高風險法蘭密封點在線監控的經濟性和必要性
為什么高風險法蘭密封點需要在線連續監控?
因為:
高風險法蘭密封點泄漏后危害大
現有手段難以監檢測不可達點且時效性差
高風險密封點在線連續監控安全和經濟效益顯著
01
高風險法蘭密封點泄漏后危害大
高風險法蘭密封點一般指高溫油氣和高低溫交變易漏密封點及劇毒、致癌和異味介質不允許泄漏的密封點;具體可依據CSEI/JX 0004-2018《法蘭密封結構安裝技術規范》和中石油《易泄漏法蘭管控指導意見》中的相關規定識別高風險法蘭密封點。
依據中石化企標 《 Q/SH 0560—2013 HSE風險矩陣標準》,高風險法蘭密封點泄漏發生頻次等級一般為5 ~ 8 (表1),泄漏后的后果危害等級一般為A、B級或C級(表2)。高溫油氣或高低溫交變法蘭密封點一個大周期內可能泄漏多次,通常開車到正常操作工況后定力矩熱緊,或定期熱緊,或根據法蘭密封狀態在線連續監測結果確定熱緊時機。
表1 中國石化安全風險矩陣

表2 后果嚴重性分級表

高溫油氣或高低溫交變法蘭現場安裝質量保證和控制如果不到位,極易泄漏。例如某法蘭連接,按照設計和操作規范需要定力矩緊固4次,該法蘭16顆螺栓的預緊力才能較為均勻地達到設定的44kN的預緊力(圖1)。

圖 1 法蘭實驗優化擰緊順序方法的螺栓力變化
實際由于舊螺栓復用和低價中標等因素,加上現場施工條件惡劣,某集團公司2022年二級企業煉化裝置還發現有下圖所示的法蘭連接(注意螺栓有低于螺帽的)經LDAR檢測發現底部6:00鐘方向泄漏超過20000μmol/mol;在未上在線監測系統之前承包商員工不得不天天提心吊膽地進行LDAR檢測。由于目前不具備停車消缺條件,設備只能帶病運行,等待大修時修復。

圖2 現場環境惡劣條件下的法蘭連接安裝實例
02
現有手段難以檢測不可達點且時效性差
常規LDAR難以檢測塔頂、罐頂或保溫層下不可達密封點的泄漏,紅外成像遙測儀只能檢測沒有保溫保冷層或沒有物理遮擋的密封點泄漏。高風險不可達密封點的密封狀態長期不可知,存在泄漏安全隱患(圖2中的A類密封點);萬一有“漏點蟻穴”存在,又未能及早發現,千里之堤就可能毀于一旦。

圖2 高危易漏不可達密封點存在泄漏安全隱患
高溫油氣和高低溫交變等易漏法蘭密封點往往在1 ~ 2個月內就可能從不漏或小微泄漏演變成明顯泄漏或嚴重泄漏。LDAR每3-6個月才檢測一次,不能及時發現小微泄漏;紅外成像遙測儀和固定式有毒可燃氣體檢測報警系統(GDS)通常只能探測10000μmol/mol以上的密封點泄漏;如果塔頂、罐頂或保溫層下硫化氫、苯、PDEB和烯丙醇等劇毒、致癌或異味介質泄漏至10000μmol/mol以上才被發現,泄漏源附近的環境空氣已經被污染了 1 ~ 3個月,一線點巡檢員工作業風險劇增,可能中毒。紅外成像遙測儀即使發現有“泄漏云團”,但難以報警設備管線哪兒漏,難以避免應急帶壓堵漏或非計劃停車消缺。事實上,試驗研究和統計分析均發現,超過1000 - 2000 μmol/mol的高溫油氣法蘭密封點即使熱緊也難以修復,而法蘭密封點又不像動密封點,泄漏后可以啟動備用泵、切出故障泵維修。因此不少煉化企業天天LDAR,或者“涂漆涂油”防異味、帶壓堵漏帶病運行,或者非計劃停車消缺。為什么《浙江乍浦經濟開發區(嘉興港區)揮發性有機物污染防治專項行動方案(2023-2025年)》提升修復下限要求:“開展100PPM以上泄漏濃度修復試點工作”,可能是因為如果泄漏不能早知道,不能及時發現設備管線的小微泄漏,就錯過了經濟安全的修復時機,難以避免應急帶壓堵漏或非計劃局部停車消缺了。
零泄漏無異味管理,關鍵在于“關口前移、預防為主”的安全理念或文化落地生根。《AQ/T 3034 - 2022 化工過程安全管理導則》強調設備管線全生命周期管理,預防泄漏安全生產事故的發生;《 DB 31/T 310007-2021 設備泄漏揮發性有機物排放控制技術規范》推薦“不可達密封點或易漏密封點采用連續監控設施實時進行泄漏監控預警”為四大防泄漏措施之一 。點對點泄漏在線監測預防系統和危險區域陣列監測定漏溯源系統,泄漏早知道,未雨綢繆,智能自動化推送報警信息,預測預警泄漏趨勢,防患于未然。

