加油站油氣排放后處理裝置運行的現(xiàn)狀分析

劉 棟

〔中國石化銷售有限公司 北京 100728〕

加油站油氣排放后處理裝置運行的現(xiàn)狀分析

劉 棟

〔中國石化銷售有限公司 北京 100728〕

對北京地區(qū)加油站油氣回收后處理裝置的技術(shù)現(xiàn)狀和環(huán)保效益分別進(jìn)行了分析和核算，結(jié)果表明：已安裝運行多年的設(shè)備關(guān)鍵部件在達(dá)到使用年限后油氣回收效率低，故障率增加，油氣回收效果難以達(dá)到環(huán)保要求，萬噸加油站的日碳排放量理論上最多僅降低6.5%，若將大量的人工維護(hù)所導(dǎo)致的碳排放計入，碳排放量幾乎沒有減少。為此建議：加油站僅實施卸油及加油油氣回收系統(tǒng)；在嚴(yán)格控制氣液比范圍的情況下，考慮取消安裝后處理裝置。

加油站 油氣回收 后處理裝置 運行 分析 建議

加油站是油品銷售的終端環(huán)節(jié)，油品在儲存、裝卸、運輸、加注的每一個環(huán)節(jié)都有油氣逸散揮發(fā)進(jìn)入環(huán)境大氣，形成揮發(fā)性有機(jī)化合物(氣體烴類VOCs)，影響員工健康、浪費油品資源、污染大氣環(huán)境和影響加油站安全[1-3]。

在加油站內(nèi)是否需要統(tǒng)一安裝后處理裝置在國內(nèi)一直存在爭議。在國際上，歐洲加油站由于A/L(0.95～1.05)允許范圍較小，且系統(tǒng)為半開放系統(tǒng)，無需安裝后處理裝置。美國1974年通過了州立法案，法案指出加州將發(fā)布油氣回收系統(tǒng)認(rèn)證程序。加利福尼亞大氣資源局(CARB)規(guī)定加油站一次油氣回收系統(tǒng)滿足98 %以上的回收率要求，二次油氣回收滿足95 %以上的回收率要求，加油站的整體碳?xì)浠衔锱欧疟仨氝_(dá)到95 %的效率和小于45.5 g/m3的要求[5-6]。

德國在1992年10月14日開始實施《聯(lián)邦排放法》第20條例(BlmSchV)，對加油站第一階段油氣回收進(jìn)行規(guī)范，要求汽油運輸安裝油氣回收裝置；第21號條例主要對加油站第二階段油氣回收進(jìn)行規(guī)范，要求新建加油站必須安裝油氣回收系統(tǒng)。2002年對21號條例進(jìn)行修訂：將氣液比設(shè)定在0.95～1之間，必須對油氣回收系統(tǒng)安裝自動監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)故障持續(xù)存在72h強制關(guān)閉加油系統(tǒng)，對提前實行改造的加油站可以延長檢查間隔[7]。

2007年6月22日，我國國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布了第44號公告，批準(zhǔn)《汽油運輸大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)為國家污染物排放控制標(biāo)準(zhǔn)，并自2007年8月1日起實施，具有強制實施的效力。GB20952—2007《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定各種加油油氣回收系統(tǒng)技術(shù)的氣液比均應(yīng)控制在1.0～1.2之間，后處理裝置的油氣排放質(zhì)量濃度應(yīng)小于25 g/m3，排放口距地面高度應(yīng)不低于4 m，排放濃度應(yīng)每年至少檢測1次[8-9]。

本文針對北京地區(qū)加油站后處理技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)了油氣回收后處理裝置運行故障，對比了加油站安裝油氣回收后處理裝置前后的日碳排放量，探討了氣液比取值對后處理裝置啟停次數(shù)的影響，以為環(huán)保部門合理管理加油站后處理裝置提供技術(shù)支撐。

1 北京地區(qū)加油站后處理裝置技術(shù)現(xiàn)狀

油氣回收后處理裝置主要有吸附、吸收、冷凝、膜分離等多種工藝，由于各種工藝的能耗、處理量、占地、可靠性等不同，應(yīng)根據(jù)加油站的實際情況選擇適宜的油氣回收工藝。北京地區(qū)的加油站后處理裝置主要有如下兩種工藝：

