Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

13

Transcript of Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Page 1: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.
Page 2: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

2 | P a g e

 

 

 

 

 

Contents 

1.  Introduction ............................................................................................................................................. 3 

2.  A Hybrid Approach ................................................................................................................................... 4 

3.  Implementation........................................................................................................................................ 5 

3.1 Phase 1 Description of the Field Odour Patrol ..................................................................................... 5 

3.2 Selecting Points for Monitoring (Inside and Outside of Plant Boundary): .......................................... 6 

3.3 Data gathered at each survey location ............................................................................................... 7 

3.4 Selecting and Training the Odour Patrollers ....................................................................................... 8 

3.5 Equipment used for Odour Patrol ....................................................................................................... 9 

3.5 When each location should be surveyed: ........................................................................................... 9 

3.6 Phase 2: Source sampling and olfactometric analysis ....................................................................... 10 

3.7 Reverse Modeling .............................................................................................................................. 11 

3.8 Predictive Modeling .......................................................................................................................... 12 

4.  Analyzing the Results and the Deliverables ........................................................................................... 13 

 

   

Page 3: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

3 | P a g e

 

 

S

1.  Introduction This article will describe an approach  to  address odours at a gas/petroleum/oil  refinery plant  from  a 

practical perspective. Using traditional methods of source sampling and modeling for refineries has been 

shown to be ineffective due to the vast number of sources within the plant. While stacks and lagoons can 

be  easily  identified  and  the  odour  emission  quantified,  fugitive  sources  such  as  leaks,  holding  tank 

openings, overpressure relief valves, flaring, and residual liquids can all significantly contribute to the total 

odour emission from the plant. The odours from these processes will travel differently and will often have 

adverse impact on residence up to hundreds of kilometers away. 

 

This article will describe a new and innovative approach to odour emission assessment of petrochemical 

refineries. This approach takes into account all sources both from stacks as well as from all fugitive sources. 

The objective  is to determine not only the  impact of the plant but also to  identify the most significant 

sources to be targeted for remediation. The result of the study can also be used to implement electronic 

continuous odour monitoring and complaint management system. 

   

Page 4: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

4 | P a g e

 

 

S

 

2. A Hybrid Approach  Odour assessment of a refinery plant must utilize 3 main phases and technologies: 

1.    Field Odour Patrol using personal olfactometery and portable gas analyzers. 

2.    Source sampling and olfactometric laboratory analysis 

3.    Dispersion modeling 

The  addition  of  Odour  Patrol  using  personal  olfactometery  is  a  critical  step  and  differentiates  this 

methodology  from  all previous  attempts  using  classical  odour  assessment.  The  classical  approach  of 

source sampling, olfactometric analysis, and dispersion modeling was developed decades ago for dealing 

with waste water treatment plants. This approach is not suited to a refinery without the use of an odour 

patrol as way to tie real field measurements with predicted impact. 

Field Odour Patrol is used for: 

1.  Source  identification:  determining  the  sources  that  need  to  be  sampled  and  measured  using 

olfactometric laboratories 

2. Baseline Study: assess the plants emission at the boundary and at the sensitive receptors (neighboring 

residents) 

3. Contribution Study: assess the impact of other nearby refineries or odour causing industries 

4. Quality Assurance: assess the accuracy of predicted impact from dispersion model and source sampling 

by comparing the results to real measured field data. 

5. Determine the effect of certain process events (e.g. flaring) on odour impact of the plant. 

Source sampling, olfactometric laboratory analysis and dispersion modeling are not used in this method 

to assess the  impact but rather to determine the contribution of each odour source to the total odour 

impact of the plant. The ranking of odour sources are first based on contribution followed by ease/cost of 

mitigation  technology  allowing  the  company  to maximize  their  odour  impact  reduction with minimal 

investment. Source testing also allows the plant to determine the mitigation efficiency of any solution that 

is implemented. 

       

Page 5: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

5 | P a g e

 

 

  

3.  Implementation 

3.1 Phase 1 Description of the Field Odour Patrol The first step in conducting a thorough odour survey is to select the locations that will be patrolled by the 

field odour survey technicians. To conduct a full and comprehensive survey the odour patrol must cover 

both inside and outside of the plant boundary. 

