石油煉化裝置揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放模型和估算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于工業(yè)源揮發(fā)性有機(jī)物的排放量精細(xì) 化估算及預(yù)測(cè)于一體、可多功能輸出揮發(fā)性有機(jī)物總量和具體成分管理的技術(shù)工具，具體 涉及一種石油煉化裝置揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs-Volatile organic compounds)無(wú)組織排放 模型和估算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，我國(guó)多地出現(xiàn)了持續(xù)的嚴(yán)重灰霾天氣，對(duì)民眾的生產(chǎn)生活和身心健康造 成了巨大影響?；姻差l發(fā)與工業(yè)源排放的揮發(fā)性有機(jī)物密切相關(guān)。空氣中的VOCs是臭氧和 二次有機(jī)氣溶膠的關(guān)鍵前體物，VOCs還會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生直接或間接的危害，它一般具有較強(qiáng) 的刺激性和毒性，部分具有致癌、致畸、致突變作用，相當(dāng)一部分具有惡臭、易燃易爆等特 性。鹵代烴類(lèi)VOCs可破壞臭氧層，引起溫室效應(yīng)等全球性環(huán)境問(wèn)題?？傊?，VOCs的排放對(duì)人 體和生物健康、生態(tài)環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生較大影響。
[0003] 石油煉制和石油化工行業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)石化行業(yè))是重要的VOCs人為源之一，其VOCs 排放量約占人為源排放總量的7 %~9 %，約占工業(yè)源排放總量的20 %~40 %。2014年底，環(huán) 保部發(fā)布《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》，該方案提出將在全國(guó)范圍內(nèi)開(kāi)展石化行 業(yè)VOCs的綜合整治，對(duì)石化行業(yè)VOCs排放量和VOCs物質(zhì)清單等開(kāi)展排查，并以此作為VOCs 排污收費(fèi)、總量控制和危險(xiǎn)化學(xué)品環(huán)境管理等的依據(jù)。2015年，環(huán)保部等部門(mén)頒布了《石油 煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《石化行業(yè)VOCs污染源排查工 作指南》、《石化行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)排放量估算方法技術(shù)指南(試行)》及《石 化企業(yè)泄漏檢測(cè)與修復(fù)工作指南》等一系列標(biāo)準(zhǔn)或指南，可見(jiàn)我國(guó)正致力于大力削減石化 行業(yè)的VOCs無(wú)組織排放。
[0004] 石化行業(yè)無(wú)組織揮發(fā)性有機(jī)物的主要排放源為儲(chǔ)罐區(qū)、裝卸區(qū)、污水集中處理區(qū) 和生產(chǎn)裝置區(qū)，其中生產(chǎn)裝置區(qū)貢獻(xiàn)率最大，約為30%~50%。近年來(lái)，通過(guò)配套法律法規(guī) 的頒布實(shí)施和新設(shè)備、新技術(shù)的推廣使用，前三類(lèi)排放源已逐漸得到認(rèn)識(shí)和有效控制，而對(duì) 生產(chǎn)裝置區(qū)的VOCs排放的控制目前研究較少。對(duì)于生產(chǎn)裝置區(qū)，VOCs的無(wú)組織排放主要來(lái) 源于設(shè)備管閥件泄漏，而設(shè)備管閥件泄漏具有點(diǎn)多面廣、排放量大、成分復(fù)雜、排放無(wú)規(guī)律 等特點(diǎn)，因此對(duì)于生產(chǎn)裝置區(qū)的VOCs無(wú)組織排放，至今尚未取得明顯的控制效果。