(1)活性炭吸附法?；钚蕴课椒ㄖ饕糜蜌夂涂諝馀c活性炭結(jié)合力強弱差別的原理，裝置入口與埋地儲罐的氣相空間相連，并通常設(shè)有電磁閥和壓力傳感器，當(dāng)檢測到儲罐壓力達(dá)到啟動壓力后，電磁閥開啟，油氣經(jīng)過電磁閥進(jìn)入吸附罐。當(dāng)油氣與活性炭接觸后，油氣中的烴類組分進(jìn)入活性炭的孔隙中被吸附下來，空氣則不被吸附，直接通過排放管排出。當(dāng)檢測到儲罐壓力達(dá)到停止壓力后，裝置停止運行。活性炭罐吸附飽和后，通過真空解吸對吸附劑進(jìn)行再生，將解吸的高濃度油氣直接通過出口排到儲罐中，兩個吸附罐一備一用，交替吸附-再生，即可實現(xiàn)裝置的連續(xù)運行，工藝流程如圖1所示[10-11]。

圖1 活性炭吸附裝置工藝流程

該方法的主要優(yōu)點是工藝流程簡單、動設(shè)備少、運行費用低、投資費用低，但在使用過程中由于炭罐處理量設(shè)計較小(5～10 m3/h)，頻繁開停和異常工況下容易使油氣過量進(jìn)入而導(dǎo)致吸附劑失效，最終設(shè)備使用壽命變短，排放時常超標(biāo)。

(2)“冷凝+膜分離”法。加油站在用“冷凝+膜分離”法油氣回收裝置由小型真空泵、小型壓縮機(jī)、帶有冷卻散熱片的冷凝單元以及連接管路組成[12-13]。工作過程中監(jiān)控系統(tǒng)密切監(jiān)視地下儲油罐內(nèi)的油氣壓力值，當(dāng)油氣壓力達(dá)到啟動值時，系統(tǒng)開始啟動，油氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入冷凝裝置，將部分油氣冷凝為液態(tài)油，未被完全液化的油氣被送入膜分離組件，將混合氣體中的VOCs與空氣進(jìn)行分離，分離后的高濃度油氣被回收至地下儲油罐，清潔的空氣排放到大氣中；當(dāng)?shù)叵聝τ凸迌?nèi)的油氣壓力降至停止壓力時，系統(tǒng)將停止運行而恢復(fù)至靜態(tài)檢測狀態(tài)。當(dāng)油罐壓力又達(dá)到啟動壓力值時，系統(tǒng)將再次啟動。該方法的主要優(yōu)點是工藝成熟可靠、使用范圍廣、無二次污染。但由于裝置含有真空泵和壓縮機(jī)等動設(shè)備，設(shè)備磨損老化會影響到裝置的處理效果；膜組件為該裝置的核心部件，一旦膜組件損壞會直接導(dǎo)致排放無法達(dá)標(biāo)。工藝流程如圖2所示。

圖2 “冷凝+膜分離”法油氣回收裝置工藝流程

2 后處理裝置運行的故障分析

對北京地區(qū)2012年到2014年上半年150余臺加油站油氣回收后處理裝置運行情況調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，油氣回收后處理裝置整體故障率較高，總計維修1 021次，其中2012年維修243次，2013年維修480次，2014年上半年維修298次，故障率呈現(xiàn)明顯的逐年上漲趨勢。維修成本也逐年升高，部分設(shè)備的單年維修成本甚至達(dá)到了設(shè)備投資成本的一半，為加油站帶來了較為嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。主要故障情況如下：

(1)后處理裝置關(guān)鍵部件的損壞程度較為嚴(yán)重。由于后處理裝置運行時間較長，導(dǎo)致設(shè)備在使用過程中存在不同程度的故障，突出的問題是膜組件損壞、壓縮機(jī)及泵的磨損老化、炭罐吸附能力下降等，直接導(dǎo)致油氣處理能力下降，造成排放濃度超標(biāo)，檢測合格率低。

