某數(shù)據(jù)中心應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組柴油儲罐廢氣的環(huán)境影響評價(jià)方法

(中冶南方工程技術(shù)有限公司 能源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)評價(jià)中心，武漢 430074)

0 引 言

隨著近年來金融業(yè)的高速發(fā)展，其對信息存儲和處理能力的要求越來越高。金融業(yè)的各種服務(wù)都依賴于對信息的管理和分析。數(shù)據(jù)中心作為支持信息化應(yīng)用的平臺，將扮演越來越重要的角色。電力供應(yīng)是數(shù)據(jù)中心服務(wù)器正常運(yùn)行的基礎(chǔ)保障，數(shù)據(jù)中心一旦出現(xiàn)供電故障，數(shù)據(jù)丟失引發(fā)的后果將是災(zāi)難性的。因此，應(yīng)急電源系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心不可或缺的重要設(shè)備之一。柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心廣泛采用的應(yīng)急電源。在市政斷電的突發(fā)事件時(shí)，數(shù)據(jù)中心的UPS或高壓直流后備蓄電池進(jìn)入放電模式，保持服務(wù)器供電的連續(xù)性。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心配置的柴油發(fā)電機(jī)組迅速啟動(dòng)、完成并機(jī)，向數(shù)據(jù)中心提供電力保障。因此，數(shù)據(jù)中心前期設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)中心外市電引入容量，配置柴油發(fā)電機(jī)組作為災(zāi)備應(yīng)急供電保障。柴油儲罐是確保柴油發(fā)電機(jī)組功能正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)施，由于柴油儲罐一般設(shè)置于地下，且儲油量較大，其對地下水環(huán)境影響重大。

文中計(jì)算了柴油儲罐大小呼吸廢氣產(chǎn)生源強(qiáng)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)大氣新導(dǎo)則分析了其對外環(huán)境的污染影響，并重點(diǎn)分析了該類項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)中的核心問題——地下水污染防治措施，為該類項(xiàng)目及與柴油儲罐有關(guān)項(xiàng)目的環(huán)境影響評價(jià)工作提供了科學(xué)指導(dǎo)和依據(jù)。

1 實(shí)例項(xiàng)目概況

某數(shù)據(jù)中心建設(shè)項(xiàng)目，新建8棟機(jī)房大樓，設(shè)高壓柴油發(fā)電機(jī)組作為應(yīng)急電源，設(shè)計(jì)容量均按N+1配置，共設(shè)置72臺1 800 kW的柴油發(fā)電機(jī)。正常供電時(shí)數(shù)據(jù)中心內(nèi)每座高配的兩路高壓電源各承擔(dān)約1/2負(fù)荷。當(dāng)其中一路電源失去時(shí)，通過設(shè)置在高壓系統(tǒng)的母聯(lián)開關(guān)的自動(dòng)切換裝置，將失電負(fù)載轉(zhuǎn)移到另外一路電源，此時(shí)運(yùn)行電源承擔(dān)本高配約100%負(fù)荷。當(dāng)每座高配的兩路電源均失電后，柴油發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)并機(jī)成功后，向變電所兩段10 kV母線供電。常用電源和應(yīng)急電源間設(shè)自動(dòng)切換裝置，常用電源失電后，切換裝置自動(dòng)切換(先分后合)，常用電源和應(yīng)急電源不并列運(yùn)行。應(yīng)急電源(蓄電池)后備時(shí)間單邊15分鐘，此時(shí)間是為了保證在柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)期間，相關(guān)關(guān)鍵設(shè)備的正常運(yùn)行。柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間及與兩路10 kV電源切換時(shí)間小于120秒。

根據(jù)設(shè)計(jì)，單臺1 800 kW的柴油發(fā)電機(jī)柴油耗量為0.525 m3/h，則滿足單臺發(fā)電機(jī)8小時(shí)連續(xù)運(yùn)行要求的年總用油量為3.57 kg(4.2 m3)，數(shù)據(jù)中心發(fā)電機(jī)8小時(shí)連續(xù)運(yùn)行要求的年總用油量為257 040 kg(302.4 m3)。項(xiàng)目共設(shè)8個(gè)50 m3柴油儲罐，裝量系數(shù)為0.9。柴油儲罐采用固定頂儲罐，柴油罐尺寸為?2.82×8 m，儲存介質(zhì)為輕柴油，密度為850 kg/m3。

