石化化工VOCs污染源控制的對(duì)策建議

瞿世妮

摘 要：揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）是造成霧霾天氣的重要因素之一。由于霧霾天氣的頻繁發(fā)生，VOCs越來越受到社會(huì)的關(guān)注。VOCs的有效控制已成為我國(guó)大氣環(huán)境管理領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題。石油化工企業(yè)是VOCs工業(yè)污染源的主要來源之一。

關(guān)鍵詞：石化化工行業(yè);VOCs;污染控制措施

近年來，國(guó)家對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）排放的監(jiān)管越來越嚴(yán)格，石化企業(yè)不斷加大對(duì)VOCs污染源的綜合整治力度。石化行業(yè)VOCs污染源的控制應(yīng)遵循全過程精細(xì)化管理的原則，從源頭控制、過程控制和末端控制三個(gè)方面進(jìn)行控制。

1 VOCs的定義和危害

揮發(fā)性有機(jī)化合物。國(guó)際上對(duì)VOCs沒有統(tǒng)一的定義。世界衛(wèi)生組織（世衛(wèi)組織）將總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOCs）定義為熔點(diǎn)低于室溫、沸點(diǎn)在50℃至260℃之間的化合物。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）將其定義為除了CO、CO2、H2CO3、金屬碳化物、金屬碳酸鹽和碳酸銨之外，在大氣中參與光化學(xué)反應(yīng)的任何碳化合物。我國(guó)頒布的《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（gb31570-2015）將其定義為參與大氣光化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)化合物，或按規(guī)定方法計(jì)量或核算的有機(jī)化合物。盡管環(huán)境空氣中VOCs的濃度很低，但它在大氣化學(xué)中起著極其重要的作用。大多數(shù)揮發(fā)性有機(jī)化合物的儀器組件具有光化學(xué)活性，在空中和氮氧化物在紫外線的作用下產(chǎn)生臭氧和其他強(qiáng)氧化物質(zhì)，產(chǎn)生光化學(xué)煙霧，然后氧化空氣中的氮氧化物和硫氧化物生產(chǎn)硝酸和硫酸二次PM2.5（組件），形成煙霧，酸雨等等。

2 石化工業(yè)VOCs污染控制中存在的問題

2.1 與國(guó)外相比，我國(guó)的管理理念還比較落后

我國(guó)石化工業(yè)發(fā)展相對(duì)較晚，VOCs的管理和控制相對(duì)于國(guó)外較為落后。針對(duì)VOCs泄漏問題，從源頭上減少泄漏;但是由于工廠成立較早，所以在前期沒有考慮VOCs的泄漏和排放問題。目前，有關(guān)措施正在逐步落實(shí)。但目前主要是解決地表問題，VOCs污染控制仍是被動(dòng)的。

2.2 污染控制技術(shù)的適用性仍有待確定

作為我國(guó)石化行業(yè)中VOCs污染控制技術(shù)較好的企業(yè)之一，石化行業(yè)存在諸多不足。以LDAR程序的應(yīng)用為例。目前，我國(guó)一些石化企業(yè)剛剛開始實(shí)施LDAR計(jì)劃。根據(jù)美國(guó)EPA的相關(guān)數(shù)據(jù)，在每月檢測(cè)1萬PPMV泄漏的情況下，各類介質(zhì)閥門的泄漏控制效率可達(dá)68%～88%。在石化的實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，LDAR需要大量的人力和物力，對(duì)企業(yè)的自律性要求較高，不具備在所有石化、化工企業(yè)中大規(guī)模推廣的條件。同時(shí)，其應(yīng)用和考核管理體系還有待進(jìn)一步研究和確定。

2.3 污染控制措施的效果還有待確定

目前，雖然國(guó)內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)采取了VOCs污染控制措施，但整個(gè)行業(yè)仍處于污染控制的初級(jí)階段，具體污染控制措施在實(shí)際應(yīng)用過程中的控制效果還沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定。因此，對(duì)于建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)評(píng)、總量核算，甚至是即將到來的VOCs排放收費(fèi)，仍然缺乏相關(guān)的減排估算依據(jù)。

