LDAR在涂料企业的应用研究

时间：2024-07-28

张瑜施炼炼张盛

1上海华谊精细化工有限公司（上海 200020） 2上海市化工环境保护监测站（上海200050） 3上海华谊精细化工有限公司上海造漆厂（上海 201108）

众所周知，涂料生产过程中使用有机溶剂，将不可避免地产生挥发性有机物（VOCs）废气。VOCs是一类有机化合物的统称，大量来自交通运输、石化行业及有机溶剂使用等过程[1]。VOCs是环境中典型的大气污染物，是导致光化学烟雾、城市灰霾等复合型大气污染问题的重要因素，对人体健康有非常重要的影响[2-3]。近年来，VOCs排放控制已成为我国大气环境治理领域中的热点问题[4]。

泄漏检测与修复（LDAR）是目前国际上通用的一种无组织VOCs控制技术，可广泛应用于石化等行业中设备泄漏环节的VOCs减排[5]。早在20世纪80年代，美国和欧盟国家就开始通过实施LDAR来控制VOCs排放，并取得了显著的成效，改善了大气环境质量[6]。进入21世纪以来，LDAR技术被逐步引入到国内，相应的法律法规也不断被制定和完善起来[7]。2012年10月，国家环境保护部、发展和改革委员会和财政部联合印发了《重点区域大气污染防治“十二五”规划》(环发［2012］130 号)，要求石化企业应全面推行LDAR技术，加强石化生产、输送和储存过程VOCs泄漏的监测和监管，对泄漏率超过标准的要进行设备改造。该规划首次将推行LDAR技术写入国家文件[5]。2014年12月，环境保护部发布《石化行业挥发性有机物综合整治方案》(环发［2014］177号)，明确到2015年底，石化行业全面开展LDAR工作，使VOCs无组织排放得到基本控制。

近年来，关于国内石化行业应用LDAR技术来减少VOCs泄漏排放的报道常见于报端。而LDAR在化工行业还未全面推广。上海市政府在2015年2月发布的《上海市2015年—2017年环境保护和建设三年行动计划》明确重点工业行业、重点化工企业应实施LDAR。2017年9月，国家发布的《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》（环大气[2017]121号）要求：参照石化行业VOCs治理任务要求，全面推进化工企业设备动静密封点、储存、装卸、废水系统、有组织工艺废气和非正常工况等源项整治；现代煤化工行业全面实施LDAR，制药、农药、炼焦、涂料、油墨、胶黏剂、染料等行业逐步推广LDAR工作。LDAR的应用范围进一步扩大。

本文着眼于LDAR在涂料生产企业的实际应用，以上海市三家涂料企业为例，通过对密封点泄漏检测的结果进行分析，明确企业在设备密封点泄漏管理方面应关注的重点，以便利用LDAR进行有效的VOCs减排。

1 涂料企业VOCs总体排放情况

上海市三家涂料企业在实施LDAR以前，参照《挥发性有机物排污收费试点办法》（财税[2015]71号）附件2——《石化行业VOCs排放量计算办法》计算出的VOCs排放情况如表1所示，其中密封点泄漏量计算采用平均排放系数法。由表1可知，VOCs排放量占前2位的排放源是设备动静密封点泄漏和工艺尾气。因此，开展LDAR以减少VOCs排放是非常必要的。

表1 不同源项VOCs排放情况 %

2 LDAR实施要点

2.1 技术依据

LDAR实施的依据包括：HJ 733—2014《泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则》（国家环境保护部于2015年发布）；《设备泄漏挥发性有机物排放控制技术规程（试行）》（上海市环境保护局于2014年8月发布）。

2.2 技术流程

技术流程主要分为4个步骤，包括密封点识别与编码、泄漏检测、泄漏点修复、效果评估[8]。

2.3 检测设备

配置火焰离子化（FID）检测器的TVA-2020C有毒挥发气体分析仪，赛默飞世尔科技公司。

2.4 质控措施

检测前，分别采用10028和492 μmol/mol-1的甲烷标准气做量程校准，并计算仪器示值相对误差，保证误差值小于10%，同时记录下检测当天的气象参数。

现场检测时，每个密封点的响应时间均需大于10 s（具体视组件大小），以保证准确获取密封点泄漏源及泄漏浓度值。前一个待测源检测结束后转移到下一个待测源检测开始前，确认仪器恢复到正常待测状态。检测前仪器校准、检测后的漂移测试，以及气象参数等所有数据均上传至数据库平台进行备案，检测、复测的仪器直读数据均直接由手持数据记录器收集后导入数据库平台，以确保原始数据的真实性和有效性。