Within the plan the ambient odour monitoring is done by measuring upwind and downwind of significant 

sources in order to determine if the source is contributing to the total odour emissions. While individual 

sources cannot be separated and easily identified in all cases, this method works well when sources are 

considered in groups. For example in a natural gas refinery, each LNG train (liquefaction and purification 

facility) can be considered as one group initially. Off‐spec ponds, holding tanks, and other visible sources 

can be considered separate sources. 

 

Within the plant boundary along the perimeter, a comprehensive odour survey using field patrollers can 

determine odour  levels at  the property  line caused  from plant processes and distinguish  it  from those 

entering  from neighboring plants/sources.  This  distinction  between  what  is  produced  by  the  plant 

versus what odours enter  the plant  can have significant regulatory implications as well as considerable 

impact on the investment required by the plant in mitigation technology. It is useful to not think of the 

odour issues as the result of operation of any one plant, but rather the contribution of all odour causing 

processes in a region. Odours often mix from various plants to produce a new, unique, and perhaps much 

more foul odour. Unfortunately the mixture of odours with a refinery tends to have characteristics with 

strong resemblance to the original odours emitted by the refinery; however the odour concentration can 

be much higher  because  of  the mixture  of odours  from  neighboring processes.  Therefore, while  the 

refinery is blamed and identified as the sole cause of the odour emissions, they are often one of the many 

Page 6: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

6 | P a g e

 

 

Scontributors to the issue. Proper boundary patrol can help the plant identify how much of the total odour 

impact they are responsible for. 

In addition to odour survey conducted within the plant boundary, additional measurement points must 

be considered in the  surrounding  area  around  plant  especially where  sensitive  receptors  are  located.   

This survey allows  the  team  to identify locations of possible complaints such as a residential community 

impacted by the odour emissions. Field odour survey outside the plant can also provide valuable data for 

validating dispersion models created in the source sampling and laboratory olfactometery phase. 

 

3.2 Selecting Points for Monitoring (Inside and Outside of Plant Boundary): The points selected for odour survey within the plant boundary will be based on plant layout, interviewing 

field process engineers, and interviewing environmental officers. Outside of the plant boundary, the team 

must rely on meteorological data, recorded complaint locations, and location of the sensitive receptors to 

determine effective and practical survey points. 

 

An  initial assessment of  the plant  is  the  first and most critical  step.  This  is where a  sampling plan  is 

determined.  The  key  to  a  successful  odour monitoring  program  is  to  select  areas  where  odour  is 

potentially or usually present.   The engineer conducting survey may have a plant map, wind roses and 

discussions with  senior management and operators during an  initial  site  visit  for  an  assessment.    A 

valuable  source of  information during  this  initial  assessment  is  to  speak  to  field operators, who have 

excellent knowledge into where odours may be present.  Speaking to as many of these people will help 

develop an effective plan  from  the beginning.   Odour  technicians  in  the  initial days of measurement 

should also engage field operators and covey any important information to the senior engineer to update 

the sampling plan. 

The selection of a point during the site visit and after reviewing the plant map may result in what appears 

like a good point, yet may prove not as worthy.  For example, selecting an elevated point on top of a tank 

at a downwind distance of 300m of  several process may appear a good option, but may actually yield 

very  few odour readings.   Selecting these ambient monitoring points may require some ‘hunt and try.’ 

Since wind is a transporter of odour, wind roses are used to help pick ambient monitoring points in and 

outside of the property  line.   A general wind direction can be determined and upwind and downwind 

points be determined.  Wind direction and speed change is influenced by season/month and time of day.  

Depending on process and wind speed and direction, odours may move  slightly  in  location of an area.  

Although  they may  disappear,  technicians may be  able  to capture readings with some frequency.  For 

example, on one side of road odours may be strong, yet on the other side no odour can be detected.

Page 7: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

7 | P a g e

 

 

It is tempting to use initial air dispersion modelling to predict potential points of highest odour.  However 

due to the large number of unforeseen odour sources at this stage of the project, any dispersion modeling 

will be too simplified to yield any useful information on odour impact locations. 

