基于模糊层次分析法的VOCs泄漏检测与修复效果评估体系研究

卜梦雅; 费波; 张钢锋

doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20210525

基于模糊层次分析法的VOCs泄漏检测与修复效果评估体系研究

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210525

上海市环境科学研究院

基金项目: 上海市科学技术委员会科研计划项目（19DZ1205000，20DZ1204000）

详细信息

作者简介:
卜梦雅（1994—），女，硕士，主要从事工业废气治理及绿色发展研究，bumengya@163.com

通讯作者:
张钢锋（1983—），男，高级工程师，博士，主要从事大气污染控制政策及技术研究，gf.zh@foxmail.com

中图分类号: X511
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出版历程
- 收稿日期: 2021-09-21
- 网络出版日期: 2023-01-31

Research on the evaluation system of VOCs leak detection and repair effect based on fuzzy analytic hierarchy process

Shanghai Academy of Environmental Sciences

摘要

摘要:
基于模糊层次分析法(FAHP)，从国内现有泄漏检测与修复(LDAR)相关标准和技术指南中筛选出项目建立、现场检测、泄漏修复与复测、台账管理4个层面14项评估指标，构建LDAR实施效果评估的层次结构模型，通过对专家、企业、第三方服务商3类群体代表发放30余份问卷调查，进而计算指标权重，以解决国家日益重视挥发性有机物(VOCs)管控形势下，如何科学评估LDAR实施质量的难题。结果显示，LDAR实施效果评估中一级指标排序依次为泄漏修复与复测(0.305)、项目建立(0.281)、现场检测(0.245)和台账管理(0.169)，14项二级指标权重排序中泄漏修复及时性权重最高、免予检测合规性权重最低。研究在权重值的基础上建立一套系统的LDAR实施效果评估体系，并将其应用于制药、塑料制品、合成树脂、涂料油墨制造的10家企业，得出制药行业整体实施效果偏好，合成树脂与涂料油墨行业实施水平相当，塑料制品企业在落实LDAR工作的合规性略低。
- VOCs /
- 泄漏检测与修复（LDAR） /
- 模糊层次分析法（FAHP） /
- 效果评估
Abstract:
Based on the fuzzy analytic hierarchy process (FAHP), 14 evaluation indicators in four levels, including project establishment, on-site inspection, leak repair and retesting, and account management, were selected from the existing LDAR-related standards and technical guidelines in China, and a hierarchical structure model for LDAR implementation effect evaluation was constructed. By distributing more than 30 questionnaires to representatives of 3 types of groups: experts, enterprises, and third-party service providers, and then calculating the index weights, in order to solve the problem of how to scientifically assess the quality of LDAR implementation under the situation that the country pays more attention to the control of volatile organic compounds (VOCs).The results showed that the primary indicators in the assessment of LDAR implementation effectiveness were leak repair and retesting (0.305), project establishment (0.281), site inspection (0.245) and account management (0.169), and the 14 secondary indicators were ranked with the highest weight of leak repair timeliness and the lowest weight of compliance with exemption from inspection. The study established a systematic LDAR implementation effect assessment system based on the weight values and applied it to 10 enterprises in pharmaceutical, plastic products, synthetic resin and coating ink manufacturing, and concluded that the overall implementation effect of the pharmaceutical industry is preferred, the synthetic resin and coating ink industries have comparable implementation levels, and the compliance of plastic products enterprises in implementing LDAR work is slightly lower.
- VOCs /
- leak detection and repair (LDAR) /
- fuzzy analytic hierarchy process (FAHP) /
- effect evaluation

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图 1 LDAR实施效果评估指标体系

Figure 1. Indicator system for LDAR implementation effectiveness evaluation

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图 2 不同群体FAHP建模一级指标权重结果

Figure 2. Result of primary indicator weights in FAHP modelling of different groups