2 柴油儲罐大小呼吸廢氣

柴油儲罐大小呼吸：夜晚或暴雨天氣等使罐區(qū)儲罐溫度下降，罐內(nèi)氣體收縮，油氣凝結(jié)，罐內(nèi)壓力隨之下降，當(dāng)壓力降到呼吸閥允許真空值時(shí)，空氣進(jìn)入罐內(nèi)，使氣體空間的油氣濃度降低，又為溫度升高后油氣蒸發(fā)創(chuàng)造條件。這樣反復(fù)循環(huán)，就形成了油罐的“小呼吸”損失。當(dāng)從油罐輸出油料時(shí)，罐內(nèi)液體體積減少，罐內(nèi)氣體壓力降低，當(dāng)壓力降至呼吸閥負(fù)壓極限時(shí)，吸進(jìn)空氣。這種由于輸轉(zhuǎn)油料致使油罐排除油蒸氣和吸入空氣所導(dǎo)致的損失叫“大呼吸”損失。文中根據(jù)美國公式[1]計(jì)算柴油儲罐大小呼吸廢氣。

①儲罐大呼吸廢氣

項(xiàng)目柴油儲罐大呼吸廢氣可由下式估算：

LW=4.188×10-7×M×P×KN×KC

式中，LW為固定頂罐的工作損失(kg/m3投入量)；M為儲罐內(nèi)蒸氣的分子量，取92.14；P為在大量液體狀態(tài)下，真實(shí)的蒸氣壓力(Pa)，取12 300 Pa；KN為周轉(zhuǎn)因子(無量綱)，取值按年周轉(zhuǎn)次數(shù)(K)確定；K≤36，KN=1；36220，KN=0.26；KC為產(chǎn)品因子(石油原油KC取0.65，其他的有機(jī)液體取1.0)。

項(xiàng)目設(shè)置有8臺雙層臥式鋼制50 m3地下油罐，裝量系數(shù)0.9，則平均每個(gè)地下油罐進(jìn)油1次。因此項(xiàng)目大呼吸廢氣計(jì)算公式里儲油罐的年周轉(zhuǎn)次數(shù)計(jì)為1次，項(xiàng)目每年柴油投入量為302.4 m3。在公式計(jì)算基礎(chǔ)上，根據(jù)項(xiàng)目罐型、罐容和存儲油品性質(zhì)計(jì)算出儲罐大呼吸排放的非甲烷總烴為143.34 kg/a。

項(xiàng)目在柴油槽車卸車時(shí)采用帶氣相回收管的底部卸車鶴管。在卸車過程中，槽車內(nèi)的液相柴油通過液相管路自流至柴油地下儲罐，柴油地下儲罐內(nèi)的氣相介質(zhì)通過氣相管路返回至槽車內(nèi)。卸油時(shí)油氣回收的回收效率為95%，則項(xiàng)目大呼吸廢氣排放量為7.167 kg/a。

②儲罐小呼吸廢氣

項(xiàng)目單個(gè)儲罐小呼吸可以用以下公式計(jì)算：

LB=0.191×M(P/(100910-P))0.68×

D1.73×H0.51×ΔT0.45×FP×C×KC

式中，LB為固定頂罐的呼吸排放量(kg/a)；M為儲罐內(nèi)蒸氣的分子量；P為在大量液體狀態(tài)下，真實(shí)的蒸氣壓力(Pa)；D為罐的直徑(m)，取2.82；H為平均蒸氣空間高度(m)，項(xiàng)目為臥式儲罐，根據(jù)裝量系數(shù)、罐體尺寸計(jì)算項(xiàng)目柴油儲罐平均蒸氣空間高度約為0.3 m；ΔT為一天之內(nèi)的平均溫度差(℃)，由于項(xiàng)目采用的柴油儲罐為地下式，約為地下1.5 m深的位置，平均溫度差很小，取8 ℃；FP為涂層因子(無量綱)，根據(jù)油漆狀況取值在1～1.5之間；C為用于小直徑罐的調(diào)節(jié)因子(無量綱)；直徑在0～9 m之間的罐體，C=1-0.0123(D-9)2；罐徑大于9 m的C=1；KC為產(chǎn)品因子(石油原油KC取0.65，其他的有機(jī)液體取1.0)。

