丁德武

(中國石化青島安全工程研究院化學(xué)品安全控制國家重點實驗室，山東青島 266071)

0 前言

泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)技術(shù)作為控制設(shè)備動靜密封泄漏的主要技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于石油化工企業(yè)[1]。LDAR技術(shù)的實施產(chǎn)生了龐大的數(shù)據(jù)量，一個典型煉化企業(yè)涉VOCs的密封點數(shù)量達到幾十萬個，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測頻次開展常規(guī)檢測工作，每年檢測點次高達幾百萬個。LDAR數(shù)據(jù)量巨大，數(shù)據(jù)類型復(fù)雜，如密封點臺賬數(shù)據(jù)、檢測數(shù)據(jù)、復(fù)測數(shù)據(jù)、儀器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、環(huán)境本底值、維修數(shù)據(jù)、延遲修復(fù)數(shù)據(jù)、排放量數(shù)據(jù)等。如何利用LDAR數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，充分挖掘有價值信息，開展LDAR合規(guī)性檢查，減少違規(guī)風(fēng)險；如何提高LDAR技術(shù)實施水平，輔助企業(yè)決策，為企業(yè)提供技術(shù)支撐和整體解決方案，是目前需要研究和解決的一大問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)及計算機技術(shù)的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用目前已經(jīng)成為研究熱點之一[2-5]，在能源、制造業(yè)、政府、金融、銷售業(yè)、IT 互聯(lián)網(wǎng)、電信業(yè)以及交通旅游業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[6-8]。但目前關(guān)于LDAR大數(shù)據(jù)分析挖掘及應(yīng)用的研究還未見報道。

1 LDAR數(shù)據(jù)類型及統(tǒng)計分析方法研究

基于LDAR相關(guān)數(shù)據(jù)類型及統(tǒng)計分析目標(biāo)，研究了適用于LDAR密封點臺賬、檢測數(shù)據(jù)、泄漏數(shù)據(jù)、VOCs排放量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法。

1.1 LDAR密封點臺賬數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

采用分類的方法對LDAR密封點臺賬的密封類型、介質(zhì)、介質(zhì)狀態(tài)、生產(chǎn)工藝(溫度、壓力)、密封件生產(chǎn)廠家等信息進行統(tǒng)計分析，可對密封點臺賬的完整性和合規(guī)性進行評估。

采用多元線性回歸擬合的方法建立企業(yè)設(shè)備臺數(shù)與密封點數(shù)量的關(guān)聯(lián)關(guān)系式，可對比各企業(yè)密封點臺賬數(shù)據(jù)，預(yù)估同類裝置LDAR密封點臺賬數(shù)量。

1.2 LDAR檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

采用分類和聚類的方法分析檢測值區(qū)間分布情況，可對比各企業(yè)或裝置檢測數(shù)據(jù)，分析差異性較大的原因。

采用聚類的方法對企業(yè)各裝置或區(qū)域的多次環(huán)境本底值檢測情況進行分析，可評估裝置周邊及區(qū)域內(nèi)VOCs環(huán)境本底，對環(huán)境本底較高區(qū)域，重點關(guān)注并查找分析原因。

采用關(guān)聯(lián)分析的方法對檢測儀器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、環(huán)境本底值數(shù)據(jù)、密封點檢測數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性進行分析，可評估檢測數(shù)據(jù)的有效性和合規(guī)性。

采用關(guān)聯(lián)分析的方法對檢測人員日均檢測點數(shù)進行分析，可評估檢測人員檢測效率。

1.3 泄漏數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

采用分類和聚類的方法對泄漏點數(shù)、泄漏率、泄漏值進行分析，結(jié)合設(shè)備臺賬、生產(chǎn)工藝等信息，可評估哪種密封類型、哪個生產(chǎn)廠家、什么介質(zhì)、什么工藝條件(溫度、壓力)容易發(fā)生泄漏。

采用關(guān)聯(lián)分析的方法對反復(fù)多次泄漏的密封點(尤其是嚴(yán)重泄漏)進行分析，可為制定治理方案和措施，密封件選型提供參考依據(jù)。

采用關(guān)聯(lián)分析的方法，對泄漏點維修時間、維修前檢測時間和復(fù)測時間進行分析，可評估維修工作時限和復(fù)測工作時限的合規(guī)性。

采用分類和聚類的方法對泄漏維修措施和維修效果進行分析，關(guān)聯(lián)修復(fù)率數(shù)據(jù)，可確定適用的維修方法，維修工具等。

1.4 VOCs排放量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

采用分類、聚類和關(guān)聯(lián)分析的方法對VOCs排放量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，可根據(jù)企業(yè)多年排放量數(shù)據(jù)評估企業(yè)排放趨勢，分析挖掘減排潛力，為制定減排目標(biāo)提供依據(jù)。可評估同類裝置目前VOCs排放水平，評估單點平均排放水平。

2 LDAR檢測值區(qū)間分布數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

根據(jù)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中泄漏控制濃度及嚴(yán)重泄漏濃度的定義，將檢測值區(qū)間分類為SV <500 μmol/mol、500 μmol/mol≤SV<2 000 μmol/mol、2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol、5 000 μmol/mol≤SV<10 000 μmol/mol、SV≥10 000 μmol/mol 5個區(qū)間，可根據(jù)檢測值大小進行聚類分析，分析不同生產(chǎn)裝置、不同密封類型檢測值區(qū)間分布情況。