圖3 泄漏趨勢預測(圖中藍色線為實測值,橙色線為預測值)
03
高風險密封點在線連續監控經濟和安全效益顯著
統計分析發現,煉化裝置設備管線法蘭密封點數量一般占動靜密封點總數的25-30%左右,密封點的泄漏率在0.07%~0.96%之間,其中嚴重泄漏(≥ 5000 - 10000μmol/mol)率0.01%~0.50%,明顯泄漏(≥ 500 - 2000μmol/mol)率60- 80%;閥門和法蘭的泄漏率分別占泄漏總數的29%和27%。連續重整裝置的泄漏率及嚴重泄漏率高,主要與裝置的加工工藝和介質有關。對于高風險密封點,每投入100萬元進行密封點泄漏在線監測和預防,每年可以降本增效¥26 - 38萬元,一個大修周期下來不僅可以收回全部投資,還可以降本增效¥100萬元 - 150萬元左右。
案例:
某企業有24萬個密封點和3-10%的不可達密封點,LDAR一年檢測四次,費用1000萬左右(不含不可達密封點的檢測和修復費用)。
法蘭密封點一般占25%左右(6.0萬),約99%(即59400)是不漏的(導致某些檢測員采用“填表法”檢測不漏點)。0.1-1%(60 - 600個點)開車后首檢測泄漏,漏的絕大多數是高溫油氣和高低溫交變法蘭密封點和存在制造安裝缺陷的密封點;緊固修復后60-70%可以修復,第二次再檢測只有0.03 - 0.3%(18 - 180點)左右泄漏。
大修開車后1-3個月內密封點的首輪LDAR檢測很重要,60000個密封點第二輪次檢測后可以不用每季度檢測一次,LDAR檢測2-3次后只需每半年檢測1次,即可滿足合規要求。假設該企業4年大修一次,依據合規策略每個大修周期可節省 ¥10元/點 * 60000點 * 6 (少檢6次)= 360萬左右。
假定該企業投資180萬元用于180個保溫層下高溫油氣或高低溫交變法蘭密封點的在線監測和預防,依據海因里希法則和中石化 《 Q/SH 0560—2013 HSE風險矩陣標準》(表2)后果經濟損失等級測算,每年可獲得約¥47萬元 ~ ¥70萬元的凈收益(表3,紅字為投入金額)。表3 高風險密封點在線監控經濟性測算

對于管理者而言,LDAR重點在于合規性檢測和修復,開車后的第1-2輪次檢測很重要;對于明顯泄漏和嚴重泄漏的高溫油氣密封點,如果不具備帶壓堵漏或局部停車消缺條件,應該加密檢測頻次直至每天LDAR以防不測。
泄漏在線監測預防系統,抓住關鍵的少數,重點關注高危易漏密封點,泄漏早知道,科技賦能預測性維護和零泄漏無異味管理,避免有毒、致癌和異味氣體污染環境及人工點巡檢作業過程中的中毒風險,防患于未然,避免應急帶壓堵漏或非計劃局部停車消缺,安全、經濟、高效。
#智慧工業
——泄漏在線監測預防系統
加強風險防控,及早發現泄漏
實現預測性維護,降低作業風險,減少非計劃停車