Once a complete  list of  survey points  is created  the  team will validate  the points by  collecting odour 

concentration measurement at each location for up to 30 days. The validation period will allow the team 

to gather base levels for each location and discard locations that have less than 5% frequency of perceived 

odour. Additional survey points may also be added  during  the  validation  period  based  on  observation 

and experience  the  team gains while conducting  the odour patrols. 

 

3.3 Data gathered at each survey location At each data location, the odour patrol team records:  date, time of measurement, GPS coordinate, odour 

concentration based on personal olfactometery, description of the characteristic perceived odour, local 

wind speed and direction, and optionally additional chemical readings (such as H2S or VOC) using portable 

sensors  such as  the  Scentroid OdoTracker. The team will encounter two types of odour, those that are 

constantly present and those that are perceived intermittently. Intermittent drafts are usually due to wind 

dusts and calm conditions below 1 m/s wind speeds. The drafts typically last between 20 to 60 seconds. 

If drafts are below 20 seconds but repeat every few minutes, it is recommended to use a lung sampler to 

capture a 10 min sample and analyze the sample using SM100 personal olfactometer at site. The team 

will stay at the location and take an SM100 readings every 3 minutes for total duration of 10 minutes. This 

will result  in 3 readings over the 10 minute duration.  The results are then used to determine the 10 min 

average of the odours perceived. This will  ensure  any  drafts  are  captured  and  also  helps  to  correlate 

with the 10 min  interval  in dispersion modelling. Technicians should face the wind direction when taking 

odour measurements and avoid having nearby objects or structures upwind. 

Significant odour readings that were not typical to a point were conveyed back to the process in order to 

determine if a process event was responsible. 

Tracer  compounds  can be measured,  such as H2S and VOC’s, during ambient and source  sampling  to 

determine if rises in specific compounds could be correlated to increases in odour. This information can 

be used  to  implement a continuous total odour monitoring solution. H2S generally does not appear to 

have  a  direct  correlation with most  refinery  processes.  Initial  study  shows  total  VOC  to  have  some 

correlation that could be used as part of continuous odour monitoring. 

 

Page 8: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

8 | P a g e

 

 

 

3.4 Selecting and Training the Odour Patrollers A properly trained technician  is critical since they produce the crucial data of the odour survey. Odour 

patrollers use the same technology used in olfactometric laboratories that conduct odour concentration 

measurements  to EN13725; meaning that they act as a panelist and use their olfactory sense with the 

personal olfactometer to determine ambient odour concentration. Technicians need to be certified by n‐

butanol following the international odour standard EN13725. They should avoid smoking, alcohol, coffee, 

gum, or other nerve stimulating chemicals.  They need to have basic theory and practice (or training) on 

odour perception and sampling methods. This will make them aware of issues such as odour fatigue which 

can affect accurate recordings. 

The  ideal odour  patrol  consists  of  three  technicians.   Two  technicians  (panelists)  are  equipped with 

SM100  personal olfactometers, and one ‘spotter’ whom performs initial survey and data collection. The 

spotted will instruct the panelists when to start their measurement and will record other parameters such 

as wind speed, direction, GPS coordinates, chemical readings, and odour characteristic.  If panelists are 

using  the  SM100i  intelligent personal olfactometer,  the unit will automatically  record chemical  levels, 

odour concentration, GPS position, and wind speed/direction and therefore  it may be possible to avoid 

the use of the spotter. 

The use of two panelists allows the  for greater data reliability. Panelists should obtain results within a 

maximum of 20% difference when conducting measurements at the same location and at the same time. 

Results should be communicated to  the spotter  technician  in private, so as not  to  influence  the other 

technician’s results, if not using the SM100i. Psychology plays a role in this matter and must be noted. 

Page 9: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

9 | P a g e

 

 

3.5 Equipment used for Odour Patrol Equipment used for ambient odour concentration measurement can be the SM100 or the SM100i. Both 

devices work on the same principle of olfactometry as used in an olfactometric laboratory. Clean diluting 

air is provided from a micro‐tank and is used to draw a sample and mix it at exact dilutions starting from 

30,000 all the way to 2 times. The panelists breathe the mixture of ambient and diluting air and determine 

at which concentration the odour becomes perceivable. The main difference between the two devices is 

that the SM100i automatically controls the dilutions while the SM100 the panelist must manually decrease 

the dilution if no odour is perceived. 

