儲罐連通油氣收集處理技術(shù)的應(yīng)用分析

吳建蓓(中海油惠州石化有限公司儲運部，廣東 惠州 516086)

1 背景

為貫徹落實《大氣污染防治行動計劃》，大力推進(jìn)石化行業(yè)揮發(fā)性有機物VOCs污染治理，環(huán)保部制定《石化行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合整治方案》，通過實施工藝改進(jìn)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)密閉性改造等措施，從源頭減少VOCs的泄漏排放[1]。

根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31570—2015以及《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 31571—2015的要求，非甲烷總烴排放濃度不高于120 mg/Nm3，去除率≥97%，甲苯排放濃度不高于15 mg/m3，二甲苯排放濃度不高于20 mg/m3。

此整治方案于2014年提出，對于多數(shù)的在用儲罐，實施改造的難度較大。一是在用罐區(qū)有油品收付，日常進(jìn)行施工改造存在較大安全隱患，且周期較長；二是儲罐油氣排放屬于動態(tài)組成，受大小呼吸影響較大，天氣、溫度，甚至是同一油品不同時刻的性質(zhì)變化都會影響排放量和組成，油氣回收和處理的工藝選型較難。

以本文作者所在煉廠實際情況介紹，位置在廣東惠州，罐區(qū)VOCs排放有如下特點：

(1) 排放點分散；

(2) 排放不規(guī)律，以間歇排放為主；

(3) 排放點的VOCs濃度差別大，濃度范圍從102～106mg/Nm3；

(4) 排放點的流量波動大。

因此，選擇合適的油氣收集處理方式，是提高現(xiàn)場作業(yè)安全，縮短作業(yè)周期，以至于環(huán)保達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵因素。

2 油氣收集處理方案介紹

目前國內(nèi)油氣回收采用的主要工藝技術(shù)有：冷凝吸附吸收類，如活性炭吸附工藝、柴油吸附工藝等。焚燒處理工藝，如RTO、CO工藝等?；蛘呓M合工藝，如機械冷凝+吸附組合工藝、液氨冷凝+CO組合工藝、吸附+吸收組合工藝等。

2.1 常規(guī)的預(yù)處理方法介紹

(1) 吸附技術(shù)：對濃度高的油氣有一定局限性，且較難做到達(dá)標(biāo)排放；

(2) 吸收技術(shù)：一般使用柴油作為吸收劑，采用加壓并冷凝吸收，對于組份較重的廢氣可做到8 g/m3以下；

(3) 膜分離技術(shù)：適合處理小流量廢氣，能耗高，較難獨立使用；

(4) 冷凝技術(shù)：適用范圍較寬，但往往受冷凝深度和結(jié)霜等問題困擾，投資和運行成本偏高。

2.2 常規(guī)末端處理方法介紹

(1) 熱力氧化法(TO)：操作溫度較高，約850 ℃，可直接達(dá)標(biāo)排放，但不適合間斷操作，且需要大量補充天然氣，屬于明火設(shè)備，不僅能耗高，而且對平面布置有很高的要求；

(2) 蓄熱氧化法(RTO)：操作溫度約800 ℃，可直接達(dá)標(biāo)排放，但同樣不適合間斷操作，入口油氣操作范圍約為2～8 g/m3，必要時需要補充天然氣稀釋，屬于明火設(shè)備，對平面布置有很高的要求；

(3) 催化氧化法(CO)：操作溫度約400 ℃，可直接達(dá)標(biāo)排放，可以間斷操作，入口油氣操作范圍約3～6 g/m3，必要時需要電加熱或者稀釋。

3 儲罐連通油氣收集處理技術(shù)分析

以文章此罐區(qū)為例分析，該罐區(qū)為4臺輕污油儲罐，輕污油罐區(qū)接收煉油各裝置及儲運罐區(qū)所有排送污油，具有成分復(fù)雜、性質(zhì)變化大、氣相組份蒸氣壓變化范圍大等特點。特別是有別于其他產(chǎn)品組份，輕污油具有接收來料量不穩(wěn)定、間斷收料、裝置異常期間大量收料等極端特點，使用普通的油氣回收方式很難進(jìn)行工藝路線選擇。儲罐相關(guān)數(shù)據(jù)表如表1所示[2]。

