泄漏检测与修复(LDAR)技术在涂料制造行业的应用研究

泄漏检测与修复（LDAR）技术在涂料制造
行业的应用研究
摘要：泄漏检测与修复（LDAR）是化工类行业挥发性有机物（VOCs）无组织排放管控的重要抓手。

当前我国出台的众多政策文件及标准规范均对涂料制造行业LDAR实施提出明确要求。

文章选取重点地区10家典型涂料制造企业，收集其LDAR 实施基础数据进行统计分析，研究行业VOCs泄漏特征，为涂料制造行业VOCs 无组织排放精细管控提供数据参考。

结果表明，10 家涂料制造企业中，法兰的数量占比最多，平均为62.6%，VOCs泄漏量贡献也最大，占61.6%，但法兰的整体泄漏率不高，只有0.2%；最易泄漏的密封点类别为开口管线和泵，泄漏率分别为1.0%和0.7%，但二者的泄漏量贡献并不大，分别为4.3%和0.6%。

10 家企业VOCs 年泄漏总量合计为10.2 t，平均每家约1 t。

通过实施LDAR，各家企业VOCs泄漏削减率平均为11%，LDAR实施效果有待进一步加强。

关键词：挥发性有机物；VOCs；泄漏检测与修复；涂料制造
涂料制造是指在天然树脂或合成树脂中加入颜料、溶剂和辅助材料，经加工后制成覆盖材料的生产活动[1]。

由于涉及溶剂的使用，涂料制造企业生产装置在运行过程中会因密封点泄漏而造成挥发性有机化合物（VOCs）的无组织排放，这也是涂料制造行业VOCs 排放的重要环节之一。

VOCs 的无组织排放一方面带来生产原料和产品的损失，另一方面也是臭氧（O3）和颗粒物（PM2.5）生成的重要原因[2-4]。

泄漏检测与修复（LDAR）技术是目前国际上通用的VOCs 无组织控制技术，广泛应用于化工类行业设备泄漏环节的VOCs 减排[5-7]。

美国早在20 世纪80 年代初就通过实施LDAR 来控制石化行业VOCs 排放[8-9]，之后欧盟在20 世纪90 年代根据美国经验，建议成员国在石化企业开展LDAR，并将LDAR
列为VOCs 管控最佳可行技术（BAT）。

1990 年，美国清洁空气法（CAAA）规定石化和化工企业必须实施LDAR，该规定实施后至2005 年的15 年间，美国石化和化工行业的VOCs排放量分别降低了63%和56%[10]，实施LDAR 对化工类行业企业VOCs 无组织减排贡献巨大。

随着我国对大气环境质量要求的日趋加严，近年来我国出台的众多政策文件和标准规范已对涂料制造行业LDAR实施提出了明确要求。

研究聚焦上海、江苏、浙江、广东的10 家涂料制造企业，系统整理其LDAR 实施报告和原始检测记录，对相关资料和数据进行统计分析，讨论VOCs 泄漏的主要特征，梳理当前行业LDAR 实施的现状和问题，进而结合行业技术发展与政策、标准及技术规范等相关要求，提出LDAR 实施建议，为涂料制造行业VOCs无组织排放精细管控提供参考和借鉴。

1 LDAR概况
1.1 LDAR技术简介
泄漏检测与修复技术（LDAR）是一项对工业生产全过程物料泄漏进行控制的系统工程[11]。

通过使用便携式检测仪器定期检测阀门、法兰、泵、连接件、开口管线、压力释放设备及取样连接系统等密封点的VOCs 浓度，及时发现泄漏并在规定时间内实施修复，达到减排VOCs 的目标[12-13]。

高效的LDAR 工作可以帮助企业减少物料产品损失和污染排放，保障职工健康安全并减少周边社区有害物质暴露，同时还可带来降低排放税及避免行政处罚等附加效益[14-16]。