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图 3 LDAR实施效果评估流程

Figure 3. LDAR implementation effect evaluation process

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表 1 国家已发布的LDAR相关标准/规范文件

Table 1. LDAR related standard/regulation documents issued by the country

序号	标准/规范名称	标准号/文号	发布时间	摘要
1	农药制造工业大气污染物排放标准	GB 39727	2020-12-08	规定了农药行业设备与管线组件 VOCs 泄漏控制要求
2	挥发性有机物无组织排放控制标准	GB 37822	2019-05-29	规定了设备与管线组件VOCs泄漏控制要求
3	制药工业大气污染物排放标准	GB 37823	2019-05-29	按照GB 37822执行
4	涂料、油墨及胶粘剂工业大气污染物排放标准	GB 37824	2019-05-29	按照GB 37822执行
5	石油炼制工业污染物排放标准	GB 31570	2015-04-16	规定了石化行业设备与管线组件泄漏污染控制要求
6	石油化学工业污染物排放标准	GB 31571	2015-04-16	同GB 31570要求
7	合成树脂工业污染物排放标准	GB 31572	2015-04-16	同GB 31570要求
8	泄漏和敞开液面排放的挥发性有机物检测技术导则	HJ 733	2014-12-31	规定了设备泄漏源排放的挥发性有机物的检测方法、仪器设备要求等
9	石化企业泄漏检测与修复工作指南	环办〔2015〕104号	2015-11-17	规定了受控设备、密封点挥发性有机物泄漏检测与修复的项目建立、现场检测、泄漏维修以及质量保证与控制等技术要求

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表 2 LDAR评估中的一票否决项

Table 2. Vetoes in LDAR assessment

编号	评估内容	评估方法	判断结果
1	企业涉VOCs物料的密封点数量超过2 000个（含），是否开展LDAR工作	资料审核	是　否
2	是否按规定的频次、时间开展LDAR工作	资料审核	是　否
3	现场随机抽查时，在检测不超过100个密封点的情况下，是否未发现有2个以上（不含）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	现场抽测	是　否

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表 3 不同群体FAHP建模二级指标权重及排序

Table 3. Weight and ranking of secondary indicator in FAHP modelling of different groups

二级指标	专家群体		企业群体		第三方服务商群体		总群体
二级指标	权重	排序	权重	排序	权重	排序	权重	排序
实施范围完整性（C₁）	0.067	7	0.079	6	0.128	1	0.090	3
密封点分类正确性（C₂）	0.064	8	0.069	7	0.105	3	0.079	6
密封点标识合理性（C₃）	0.054	10	0.057	9	0.074	5	0.062	8
不可达点占比合理性（C₄）	0.042	12	0.051	12	0.054	10	0.050	12
检测仪器合规性（C₅）	0.052	11	0.055	10	0.051	11	0.053	11
仪器调试合规性（C₆）	0.059	9	0.057	8	0.051	12	0.056	10
检测操作合规性（C₇）	0.070	6	0.052	11	0.066	7	0.062	9
泄漏标识合规性（C₈）	0.039	13	0.035	13	0.044	13	0.040	13
免予检测合规性（C₉）	0.033	14	0.033	14	0.034	14	0.034	14
泄漏修复及时性（C₁₀）	0.161	1	0.161	1	0.106	2	0.140	1
延迟修复合规性（C₁₁）	0.095	4	0.095	4	0.068	6	0.082	5
复测合规性（C₁₂）	0.097	3	0.097	3	0.066	8	0.083	4
报告内容完整性（C₁₃）	0.092	5	0.092	5	0.059	9	0.077	7
台账记录合规性（C₁₄）	0.098	2	0.098	2	0.093	4	0.092	2

