化工装置异常特征因子溯源的事件分析及对策_石磐.pdf

202312工艺与设备149Modern Chemical Research当代化工研究化工装置异常特征因子溯源的事件分析及对策石磐1 甄崇汀2 钱永清3（1.宁波市生态环境局镇海分局 浙江 315000 2.拓烯科技（衢州）有限公司 浙江 324000 3.宁波渤川废液处置有限公司 浙江 315000）摘要：宁波石化经济技术开发区已建成了空气自动监测站，可以监测分析120项左右的污染指标。本文主要针对某日该站发生乙烯监测因子高值预警后，执法人员对周边相关企业进行排查溯源，最终查明原因为某企业化工装置因SIS系统报警，紧急停车后相关物料本应通过膜分离回收以及进焚烧炉处理，实际为通过旁路直接排放进入大气外环境。本文探索了一种利用SIS系统发生的事件与空气站异常特征因子相关联进行大气特征污染物进行溯源的方法，并对溯源后发现的化工工艺旁路如何管控提出了解决方案。通过空气站的异常在线监测数据加人力对企业DCS系统、SIS系统历史数据记录进行关联溯源，为其他园区的空气质量异常事件溯源处置，提供了借鉴意义。关键词：环境空气站；溯源；旁路；SIS系统中图分类号：TQ 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.049Event Analysis and Countermeasures for Traceability of Abnormal Characteristic Factors in Chemical PlantsShi Pan1,Zhen Chongting2,Qian Yongqing3(1.Zhenhai Branch of Ningbo Ecological Environment Bureau,Zhejiang,3150002.Tuoen Technology(Quzhou)Co.,Ltd.,Zhejiang,3240003.Ningbo Bochuan Waste Liquid Treatment Co.,Ltd.,Zhejiang,315000)Abstract：Ningbo Petrochemical Economic and Technological Development Zone has established an automatic air monitoring station,which can monitor and analyze about 120 pollution indicators.This article mainly focuses on the investigation and tracing of the surrounding enterprises by law enforcement personnel after a high ethylene monitoring factor warning occurred at the station on a certain day.The final cause was identified as the chemical plant of a certain enterprises SIS system alarm.After emergency shutdown,the relevant materials should have been recovered through membrane separation and treated in an incinerator.In fact,they were directly discharged into the atmospheric environment through a bypass.This article explores a method of tracing atmospheric characteristic pollutants using the correlation between events occurring in the SIS system and abnormal characteristic factors of air stations,and proposes solutions for controlling chemical process bypasses discovered after tracing.By combining the abnormal online monitoring data of the air station with human resources,the historical data records of the enterprise DCS system and SIS system are correlated and traced,providing reference significance for the tracing and handling of air quality abnormal events in other parks.Key words：ambient air station；traceability；bypass；SIS system1.