舒士軍，路寶璽

(上海賽科石油化工有限責(zé)任公司，上海 201507)

某石化公司建有8套主要生產(chǎn)裝置，其中乙烯設(shè)計(jì)能力109×104t/a。主要產(chǎn)品有乙烯、丙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈、丁二烯、苯、甲苯及其它副產(chǎn)品等。公司泄漏超過(guò)500×10－6以上的設(shè)備與管線組件密封點(diǎn)數(shù)量占比不到LDAR總檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的0.1%(遠(yuǎn)小于國(guó)內(nèi)行業(yè)平均水平1.3%)，2007年國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展LDAR泄漏檢測(cè)及修復(fù)工作[1]，2014年成為國(guó)內(nèi)首家通過(guò)危險(xiǎn)化學(xué)品安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一級(jí)評(píng)審的企業(yè)。

1 背景

公司管理層致力于通過(guò)建立過(guò)程安全和環(huán)保關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)體系[2]，率先采用適用的新技術(shù)持續(xù)減少安全隱患、減少易燃易爆和有毒有害可揮發(fā)性有機(jī)物的無(wú)組織排放。已對(duì)近39萬(wàn)個(gè)工藝管道、設(shè)備及儀表接頭等密封點(diǎn)(包括近4萬(wàn)個(gè)難于檢測(cè)點(diǎn))建立了泄漏監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，基本建成了密封點(diǎn)泄漏檢測(cè)與修復(fù)管理體系。但對(duì)高空難于檢測(cè)點(diǎn)缺少定量化的檢測(cè)，對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)水平，尚待建立基于設(shè)備故障分析、故障頻率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備預(yù)防性維修和關(guān)鍵設(shè)備績(jī)效指標(biāo)管理體系，逐步擺脫傳統(tǒng)的消缺管理或事后維修體系。

欲建設(shè)基于風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)備預(yù)防性維修和關(guān)鍵設(shè)備績(jī)效指標(biāo)管理體系，就必須對(duì)關(guān)鍵設(shè)備和管線組件及其密封點(diǎn)狀況進(jìn)行全天候的智能在線監(jiān)測(cè)，以便及早發(fā)現(xiàn)或識(shí)別那些開(kāi)始明顯泄漏或當(dāng)前泄漏值明顯偏離歷史常態(tài)值的設(shè)備管線組件密封點(diǎn)，及早探測(cè)和預(yù)測(cè)泄漏危險(xiǎn)、采取預(yù)防維護(hù)措施[3]，減少安全隱患，保障關(guān)鍵設(shè)備或管線部件安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行。

2 問(wèn)題分析

設(shè)備管線無(wú)組織排放點(diǎn)點(diǎn)多面廣，傳統(tǒng)的LDAR便攜式儀器定期檢測(cè)人力限制，檢測(cè)周期一般是3～6個(gè)月，對(duì)于近4萬(wàn)超高難于檢測(cè)的密封點(diǎn)只能采用紅外SMART LDAR，但紅外 SMART LDAR只能檢測(cè)超過(guò)10 000×10－6以上的大漏，而公司超過(guò) 10 000×10－6的泄漏點(diǎn)每年不到0.09%，對(duì)于絕大多數(shù)不大于10 000×10－6的難于檢測(cè)的密封點(diǎn)泄漏，紅外SMART LDAR無(wú)能為力。此外，LDAR檢測(cè)后還需要手工錄入或數(shù)據(jù)線導(dǎo)入檢測(cè)數(shù)據(jù)到PC端泄漏管理系統(tǒng)，然后再利用相關(guān)方程式法計(jì)算設(shè)備管線密封點(diǎn)的排放速率和排放量，此過(guò)程耗費(fèi)的人工工時(shí)不容小覷。

3 解決方案

針對(duì)上述問(wèn)題，公司HSE部門通過(guò)國(guó)內(nèi)外調(diào)研并結(jié)合自身工藝和裝置的實(shí)際特點(diǎn)，找到了應(yīng)對(duì)對(duì)策和解決方案。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)泄漏監(jiān)測(cè)(難于檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè))