(2)關(guān)鍵部件故障率和維修成本逐年上升。如吸附法裝置的吸附器、釋壓泵、壓力傳感器等，膜法裝置的膜組件、壓縮機(jī)、真空泵、壓力傳感器等，與2011年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)相比，隨著運行時間的增加，關(guān)鍵部件的故障更為頻繁。同時，由于此類部件是影響處理能力和排放指標(biāo)的關(guān)鍵部件，因此單位維修成本較高。

(3)設(shè)備調(diào)試工作所占維護(hù)比例較高。由于油氣回收后處理技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展時間短，技術(shù)與現(xiàn)場工藝條件的適應(yīng)性仍處于摸索階段，運行中報警、停機(jī)等情況較多，需要投入大量的維護(hù)時間。

3 后處理裝置環(huán)保效益的核算

假設(shè)需安裝后處理裝置的150座加油站平均年銷售量為10 000 t，則平均年銷售油品體積約為13 750 m3(汽油密度取730 kg/m3)。未安裝后處理裝置時，碳排放主要由油氣排放引起。由于我國對氣液比的規(guī)定為1.0～1.2，因此理論上來說，加油站的排氣量應(yīng)為多回收的氣體體積，即加油體積的0 %～20 %。按照平均氣液比為1.1來計算，則加油站的理論排氣量應(yīng)為加油量(即油品銷售量)的10 %，據(jù)此估算150座加油站的日排氣量為563 m3，折合碳排放為458 kg，二氧化碳排放1 679 kg。

在不考慮人工維護(hù)設(shè)備造成碳排放的情況下，安裝后處理裝置后耗電引起的碳排放量可以由耗電量換算為標(biāo)煤的損耗量來計算其日碳排放，后處理裝置運行功率2.6 kW，平均運行時間4 h，折合碳排放為428 kg，二氧化碳排放1 570 kg[14]。

由上可知，安裝后處理裝置后的日碳排放量比不安裝后處理裝置的日碳排放量理論上最多僅降低6.5 %。此外，后處理設(shè)備一次投資成本高，故障率高、維護(hù)頻繁，如果將大量的人工維護(hù)導(dǎo)致的碳排放量計入的話，安裝后處理裝置所能降低的碳排放量幾乎沒有，甚至可能增加。如果按照平均年銷量8 000 t的站安裝后處理裝置，二氧化碳排放1 343 kg，則運行耗電引起的碳排放反而增加至少約17 %。

根據(jù)李英杰[15]等人開展的氣液比取值對后處理裝置啟停情況的研究，后處理裝置的啟停壓力僅為+150 Pa和-150 Pa導(dǎo)致站內(nèi)后處理裝置頻繁啟動，每天開啟次數(shù)高達(dá)20～40次，累計運行電能消耗明顯。加油站密閉性合格時，A/L在1.0～1.2范圍內(nèi)，將導(dǎo)致后處理裝置頻繁啟停；A/L在0.95～1.05范圍內(nèi)，后處理裝置不運行，地下油罐壓力保持動態(tài)平衡。因此，密閉性合格的加油站可將A/L調(diào)整到0.95～1.05，盡量接近1:1的比例，使地下油罐壓力保持動態(tài)平衡以減少超壓排放。

4 結(jié)語

北京地區(qū)油氣回收后處理裝置從2007年安裝運行至今，故障率和維修成本逐年升高，排放濃度難以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)建議的氣液比范圍和后處理裝置啟停壓力會導(dǎo)致裝置頻繁啟動，運行時間偏長，萬噸加油站安裝后處理裝置的日碳排放量比不安裝后處理裝置僅降低不到6.5 %，但卻需要投入大量的設(shè)備投資、人工維護(hù)、排放檢測等經(jīng)濟(jì)成本，沒有減少碳排放，反而為加油站正常經(jīng)營帶來了較大的負(fù)擔(dān)。

因此，本文建議加油站僅實施卸油及加油油氣回收系統(tǒng)，并將加油油氣回收氣液比控制在0.95～1.05范圍內(nèi)，盡量接近1:1的比例，使地下油罐壓力保持動態(tài)平衡以減少超壓排放，即可達(dá)到較好的環(huán)保效益，無需再加裝后處理裝置。

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2017-01-10。

劉棟(1973—)，男，畢業(yè)于北京理工大學(xué)軟件工程專業(yè)，碩士學(xué)位，高級工程師，現(xiàn)從事石油庫、加油站建設(shè)和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)工作。