离子被吸引到专门的集电极，形成电势差和电流，并转化形成读数。

1.3 设备操作流程

（1）设备检查

设备检查内容主要包括管路、除水滤膜及气瓶压力等，然后进行校准。

（2）现场检测

现场检测内容主要包括动设备的连续运转的密封副及本体与管道连接的密封面等。

1.4 注意事项

（1）现场检测采样时，吸入导管嘴应放置于离密封面1～2 cm 处。

（2）保证检测时间，每个密封点应检测20 s 以上。

（3）确认泄漏值，当检测数值超过设定的阈值（500×10-6），需确认测量3 次，超过报警值2 次以上，则可判定该处为泄漏点。

1.5 检测数据采集

对上海某化工厂（OSBL）的LDAR 现场采集数据进行汇总，对比分析了压缩机、阀门、泄压装置、泵、法兰、连接件、开口管线等密封组件的平均泄漏数值，以及阀门、法兰在不同尺寸下的泄漏情况。

泄漏情况主要可参照两个评价指标，即泄漏最大值和平均泄漏值。泄漏最大值是所检测到的泄漏值中的最大值。平均泄漏值为组件的各点的泄漏数值之和除以该种组件的总点数，其计算式如下：

式中：P——平均泄漏数值，10-6；

Li——每点的泄漏数值，10-6；

i——泄漏点数，个；

N——该种组件的总点数。

2 结果分析

本文将现场检测数据通过PDA 上传至云服务系统，汇总后对该装置的数据并下载，然后分别提取法兰、泵、阀门、开口管线、泄压装置、连接件、压缩机等组件的泄漏数值，计算平均泄漏值，并绘制出各组件的平均泄漏值曲线，如图2 所示。

图2 各组件平均泄漏值曲线

装置中的泵、开口管线、连接件等组件的平均泄漏数值较高。由于法兰和阀门在装置中的数量较多，本文分别对法兰和阀门的泄漏平均值、泄漏最大值与其尺寸大小的关系进行了分析，数值与曲线如图3和图4 所示。

图3 阀门泄漏数值与尺寸关系

图4 法兰泄漏数值与尺寸关系

通过图3 可以判断：当阀门尺寸为100～150 mm时，其平均泄漏数值最大；阀门泄漏最大值同样也是在管道尺寸为100～150 mm 的区间内；并且泄漏值呈线性趋势增大，阀门尺寸越大，泄漏平均值与最大值都将逐渐提高。

通过图4 可以判断：当法兰尺寸为250～350 mm时，平均泄漏值最大；法兰的泄漏最大值出现在尺寸为100～200 mm 的区域；法兰泄漏平均值随着尺寸变大呈线性趋势逐渐减小，说明法兰尺寸越大平均泄漏值将逐渐减小；法兰泄漏最大值随着尺寸变大呈线性趋势线逐渐增大，说明法兰尺寸越大，泄漏最大值将逐渐提高。

综上所述，公用工程装置中的泵、开口管线、连接件等组件泄漏平均值高于其他组件，因此需要重点提高泵、开口管线、连接件等组件的密封技术要求。阀门泄漏平均值与最大值都出现在尺寸为100～150 mm 区域内，并且线性趋势线均上移，因此当阀门尺寸为100～150 mm 时，需要提高密封要求，并且阀门尺寸越大，越需要注意其密封效果。当法兰尺寸为250～350 mm 时，其平均泄漏值最高，并且平均值与尺寸大小呈线性负相关；其尺寸为100～200 mm 时，泄漏最大值最大，最大值与尺寸大小呈线性正相关。这表明了法兰尺寸越大，出现失效性泄漏的概率将会增大，但是泄漏均值将会减小。

3 结论

本文采用LDAR 检测结果数据对某石油化工企业的密封点的检测结果进行分析，分别提取阀门、泵、法兰、开口管线、压缩机、泄压装置、连接件等组件的平均泄漏值并进行分析。由于法兰和阀门在装置中的数量较多，本文分别对法兰和阀门的泄漏平均值与泄漏最大值与其尺寸大小的关系进行了分析，并得到以下结论：

（1）阀门的泄漏平均值与最大值都出现在其尺寸为100～150 mm 的范围内，并且线性趋势线均上移，因此，当阀门尺寸为100～150 mm 时，需要提高密封要求，并且阀门尺寸越大，越需要注意其密封效果。

（2）当法兰尺寸为250～350 mm 时，其平均泄漏值最高，并且平均值与尺寸大小呈线性负相关；其尺寸为100～200 mm 时，泄漏最大值最大，最大值与尺寸大小呈线性正相关。这表明，法兰尺寸越大，出现失效性泄漏的概率将会提高，但是泄漏均值将会减小，总体泄漏量减小。

（3）公用工程装置中的泵、开口管线、连接件等

组件的泄漏平均值高于其他组件，建议在化工装置建设设计阶段，重点提高开口管线、连接件等组件的密封技术要求。对于已建成的化工装置，应提高对尺寸为100～150 mm 的阀门和100～350 mm 的法兰的密封条件或技术要求；重点泄漏单元需搭建在线泄漏点监测系统，进行实时监测和堵漏返修。