对大气污染物的溯源研究介绍（1）废气污染溯源现状。通常情况下，由于工业园区成分复杂，加之地形、时间等限制因素，不能准确直接定位污染排放企业的位置，目前，主要以如下两种思路研究废气污染溯源模型与方法：第一种基于数理统计、概率论而形成。此种思路基于大气扩散的数值分布，运用各种算法统计分析确定排放源的位置；第二种思路是以优化理论为契机，在确定目标函数的基础上，计算出其最优化解1。对于优化理论方法在气体溯源的研究方面，骆蓓、邹吉然等学者2-3基于气体浓度的实际观测值及其理论计算值，确定目标函数然后再利用各种人工智能算法求解目标函数的最优解。本文提出的基于事件与空气站异常特征因子相关联对大气特征污染物进行溯源气体污染溯源方法，利用空气站精准监测数据加SIS系统、DCS系统日志，装置运行日志等可以精准实现废气溯源，大大提高了实操性，便于同类工业园区实践，助力园区大气污染防治工作。（2）研究区域介绍。宁波石化经济技术开发区，是全国七大石化基地之一，园区规划总面积约40km2。2022年，该区受极端天气和本地源影响，导致臭氧超标，空气质量优良率出现明显下降，臭氧前驱污染物有氮氧化物和VOCs。园区属于VOCs控制型臭氧污染区域，而石化化工产业是该区VOCs的最主要排放源，VOCs排放量约占宁波大市的19%。2022年，生态环境部门在园区中心地段采样高度22m处建成一套空气自动站，命名为“石化区空气站”，监测因子为常规六因子（PM2.5、PM10、NO2、202312工艺与设备150Modern Chemical Research当代化工研究SO2、CO、O3）和116种VOC因子。本文针对园区空气站2022年某日该站乙烯检测值突然出现峰值，进行溯源分析研究的情况。2.乙烯异常排放事件及原因分析（1）事件过程描述。2022年8月31日23时，园区空气站突然出现乙烯1179.84g/m3的峰值，仪器已确认正常。当时风向为西北风，风速为5.6m/s。该站点为前置时采样，24时显示数据为23时至23时30分采样数据。表1 石化区空气站数据监测时间TVOC/(g/m3)丙烯/(g/m3)乙烯/(g/m3)甲苯/(g/m3)2022-09-01 0848.0591.3511.7020.2422022-09-01 0756.1560.5533.1920.232022-09-01 0660.6387.0594.1520.3612022-09-01 0590.51319.110.210.7062022-09-01 04246.199100.7856.0460.6612022-09-01 03249.03989.06173.7950.2092022-09-01 0254.0984.6844.4720.2712022-09-01 01218.599002.3072022-08-31 241685.611111.7841474.8080.1562022-08-31 2353.8060.1931.3370.4192022-08-31 22117.1620.180.6680.8212022-08-31 2178.5020.1820.0121.1992022-08-31 2060.7470.4842.4241.737图1 石化区空气站数据曲线图空气站周边企业分布情况为，空气站东边为A公司和B公司，南边为农田，西边为水库，北边为A公司。（2）原因分析。空气站本次检测的异常特征因子是乙烯，对周边企业装置涉VOCs物质进行分析。A公司装置：公司建有产2.5万吨/年螯合剂装置、7.3万吨/年环氧乙烷装置，3.5万吨/年乙烯胺装置，1万吨/年纤维素衍生物装置，1.8万吨/年烷氧基装置，1万吨/年聚合物化学品装置，超过2.5万吨/年有机过氧化物装置。主要产品：螯合剂与微量元素、乙烯胺、特性助剂、烷氧基、聚合物化学和有机过氧化物。B公司装置：公司建有180万吨/年甲醇制烯烃装置、60万吨/年烯烃分离装置、50万吨/年乙二醇装置、40万吨/年聚丙烯装置四套主要生产装置。主要产品：有聚丙烯、生产环氧乙烷、碳四、碳五、二乙二醇。通过对空气站周边企业装置和产品特性进行分析，初步锁定排放企业为B公司，并对排放企业进行工艺流程和物质特性分析。B公司的DMTO装置（甲醇制烯烃180万吨）一套，OCU装置（烯烃转化装置9万吨）一套，EO/EG装置（环氧乙烷/乙二醇50万吨）一套，聚丙烯装置（40万吨）一套。DMTO装置主要生产工艺是通过甲醇制烯烃装置生产的混合烯烃在其装置内进行预分离及精制分离，将轻烯烃回收，得到主产品丙烯、乙烯、C4馏分、C5以上组分和燃料气，其中部分乙烯和C4进入OCU单元进行反应以增产丙烯产品，未反应C4作为液化气产品出厂。EO/EG装置主要生产工艺为：将来自DMTO的乙烯和界外的氧气，作为反应进料进入到循环气系统中。