3 石油化工行業(yè)VOCs污染控制現(xiàn)狀措施

3.1 源控主要針對(duì)石化過程設(shè)備如泵、管道、閥門、法蘭等產(chǎn)生VOCs排放的靜、靜密封點(diǎn)

本工程施工設(shè)計(jì)階段采用先進(jìn)的工藝流程，嚴(yán)格控制設(shè)備選型和材料選型過程，從源頭上減少泄漏的發(fā)生。公司以先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，為所有管道焊接方法盡可能減少法蘭連接，并使用高檔墊片，高物質(zhì)的飽和蒸汽壓使用屏蔽泵無泄漏點(diǎn)，所有可能的泄漏點(diǎn)添加盲頭或盲板，設(shè)計(jì)理念的初始投資較大，但設(shè)計(jì)比大多數(shù)國(guó)內(nèi)類似企業(yè)可以延長(zhǎng)大修周期將近60%。

3.2 管理控制

采用先進(jìn)的管理控制理念，對(duì)石化企業(yè)生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生VOCs排放的工藝過程進(jìn)行程序化管理，通過檢測(cè)、篩選、修復(fù)等程序逐步實(shí)現(xiàn)VOCs排放控制。最常用的泄漏檢測(cè)和修復(fù)（LDAR）程序適用于可以在線修復(fù)以快速減少排放的設(shè)備類型，或不適合修改的設(shè)備類型。LDAR是最好的閥門和泵，但也為配件。石化公司是我國(guó)最早開展LDAR項(xiàng)目的石化企業(yè)之一。采用“全員參與檢漏堵漏”模式。在此基礎(chǔ)上，收集設(shè)備圖形、封點(diǎn)個(gè)數(shù)等數(shù)據(jù)，構(gòu)建無泄漏管理網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

3.3 廢氣處理

石化行業(yè)主要的廢氣治理措施有：冷凝法、活性炭吸附法和燃燒法。冷凝與吸收的方法是將廢氣中的水分在緩沖罐內(nèi)冷凝冷卻后分離出來，然后利用吸收劑頂著吸收塔內(nèi)的電流與廢氣接觸，吸收油氣。該方法適用于高濃度、低溫、高壓氣體污染物的處理。吸附法是利用活性炭、硅膠等具有吸附能力的物質(zhì)，處理高、中、低濃度的氣體污染物，回收效率高達(dá)99%。石化行業(yè)密閉船舶、鐵路裝車的油氣回收裝置采用活性炭吸附法。燃燒（焚化）是處理揮發(fā)性有機(jī)物可燃性的一種方法。石化污水處理廠高濃度尾氣處理裝置采用催化氧化燃燒技術(shù)，該裝置總烴的平均去除率為92.58%。公司收集聚乙烯工藝的尾氣，將收集到的廢氣送到蓄熱式氧化爐進(jìn)行處理，有效地對(duì)煙氣中的有機(jī)氣體進(jìn)行高溫氧化分解。

3.4 改進(jìn)設(shè)備和附件的選擇標(biāo)準(zhǔn)

