石油化工行业VOCs排放检测火炬燃烧效率检测

石油化工行业是挥发性有机物（VOCs）排放的重点领域，其生产过程中的装置泄漏、储运损耗及工艺尾气等环节均会释放VOCs，不仅造成资源浪费，还会引发臭氧污染、PM2.5生成等环境问题。火炬系统作为处理不可回收尾气的关键设施，燃烧效率直接决定VOCs是否完全分解——若燃烧不完全，未破坏的VOCs将直接逃逸，抵消末端治理效果。因此，精准开展VOCs排放检测与火炬燃烧效率检测，是企业达标排放、管控环境风险的核心环节。

石油化工行业VOCs排放的来源与特征

石油化工VOCs排放覆盖生产全流程，主要源于三类场景：一是装置泄漏，如炼油厂常压蒸馏装置的法兰、阀门因密封老化，释放汽油、柴油等轻烃；二是储运损耗，如原油储罐呼吸阀因温度变化排放烃类气体，或槽车装卸时的挥发；三是工艺尾气，如乙烯裂解装置的不可回收裂解气、合成氨装置的放空气体。这些VOCs成分复杂，包含苯、甲苯、乙烯等数十种物质，且排放波动大——装置开停车时，尾气量和浓度可达到正常工况的3-5倍，给检测带来挑战。

更关键的是，无组织排放占比高。据某石化企业数据，装置泄漏、储运损耗等无组织排放的VOCs占总排放量的40%-60%，远高于工艺尾气的有组织排放。这类排放点多、分布散，需通过移动监测（如VOCs走航车）或便携式检测仪快速定位，才能有效管控。例如某炼油厂用PID检测仪排查发现，催化裂化装置的一个阀门泄漏浓度达8000ppm，更换密封垫后泄漏量降至10ppm以下。

VOCs排放检测的核心指标与技术路径

VOCs检测的核心指标分两类：综合指标如非甲烷总烃（NMHC），反映总体排放水平；特征污染物如苯系物、氯乙烯，用于溯源特定污染源。其中NMHC因覆盖广、方法成熟，是最常用的综合指标。

检测技术需匹配场景：在线监测适合有组织源的连续监控，常用GC-FID或PTR-MS，可实时报警；离线监测适合无组织源或溯源，用气袋采样+GC-MS分析具体成分——某化工厂通过离线检测发现，污水处理厂恶臭气体含甲硫醇，溯源至厌氧池污泥发酵；移动监测适合快速排查，如VOCs走航车搭载激光雷达，能绘制浓度热力图，定位泄漏点。

需注意方法局限性：PID检测仪适合低浓度VOCs（0-1000ppm）但无法区分成分；GC-MS可测ppb级并定性，但周期长。企业通常组合使用——在线监测控有组织排放，移动监测查无组织泄漏，离线监测溯源特征污染物。

火炬系统的作用与燃烧效率的影响因素

火炬系统是石油化工企业的“最后一道防线”，用于处理不可回收、易引发安全隐患的尾气（如异常工况的裂解气、储罐置换气）。其核心是通过燃烧将VOCs分解为CO₂和H₂O，但燃烧效率直接决定分解效果——若效率低，未燃烧的VOCs将直接排放。

影响燃烧效率的关键因素有三个：一是燃料气与空气的混合比——过浓会导致氧气不足，过稀会降低火焰温度，均会造成不完全燃烧；二是火焰停留时间——尾气在火焰中的停留时间需超过0.3秒，否则来不及分解；三是燃烧温度——VOCs完全分解需温度≥1100℃，若低于此温度，苯、乙烯等物质无法彻底破坏。例如某化工厂火炬因空气喷嘴堵塞，混合比失衡，火焰温度降至900℃，导致尾气中乙烯浓度达 inlet的6%。

火炬燃烧效率检测的关键指标

火炬燃烧效率的核心指标是破坏去除率（DRE），计算公式为（进口VOCs浓度-出口VOCs浓度）/进口VOCs浓度×100%，EPA要求DRE≥98%，国内GB 31571也规定火炬DRE需≥98%。

辅助指标包括：一氧化碳（CO）浓度——燃烧不完全的副产物，CO越高说明效率越低；未燃烧VOCs残留——如尾气中的苯、乙烯浓度，直接反映逃逸量；火焰温度——需≥1100℃，若温度不够，VOCs无法完全分解。例如某炼油厂火炬DRE为95%时，尾气中CO浓度达2000mg/m³，苯浓度达50mg/m³，远超排放标准。

火炬燃烧效率检测的技术手段

在线监测系统是火炬效率检测的核心：在火炬头安装热电偶测温度，在尾气筒安装气体分析仪（测CO、VOCs、O₂），实时计算DRE。某乙烯厂用在线系统发现，火炬DRE从99%降至96%，排查后发现空气进气阀堵塞，清理后DRE恢复至99.2%。

红外热成像技术可辅助判断火焰形态：通过检测火焰温度分布，识别火焰偏斜、局部低温等问题。某炼油厂用红外热成像发现，火炬火焰向一侧偏移，右侧温度比左侧低200℃，调整空气喷嘴后火焰恢复对称。

离线采样分析用于定期溯源：用不锈钢罐采集火炬尾气，送实验室做GC-MS分析，检测未燃烧的VOCs成分。例如某化工厂通过离线分析发现，尾气中含有丙烯，溯源至裂解装置的尾气回收系统故障，修复后丙烯残留消失。

检测中的常见问题与解决对策

采样点选择不当是常见问题——若选在涡流区，采样代表性差。需按GB/T 16157要求，选在火炬头上方5-10倍管径处，气流稳定的位置。

干扰因素也需规避——背景VOCs（如附近装置泄漏的苯）会影响检测结果，需用惰性材料（聚四氟乙烯）做采样管，减少吸附，并做背景值监测。

设备校准不及时会导致数据偏差——PID检测仪需每月用标准气体（如甲烷、苯）校准，GC-MS需每季度校准，确保读数准确。

相关标准与合规要求

国内主要遵循GB 31571《石油化学工业污染物排放标准》，规定VOCs排放浓度（NMHC）：现有企业120mg/m³，新建企业100mg/m³；火炬DRE≥98%。GB/T 39729规定了便携式FTIR的检测方法，适用于现场快速分析。

国外标准如美国EPA方法29，用于检测火炬尾气中的VOCs；欧盟EN 15259定义了VOCs检测术语。企业内部需制定规程，例如某石化公司要求火炬效率每月检测一次，DRE低于98%时立即停车检查。

企业实践案例分享

某炼油厂安装200台在线VOCs监测仪，覆盖装置泄漏点和工艺尾气筒，2022年通过监测发现常压蒸馏装置的法兰泄漏，浓度达5000ppm，及时更换密封垫后泄漏量降至10ppm以下。

某化工厂用在线火炬监测系统发现，火炬DRE降至95%，经排查是空气进气量不足，调整进气阀后，DRE恢复至99%，CO浓度从1800mg/m³降至300mg/m³，VOCs排放达标。

某乙烯厂用红外热成像定期检查火炬火焰，发现一次火焰偏斜问题，及时调整空气喷嘴，避免了VOCs逃逸——此次调整使火炬效率提高3%，每年减少VOCs排放约2吨。