[0005] 對(duì)于生產(chǎn)裝置區(qū)的VOCs排放的控制，目前國(guó)內(nèi)外主要借鑒美國(guó)所建立的監(jiān)測(cè)與評(píng) 價(jià)管理體系，通過(guò)使用裝置密封點(diǎn)泄漏管理軟件和實(shí)施泄漏檢測(cè)與維修(Leak Detection and Repair，LDAR)技術(shù)對(duì)石油煉化裝置無(wú)組織排放的VOCs進(jìn)行管理與控制。我國(guó)在石化裝 置VOCs無(wú)組織排放方面的研究與控制較歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家而言，處于總體滯后水平，針對(duì)污 染源的識(shí)別尚缺乏有效的VOCs無(wú)組織排放監(jiān)測(cè)技術(shù)及對(duì)排放總量、分布和規(guī)律的深入認(rèn) 識(shí)，對(duì)于各類(lèi)排放源及排放VOCs物種的優(yōu)先控制次序也不是很清楚。因此我國(guó)有必要建立 系統(tǒng)、全面和綜合性的研究及控制計(jì)劃。另外，我國(guó)在石化裝置無(wú)組織排放VOCs的估算方法 及排放基數(shù)等方面亦有待深入研究，對(duì)于新改建項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、排放總量核算及即 將開(kāi)展的石化VOCs排污收費(fèi)，都需要一套較為準(zhǔn)確且適合我國(guó)國(guó)情的排放量估算方法。
[0006]由于目前我國(guó)對(duì)石油煉化裝置無(wú)組織排放揮發(fā)性有機(jī)物的排放量估算方法主要 參照美國(guó)環(huán)境保護(hù)署環(huán)保署于20世紀(jì)90年代建立的AP-42排放系數(shù)手冊(cè)進(jìn)行推算。2015年 發(fā)布的《石化行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)排放量估算方法技術(shù)指南(試行)》中，對(duì)煉 化裝置部分的計(jì)算主要借鑒美國(guó)于1995年建立的方法，但該方法到2015年10月為止尚未更 新，存在一定缺陷。綜上所述，目前國(guó)內(nèi)采用的計(jì)算方法存在以下不足：
[0007 ] 1)缺乏符合我國(guó)國(guó)情的、本地化的排放因子；
[0008] 2)僅能得出總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC)的排放量，無(wú)法得出基于VOCs各成分的排放 量；
[0009] 3)V0Cs排放量估算結(jié)果僅基于VOCs的質(zhì)量濃度，未將VOCs的活性(如光化學(xué)反應(yīng) 活性、臭氧生成潛勢(shì)、二次有機(jī)氣溶膠生成潛勢(shì))考慮在內(nèi)；
[0010] 4)無(wú)法對(duì)排放量及排放特征進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0011] 綜上所述，因受目前推算方法所限，現(xiàn)有石油煉化裝置無(wú)組織排放揮發(fā)性有機(jī)物 的排放量估算方法很難獲得符合我國(guó)國(guó)情的、基于VOCs成分的、過(guò)程化的集管理和環(huán)保于 一體的排放情況，限制了對(duì)于石油煉化裝置無(wú)組織排放VOCs的監(jiān)控及減排方面的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于完善目前以管理為主的石油煉化裝置無(wú)組織排放揮 發(fā)性有機(jī)物的排放量估算方法所存在的不足，針對(duì)現(xiàn)有方法的缺陷，提供一種基于環(huán)保角 度全面動(dòng)態(tài)的石油煉化裝置無(wú)組織排放揮發(fā)性有機(jī)物的排放模型和估算方法。本發(fā)明可估 算出基于總體和各成分的石油煉化裝置無(wú)組織排放揮發(fā)性有機(jī)物的排放量，同時(shí)得出基于 VOCs的質(zhì)量濃度和化學(xué)活性的優(yōu)先控制物種和優(yōu)先控制裝置或設(shè)備組件，并且能夠?qū)OCs 的排放特征和排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而為石油煉化裝置無(wú)組織排放揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)控和減 排提供了科學(xué)可靠依據(jù)。
