LDAR技术控制环境污染及原油加工损失

LDARLDAR技术控制炼化装置技术控制炼化装置VOCVOC无无组织排放及原油加工损失组织排放及原油加工损失李凌波马荣华2013.03中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院内容74LDAR技术控制环境污染及加工损失123LDAR检测方法LDAR工作程序5抚研院正在开展的工作LDAR标准及泄漏排放估算LDAR技术控制环境污染及加工损失VOC－国家“十二五”重点控制污染指标•VOC(挥发性有机物)指常温常压下易挥发，具有高蒸气压的有机化学物质。欧盟和美国EPA定义VOC为在20℃条件下蒸汽压大于0.01kPa的有机物，其沸点一般不超过220℃，也有将VOC定义为常压下沸点≤250℃的有机物•炼化企业是最主要VOC人为排放源之一，主要来自各类贮罐的呼吸、炼油装置设备与管阀件泄漏、焦化装置尾气、油品装运挥发、废水处理系统逸散等无组织排放•排放的特征VOC包括烷烃类、烯烃类、苯系物、苯酚类和有机硫化物等。苯系物和苯酚类为有毒有害空气污染物。苯系物和烯烃类为重要的大气光化学反应前体，对臭氧、醛类、二次有机气溶胶等有毒有害空气污染物的生成有重要贡献，有机硫化物为炼油特征恶臭污染物•我国《重点区域大气污染防治“十二五”规划》已将VOC列入控制指标，要求重点行业(包括石化业)现役源VOC排放削减10％～18％，石化企业原油加工损失率控制在0.6％以内，新建石化项目原油加工损失率控制在0.4％以内LDAR-炼化企业VOC排放控制的有效手段•EPA排放因子法估算设备与管阀件泄漏为炼油厂最大VOC排放源，约占VOC排放总量的一半。遥感监测发现设备与管阀件泄漏为炼油厂第二大VOC排放源，约占VOC排放总量四分之一～三分之一•设备及管阀件泄漏排放不仅污染环境，而且引起原油加工损失，严重的还会引发各类安全事故•设备与管阀件泄漏检测与维修(LDAR)是设备及管阀件泄漏排放控制最有效手段，美国于1983年要求炼油厂实施LDAR计划，欧盟于1999年建议成员国炼油厂实施LDAR•北京市地方标准DB11/447-2007在国内首次规定了炼油厂LDAR标准，国家环保部正研究和制订LDAR的标准方法及规范，LDAR很快将全面纳入国家或地方标准控制体系•国家和其它地方LDAR法规及标准将很快颁布，长三角地区可能率先实施LDARLDAR-降低原油加工损失的重要途径•欧盟多家炼油厂的测量数据显示炼油厂设备与管阀件的泄漏排放约占原油加工量的0.04％～0.08％•保守估计，我国炼油装置设备与管阀件泄漏排放损失均值不低于原油加工量的0.06％，实施LDAR计划预计可削减其中的85％，即可降低损失均值不低于原油加工量的0.05％•以中国石化年加工原油220Mt计算，实施LDAR每年至少可降低原油加工损失约11万t，以每吨油气6000元计算，可减少的损失金额为6.6亿元，同时可减少污染物排放约11万t•设备与管阀件的LDAR也需投入一定的检测、材料、设备及人工费用，大部分的维修可通过简单地紧固或在线密封实现，仅有少量部件需要停工检修时更换,投入一般不及损失的10%LDAR工作程序常规LDAR工作程序•根据PID图确认VOC含量≥10％m/m(或5％m/m)的所有物料流程和管线•识别并现场定位上述流程和管线上的设备和管阀件，制作和安装带有编号的金属标牌•记录设备与管阀件基本信息〔编号、位置、类型、亚类型、规格、生产厂、不易接近和检测的管阀件(DTM)、不易安全检测的管阀件(UTM)、经由物料理化性质及其它信息〕•用专业软件建立LDAR数据库•设计LDAR检测路径•实施LDAR常规检测(CWP)，检测仪器为便携式有机气体分析仪，检测方法参考EPA方法21，在泄漏的设备和管阀件上悬挂标识•实施LDAR初期全面检测1次，之后参考国家或地方标准的要求开展检测与维修，国家或地方标准颁布前可参考抚研院建议标准•在规定时间内维修泄漏，并复检，复检合格后，撤除泄漏标识