2.1 所有密封點檢測值區(qū)間分布

2015-2018年期間，某企業(yè)經(jīng)過首輪LDAR檢測和多輪常規(guī)檢測，總計檢測設(shè)備動靜密封點5 088 480點次，泄漏點數(shù)9 962個，泄漏率為0.20%。采用聚類方法統(tǒng)計所有密封點檢測值區(qū)間分布如圖1所示，可以計算出未泄漏密封點占比高達99.80%，泄漏點檢測值主要集中分布在500 μmol/mol≤SV<2 000 μmol/mol區(qū)間(2 912個)，2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間(3 581個)，5 000 μmol/mol≤SV<10 000 μmol/mol區(qū)間(2 055個)，占泄漏總數(shù)比例分別為29.2%、35.9%、20.6%，≥10 000 μmol/mol的泄漏點相對較少(1 498個)，占泄漏總數(shù)比例為15.0%。

圖1 2015-2018年所有密封點檢測值區(qū)間分布

2.2 不同密封類型檢測值區(qū)間分布

采用分類和聚類方法，統(tǒng)計分析了2015-2018年期間閥門、法蘭、 連接件等10類密封類型的檢測值區(qū)間分布情況，詳見表1?？梢钥闯龀妹芊?、開口管線、采樣口外，SV<500 μmol/mol區(qū)間的密封點占比均在99.5%以上，這是由于泵密封、開口管線、采樣口容易發(fā)生泄漏，檢測值高于500 μmol/mol的數(shù)量較多。

表1 不同密封類型檢測值區(qū)間分布統(tǒng)計

3 LDAR泄漏數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

3.1 不同密封類型泄漏點統(tǒng)計分析

分析了不同檢測區(qū)間、不同密封類型泄漏點占總泄漏點數(shù)的比例，由圖2可以看出，除攪拌器密封無泄漏點外，閥門、法蘭、連接件、開口管線、采樣口、泄壓設(shè)備、其他密封的泄漏點檢測值主要分布在500 μmol/mol≤SV<2 000 μmol/mol和2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間，在500 μmol/mol≤SV<2 000 μmol/mol區(qū)間每種密封類型的泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例多數(shù)在20%以上，在2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間每種密封類型的泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例多數(shù)在35%以上，SV≥10 000 μmol/mol區(qū)間每種密封類型的泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例均低于20%；泵密封泄漏點主要集中分布在2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間和5 000 μmol/mol≤SV<10 000 μmol/mol，泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例在40%以上；壓縮機密封泄漏點全部集中在2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間，占100%。

圖2 不同檢測區(qū)間不同密封類型泄漏點占比

3.2 不同密封類型泄漏率分析

統(tǒng)計了某企業(yè)2015-2018年期間閥門、法蘭、連接件等10類密封類型總體泄漏率情況，見圖3?？梢钥闯鲂孤┞瘦^高的分別為泵1.81%、采樣口0.97%、開口管線0.79%，其次是閥門0.37%，壓縮機密封0.31%。因此需要重點關(guān)注泵、壓縮機等動密封，以及經(jīng)常操作的采樣口、開口管線、閥門等靜密封。

圖3 某企業(yè)2015-2018年期間不同密封類型泄漏率

3.3 泄漏維修效果統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析了某企業(yè)2015-2018年的泄漏點修復(fù)率情況，見表2?？梢钥闯?年內(nèi)企業(yè)平均修復(fù)率約為80%左右，雖然泄漏點數(shù)在逐年增多，維修工作困難加大，但泄漏點修復(fù)率持續(xù)提高，由2015年的30.27%提高到2018年的94.79%，修復(fù)率提高了2倍多，這說明維修技術(shù)水平不斷提高，維修措施和材料逐漸完善更新。

表2 2015-2018年泄漏點修復(fù)數(shù)量統(tǒng)計

4 結(jié)論

a) 除攪拌器密封無泄漏點外，閥門、法蘭、連接件、開口管線、采樣口、泄壓設(shè)備、其他密封的泄漏點檢測值主要分布在500 μmol/mol≤SV<2 000 μmol/mol和2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間，在500 μmol/mol≤SV<2 000 μmol/mol區(qū)間每種密封類型的泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例多數(shù)在20%以上，在2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間每種密封類型的泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例多數(shù)在35%以上，≥10 000 μmol/mol區(qū)間每種密封類型的泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例均低于20%。

b) 泵密封泄漏點主要集中分布在2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間和5 000 μmol/mol≤SV<10 000 μmol/mol，泄漏點數(shù)占總泄漏點數(shù)的比例在40%以上；壓縮機密封泄漏點全部集中在2 000 μmol/mol≤SV<5 000 μmol/mol區(qū)間，占100%。

c) 企業(yè)泄漏點修復(fù)率逐年提高，維修效果顯著。

d) 泄漏率較高的密封類型分別為泵1.81%、采樣口0.97%、開口管線0.79%，其次是閥門0.37%，壓縮機密封0.31%。因此需要重點關(guān)注泵、壓縮機等動密封，以及經(jīng)常操作的采樣口、開口管線、閥門等靜密封。