[0013] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種石油煉化裝置揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放模型和 估算方法，通過(guò)采集石油煉化裝置無(wú)組織揮發(fā)性有機(jī)物的排放信息以對(duì)其進(jìn)行排放量估 算，該無(wú)組織排放模型和估算方法包括與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)連接的排放因子計(jì)算模塊、基礎(chǔ) 參數(shù)模塊、運(yùn)算函數(shù)構(gòu)建模塊及排放模型輸出模塊四個(gè)部分，以及排放模型顯示系統(tǒng)；
[0014] 所述排放因子計(jì)算模塊，將排放因子的計(jì)算方法分為四種等級(jí)，按計(jì)算準(zhǔn)確度及 優(yōu)先級(jí)從低到高排序等級(jí)依次為:平均排放因子法、篩分法、層次排放因子法、相關(guān)方程式 法；
[0015] 所述基礎(chǔ)參數(shù)模塊包括活動(dòng)數(shù)據(jù)部分、排放特征、排放因子及控制措施四個(gè)部分；
[0016] A、所述活動(dòng)數(shù)據(jù)部分為裝置工藝、裝置加工能力、原輔材料及用量、產(chǎn)品與產(chǎn)量、 裝置年運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備組件清單、介質(zhì)類(lèi)型與組成等數(shù)據(jù)；
[0017] B、所述排放特征部分具體為各裝置區(qū)的設(shè)備組件泄漏率、泄漏濃度的區(qū)間分布、 各裝置區(qū)的無(wú)組織排放VOCs成分譜；
[0018] C、所述排放因子部分根據(jù)排放因子計(jì)算模塊采用的四種方法計(jì)算得出的，按類(lèi)別 分為T(mén)VOC和具體VOCs成分的、裝置和具體設(shè)備組件的、質(zhì)量濃度和轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)活性的排放 因子；
[0019 ] D、所述的控制措施部分為檢測(cè)頻率、維修率、修復(fù)率、損壞率的相關(guān)參數(shù)；
[0020] 所述運(yùn)算函數(shù)構(gòu)建模塊的運(yùn)算函數(shù)包括泄漏濃度區(qū)間變化函數(shù)、泄漏率變化函 數(shù)、排放因子變化函數(shù)及排放量計(jì)算函數(shù)四個(gè)部分；
[0021] 所述排放模型輸出模塊包括排放特征預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的輸出顯示、多功能數(shù)據(jù)輸出的顯 示;所述排放特征預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為:設(shè)備組件的泄漏率、泄漏濃度分布、排放因子;所述多功能數(shù) 據(jù)為：利用不同計(jì)算等級(jí)得出的對(duì)于全部裝置或單個(gè)裝置以及設(shè)備組件輸出基于TVOC和 VOCs成分的排放量。
[0022] 本發(fā)明所述石油煉化裝置揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放模型和估算方法，其特征還在 于，
[0023]所述排放特征部分所有設(shè)備組件的泄漏濃度區(qū)間分布四個(gè)區(qū)，即0ppmv、0~ 500ppmv、500~10000ppmv、>10000ppmv;
[0024] 所述泄漏濃度區(qū)間和泄漏率變化函數(shù)化的計(jì)算公式為：
[0026]所述設(shè)備組件各濃度區(qū)間排放因子的加權(quán)平均值作為該類(lèi)組件的平均排放因子， 即：
[0028]式中：
[0029] Fa--某類(lèi)設(shè)備組件的TVOC平均排放因子，kg/(hr ·個(gè)）；
[0030] fi一一某類(lèi)設(shè)備組件i濃度區(qū)間的TVOC排放因子，kg/(hr ·個(gè)）；
[0031] Ni一一某類(lèi)設(shè)備組件在i濃度區(qū)間的數(shù)量，個(gè)。
[0032] 所述排放因子的歸類(lèi)根據(jù)工藝類(lèi)型、設(shè)備組件類(lèi)型及介質(zhì)類(lèi)型進(jìn)行；
[0033]所述