1.2 LDAR工作流程和仪器方法
现行的LDAR 工作模式最初由美国建立，美国环保署（EPA）的“挥发性有机物泄漏的测定”（Method 21）中规定了LDAR 检测的具体要求，包括检测仪器种类及其性能指标、检测方法等。

欧盟、加拿大等地也均以Method 21 作为LDAR 实施的技术依据[17-18]。

典型的LDAR 实施步骤主要包括识别、定义、检测、修复、记录等[19]，如图1 所示。

我国国内目前也主要参照Method 21 的检测方法和实施步骤，采用氢火焰离子检测器（FID）等仪器进行现场泄漏检测。

2 涂料制造行业LDAR相关政策
本研究按时间先后顺序梳理了迄今为止国家出台的涉及涂料制造行业LDAR 实施的相关政策文件及具体要求。

图1 LDAR实施基本流程
Fig.1 Basic process for LDAR implementation
2017年9月，生态环境部等六部委联合发布《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》（环大气[2017]121号），要求石化行业全面开展LDAR，建立健全管理制度，重点加强搅拌器、泵、压缩机等动密封点，以及低点导淋、取样口、高点放空、液位计、仪表连接件等静密封点的泄漏管理。

同时要求现代煤化工行业参照石化行业全面实施LDAR，制药、农药、炼焦、涂料、油墨、胶黏
剂、染料等行业逐步推广LDAR工作。

这是国家文件中首次明确提出针对涂料制造行业的LDAR实施要求。

2019年5月，《涂料、油墨及胶黏剂工业大气污染物排放标准》（GB 37824—2019）发布，要求涂料制造行业按照《挥发性有机物无组织排放控制标准》（GB 37822—2019）开展LDAR 工作。

在GB 37822—2019中，明确了LDAR 管控范围、泄漏认定浓度、泄漏检测频次、泄漏源修复及台账管理等细化要求。

同时，GB 37822—2019还首次明确规定了LDAR实施工作中可以视为违法的3 种行为：（1）企业密封点数量≥2 000个，但未开展泄漏检测与修复工作的；（2）未按规定的频次、时间进行泄漏检测与修复的；（3）现场随机抽查，在检测不超过100 个密封点的情况下，发现有＞2个以上不在修复期内的密封点出现可见泄漏现象或超过泄漏认定浓度的。

GB 37822—2019 也成为第一个对LDAR实施提出执法要求的标准。

2019 年7 月，生态环境部发布《重点行业挥发性有机物综合治理方案》（环大气[2019]53 号），提出加强制药、农药、涂料、油墨、胶黏剂、橡胶和塑料制品等行业的VOCs 治理力度，要求密封点数量≥2 000 个的企业开展LDAR工作。

3 案例分析
3.1 案例简介
文章聚焦上海、江苏、浙江及广东等国内率先实施LDAR 且技术体系相对成熟的省市，选取2017—2019 年期间完成LDAR 的10 家涂料生产企业作为研究对象，分析涂料生产行业VOCs 泄漏特征及LDAR实施现状。

10家涂料生
产企业的区域分布为上海4家、江苏3 家、浙江2 家、广东1 家；生产的产品类型涵盖了水性涂料、溶剂型涂料、粉末涂料、固化剂、稀释剂、树脂等；生产规模主要分布在1～10 万t/a 之间（见表1）。

无论是从区域分布还是产品类型、生产规模上，研究对象均具有一定的代表性。

表1 案例企业生产规模及产品类型
Table 1 Production scale and product type of industry enterprises
3.2 基本情况分析
3.2.1 密封点数量分布
涂料生产企业的密封点主要分布于生产车间和储罐罐区。

通过对10 家企业的密封点进行梳理统计（如表2 所示），发现一般涂料生产企业的密封点数量在几百到上万个的范围。

10 家企业中密封点数量最少的为643 个（含不可达点27 个），最多的为12 824 个（含不可达点58 个），平均数量为5 838 个。

和其他需要实施LDAR 的典型行业相比（见图2，图中数据来自于GB 37822—2019 编制说明），涂料制造行业密封点的平均数量相对较少。

按照国家标准提出的2 000 个以上密封点的企业需开展LDAR 的要求，涂料生产行业部分规模小的企业则可以豁免实施LDAR。

表2 10家案例企业密封点数量分布及不可达点占比
Table 2 Distribution of sealing points and proportion of unreachable points
图2 典型行业密封点数量规模对比
Fig.2 Comparison of the number of sealing points in typical industries 从密封点的空间分布来看，生产车间是密封点的主要来源。