對(duì)于重要的且經(jīng)過(guò)工藝特性分析識(shí)別出的易漏的難于檢測(cè)密封點(diǎn)，如距離地面或設(shè)備平臺(tái)格柵板3～5 m以上的超高難于檢測(cè)法蘭密封點(diǎn)，管徑不小于DN100的有毒有害介質(zhì)設(shè)備管線密封點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備全天候在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泄漏源的泄漏率[4]。

物聯(lián)網(wǎng)密封點(diǎn)泄漏率在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)是參照美國(guó)EPA21或《石化行業(yè)密封點(diǎn)VOCs排放速率核算辦法》包袋法實(shí)測(cè)原理實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)密封點(diǎn)的排放速率。物聯(lián)網(wǎng)泄漏率監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理是在法蘭密封安裝泄漏收集機(jī)構(gòu)，在收集機(jī)構(gòu)的導(dǎo)漏口處直接聯(lián)接傳感器，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)把實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送到后臺(tái)PC端或移動(dòng)客戶端，后臺(tái)直接通過(guò)算法和軟件計(jì)算一定期間內(nèi)的累計(jì)泄漏量，對(duì)于超標(biāo)泄漏的密封點(diǎn)或監(jiān)測(cè)值明顯異于歷史監(jiān)測(cè)值的密封點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)會(huì)直接實(shí)時(shí)推送短信給相關(guān)責(zé)任者。

典型的包袋式泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)如圖1所示，是一種可雙側(cè)收集主密封泄漏的泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)，圖中的引漏密封環(huán)(即為輔助密封)可收集源自主密封環(huán)的泄漏，收集的泄漏通過(guò)檢漏孔和引漏管導(dǎo)出。此機(jī)構(gòu)的主密封環(huán)是一種恒應(yīng)力抗逸散密封組件，能夠長(zhǎng)期承受高低溫交變載荷還維持極低的泄漏率;主、輔密封環(huán)集泄漏收集和抗高低溫交變密封載荷于一體，作為一種泄漏監(jiān)測(cè)和預(yù)防機(jī)構(gòu)。

在多個(gè)易漏危險(xiǎn)的重要難于檢測(cè)密封點(diǎn)上部署此種泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)，在泄漏收集和預(yù)防機(jī)構(gòu)的導(dǎo)漏口聯(lián)接具有無(wú)線收發(fā)功能的、能夠在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法蘭密封泄漏率的監(jiān)測(cè)儀，多個(gè)監(jiān)測(cè)儀通過(guò)網(wǎng)關(guān)或數(shù)據(jù)收集器組成無(wú)線傳感網(wǎng)WSN或監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)，就能夠在線智能監(jiān)測(cè)不可達(dá)密封點(diǎn)的泄漏，及早感知和識(shí)別危險(xiǎn)的泄漏源。

物聯(lián)網(wǎng)泄漏監(jiān)測(cè)方案，能夠見(jiàn)微知著，比便攜式或紅外線定期檢漏更早感知到微小的無(wú)組織泄漏，能夠?qū)崿F(xiàn)重要設(shè)備管線難于檢測(cè)密封點(diǎn)的預(yù)防性維修，變事后“消缺管理”為事前“預(yù)防維護(hù)”。

2016年8月，公司在丙烯腈及苯乙烯裝置重要難于檢測(cè)密封點(diǎn)安裝部署了“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)泄漏率監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備”，共部署定點(diǎn)監(jiān)測(cè)設(shè)備30臺(tái)，數(shù)據(jù)集中器2臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了部分難于檢測(cè)密封點(diǎn)泄漏量的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和超標(biāo)短信推送報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)部署的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備

3.2 PDA－RFID可達(dá)點(diǎn)泄漏監(jiān)測(cè)

對(duì)于可達(dá)密封點(diǎn)，采用FID－PID便攜式監(jiān)測(cè)儀與WiFi PDA－RFID配對(duì)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸和人工后處理，減少人工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)錄入工時(shí)和后期數(shù)據(jù)處理出錯(cuò)機(jī)會(huì)。

