石油和天然气作业中的间歇性排放：对定期泄漏检测调查效果的影响

《ACS ES&T Air》：Intermittent Emissions from Oil and Gas Operations: Implications for Detection Effectiveness from Periodic Leak Detection Surveys

石油和天然气（O&G）行业间歇性甲烷泄漏的检测效率研究。通过模拟和CMS（连续监测系统）的实地数据，发现传统OGI检查（如月度、季度）一年内漏检率高达70%-90%，而CMS可显著缩短检测时间。研究强调间歇性泄漏的检测难度，建议将CMS纳入监管体系以提高响应速度。

　　
石油和天然气（O&G）行业作为全球甲烷排放的重要来源，其泄漏检测与修复（LDAR）效率直接影响温室气体减排成效。传统LDAR方法依赖周期性人工巡检，例如光学气体成像（OGI）和航空监测，但这些方法存在显著局限性，尤其难以应对间歇性排放特征。近期一项针对O&G设施排放特性的研究揭示了现行监管框架在应对间歇性泄漏方面的不足，并提出了通过连续监控系统（CMS）提升检测效能的解决方案。

### 一、间歇性排放的挑战
研究指出，O&G生产设施中约70%的甲烷排放具有间歇性特征。这类排放源于设备周期性启停、压力波动等操作需求，例如储罐泄压、压缩机循环等过程都会导致泄漏时断时续。传统LDAR方法假设排放具有持续性，因此要求每月、每季度或每年进行有限时间的地面或航空巡检。然而，间歇性排放的时间分布与常规检测周期存在结构性矛盾：即使每日检测，也可能错过夜间或非工作时段的泄漏。

### 二、CMS与OGI的检测效能对比
研究团队利用两种CMS系统（Kuva和LongPath）采集的79组设备级排放数据，构建了为期两年的合成时间序列。通过蒙特卡洛模拟，对比了不同检测频率下对间歇性泄漏的捕捉能力：
1. **检测成功率**：以5分钟为单次检测时长时，每月巡检的检测成功率为40%，而年度巡检仅11%；若延长单次检测至2小时，成功率可提升至68%（月检）和32%（年检）。
2. **漏检时长分布**：成功检测案例中，首次发现泄漏的平均间隔为4个月（月检2小时时长），最长可达2.3年（年检5分钟时长）。值得注意的是，约60%的泄漏事件持续时间不足7分钟，这意味着常规检测窗口（通常每季度一次、每次仅数分钟）极易错过排放窗口。

### 三、间歇性排放的量化影响
基于模拟数据，单台设备年漏量呈现显著右偏分布：
- **中位数**：160公斤（约0.2吨）
- **均值**：1633公斤（约1.8吨）
- **极端案例**：某设备年漏量高达10.5吨

这种差异源于间歇性泄漏的双重特性——高频短时与低频长时事件并存。例如，某压缩机在0.5-2小时间歇泄漏，其单次排放量可达5公斤，若全年发生200次，总量将超过10吨。

### 四、技术替代方案分析
研究特别指出CMS系统的优势：
1. **全天候监测**：虽然部分系统受光照或天气限制，但通过多传感器组网可实现7×24小时覆盖，显著高于OGI的日均8小时有效观测时间。
2. **事件追踪能力**：CMS可精确记录泄漏事件的起止时间，为追溯排放源提供数据支撑。相比之下，OGI依赖人工记录，存在24-72小时的数据延迟。
3. **动态调整机制**：CMS通过边缘计算实现实时报警，而OGI检测需在巡检后由第三方处理数据，存在3-10天的滞后。

### 五、政策建议与实施路径
研究建议重构LDAR框架，核心包括：
1. **检测频率优化**：现有季度/半年/年度检测间隔难以捕捉高频泄漏，建议对高风险设备实施月度+瞬时抽检模式。
2. **技术融合方案**：在现有OGI基础上，叠加CMS系统形成双重监测网络。例如，月度OGI巡检配合季度CMS数据校准，可提升检测覆盖率至85%以上。
3. **监管标准修订**：建议将CMS纳入EPA 40 CFR 60.5398b(d)的替代方法认证体系，明确其检测限（如3 kg/h）与响应时间（分钟级）的合规标准。

### 六、行业实践启示
1. **设施分级管理**：根据设备泄漏风险等级（如压缩机>储罐>管线）制定差异化检测策略，高风险设备建议部署CMS系统。
2. **检测时长创新**：在OGI巡检中引入"快速回访"机制，例如对月检发现的疑似泄漏点进行72小时内二次确认，可将漏检率降低40%。
3. **数据共享机制**：建立区域性的CMS数据库，通过机器学习预测间歇性泄漏的时空分布规律，辅助制定动态巡检计划。

### 七、环境效益评估
模拟显示，若全面推广CMS系统并优化检测策略，可望在2030年前实现：
- 年甲烷排放量下降18-25%
- 检测响应时间从平均4个月缩短至72小时
- 漏修闭环率从当前约60%提升至85%以上

该研究为《巴黎协定》温控目标下的O&G减排提供了关键技术路径，其核心启示在于：间歇性排放特征要求检测体系必须突破"定时定点"的传统模式，转向融合连续监测与智能分析的新型监管范式。后续研究可深入探讨CMS系统与卫星遥感、无人机集群的协同效应，以及如何将间歇性排放的时空规律转化为优化检测资源配置的决策模型。