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表 4 LDAR实施效果评分表

Table 4. LDAR implementation effect score sheet

一级指标	二级指标	指标说明	评估内容	评估方法	满分值	得分
项目建立	实施范围完整性	LDAR实施范围是否完整覆盖所有受控装置区域及密封点	1.结合装置工艺流程图（PFD）、管道仪表图（P&ID）及现场勘探等，评估LDAR实施范围是否完整覆盖所有受控点； 2.是否存在LDAR实施范围的漏判、误判； 3.LDAR项目实施范围内工艺设备、管线是否完整、准确、合规的纳入实施范围	资料审核	9
	密封点分类准确性	受控密封点是否按照标准要求中的规定准确分类	泵、搅拌器、压缩机、泄压设备、阀门、法兰、连接件、开口阀或开口管线等各类密封点是否准确分类	资料审核	8
	密封点标识合理性	密封点是否设置唯一且易辨识的编号	1.是否设置唯一且易辨识的编号（包括现场挂牌或图档标识）； 2.密封点标识信息描述是否正确（密封点位置描述、密封点类型、密封点介质状态、密封点尺寸）	资料审核现场勘查	6
	不可达点占比合理性	不可达密封点比例是否低于同类密封点的3%	1.不可达点原因是否满足标准中规定的物理及安全要素等； 2.不可达点的比例是否偏高，是否低于同类密封点的3%	资料审核现场勘查	5
现场检测	检测仪器合规性	仪器选型是否符合标准规范要求；是否具有计量认证证书及本安防爆	1.是否对待测排放源所排放的主要VOCs组分有响应； 2.量程是否能满足相关控制标准中的标准浓度限值的测定要求； 3.相对误差±10%；标气误差±2％； 4.具有防爆安全性并通过防爆安全检验认证	材料证明	5
	仪器调试合规性	仪器是否进行正确的预热、校准、示值和零点漂移等	1.预热时间是否按仪器说明书要求，无明确要求的预热时间是否不少于30 min； 2.单点校准时单点浓度值是否接近标准浓度限值；多点校准时标准浓度限值是否在校准浓度的范围之内； 3.是否反复通入零气和校准气体3次（每次通气时间为仪器响应时间的2倍以上）；通入零气读数平均值是否未超过±10 µmol/mol；通入校准气体，示值误差是否未超过±10%	资料审核现场勘查	6
	检测操作合规性	检测操作是否符合标准的规定要求	1.采样探头是否沿可能发生泄漏的相关部位外围以小于10 cm/s的速度移动； 2.密封点检测位置是否按照标准的规定要求进行操作； 3.环境本底值测试点距受控密封点是否≥25 cm，且将5个检测平均值作为当日装置环境本底值	现场勘查	6
	泄漏标识合规性	泄漏点是否及时系挂泄漏牌；标识牌内容是否符合要求	1.检测发现泄漏点后是否及时系挂泄漏牌； 2.泄漏牌中是否记录密封点编码，净检测值，检测时间以及检测人员等信息	现场勘查	4
	免予检测合规性	豁免密封点是否符合标准中的规定条件	豁免设备与管线组件清单是否满足标准中免予检测的达标要求	资料审核现场勘查	4
泄漏修复与复测	泄漏修复及时性	是否按照标准中的规定进行泄漏修复	1.首次修复是否在发现泄漏之日起5日内进行； 2.除延迟修复泄漏点外，是否在发现泄漏之日起15日内完成修复	资料审核	14
	延迟修复合规性	是否符合标准中规定的延迟修复条件；是否按照标准要求开展延迟修复	延迟修复的密封点是否满足以下条件：1)装置停车（工）条件下才能修复；2)立即修复存在安全风险；3)其他特殊情况	资料审核	8
	复测合规性	常规修复是否在5日内完成复测工作；延迟修复是否在15日内完成复测工作	泄漏密封点修复后，是否在5日内完成复测；延迟修复泄漏点修复后，是否在装置开工稳定后15日内复测	资料审核	8
台账管理	报告内容完整性	是否包含企业的基本情况介绍、实施过程、结果分析、排放量核算、措施建议等	是否包含企业的基本情况介绍（厂区平面布置图、装置统计表）、检测基本情况（密封点数量、类型统计，泄漏点位信息统计及修复情况及对应图片）、实施过程、设备组件检测报表结果分析、延迟修复申请、排放量核算、措施建议等内容	资料审核	8
台账管理	台账记录合规性	是否建立台账记录管理且保存3年以上	1.是否包含建档、检测、修复、复测、延迟修复等记录； 2.是否包含检测原始数据记录； 3.是否建立LDAR平台管理台账记录且保存3年以上	资料审核	9
注：本表采用百分制评估，分值越高表明LDAR实施效果越好。

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表 5 9家不同行业企业LDAR实施效果评分

Table 5. LDAR implementation effect scores of 9 companies in different industries

制药行业			塑料制品行业		合成树脂行业		涂料油墨制造行业
企业1	企业2	企业3	企业4	企业5	企业6	企业7	企业8	企业9
84	83	81	71	68	79	76	78	75

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参考文献(31)