PDA－RFID泄漏檢測(cè)原理是可達(dá)密封點(diǎn)部位先期部署寫入PID位號(hào)信息的RFID射頻識(shí)別標(biāo)牌，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)先用PDA設(shè)備讀取RFID芯片上綁定的可達(dá)密封點(diǎn)位號(hào)信息，PDA與FID－PID便攜式監(jiān)測(cè)儀通過(guò)藍(lán)牙接口配對(duì)互聯(lián);如此，F(xiàn)IDPID便攜式監(jiān)測(cè)儀每檢測(cè)一個(gè)密封點(diǎn)，泄漏值就會(huì)自動(dòng)實(shí)時(shí)傳到PDA設(shè)備，PDA就自動(dòng)一一對(duì)應(yīng)地同步存儲(chǔ)于后臺(tái)LDAR管理數(shù)據(jù)庫(kù)中(具體可參見(jiàn)圖3)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)可以追蹤設(shè)備及/組件清單，管理檢測(cè)數(shù)據(jù)和維修信息，與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備完美結(jié)合，可進(jìn)行排放計(jì)算和審計(jì)，自動(dòng)發(fā)送檢測(cè)報(bào)告。

圖3 物聯(lián)網(wǎng)PDA－RFID在線泄漏檢測(cè)原理

公司從2007年開(kāi)始實(shí)施LDAR以來(lái)，從最初的第一代金屬密封掛牌，至目前采用圖像建檔，RFID標(biāo)牌，可以利用射頻遠(yuǎn)距離定點(diǎn)識(shí)別，具有更快識(shí)別速度，避免因污染、腐蝕導(dǎo)致標(biāo)牌無(wú)法掃描辨識(shí)，或者標(biāo)簽數(shù)據(jù)無(wú)法更改的問(wèn)題。掛牌及拍照順序也參照最優(yōu)化檢測(cè)路徑設(shè)計(jì)，大大提升后續(xù)檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。13套裝置，50 055塊掛牌，382 833個(gè)密封點(diǎn)，全部在公司管維平臺(tái)上。實(shí)現(xiàn)了與公司Smart Plant P＆ID與SAP PM系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

4 有待完善的問(wèn)題

4.1 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)泄漏監(jiān)測(cè)

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)泄漏率監(jiān)測(cè)輸出的監(jiān)測(cè)值是流量值sccm(標(biāo)態(tài)下每分鐘泄漏多少毫升)，與傳統(tǒng)LDAR檢測(cè)值μmol/mol單位不同，但能通過(guò)美國(guó)EAP 21或《石化行業(yè)密封點(diǎn)VOCs排放速率核算辦法》的相關(guān)方程式法間接換算;對(duì)于低于500 μmol/mol的低泄漏，相關(guān)方程式法的準(zhǔn)確性是否足夠，尚需進(jìn)一步比對(duì)驗(yàn)證，對(duì)低于50 μmol/mol的混合可揮發(fā)性有機(jī)物的微泄漏，物聯(lián)網(wǎng)泄漏率監(jiān)測(cè)儀的重復(fù)精度和準(zhǔn)確性也需要進(jìn)一步測(cè)試驗(yàn)證。

此外，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)泄漏率監(jiān)測(cè)儀及無(wú)線系統(tǒng)的成本目前還比較高，還只能用于危險(xiǎn)重要的設(shè)備管線難于檢測(cè)密封點(diǎn)泄漏監(jiān)測(cè)和預(yù)防，大規(guī)模推廣還有待于政府環(huán)保部門的認(rèn)可和自身性價(jià)比的大幅提高。

4.2 PDA－RFID可達(dá)點(diǎn)泄漏監(jiān)測(cè)

PDA－RFID泄漏檢測(cè)，仍然需要大量的人工作業(yè)，因此不適合全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)、不能有效消除高空等難于檢測(cè)密封點(diǎn)帶來(lái)的潛在安全隱患;對(duì)于危險(xiǎn)的有毒有害介質(zhì)泄漏點(diǎn)，還需要人工近距離檢測(cè)，還存在危害一線檢測(cè)人員身心健康的風(fēng)險(xiǎn)。