，若必须停工才能修复的泄漏，做好记录，在装置停工检修时维修或更换SmartLDAR工作程序•根据PID图确认含VOC≥10％m/m(或5％m/m)的所有物料流程和管线•识别并现场定位上述流程和管线上的设备和管阀件，制作和安装带有编号的金属标牌•记录设备与管阀件基本信息〔编号、位置、类型、亚类型、规格、生产厂、不易接近和检测的管阀件(DTM)、不易安全检测的管阀件(UTM)、经由物料理化性质及其它信息〕•设计SmartLDAR检测路径•实施SmartLDAR检测，检测方法参考EPAAWP•检测仪器为红外气体相机，泵、压缩机、阀、释压、法兰、接头、不易接近的密封点及管线等每两个月检测1次，发现的漏点应录像，用TVA-1000B定量检测泄漏浓度，并安装SmartLDAR标识•实施SmartLDAR炼油厂的初期需用CWP全面检测一次，此外每年至少需用CWP巡检一次•在规定时间内维修泄漏，并复检，复检合格后，撤除泄漏标识，若必须停工才能修复的泄漏，做好记录，在装置停工检修时维修或更换LDAR提高程序数据采集检测结果采集、存储、传递及数据管理完全电子化检测技术优化便携式有机气体分析仪常规检测技术与红外气体相机检测技术组合优化，提高检测质量与效率LDAR审计内审每年1次，外审每两年1次。包括阀和泵的对比检测、记录评审、标识和数据管理、LDAR技术人员校准与检测操作考察等跟踪计划保证新增的设备与管阀件纳入LDAR计划校准偏差评价每个检测周期后评价校准偏差，如果偏差超过前次校准的10％，本周期所有检测值≥100ppm的阀和500ppm的泵需重新检测泄漏标准和检测频次调整有条件的话，执行更严格的泄漏标准、检测频次和维修要求维修规范建立完整和先进的设备与管阀件维修技术规范LDAR检测方法常规检测方法(CWP)•EPA方法21挥发性有机物泄漏检测，基于火焰离子化检测的便携式有机气体分析仪，逐点定量检测泄漏•便携式有机气体分析仪－定量检测每个部件快速检测方法(AWP)•美国API统计发现泄漏排放的绝大部分源于少量高泄漏部件，快速发现高泄漏部件能有效降低泄漏排放损失•红外气体相机－基于背景反射的红外光被烃类等VOC烟羽在中红外区(3～5m)吸收后被动成像•适于快速定性扫描和定位≥10000ppm的严重泄漏，其检测速度约为CWP的10倍，通过增加检测频次，弥补灵敏度不足•红外气体相机较昂贵，灵敏度较低，尚需CWP辅助检测，尚未带来显著的成本降低，目前在美国应用很少01020304050607080901000-99ppm500-999ppm10,000-49,999ppm100,000ppm%部件数量%泄露排放量大部分设备不泄露84%的泄露排放来自0.13%部件常规与SmartLDAR检测方法比较常规LDARSmartLDAR原理便携式FID红外气体成像最小检测浓度≤10ppm，定量几千～几万ppm，定性标准方法EPA方法21(CWP)EPAAWP效率300～500个部件/台/天3000～10000个部件/台/天适用性常规全面检测，因为灵敏,在一定区域内将发现更多泄漏高泄漏检测,开停工初期，因为速度快，在一定时段内可能发现更多泄漏操作较为简单受风、观测角度、背景热源等影响,通常需约200h的专业训练仪器重量及费用约10kg，1.5～2万美元/台约2.4kg,12～15万美元/台设备与管阀件泄漏检测方法预先测试的准备工作完成TVA1000的准确性标定标定程序根据生产商的说明书组装并且开启VOC分析仪器。当仪器完成预热和清零以后，导入标定气体进入采样探测器并允许分析仪器自动标定检测程序1.1.将探测器的进气口放置在可能发生泄漏的组件表面将探测器的进气口放置在可能发生泄漏的组件表面2.一边沿着组件的表面缓缓移动探测器一般观察仪器的读数变化3.如果观察到读数增加，缓慢地对泄漏接口处进行采样，直到获得最大的读数。4.让探测器停留在最大读数位置两倍于仪器的响应时间5.