[1]	马超, 薛志钢, 李树文, 等.VOCs排放、污染以及控制对策[J]. 环境工程技术学报,2012,2(2):103-109. doi: 10.3969/j.issn.1674-991X.2012.02.016 MA C, XUE Z G, LI S W, et al. VOCs emission, pollution and control measures[J]. Journal of Environmental Engineering Technology,2012,2(2):103-109. doi: 10.3969/j.issn.1674-991X.2012.02.016
[2]	MA Z Q, XU J, QUAN W J, et al. Significant increase of surface ozone at a rural site, north of Eastern China[J]. Atmospheric Chemistry and Physics,2016,16(6):3969-3977. doi: 10.5194/acp-16-3969-2016
[3]	XUE L K, WANG T, GAO J, et al. Ozone production in four major cities of China: sensitivity to ozone precursors and heterogeneous processes[J]. Atmospheric Chemistry and Physics Discussions,2013,13(10):27243-27285.
[4]	LI L Y, XIE S D, ZENG L M, et al. Characteristics of volatile organic compounds and their role in ground-level ozone formation in the Beijing-Tianjin-Hebei Region, China[J]. Atmospheric Environment,2015,113:247-254. doi: 10.1016/j.atmosenv.2015.05.021
[5]	LIU C T, MA Z B, MU Y J, et al. The levels, variation characteristics, and sources of atmospheric non-methane hydrocarbon compounds during wintertime in Beijing, China[J]. Atmospheric Chemistry and Physics,2017,17(17):10633-10649. doi: 10.5194/acp-17-10633-2017
[6]	国务院关于印发打赢蓝天保卫战三年行动计划的通知[A/OL].(2018-07-04) [2021-07-20]. https://www.mee.gov.cn/ywgz/fgbz/gz/201807/t20180705_446146.shtml.
[7]	ZHANG G F, FEI B, XIU G L. Characteristics of volatile organic compound leaks from equipment components: a study of the pharmaceutical industry in China[J]. Sustainability,2021,13(11):6274. doi: 10.3390/su13116274
[8]	张钢锋.泄漏检测与修复(LDAR)技术在国内外的应用现状及发展趋势[J]. 环境工程学报,2016,10(9):4621-4627. doi: 10.12030/j.cjee.201512200 ZHANG G F. Application and development trend of leak detection and repair (LDAR) [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering,2016,10(9):4621-4627. doi: 10.12030/j.cjee.201512200
[9]	US Environmental Protection Agency. Control of volatile organic compound leaks from petroleum refinery equipment[EB/OL]. [2021-07-15]. https://www.epa.gov/.
[10]	US Environmental Protection Agency. Consent decrees and settlement agreements[EB/OL]. [2021-07-15].https://www.epa.gov/ogc/consent-decrees-and-settlement-agreements
[11]	EPPERSON D, LEV-ON M, TABACK H, et al. Equivalent leak definitions for smart LDAR (leak detection and repair) when using optical imaging technology[J]. Journal of the Air & Waste Management Association,2007,57(9):1050-1060.
[12]	王永敏, 王文秀, 马寅平, 等.重点行业泄漏检测与修复建档工作评估[J]. 广州化工,2019,47(2):157-160. doi: 10.3969/j.issn.1001-9677.2019.02.059 WANG Y M, WANG W X, MA Y P, et al. Assessment of component coding work on leak detection and repair of key industries[J]. Guangzhou Chemical Industry,2019,47(2):157-160. doi: 10.3969/j.issn.1001-9677.2019.02.059
[13]	刘志阳, 廖程浩, 张晖, 等.泄漏检测与修复(LDAR)工作流程及常见问题剖析[J]. 绿色科技,2017(14):135-137.
[14]	KE J, LI S, ZHAO D F. The application of leak detection and repair program in VOCs control in China's petroleum refineries[J]. Journal of the Air & Waste Management Association,2020,70(9):862-875.
[15]	李龙, 李凌波, 程梦婷.石化行业泄漏检测与修复质量提升计划: LDAR质量审计审核[J]. 当代化工,2017,46(10):2090-2093. doi: 10.3969/j.issn.1671-0460.2017.10.036 LI L, LI L B, CHENG M T. Quality enhancement program of leak detection and repair in petrochemical enterprise: LDAR audits[J]. Contemporary Chemical Industry,2017,46(10):2090-2093. doi: 10.3969/j.issn.1671-0460.2017.10.036
[16]	彭茵, 吉晟, 赵子玮, 等.泄漏检测与修复技术管理体系研究及评估建议[J]. 现代化工,2017,37(10):10-14. PENG Y, JI S, ZHAO Z W, et al. Research and evaluation recommendation on management system of leak detection and repair technology[J]. Modern Chemical Industry,2017,37(10):10-14.