項(xiàng)目單個(gè)柴油儲罐小呼吸廢氣產(chǎn)生量為27.423 kg/a，項(xiàng)目共有8臺雙層臥式鋼制50 m3地下油罐，則儲罐小呼吸排放的非甲烷總烴為219.384 kg/a。

因此，通過上述方法計(jì)算出的數(shù)據(jù)中心柴油儲罐大小呼吸排放的非甲烷總烴總量為226.551 kg/a。

3 環(huán)境影響預(yù)測分析

采取《環(huán)境影響評價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》(HJ2.2-2018)[2]中推薦的估算模式對柴油儲罐大小呼吸廢氣的環(huán)境影響進(jìn)行預(yù)測計(jì)算，項(xiàng)目排放的廢氣污染物非甲烷總烴在其污染源下風(fēng)向的預(yù)測最大濃度為13.992 μg/m3，占標(biāo)率為0.7%，濃度貢獻(xiàn)值均非常小。

項(xiàng)目柴油儲罐采用油氣回收系統(tǒng)，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，主要為密閉卸油階段。密閉卸油是指項(xiàng)目柴油儲罐區(qū)在油罐車卸油時(shí)采用卸油油氣回收系統(tǒng)，將油罐車與地下儲油罐采用輸油管及油氣回收管道連接成密閉系統(tǒng)，將地下儲油罐裝料產(chǎn)生的油氣通過油氣回收管道回收至油罐車中，其油氣回收率可達(dá)95%，可減少大呼吸油氣排放量。

項(xiàng)目儲油罐采用地埋式雙層油罐，罐體密閉性較好，頂部有1.5 m的覆土，周圍回填的沙子和細(xì)土厚度也不小于0.3 m，因此儲油罐罐室內(nèi)氣溫比較穩(wěn)定，受大氣環(huán)境穩(wěn)定影響較小，可減少油罐小呼吸蒸發(fā)損耗，延緩油品變質(zhì)[3]。

根據(jù)工程分析，采取雙層地下儲罐、卸油油氣回收系統(tǒng)等措施后，項(xiàng)目柴油儲罐大小呼吸排放的非甲烷總烴總量為226.551 kg/a。由于油氣產(chǎn)生量很小，通過加強(qiáng)儲油區(qū)的通風(fēng)、保持地面開闊等措施加速油氣的擴(kuò)散，項(xiàng)目油罐大小呼吸對周邊大氣環(huán)境影響輕微。

4 地下水污染防治措施

4.1 地下水污染預(yù)防措施

參照環(huán)保部《關(guān)于加快推進(jìn)加油站地下油罐防滲改造工作的通知》(環(huán)辦水體函[2017]1860號)及《加油站地下水污染防治技術(shù)指南(試行)》的有關(guān)規(guī)定，項(xiàng)目柴油儲罐應(yīng)符合《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(GB 50156)的要求，設(shè)置時(shí)可進(jìn)行自行檢查，檢查內(nèi)容見《加油站地下水污染防治技術(shù)指南(試行)》[4]的附錄D。

4.2 雙層罐設(shè)置

采用雙層鋼制油罐、雙層玻璃纖維增強(qiáng)塑料油罐、內(nèi)鋼外玻璃纖維增強(qiáng)塑料雙層油罐。雙層鋼制油罐和內(nèi)鋼外玻璃纖維增強(qiáng)塑料雙層油罐的內(nèi)層罐的罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼制常壓儲罐第一部分：儲存對水有污染的易燃和不易燃液體的埋地臥式圓筒形單層和雙層儲罐》(AQ 3020)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并應(yīng)符合《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(GB 50156)的其他規(guī)定。

與土壤接觸的鋼制油罐外表面，其防腐設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(SH 3022)的有關(guān)規(guī)定，且防腐等級不應(yīng)低于加強(qiáng)級。雙層油罐系統(tǒng)的滲漏檢測可參考《雙層罐滲漏檢測系統(tǒng)》(GB/T30040)中的滲漏檢測方法。