如果观察到的最大读数比定义的泄漏浓度大，则记录并报告这个结果ValveWithBonnetSize:From(ininches)ToSeconds2152543040625508356012408016501004in.6in.8in.12in.16in.2in.阀的检测•阀杆–连接阀门外部的把手和阀门内部的闸板的金属棍•栓塞–容纳填充物的腔体•填充物–紧密围绕移动的阀杆用来防止从接缝处泄漏的柔软材料•阀盖–阀体的顶部部分，用来封闭栓塞和支持阀杆•轭–延伸在阀杆上和周围用来保护阀杆的支架。这是用来悬挂身份标签和泄漏标签的地方•阀门最常见的泄漏源来自阀杆和阀体的接缝处。将探测器放在阀杆离开栓塞的接合处，然后沿着阀杆采样。另外，也可以把探测器放置在栓塞和法兰座（阀盖）的接合处，然后环绕其采样.此外，如果阀门是多部件组装的，应当在所有接合处的表面检查是否有泄漏法兰的检测..将探测器放置在法兰垫圈接合处的外部边沿，然后环绕法兰采样接头的检测与过程设备相连的连接器多种多样。基本上，任何可以拆开或者旋松的组件或者部分都需要监测。所有这些区域都是潜在的泄漏源。泵的检测环绕泵的外表面或者压缩机的杆和接缝处进行监测。如果泄漏源是一个旋转杆，将探测器的进气口放置在距离杆和接缝处1厘米的地方。如果外壳结构不允许环绕杆完全监测，则对所有可以进入的部分采样。对所有在泵或者压缩机上可能泄漏的连接处进行采样。卸卸压压装置的检测装置的检测大部分的卸压装置无法在密封处附近采样。对于有密闭延伸部分或者角状排放口的卸压装置，将探测器的进气口放置在排放区域的中间位置。如果位于顶部的排气口的中心无法到达，在角状排放口的底部寻找一个滴孔或者排放孔。这个孔被认为式可以接受的监测地点。记住在中央采样开口管线的检测开口管线的检测将探测器进气口防止在开口中央，此时没有必要将探测器放入开口内部组件监测程序-通风口将探测器的进气口放置在开口的中央。由于通风口式用来释放容器内的蒸汽的，气味会非常强烈，需要特别注意。当监测这些泄漏源和任何高VOC背景浓度（周围空气的读数）的区域时，需要特别注意。如果监测区域的背景浓度达到了100PPM以上，应当离开该区域，并且进行汇报。•如果监测到高浓度的VOC，赶快离开那里！组件监控程序-密封通道门监测密封通道门的方法同法兰时一样的，只是范围更大。将探测器防治愈密封门的接口处然后环绕其完整采样。LDAR标准及泄漏排放估算美国LDAR法规及标准•NSPS现有源泄漏标准为10000ppm，新源轻液泵和阀(轻液或气体)泄漏标准分别为2000ppm和500ppm；泵的检测频率为每月1次；阀的检测频率为每月1次，连续两月泄漏率为０，调整为每季度1次，连续两个季度泄漏率≤２％，调整为每半年1次，连续五个季度泄漏率≤２％，调整为每年1次•NESHAPSubpartH(HON)，轻液泵和阀(轻液或气体)泄漏标准分别为1000ppm和500ppm；泵的泄漏率＜3%，每月检测1次，泵的泄漏率3%～10％，每季度检测1次，泵的泄漏率＞10％，提出质量改进计划；阀(轻液或气体)的泄漏率≥2%、1%～2％、0.5%～1％、＜0.5％，检测频率分别为每月1次、每季度1次、每半年1次、每年1次•加利福尼亚州、得克萨斯州和路易斯安那州LDAR法规和标准一般较其它州或联邦标准更为严格－检测频率更高、泄漏标准更低，如加州湾区空气质量标准(BAAQMDREGULATION8RULE18)轻液泵和阀(轻液或气体)泄漏标准分别为500ppm和100ppm中国LDAR法规及标准•北京市地方标准“DB11/447-2007炼油与石油化学工业大气污染物排放标准”规定了设备与管线组件泄漏的大气污染物排放控制标准，但尚缺乏LDAR方法和程序支持•轻液泵和阀(轻液或气体)现有源和新源泄漏标准分别为2000ppm和500ppm；泵和压缩机的检测频率为每月1次；其它的设备与管阀件的检测频率为每3个月1次•VOC减排已纳入国家“十二五”环保规划，国家和其它地方LDAR法规及标准将很快颁布，长三角地区可能率先实施LDAR•参考美国EPA方法21制订的国家标准方法(HJ)“挥