5 物聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)展望

物聯(lián)網(wǎng)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技術(shù)可以大幅減少人工數(shù)據(jù)處理工作量，提高檢漏效率;特別是物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時(shí)泄漏率監(jiān)測(cè)和預(yù)防技術(shù)，可以全天候連續(xù)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)重要難于檢測(cè)密封點(diǎn)的微泄漏和低泄漏，能夠及早探測(cè)、預(yù)測(cè)和預(yù)防高低溫交變帶來(lái)的泄漏危險(xiǎn)，有效減少全隱患，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)重要設(shè)備管線組件的預(yù)防維護(hù)，保障關(guān)鍵設(shè)備或管線組件安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行。

超高難于檢測(cè)密封點(diǎn)若通過(guò)FID－PID便攜式儀器檢測(cè)的話，需要搭腳手架和監(jiān)護(hù)。按照上海地區(qū)的人工成本，搭建一個(gè)高約5 m的經(jīng)檢驗(yàn)合格且安全的標(biāo)準(zhǔn)腳手架成本是1 500元，每年檢測(cè)1～2次的成本是1 500～3 000元。若物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時(shí)泄漏率監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備和數(shù)據(jù)集中器的綜合成本降到2 000元/臺(tái)左右，便具備了大規(guī)模推廣普及的條件。因?yàn)槿綦y于檢測(cè)密封點(diǎn)免于檢測(cè)或監(jiān)測(cè)而導(dǎo)致泄漏、引起火災(zāi)或人員傷亡等安全事故，每起事故的直接(如滅火救人)和間接損失(如停工停產(chǎn))都將高達(dá)數(shù)十萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)元;假定每臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時(shí)泄漏率監(jiān)測(cè)設(shè)備能可靠工作4～5年，則投資物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時(shí)泄漏率監(jiān)測(cè)設(shè)備的收益率是非常可觀的。

危險(xiǎn)區(qū)域物聯(lián)網(wǎng)陣列監(jiān)測(cè)也是一種很有前途的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)重要泄漏源鄰域及其邊界泄漏介質(zhì)經(jīng)過(guò)的部位非均勻網(wǎng)格化部署易燃易爆、有毒有害氣體智能無(wú)線監(jiān)測(cè)儀陣列，見(jiàn)圖4，利用氣體擴(kuò)散模型、大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，智能追溯泄漏源的大致方位并預(yù)測(cè)泄漏等級(jí)，安全預(yù)警。

圖4 危險(xiǎn)重要區(qū)域陣列監(jiān)測(cè)

物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時(shí)定點(diǎn)泄漏率監(jiān)測(cè)技術(shù)可以快速探測(cè)哪里泄漏、何時(shí)泄漏、何種物質(zhì)泄漏和漏了多少;物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時(shí)區(qū)域陣列監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠在科學(xué)合理地減少布點(diǎn)的前提下定漏溯源、安全預(yù)警。

物聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)時(shí)定點(diǎn)和區(qū)域陣列監(jiān)測(cè)有機(jī)組合，比便攜式或紅外線定期檢漏更早感知到微小的無(wú)組織泄漏，安全防漏更無(wú)憂，環(huán)保監(jiān)測(cè)更高效。

6 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)泄漏檢測(cè)和監(jiān)測(cè)是一種新型的智能在線感知技術(shù)，尤其在難于檢測(cè)點(diǎn)的應(yīng)用上具有較高的應(yīng)用價(jià)值。比較好地解決了原LDAR工作中不足之處，考慮到現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)上所能承受的現(xiàn)狀，輔以網(wǎng)格化區(qū)域列陳監(jiān)測(cè)，點(diǎn)面結(jié)合，不失為一個(gè)比較有效的監(jiān)測(cè)方案。