密封点挥发性有机物（VOCs）排放速率的数值模拟及实测应用-第2页-北极星VOCs在线

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2.3 不同物料的混合情况

考虑到现场很难具备紧贴设备和管线组件进行理想包扎的实施条件，选择中体积为后续研究对象，考察包袋内不同点位的物料浓度动态变化情况，O2和N2的体积分数随时间的变化规律分别见图4(a)和(b)。

包扎完成后，充入N2前，包袋内初始状态为空气，O2和N2的体积分数分别占21%和79%，VOCs为0。假设包扎密封好，不存在空气进入袋内的情况，氧气则为完全灭失气体，如图4(a)所示。其浓度在各个点位逐次被氮气吹扫出，浓度缓慢降低，各个点位的浓度最终逐步衰减为0。P1～P3在包袋内从上游到下游逐次分布，O2灭失也是依此顺序逐步衰减。

如图4(b)所示，N2为主流气体，浓度逐次、逐步增大，顺序和O2灭失顺序一致。因为N2从VOCs泄漏的上游吹入，VOCs很难进入上游和其对侧绕流区域，这些区域基本被N2逐渐充满，N2体积分数接近100%。在下游区域，N2和VOCs进行混合、携带后流出，因为VOCs占有一定比例，所以P3点的N2体积分数明显低于P1和P2点。

2.4 速度场、浓度场和压力场对比分析

在中体积包袋中，在吹扫流量Q=6.03×10-2m3/h的条件下，选VOCs泄漏下游中间截面，速度场、浓度场（VOCs）和压力场（总压）如图5所示。

如图5(a)速度场所示，因出口位于下方，中下游上部区域速度开始锐减，由于出口缩径的影响，速度在接近出口区域逐步增加；图5(b)压力场显示整个包袋内总压力约在800Pa，分布较均匀，为微正压状态。由于动压头的影响，在出口处总压力略高；图5(c)VOCs的浓度场显示，在中下游上部区域VOCs浓度相对较高，逐次往出口移动。对比三场，可以发现速度场和压力场相关性极高，而浓度场主要和VOCs泄漏源的位置以及吹扫气体的出入口位置有关。在包扎法实测操作中，吹扫气体的出入口位置设置至关重要。

2.5 不同吹扫流量的VOCs浓度变化

对中体积包袋，将吹扫流量依次增大4倍，即Q2=4×Q1、Q3=16×Q1，在这3个流量条件下，对应的VOCs浓度在P3点随时间的变化趋势见图6，为方便对比，对数据进行4倍处理，3条曲线数值分别为GC1、GC2×4、GC3×16。

泄漏VOCs可视为连续型示踪剂，初始状态时浓度为0，泄漏开始后浓度逐渐增加，如图6所示。随着吹扫流量增至Q2，包袋内的混合强度明显增加，混合时间迅速减小。流量进一步增至Q3后，袋内出现强烈湍流，造成出口P3点区域的浓度脉动。根据式(1)，吹扫流量增大，相当于稀释了样品VOCs浓度，GC值则对应降低4倍。由图6可见，4倍处理后最终浓度值并不相同，而是逐步递减，流量增加后反而容易造成排放速率eVOCs的核算偏低。这主要是因为流量增大，造成袋内湍流脉动增强，袋内压力过高，改变袋内气体的密度。EPA特别强调袋内压力不应超过6894Pa[11]，压力过高，容易造成包扎材料的破损和对包扎密封的破坏。泄漏点的正常泄漏状态时表压为0，如果包袋内压力过高，改变了包扎前密封点原始泄漏状态，容易造成实测数据失真。

3 包扎法实测分析

在石化行业乙醇生产装置现场进行包扎法直接测量分析，密封点的泄漏值SV范围为0～8×103μmol/mol，可涵盖泄漏值2×103μmol/mol的认定标准[14]。现场实测中重复性有：①现场密封点的包扎次数；②每次包扎密封点的采样次数；③一个采样袋的测试次数。各组重复次数均为3，基本可保证实测数据的重复概率。为和LDAR数据及其相关方程曲线对比，选用幂函数形式拟合，具体拟合曲线及相关数据见图7，因相关方程法的排放速率过大，进行了1/10倍处理。

由图7可见，实测值拟合出VOCs排放速率的幂函数计算公式为eVOCs=2.72×10-6SV0.799，其核算量远远低于EPA的相关方程（eVOCs=3.05×10-6SV0.885）的核算量，且至少低一个数量级。其原因可能是研究EPA的相关方程式时间较早，当时的设备与现在相比较为落后，且泄漏设备的维护不够重视，且各国装置操作参数、运行条件、使用原料、运行管理等方面的差异也导致排放速率估算差异较大[6,15]。另外，LDAR是利用便携仪器对密封点进行泄漏检测，其目的在于对超泄漏限值密封点的修复，从源头控制并有效减少VOCs排放，所估算的排放量仅供参考使用[16]，真实可靠的排放量应依据直接测量法核算。

4 结论

（1）在设备和现场条件允许情况下，尽量减小直接测量包扎法所采用的包袋体积，利于增加包袋内的混合强度，缩短混合时间；包袋内的混合时间大于空时，包袋体积体积越大，倍数越高，呈非线性增加；根据包袋体积大小，确定吹扫流量，保持袋内微正压，吹扫时间大于空时两倍基本可达到近稳态。

（2）乙醇生产装置连接件密封点VOCs泄漏浓度和排放速率之间的幂函数关系式为eVOCs=2.72×10-6SV0.799（适用范围SV=0～8×103μmol/mol），所核算的VOCs泄漏量比LDAR相关方程法至少低一个数量级。

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