Chemical sensors  in the form of portable analyzers such as Scentroid OdoTracker or GC based portable 

instruments can be used. The important characteristic that must be considered for any type of handheld 

analyzer  is  the  lower  detection  threshold. Certain chemicals such as H2S have an extremely  low odour 

detection threshold (e.g. H2S is 0.5 ppb). This means that at 0.5 ppb H2S has a perceived odour; therefore 

sensors measuring H2S in ppm level are not useful for odour survey applications. 

 

 

 

3.5 When each location should be surveyed:  

The main objective when scheduling odour patrol shifts is 

to ensure each location has data recorded at varying times 

during the day over the survey period. It is recommended 

to  have  two  odour  patrol  teams:  one  for  the  locations 

inside  the  plant  and  one  team  to  survey  the  external 

locations. The teams must measure concurrently to be able 

to get as much correlated data as possible. The teams must 

work on rotating shifts of day and night each lasting 10 to 

12 hours. For example both teams would be on day shift 

surveying  locations  from 7 am  to 11  am  and  then  again 

from 2 pm  to 6 pm. This  shift  schedule would  last  for 4 

days  then  after a  2  day  rest  they would be  switched  to 

night shift from 7 pm to 6 am. The order in which locations 

are surveyed must also be changed every shift to ensure 

odour concentration data is gathered from each location at 

all hours of the day.   Typical duration of the odour patrol 

phase is a minimum of 30 days repeated once in summer season and once in the winter season to capture 

different wind patterns. 

Page 10: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

10 | P a g e

 

 

3.6 Phase 2: Source sampling and olfactometric analysis The data collected by the odour patrol is then used to identify the odour sources within the plant. Some 

of these sources may be practical to sample (e.g. off spec pond, holding tanks, stacks) and others may not 

be practical to sample (in process  leaks, over pressure relief valves, emission  from  liquid spilled on  the 

ground), referred to as fugitive sources. 

For the point and area sources, the sampling team will use common sampling techniques as dictated by 

the international odour standard EN13725. This includes flux chamber emission measurements for all area 

sources  both  on  land  and  on  a  liquid  surface.  Typical  stacks  in  a  refinery  have  high moisture  and 

temperature content and therefore must be properly pre‐diluted while sampling. A dilution probe with 

capability to pre‐dilute up to 100 times  is generally required to sample refinery stacks  in accordance to 

EN13725. All samples collected must be stored in PTFE bags as most compounds found in refineries (e.g. 

benzene) escape easily from Nalophan and Tedlar bags. Samples of extremely high odour concentration 

(over 10,000 OU) should be pre‐diluted at the source to avoid contamination of the olfactometer and to 

minimize sample degradation. 

If areas of the plant are identified by the odour survey to be of high odour impact but has no identifiable 

point or area source then the odour is caused by fugitive odours. If an area has only fugitive sources, a 

reverse modelling technique is required to quantify the emissions from the area to be used in dispersion 

modeling.  This  technique  assumes  the  entire  area  as  a  volume  source  and  relies  on measurements 

collected during patrolling upwind and downwind of the location to determine the total odour emission. 

Olfactometric analysis should be performed within 6 hours sampling in accordance to the VDI3880. Care 

should be  taken  to  ensure panelist  are not  exposed  to  full  concentration of  the odour  as  temporary 

olfactory “blindness” is very common when exposed to contaminants found in refineries such as H2S and 

Benzene.

Page 11: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc 

431 Alden Rd. #3 Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337)  

www.Scentroid.com  

11 | P a g e   

 

 

3.7 Reverse Modeling 

Reverse modeling is used in two stages within the odour impact assessment of a refinery. In the first stage, the entire data 

collected by the odour patrol  is used to conduct reverse modeling of the plant as a whole.  In this model, the plant  is 

assumed to be a large volume source and data collected over the patrol period along with the associated metrological 

data is then used to determine the total odour emission of the plant. Scentroid has developed automation tools to make 

the reverse modeling more efficient and cost effective.  