2.5 泄漏量计算方法

泄漏量根据美国环境保护署关于有机化工合成制造业的排放量计算经验公式（EPASCOMI）及《上海市涂料油墨制造业挥发性有机物排放量计算方法（2017年修订）》进行计算。

3 结果与讨论

3.1 泄漏控制点统计分析

三家涂料企业设备密封点类型主要包括阀门、法兰及其他连接件、泵、搅拌器、开口阀或开口管线、泄压装置等。根据上海市环境保护局于2014年8月发布的《设备泄漏挥发性有机物排放控制技术规程（试行）》，三家企业均为现有源，其密封点泄漏浓度控制限值为2 000 μmol/mol，而该规程对新建源泵和搅拌器密封点的泄漏浓度控制限值为1 000 μmol/mol，其余为 500 μmol/mol；国内现有的LDAR标准与规范[5]基本上对泵、压缩机、搅拌器的动密封点之外的密封点的泄漏浓度控制限值为500 μmol/mol。所以按限值2000和500 μmol/mol分别进行了统计（结果见表2），以便了解二者之间的差距。结果发现：

（1）三家涂料企业密封点数量最多的是法兰及其他连接件，其次是阀门，再次是开口阀或开口管线，泵、搅拌器、泄压装置等密封点数量较少。

（2）超过泄漏浓度控制限值的泄漏控制点数量最多的依次是法兰及其他连接件、开口阀或开口管线，阀门密封点数量虽然较多，但泄漏控制点数量较少。造成泄漏的主要原因可能是密封垫片、填料和生料带等老化，丝扣螺纹生锈，阀门开关不当或生锈，导致阀门无法关严，介质易挥发渗透等[8]。

（3）总体上，按500 μmol/mol限值进行统计，不同类型密封点泄漏控制点个数和比例明显比按照2000 μmol/mol限值统计时要增加许多，但就本次研究的三家涂料企业来说，即使按500 μmol/mol的限值进行统计，总的泄漏控制点比例最高也不超过2%，这与张钢锋整理的国内LDAR案例统计结果[4]基本一致。泄漏控制点比例除了A企业最高的泄压装置外，较高的是开口阀或开口管线、泵，法兰及其他连接件以及其他密封点所占比例较小，均不超过2%。

3.2 不同检测数据区间的泄漏量

国内报道的关于LDAR检测结果的分析[8-12]，通常是基于泄漏浓度限值来说明实施LDAR能减少密封点的VOCs泄漏量，而对于不同数据区间以及不同类型密封点对泄漏量的贡献没有详细的研究。本文通过对不同数据区间以及不同类型密封点对泄漏量贡献的研究，来分析企业在实施LDAR过程中应关注的重点，以便更具针对性地制定LDAR相关管理制度和规程，更加有效地应用LDAR进行VOCs减排。

表2 不同限值的密封点数量统计

A企业密封点数据区间分布见表3。

密封点泄漏浓度小于500 μmol/mol的占96%以上，贡献的VOCs泄漏量占比不到4%，即若按500 μmol/mol的限值进行泄漏点修复，能减少VOCs泄漏量达 96%以上。500～2000 μmol/mol范围内贡献的VOCs泄漏量占比也较小，不到3%。所以，不管是按 500 μmol/mol还是按 2 000 μmol/mol的限值进行修复，能减少的VOCs泄漏量均可达90%以上。

对于A企业，10000 μmol/mol及以上的严重泄漏点和不可达点计算值贡献的VOCs泄漏量分别占47%和37%，二者密封点个数总共占比不到2%，却贡献了80%的VOCs泄漏量。所以，企业应尽快修复严重泄漏点，并尽可能减少不可达点的数量。

表3 A企业密封点数据区间分布情况

对A企业不同区间密封点泄漏量按不同密封类型进行分解，结果如表4所示。泄压装置的不可达点估算值较高，除此之外，法兰及其他连接件的泄漏量在各个区间均最大。根据表2对密封点数量的统计，法兰及其他连接件密封点的数量最多，所以，泄漏量的大小与密封点数量的多少有一定关系；法兰及其他连接件、泄压装置、泵以及开口阀或开口管线的10 000 μmol/mol及以上的严重泄漏点贡献的VOCs泄漏量都很显著。所以，A企业应重视数量最多的法兰及其他连接件密封点的泄漏情况，以及不同密封类型的严重泄漏点的修复情况。