[17]	XU R N, ZHAI X Y. Extensions of the analytic hierarchy process in fuzzy environment[J]. Fuzzy Sets and Systems,1992,52(3):251-257. doi: 10.1016/0165-0114(92)90236-W
[18]	MIKHAILOV L, TSVETINOV P. Evaluation of services using a fuzzy analytic hierarchy process[J]. Applied Soft Computing,2004,5(1):23-33. doi: 10.1016/j.asoc.2004.04.001
[19]	DUBOIS D, PRADE H. Operations on fuzzy numbers[J]. International Journal of Systems Science,1978,9(6):613-626. doi: 10.1080/00207727808941724
[20]	CHEN J J G, HE Z S. Using analytic hierarchy process and fuzzy set theory to rate and rank the disability[J]. Fuzzy Sets and Systems,1997,88(1):1-22. doi: 10.1016/S0165-0114(96)00037-1
[21]	段军, 梁智广, 岳洪辉.基于模糊层次分析法的采矿方法优选[J]. 化工矿物与加工,2017,46(12):53-56. DUAN J, LIANG Z G, YUE H H. Optimization of mining method based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Industrial Minerals & Processing,2017,46(12):53-56.
[22]	宋高峰, 潘卫东, 杨敬虎, 等.基于模糊层次分析法的厚煤层采煤方法选择研究[J]. 采矿与安全工程学报,2015,32(1):35-41. SONG G F, PAN W D, YANG J H, et al. Mining methods selection in thick coal seam based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Journal of Mining & Safety Engineering,2015,32(1):35-41.
[23]	李欢, 王涌川.基于模糊层次分析法的页岩气钻井井喷事故风险评价[J]. 安全与环境工程,2018,25(2):126-130. LI H, WANG Y C. Risk assessment of shale gas drilling blowout accidents based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Safety and Environmental Engineering,2018,25(2):126-130.
[24]	贾海林, 余明高, 崔志恒.基于模糊层次分析法的高校实验室火灾危险性评价[J]. 实验室研究与探索,2010,29(2):173-176. doi: 10.3969/j.issn.1006-7167.2010.02.056 JIA H L, YU M G, CUI Z H. Research on fire hazard evaluation of academy laboratory based on fuzzy analytical hierarchy process[J]. Research and Exploration in Laboratory,2010,29(2):173-176. doi: 10.3969/j.issn.1006-7167.2010.02.056
[25]	马双忱, 范紫瑄, 温佳琪, 等.基于模糊层次分析的燃煤电厂脱硫废水处理可利用技术评价[J]. 化工进展,2018,37(11):4451-4459. MA S C, FAN Z X, WEN J Q, et al. Evaluation on technology of desulfurization wastewater from coal-fired power plant based on fuzzy AHP[J]. Chemical Industry and Engineering Progress,2018,37(11):4451-4459.
[26]	吴春生, 黄翀, 刘高焕, 等.基于模糊层次分析法的黄河三角洲生态脆弱性评价[J]. 生态学报,2018,38(13):4584-4595. WU C S, HUANG C, LIU G H, et al. Assessment of ecological vulnerability in the Yellow River Delta using the fuzzy analytic hierarchy process[J]. Acta Ecologica Sinica,2018,38(13):4584-4595.
[27]	黄书君, 李坤权, 朱光怡.基于模糊层次分析模型的高校室内空气质量评价与分析[J]. 环境工程,2014,32(5):90-94. HUANG S J, LI K Q, ZHU G Y. Evaluation and analysis on the indoor air quality of colleges based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Environmental Engineering,2014,32(5):90-94.
[28]	BUCKLEY J J. Fuzzy hierarchical analysis[J]. Fuzzy Sets and Systems,1985,17(3):233-247. doi: 10.1016/0165-0114(85)90090-9
[29]	丁德武, 杜德川, 贾润中, 等.泄漏检测与修复技术实施水平量化评估简介[J]. 安全、健康和环境,2017,17(9):34-37. doi: 10.3969/j.issn.1672-7932.2017.09.009 DING D W, DU D C, JIA R Z, et al. Research on quantitative evaluation of implementation level of LDAR technology[J]. Safety Health & Environment,2017,17(9):34-37. doi: 10.3969/j.issn.1672-7932.2017.09.009
[30]	郑幸成, 王文秀, 黄浩云, 等.石化行业泄漏检测与修复评估指标体系的建立与应用[J]. 化工环保,2018,38(3):363-368. doi: 10.3969/j.issn.1006-1878.2018.03.021 ZHENG X C, WANG W X, HUANG H Y, et al. Construction and application of evaluation index system for leak detection and repair in petrochemical industry[J]. Environmental Protection of Chemical Industry,2018,38(3):363-368. doi: 10.3969/j.issn.1006-1878.2018.03.021
[31]	上海市市场监督管理局, 江苏省市场监督管理局, 浙江省市场监督管理局, 等. 设备泄漏挥发性有机物排放控制技术规范: DB3l/T 310007—2021, DB32/T 310007—2021, DB33/T 310007—2021, DB34/T 310007—2021[S]. 北京: 中国标准出版社, 2021.