氧气和乙烯经混合喷嘴中混合，在循环气加热器中与反应产物换热，然后进入装有银催化剂的EO反应器生成环氧乙烷及副产物水和二氧化碳。通过排查，初步锁定涉及排放点在EO/EG装置。图2 B公司总工艺流程图在EO/EG装置中设备V-202（压缩机入口缓冲罐）出口管道上，有二路出料管道，一路（A路）用于反应循环气回收去01返回系统，另一路（B路）用于稳定系统压力。B路总有三路分支B1、B2、B3，正常工况时B1路常开，B2和B3常闭。B1路最终去锅炉焚烧，B2和B3路去向为排入大气环境中。通过现场对该企业8月31日的值班记录本，SIS系统、DCS系统日志进行检查，发现8月31日21:45，EO/EG 装置中的氧气进料阀门FV-1202发生故障导致氧含量高报警，信号触发SIS联锁后；联锁执行切断装置氧气、乙烯等原料气，同时打开HV-1205阀门，加入高压氮气。高压氮气吹扫氧气管线，循环气压力略有下降，出现非正常工况。11min后，21:53投氧，恢复正常工况，在恢复正常工况的过程中，循环气系统压力发生较大的波动。为了稳定压力，于8月31日23:05至9月1202312工艺与设备151Modern Chemical Research当代化工研究日01:54，B2管路上的PV-2201B压力调节阀间断开启，在23:10达到99.9%的开度，持续时间长达3h。图3 P&ID流程图将循环气通过PV-2201B放空，假设持续时间3h中，平均有1.5h阀门有开度，B2路管径为DN50，预计排放约100m3气体，其中排放气中含有乙烯（30%左右）、甲烷、氧气、氮气、氩气等。3.应对措施该公司通过调节PV-2201B阀门的开度，作为稳定循环气系统压力的一种调节方式。查询此阀门历史开度曲线，企业频繁开启阀门，稳定系统压力，排放气直接排至大气环境。（1）处理结果。此股EO/EG装置循环气系统排气，环评中描述为应单独设置管道接至动力站锅炉焚烧利用，以降低循环气体压力，装置循环气系统会产生排气，该废气经膜处理装置回收排气中的乙烯组分后以单独管线送动力站锅炉用作燃料使用。环评中明确规定该循环气去向为通过膜分离回收以及进焚烧炉。该企业将未经处理应当回收利用的可燃性气体直接排放进入大气外环境。该公司上述行为违反了中华人民共和国大气污染防治法第四十九条的规定。后续生态环境部门也对该企业这一违法行为进行了行政处罚。（2）整改措施。针对此泄压管路，通过管道接入火炬、焚烧炉等系统，进行密闭收集处理，并增设在线压力和流量检测。（3）预防措施。工业化工装置稳压系统设置的旁路主要可分为两类，因安全生产等原因设置的应急类旁路和非应急类旁路。工艺措施。在保证安全的前提下，尽可能取消或不设泄压排气旁路，如因为安全原因设置的紧急泄放管路，排气管道应采用密闭处理，并安装自动监控设施（如远传流量计、远传压力表等）等方式加强监管。环境管理措施。对以逃避监管为目的非应急类旁路，应彻底拆除。因安全生产等原因必须保留的紧急泄放旁路，应按设计要求设置旁路，同时将保留旁路清单向当地生态环境部门备案，通过铅封、安装自动监控设施（如流量计、温度计、阀门开度、视频监控等）等方式加强监管，并建设备用VOCs治理设施。应急类旁路在非紧急情况下应保持关闭，旁路开启后应及时向当地生态环境部门报告，并做好台账记录，存档待查。设有应急类旁路的治理设施应建设DCS、PLC等控制系统，实时监控旁路阀门开度、旁路废气流量、旁路VOCs浓度等指标。4.废气旁路监控技术（1）一般原则。化工装置稳压系统设有旁路应安装废气流量、旁路VOCs浓度等传感器和报警器，并建设过程控制系统，实时监控旁路阀门开度、旁路废气流量及旁路VOCs浓度等指标。（2）过程控制技术。过程控制技术主要包括可编程序控制（PLC）和分散控制系统（DCS），可通过实时监控旁路阀门开度、废气流量、VOCs浓度等指标对废气旁路排放进行监控，并与生态环境部门联网。5.结论目前园区企业尚没有实现全过程全流程全方位的系统管控，如工艺过程中的放空点、排凝点、原辅料准备投加及反应过程的敞口作业环节，生产设备设施开停工检维修的退料、吹扫蒸煮气及废气治理设施故障期间的旁路直排，火炬规模不足或放火炬气热值低造成的VOCs直排等，由于企业的自我识别与管控能力不足，这些排放源成为企业及异味污染管控长期存在的薄弱环节。而作为本次空气站精准数据+人力分析的溯源模式排查出的废气旁路问题，将由点及面，对整个园区的企业进行排查梳理，将全过程精细化管理理念灌输给每一家企业。从原始设计阶段，就需要减少废气排放旁路的设计，必须设置时，应急旁路在非紧急情况下保持关闭，并通过铅封、安装监控等加强监管，开启后应做好台账记录并及时向当地生态环境部门报告。【参考文献】1张建文,刘茜,魏利军.危险化学品泄漏事故泄漏源强反算方法比较研究J.中国安全科学学报,2009,19(2):165-171.2骆蓓.基于MATLAB的液化气体源强反算研究D.哈尔滨理工大学,2015.3邹吉然.非重气泄漏事故源强反算研究D.哈尔滨理工大学,2014.【作者简介】石磐（1983-），男，江苏南京人，本科，工程师，研究方向：环保数字化监管。