10 家企业中，除C、D 企业由于在建档时并未区分车间和罐区，无法获得对应的数据外，剩余8 家企业车间密封点的数量占比为36.9%～88.4%，平均为78.8%；罐区密封点的数量占比为11.6%～63.1%，平均为20.9%。

从不可达点的数量来看，不同企业的数量和占比相差较大，8家有相关数据统计的企业中，3家没有不可达点，不可达点占比为0；1 家不可达点数量为1 383个，占比高达13.2%。

值得指出的是，不可达点占比是衡量企业LDAR 实施质量好坏的指标之一，按照《石化行业泄漏检测与修复工作指南》（环办〔2015〕104 号），新建装置的不可达密封点不应超过同类密封点的3%。

3.2.2 密封点类别分布
对10 家企业受检密封点的类别分布进行了统计，结果见表3。

表3 10家案例企业密封点类别分布
Table 3 Distribution of different equipment component
由表3 可以看出，在涂料制造行业，涉及LDAR泄漏的密封点从数量上主要以法兰为主，约占62.6%；其次为阀门、连接件、开口管线、搅拌器、泵和其他类别，占比分别为20.3%、12.5%、3.3%、0.7%、0.4%和0.2%。

案例中H 企业法兰数量为0，不符合实际经验，经核实系在建档时将法兰归入了连接件。

3.2.3 密封点介质分布
密封点介质类型主要可分为气体、轻液和重液3 种。

其中气体是指在正常工艺条件下呈气态的涉VOCs 物料；轻液是指在正常工艺条件下呈液体且蒸气压＞0.3 kPa（20 ℃时）（VOCs 质量分数≥20%）的涉VOCs 物料；除气体和轻液以外的涉VOCs 物料统称为重液。

从不同介质类型密封点数量分布来看，涂料制造行业以液体密封点为主（图3），10家企业中轻液体密封点平均占87.5%，气体密封点平均占12.5%，均没有重液体密封点。

图3 10家案例企业密封点介质分布
Fig.3 Distribution of seal point with different media
3.3 泄漏情况分析
3.3.1 总体情况
文章以GB 37822—2019 中重点区域泄漏认定浓度（气态VOCs 物料和挥发性有机液体2 000×10-6，其他介质500ppm）作为泄漏定义值，同时以10 000×10-6作为严重泄漏定义值，分析10 家企业VOCs 泄漏情况，结果见表4。

由表4 可以看出，10 家企业的泄漏率在0.04%～0.46%之间，平均值为0.27%。

严重泄漏点数量极少，10家企业合计为6个，占总密封点数量的0.01%。

10 家企业VOCs 年泄漏量合计为10.2 t，平均每家企业每年约为1 t。

需要说明的是，目前国内对于设备泄漏VOCs 的泄漏量计算主要采用相关方程法和系数法，该2种方法及其中的系数均引自美国。

相关方程法基于每个密封点实际检测浓度的区间分布，采用分段函数分别计算每一个点的泄漏量进而加和得到整体泄漏量；系数法则主要应用于未经检测（包括不可达）的密封点，根据密封点类别和介质类型选取对应的系数进行计算。

据此原则，文章采用相关方
程法计算已检测点泄漏量，采用系数法计算不可达点泄漏量。

因此，以上泄漏量的计算结果并不一定完全反映企业的实际排放水平，而是具有一定的不确定性，主要包括几个方面：（1）计算方法的不确定性，由于计算方法来源于美国，且方法的最后一次更新是在20 世纪90 年代，方法中的参数并不一定符合国内工艺及泄漏特征，尤其是系数法，通常误差较大；（2）检测质量的不确定性，国内LDAR 工作刚刚起步，相关标准规范尚未完善和成熟，技术操作上也有较大的提升空间，且本研究中10家企业的LDAR 检测由5家第三方公司承担，在检测操作和质量的控制上也会有一定的出入；（3）企业工况的不确定性，从单个企业的泄漏量计算结果来看，发现泄漏量的大小和泄漏点的数量多少并非严格相关，因为企业生产装置的运行时间、原辅料种类、密封部件质量等生产工况都对VOCs的泄漏产生直接影响。