Reverse modeling can also be used to determine total odour emission from a small portion of the plant,  in which the 

odour survey was identified as a high impact area containing only fugitive odours. The reverse modeling and total odour 

emission is then used in a predictive model to determine the exact impact of the specific area on the total odour impact 

of the plant. This result can be used to rank the odour sources (both fugitive and source) based on their impact for more 

efficient and economically feasible odour abatement implementation.  

Page 12: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

12 | P a g e

 

 

S

 

3.8 Predictive Modeling  

The  predictive  model  can  be 

created  once  all  odour  sources 

are  identified  and  their  total 

odour  emission  is measured.  As 

mentioned previously, all fugitive 

odour sources must have a  total 

odour emission based on reverse 

modeling. The predictive model is 

created  to determine how much 

each  source  contributes  to  the 

odour  levels  perceived  at 

different  locations.  While  some 

odours  may  have  a  high  total 

odour  emission,  their  impact  on 

the sensitive receptors may be insignificant. Generally, odours from low level sources (e.g. off‐spec pond) 

close to the ground travel less than odour from high level sources (e.g. tall stacks). Certain odours travel 

more due to their temperature or their flow velocity from the source. 

The predictive model allows us to create a list of sources with their odour contribution as a percentage of 

the  total odour perceived at  the  sensitive  receptor. Those with highest  impact should be  targeted  for 

remediation if the total odours are to  be  reduced.  Sources must  also  be  ranked  based on  the  cost of 

remediation  to ensure a  feasible and economically efficient remediation plan is created. 

The predictive model can also be used as a validation of the sampling and olfactometric process. Predictive 

model can be executed  for meteorological conditions during surveying and the  theoretically predicted 

odour levels can be compared to those obtained in the field. While some errors may be expected due to 

omission of certain odour sources, uncertainty in measurement in the field and in the laboratory, a strong 

correlation should be observed. This correlation will validate that the process of the predictive model was 

correctly performed and matches the actual readings. 

Page 13: Odour Assessment Methodology for Petrochemical Industry.

Scentroid, A division of IDES Canada Inc.431 Alden Rd. #3  Markham, ON, L3R 3L4 

T: 416.479.0078 or 1.888.988.IDES (4337) www.Scentroid.com 

13 | P a g e

 

 

4.  Analyzing the Results and the Deliverables One of the key deliverables from the odour impact assessment will be the effect of process events on total 

odour  impact. During  the odour patrol,  field odour concentration  is collected and compared with any 

irregular  process  events.  Results  from  each  data  point  is  analyzed  to  find  instances  where  odour 

concentration exceeded the 90th percentile. For each of those instances, the plant log book is studies to 

determine if any potentially odour causing event had occurred. If there is correlation found between the 

events and the change in odour impact, the plant can be notified to change the process or if possible, to 

schedule  the  event  to minimize  the  odour  impact.  The  scheduling  can  be  based  on meteorological 

conditions  (when wind speeds exceed certain velocity or are not blowing to the sensitive receptors or 

certain ambient temperatures), or based on time of day (late night when the odour impact may not be 

noticed). The knowledge of odour impact of each process event can play a significant role in reducing the 

odour nuisance of a plant. 

The odour survey will also produce graphs showing frequency, duration, concentration and offensiveness 

of the odour at each location. The maps and graphs will clearly show the impact of the plant and can be 

used as a comprehensive baseline study. Repetition of the survey after mitigation technologies have been 

implemented, can show the effectiveness of these solutions and demonstrate due diligence. The graphs 

can also be used  to determine when and how often  the plant can expect to  impact  the neighbouring 

residents. 

The odour  impact through survey can be combined with results  from predictive and reverse modeling 

to show using exactly the impact of the plant as a percentage of the total odour impact. The data can also 

be used to determine where other external odour emitters are located and quantify their contribution. 

At the end of the study the plant will have exact knowledge of their own odour impact, what events and 

processes cause the adverse effects, and what may be done to reduce their odour emission.