表1 儲罐數(shù)據(jù)表

根據(jù)輕污油含輕組分較多，油氣可利用程度高、熱值較好的特點，罐區(qū)的油氣處理方式采用儲罐連通后，油氣經(jīng)鼓風(fēng)機增壓后送至全廠火炬放空管網(wǎng)，最終進(jìn)入氣柜后作為燃料氣回收。四罐氣相連通，每臺儲罐設(shè)置氮封系統(tǒng)，在正常小呼吸情況下，通過儲罐氣相平衡，即可保持整體油氣平衡穩(wěn)定。當(dāng)收付料差異較大，或者夏季白天溫度高，呼吸損耗增大時，儲罐壓力超過油氣總管壓力控制設(shè)定值，調(diào)節(jié)閥打開，油氣進(jìn)入回收系統(tǒng)，經(jīng)在線氧含量分析合格，聯(lián)鎖啟動鼓風(fēng)機，將油氣增壓后排至全廠瓦斯放空系統(tǒng)進(jìn)入氣柜回收。當(dāng)儲罐付料速度快壓力下降至儲罐設(shè)定壓力下限時，氮封系統(tǒng)自力式調(diào)壓閥打開，氮氣補充進(jìn)儲罐，維持壓力相對穩(wěn)定。

該工藝技術(shù)應(yīng)用主要有如下特點：

(1)儲罐經(jīng)過改造后，采用氣相連通的方式，進(jìn)行油氣收集。儲罐氣相連通的方式，是通過罐頂連接氣相線，在儲罐收料的情況下，收料罐液位不斷升高，氣相空間不斷壓縮，壓力升高；而付料罐在付料情況下，液位不斷下降，氣相空間不斷增加，壓力下降。正常情況下相同品種通過氣相連通，儲罐達(dá)到一個氣相平衡，能減少呼吸排放量，只有當(dāng)各儲罐整體壓力升高至設(shè)定值后，油氣外排處理。優(yōu)點：這種油氣收集技術(shù)能有效降低同品種儲罐整體的氣相損耗，特別是儲罐收付料頻繁且同時存在收付料情況下，能幫助儲罐保持壓力相對平衡，降低氮氣消耗，降低儲運損耗，提高經(jīng)濟效益。缺點：儲罐連通存在較高的安全風(fēng)險，單一儲罐出現(xiàn)事故，往往作為單一載體進(jìn)行處理，但儲罐連通后，存在“火燒連營”的缺陷，一旦發(fā)生事故，容易通過氣相連通線傳導(dǎo)至其他儲罐，風(fēng)險更高；(2) 油氣收集和排放方式。儲罐氣相連通，其實是將儲罐和油氣收集總管作為一個氣相儲存的容器，壓力升高至調(diào)節(jié)閥壓力設(shè)定上限后，聯(lián)鎖打開調(diào)節(jié)閥，并聯(lián)鎖啟動鼓風(fēng)機，打開相關(guān)閥門，將油氣增壓后排放至放空瓦斯系統(tǒng)。優(yōu)點：油氣收集方式簡單，且實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，無需考慮油氣產(chǎn)生量、濃度、組成等因素，設(shè)施運行穩(wěn)定。而且后路是瓦斯氣氣柜回收，再經(jīng)全廠燃料氣系統(tǒng)，最后作為加熱爐燃料進(jìn)行燃燒，徹底解決油氣處理不達(dá)標(biāo)問題，實現(xiàn)環(huán)保零排放目標(biāo)。缺點：儲罐雖然實現(xiàn)密閉排放，但如有檢修、輕污油來料組份異常等情況，使得油氣氧含量超標(biāo)，當(dāng)在線氧含量分析儀故障或是檢測出氧含量超標(biāo)但排放流量大、無法及時關(guān)閉閥門情況下，會將空氣排放至全廠瓦斯系統(tǒng)，存在著較大安全隱患。另外，如果全廠放空管網(wǎng)在極端情況下，背壓過高，存在儲罐油氣無法排放甚至逆流回儲罐造成儲罐超壓的風(fēng)險；(3) 當(dāng)在線氧含量分析儀檢測出氧含量超標(biāo)時，控制系統(tǒng)聯(lián)鎖停止鼓風(fēng)機運行、關(guān)閉出口閥門，并打通就地排放和吹掃流程，使用氮氣將含氧油氣外排，確保后路瓦斯放空系統(tǒng)安全。優(yōu)點：作為后路全廠系統(tǒng)管網(wǎng)的安全保證措施之一，避免空氣進(jìn)入放空系統(tǒng)管網(wǎng)形成爆炸混合氣體。缺點：形成就地直排情況，油氣無任何收集處理控制措施，如果周邊有動火作業(yè)，容易造成事故；(4) 儲罐排放的油氣，是油氣和氮氣混合氣，熱值低，進(jìn)入全廠燃料氣系統(tǒng)后，會影響燃料氣熱值，影響裝置加熱爐運行。