表4 A企业不同类型密封点泄漏量情况 kg/a

B企业密封点数据区间分布如表5所示。密封点泄漏浓度小于500 μmol/mol的占98%以上，贡献的VOCs泄漏量占57%；若按500 μmol/mol的限值进行泄漏点修复，能减少VOCs泄漏量约43%。

500～2000 μmol/mol范围内贡献的 VOCs泄漏量占比约为11%，若按2000 μmol/mol的限值进行泄漏点修复，能减少VOCs泄漏量约32%。B企业按500 μmol/mol的限值进行泄漏点修复能减少更多的VOCs泄漏量。从数据上看，B企业实施LDAR能减少的VOCs泄漏量没有A企业显著。B企业泄漏浓度为10000 μmol/mol及以上的严重泄漏点个数占比仅为0.13%，其贡献的VOCs泄漏量占比高达26%，所以，B企业应尽快修复严重泄漏点。

表5 B企业密封点数据区间分布情况

对B企业不同区间密封点泄漏量按不同密封类型进行分解，结果见表6。

法兰及其他连接件的泄漏量在各个区间均较显著，其次是阀门，根据表2对密封点数量的统计，法兰及其他连接件密封点的数量最多，阀门的数量次之，所以，泄漏量的大小与密封点数量的多少有一定关系；泵的10000 μmol/mol及以上的严重泄漏点贡献的VOCs泄漏量也较高。所以，B企业应重视数量最多的法兰及其他连接件、阀门的密封点的泄漏情况，以及不同密封类型的严重泄漏点的修复情况。

表6 B企业不同类型密封点泄漏量情况kg/a

C企业密封点数据区间分布见表7。

泄漏浓度检测数据小于500 μmol/mol的密封点占99.8%以上。泄漏浓度检测数据小于2 000 μmol/mol的密封点占99.9%以上，贡献的VOCs泄漏量占比约为97%；若按2000 μmol/mol的限值进行泄漏点修复，能减少VOCs泄漏量不到3%，由于比例过小，因此不再按不同密封类型进行分解。从数据来看，C企业此次实施LDAR能减少的VOCs泄漏量并不显著。检测没有发现泄漏浓度为10 000 μmol/mol及以上的密封点。

该结果说明C企业的设备泄漏控制较好，泄漏量较低，这与事实（C企业自2015年投产，设备较新且设备泄漏控制较好）基本相符合。该结果也说明了，泄漏浓度小于控制浓度限值的密封点贡献的VOCs泄漏量占比越高，企业的密封点泄漏控制得越好。

表7 C企业密封点数据区间分布情况

4 结论

根据对三家涂料企业密封点泄漏情况的讨论，得出如下结论：

（1）三家企业密封点数量最多的依次是法兰及其他连接件、阀门、开口阀或开口管线，泵、搅拌器、泄压装置等密封点数量较少；开口阀或开口管线、泵的密封点泄漏浓度超过控制浓度限值的比例较高。总体上，密封点泄漏浓度超过控制浓度限值（500 μmol/mol）的数量不超过2%。

（2）对于小于控制浓度限值范围内的密封点的泄漏量，A，B，C三家企业依次降低，说明不同企业实施LDAR后，减排量的比例是有差异的，这主要与企业设备的新旧程度和维保情况等因素有关。

（3）泄漏浓度为10 000 μmol/mol及以上的严重泄漏点，其泄漏量占比相当大，企业应尽快修复。

（4）根据对不同区间密封点泄漏量按不同密封类型进行分解的结果可知，数量较多的阀门和法兰及其他连接件，贡献的泄漏量也较多，说明泄漏量的大小与密封点数量的多少有一定关系。

（5）企业在实施LDAR的过程中，应重点关注数量最多的密封点的泄漏情况，以及泄漏浓度高于10000 μmol/mol的严重泄漏点的修复情况。对于执行2000 μmol/mol控制浓度限值的企业，是否对泄漏浓度在500～2000 μmol/mol范围内的泄漏点进行修复，可视该区间泄漏量和工作量的情况而定，具有一定的灵活性。

参考文献：

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