在儲油罐內(nèi)設(shè)置液位計(jì)，此液位計(jì)具有高液位報(bào)警功能，確保不會因?yàn)榧佑瓦^多而造成油品外溢而對地下水和土壤造成污染。

埋地鋼質(zhì)工藝管道外表面的防腐設(shè)計(jì)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《石油化工設(shè)備和管道涂料防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T3022-2011)的有關(guān)規(guī)定，并采用加強(qiáng)級的防腐絕緣保護(hù)層。

4.3 地下水日常監(jiān)測

項(xiàng)目建設(shè)單位需要開展?jié)B漏檢測，設(shè)置常規(guī)地下水監(jiān)測井，開展地下水常規(guī)監(jiān)測。參照《加油站地下水污染防治技術(shù)指南(試行)》的有關(guān)規(guī)定，項(xiàng)目處于地下水飲用水水源保護(hù)區(qū)和補(bǔ)給徑流區(qū)外，可設(shè)一個(gè)地下水監(jiān)測井。

污染源監(jiān)測點(diǎn)：地下水監(jiān)測井應(yīng)設(shè)在埋地油罐區(qū)地下水流向的下游，在保證安全的情況下，盡可能靠近埋地油罐。根據(jù)建設(shè)提供的巖土工程勘察報(bào)告中各勘探點(diǎn)的地下穩(wěn)定水位，項(xiàng)目地塊地下水流場流向?yàn)橛蓶|向西，因此地下水監(jiān)測井設(shè)在儲罐區(qū)西側(cè)。地下水監(jiān)測井結(jié)構(gòu)采用一孔成井工藝。設(shè)計(jì)需結(jié)合當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件，并充分考慮區(qū)域10年內(nèi)地下水位變幅，濾水管長度和設(shè)置位置應(yīng)覆蓋水位變幅。監(jiān)測井設(shè)置的其他要求可參照《場地環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》(HJ/T 25.2)執(zhí)行。

監(jiān)測指標(biāo)及頻率：

①定性監(jiān)測?？赏ㄟ^肉眼觀察、使用測油膏、便攜式氣體監(jiān)測儀等其他快速方法判定地下水監(jiān)測井中是否存在油品污染，定性監(jiān)測每周一次。

②定量監(jiān)測。若定性監(jiān)測發(fā)現(xiàn)地下水存在油品污染，立即啟動(dòng)定量監(jiān)測；若定性監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)問題，則每季度監(jiān)測1次。具體監(jiān)測指標(biāo)為萘、苯、甲苯、乙苯、鄰二甲苯、間(對)二甲苯、甲基叔丁基醚。

4.4 應(yīng)急響應(yīng)

若發(fā)現(xiàn)油品泄漏，需啟動(dòng)環(huán)境預(yù)警和開展應(yīng)急響應(yīng)。應(yīng)急響應(yīng)措施主要有油品阻隔和泄漏油品回收。在1天內(nèi)向環(huán)境保護(hù)主管部門報(bào)告，在5個(gè)工作日內(nèi)提供項(xiàng)目的初始環(huán)境報(bào)告，包括責(zé)任人的名稱和電話號碼，泄漏物的類型、體積和地下水污染物濃度，采取應(yīng)急響應(yīng)措施。

5 結(jié)束語

隨著備用柴油發(fā)電機(jī)組越來越多應(yīng)用于金融業(yè)及對電力供應(yīng)要求嚴(yán)格的行業(yè)，配套的柴油儲罐作為確保柴油發(fā)電機(jī)組功能正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)施也一并考慮在項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)規(guī)劃過程中。由于場地限制、廠區(qū)美觀等原因，柴油儲罐一般設(shè)置于地下，對地下水及土壤環(huán)境影響重大。因此，在項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)中不僅要關(guān)注柴油儲罐大小呼吸廢氣對大氣環(huán)境的影響，更要重點(diǎn)關(guān)注地下水污染預(yù)防措施的合理性和可行性，以降低事故狀態(tài)下柴油儲罐泄漏對周邊地下水及土壤環(huán)境的影響。