表4 10家案例企业泄漏情况统计
Table 4 Leakage statistics of enterprises in the industry
3.3.2 泄漏率及泄漏量贡献
本研究统计了10 家企业不同类别密封点的平均泄漏率和泄漏量贡献，如表5所示。

由表5 可以看出，在不同类别的密封点中，开口管线和泵的泄漏率相对较高，分别为1.0%和0.7%，均超过0.5%，其次为搅拌器，平均泄漏率为0.3%，
法兰的平均泄漏率为0.2%。

结合以上的分析可知，法兰虽然数量庞大，但泄漏率低；开口管线、泵、压缩机虽然数量较少，但相对泄漏率较高。

从泄漏量贡献来看，法兰贡献率最高，占61.6%。

其次是连接件和阀门，泄漏量贡献分别占16.1%，14.5%。

开口管线、搅拌器、泵等其他类别密封点的泄漏量贡献合计仅占7.8%。

表5 不同类别密封点的泄漏率及泄漏量贡献
Table 5 Leakage rate and contribution rate of dif⁃
ferent equipment components
3.4 修复及减排分析
修复是指发现泄漏后，在规定时限内立即采取措施消除泄漏的维修作业。

首次维修如果未消除泄漏，需要在规定时限内通过尝试其他方法进一步实施消漏。

目前国内外常用的修复手段包括紧固螺栓、更换部件、加装管帽、涂抹密封胶、制作夹具堵漏等方式，具体视泄漏程度、密封点类别以及生产工况等因素而定。

按照GB 37824—2019 和GB 37822—2019 相关要求，当检测到泄漏时，对泄漏源应予以标识并及时修复。

发现泄漏之日起5 d 内应进行首次修复，除装置停车（工）条件下才能修复、立即修复存在安全风险以及其他特殊情况，应在发现泄漏之日起15 d内完成实质性修复。

10 家企业中，除D 企业的泄漏修复率为71%以外，其他企业的修复率均为100%。

但从完成修复带来的减排率来看，10 家企业的减排率水平有一定差异，最高的为21.34%，最低的仅为3.32%，平均为11.00%。

和石油炼制、石油化工、合成树脂、制药、农药等行业相比，减排效果不明显[20-23]。

可能的原因是涂料制造行业的整体泄漏率水平较低，尤其是严重泄漏点的数量极少，泄漏点的泄漏量占所有密封点总泄漏量的比例较低，对应的减排率就低。

4 结语
实施LDAR 是我国当前对涂料制造行业无组织VOCs 管控的基本要求。

相比石化等行业，涂料制造行业企业密封点总体数量较少，一般在几百到上万个，VOCs 泄漏量贡献不是很大。

10 家案例企业的研究结果表明，所有密封点类别中法兰的数量占比最多，达62.6%，VOCs 泄漏量贡献占61.6%，但法兰的整体泄漏率不高，只有0.2%；最易泄漏的密封点类别为开口管线和泵，泄漏率分别为1.0%和0.7%，但由于数量占比分别只有3.3%和0.4%，二者的泄漏量贡献并不大，分别为4.3%和0.6%。

10 家企业VOCs年泄漏总量合计为10.2 t，平均每家约1 t。

通过LDAR 的实施，各家企业的VOCs 泄漏削减率平均为11%，实施效果有待进一步加强。

结合国家政策要求以及行业特征，对涂料制造行业后期LDAR 实施提出以下建议：（1）严格按照行业标准中规定的频次开展LDAR；（2）注重质量控制，尤其是对项目建档和现场检测的质量进行严格把控；（3）应测尽测，涂料制造行业不同于炼油等大型开放式生产企业，现场检测的条件较好，应尽量减少不可达点数量；（4）泄漏点及时修复，保证减排效果。