4 解決辦法及建議

(1) 對于儲罐連通后的安全隱患問題，一是罐頂油氣連通應(yīng)根據(jù)物料性質(zhì)、火災(zāi)危險性、儲存穩(wěn)定、罐型罐容等因素，選用氣相平衡管、單罐單控、單呼閥方案或直接連通共用切斷閥方案。要設(shè)置聯(lián)鎖緊急關(guān)斷，確保在緊急情況下，不危及其他儲罐。聯(lián)鎖設(shè)置儲罐氣體排氣建議采用任一儲罐壓力及集合管壓力達(dá)到設(shè)定值后共同控制；另外可考慮儲罐出口氣相線增加水封，起到水封罐作用。二是設(shè)計時精確計算，選擇合適的防爆轟阻火器。阻燃隔爆的時間和能力，與油氣通過的壓降成正比，需要精確計算，在不妨礙油氣正常壓降損失，確保鼓風(fēng)機正常運行的前提下，選擇阻燃隔爆能力最優(yōu)的阻火器，阻火器的選型應(yīng)根據(jù)VOCs氣體的性質(zhì)(組成、MESG值)、操作條件(穩(wěn)定、壓力、流速及允許壓降)、潛在點火源、阻火器安裝位置等綜合確定。三是設(shè)計時考慮細(xì)節(jié)，儲罐氣相支線上的管道阻火器應(yīng)盡量靠近罐頂氣相出口，安裝應(yīng)避開非穩(wěn)態(tài)爆轟位置。管道內(nèi)氣體爆炸載荷應(yīng)根據(jù)氣體的組份、操作壓力、管道結(jié)構(gòu)等因素進(jìn)行安全分析綜合評估確定；(2) 對于油氣排放至火炬放空系統(tǒng)的安全隱患問題，一是對于油氣熱值和含氧量計算，應(yīng)滿足《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》SH3009的要求，油氣收集管道上必須設(shè)置氧含量分析儀，并設(shè)置氧含量高高聯(lián)鎖切斷。氧含量分析儀和切斷閥安裝位置的選擇，應(yīng)能防止氧含量超標(biāo)的VOCs進(jìn)入火炬放空系統(tǒng)。二是油氣在進(jìn)入火炬放空系統(tǒng)前，應(yīng)設(shè)置防爆轟阻火器，并設(shè)置溫度檢測和聯(lián)鎖停機條件，當(dāng)檢測出進(jìn)入放空系統(tǒng)的氣體溫度、流速(壓力)不滿足放空管網(wǎng)要求時，聯(lián)鎖切停，確保后路安全。另外，應(yīng)采取防火炬氣倒流入罐區(qū)的措施，并設(shè)置相應(yīng)的檢測和自動切斷設(shè)施；(3) 對于氧含量超標(biāo)或其他聯(lián)鎖切斷的情況下現(xiàn)場直排問題，可考慮在直排流程上增加其他傳統(tǒng)的油氣處理設(shè)施，比如活性炭吸附等，確保直排的最后一道關(guān)口有控制措施。

5 結(jié)語

儲罐油氣收集處理，利用儲罐連通后增壓去火炬放空系統(tǒng)的方式，處理徹底，實現(xiàn)零排放目標(biāo)，但同時優(yōu)點和風(fēng)險并存，對于儲罐安全、火炬系統(tǒng)安全問題也同樣突出。就文章作者煉廠已完成改造并投用的輕污油儲罐油氣回收情況看，運行穩(wěn)定、高效。至今連續(xù)運行一年，氮氣消耗量正常，全廠燃料氣熱值正常，罐區(qū)VOCs排放滿足了環(huán)保要求。