①完善閥門零部件和動(dòng)力設(shè)備的選擇。石油化工設(shè)備的潛在泄漏密封點(diǎn)主要包括9類：泵、壓縮機(jī)、攪拌器、閥門、減壓設(shè)備、取樣連接系統(tǒng)、開口管道、法蘭、接頭。前三種是設(shè)備的動(dòng)態(tài)密封，后六種是設(shè)備的靜態(tài)密封。不動(dòng)密封機(jī)泵、波紋管閥門和閥門從法蘭連接到焊接是消除VOCs揮發(fā)性泄漏的重要措施。非動(dòng)力密封泵是一種比較先進(jìn)的、環(huán)保型的泵，其特點(diǎn)是將泵內(nèi)介質(zhì)與大氣通過靜態(tài)密封分離;從外觀上看，沒有動(dòng)態(tài)密封（如機(jī)械密封、填料密封等）和密封齊平線。目前主要有屏蔽泵、磁力驅(qū)動(dòng)泵和隔膜泵。波紋管閥采用波紋管代替普通閥門上的填料函或與填料函配套使用，完全消除了普通閥桿填料密封老化快、易泄漏的問題。低泄漏閥在國(guó)外得到了廣泛的應(yīng)用，代表了未來閥門的發(fā)展方向;②我國(guó)石油化工行業(yè)內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐浮板多為浮箱浮板。其主要缺點(diǎn)是浮力難以均勻分布，載荷小，浮子穩(wěn)定性差，內(nèi)浮頂下有100～200mm的有機(jī)液體揮發(fā)空間，因此閥瓣接頭損失較大。美國(guó)石油學(xué)會(huì)認(rèn)為，設(shè)計(jì)合理的內(nèi)浮板是目前控制VOCs在儲(chǔ)油過程中蒸發(fā)損失的最佳、投資最少的方法，如國(guó)外廣泛使用的全連通浮板。全連通液體浮盤主要由浮頂板、浮頂?shù)装?、邊緣環(huán)板、環(huán)形擋板、徑向擋板等附件組成。

全連通液體型內(nèi)浮板大多采用夾層形式，中間層為厚約10cm的聚丙烯蜂窩板。上下兩層均為強(qiáng)化玻璃鋼，整體密度約為190 kg/m3。聚丙烯蜂窩板最重要的特點(diǎn)是可以直接與有機(jī)液體表面接觸，沒有揮發(fā)性空間，上下甲板之間有浮力艙。對(duì)于成品油儲(chǔ)罐，內(nèi)浮頂浮板經(jīng)濟(jì)（1萬m3儲(chǔ)罐改造費(fèi)用約200萬元）、簡(jiǎn)單。

4 石化行業(yè)VOCs控制管理對(duì)策與建議

4.1 改進(jìn)石化企業(yè)的管理實(shí)踐

對(duì)于新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)管理思路，在設(shè)計(jì)階段對(duì)工藝選擇、設(shè)備選擇、防治措施等方面提出嚴(yán)格要求，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，從根本上減少VOCs排放。例如，盡可能減少法蘭，閥門，泵和壓縮機(jī)密封，密封樣品，光油和化學(xué)品使用浮頂罐儲(chǔ)存，固定頂油罐油氣回收措施，裝卸系統(tǒng)，污水處理系統(tǒng)采用密封類型和廢氣回收，密封的清除異常條件，等等。對(duì)于現(xiàn)有企業(yè)，應(yīng)加大資金投入，增加末端控制措施，實(shí)現(xiàn)企業(yè)大修過程中對(duì)高密封性能設(shè)備的更換，實(shí)現(xiàn)源頭控制。

4.2 確定控制措施的效果

目前，我國(guó)VOCs的估算方法和排放基礎(chǔ)尚不明確。鑒于目前緊迫的國(guó)內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物的儀器，根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，選擇全國(guó)各地的試點(diǎn)企業(yè)，由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)LDAR程序不同效率的污染控制，周期和維修標(biāo)準(zhǔn)處理效率的各種各樣的污染控制措施，為下一步的基礎(chǔ)來確定污染控制效果，然后在項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)中應(yīng)用。

4.3 推動(dòng)污染控制技術(shù)進(jìn)步

根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的揮發(fā)污染控制技術(shù)，深入研究發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的揮發(fā)污染控制方法，有特定的旨在促進(jìn)揮發(fā)性有機(jī)化合物的儀器控制措施的進(jìn)步，并積極推動(dòng)蓄熱式燃燒（RTO），高效再生催化燃燒（有數(shù)只），電化學(xué)方法，光催化法和其他新技術(shù)和各種組合技術(shù)，來滿足需求的減排。

總之，VOCs的綜合治理是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須要制定長(zhǎng)期的治理計(jì)劃，有計(jì)劃地一步一步減少污染。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝升.淺談石化化工VOCs污染源控制的對(duì)策建議[Z].2018.

[2]周建華.工業(yè)VOCs精細(xì)化環(huán)境管理的對(duì)策建議[Z].2019.