內(nèi)浮頂儲罐在VOCs管控下的改造措施

劉佩銘（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院，吉林 吉林 132002）

內(nèi)浮頂儲罐在VOCs管控下的改造措施

劉佩銘（中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院，吉林 吉林 132002）

常壓內(nèi)浮頂儲罐數(shù)量龐大，存在VOCs無組織排放，是管理控制的重點。通過對各類泄漏點的分析，提出改造方案應(yīng)注意的具體問題。

內(nèi)浮頂;VOCs;改造;措施

1 研究的背景

VOCs即揮發(fā)性有機化合物，是指常溫下飽和蒸氣壓大于70Pa，常壓下通常沸點50℃至260℃，亦或20℃時蒸汽壓大于等于10Pa具揮發(fā)性的有機化合物的統(tǒng)稱。

VOCs的無組織排放不僅造成大量的經(jīng)濟損失和能源損耗，而且對大氣環(huán)境造成污染，容易產(chǎn)生次生危害。我國在十三五期間，采取對VOCs排放“綜合治理、油氣回收、源頭控制”的控制原則，在石油化工等多個行業(yè)開展VOCs綜合治理，針對石油化工行業(yè)泄漏源改造修復(fù)，實現(xiàn)有效的管控。常壓內(nèi)浮頂儲罐在石化行業(yè)中作為儲存類設(shè)備，有著造價低、結(jié)構(gòu)簡單，分布廣泛且數(shù)量龐大等特點，同時也存在較大的VOCs無組織排放。因此，有必要在VOCs治理管控下，對不符合要求的常壓內(nèi)浮頂儲罐改造進行研究。

(1)VOCs無組織排放的危害

VOCs具有組分復(fù)雜的特點，包括了鹵代烴含氮化合物，含硫有機化合物，酮、醛、醇、醚、酚、酯等氧化物等上百種有機化合物，二次有機顆粒物和臭氧屬于大氣污染物的重要前體物，在大氣化學(xué)反應(yīng)過程中扮演著極其重要的角色，同時部分揮發(fā)性有機物危害環(huán)境和人體健康。

(2)VOCs介質(zhì)的儲罐可能的泄漏點：

正常操作工況泄漏點可能存在以下區(qū)域：

a)儲罐內(nèi)浮頂?shù)囊淮蚊芊鈪^(qū)域的油氣空間；

b)一次密封和儲罐罐壁、油面結(jié)合縫隙；

c)一次密封與內(nèi)浮頂?shù)慕Y(jié)合處；

d)內(nèi)浮頂和油面間的油氣空間；

e)內(nèi)浮頂蓋板的連接處；

f)量油孔雷達(dá)液位計導(dǎo)播管等附件

g)儲存介質(zhì)粘附在罐壁后的揮發(fā)。

(3)其他因素對VOCs排放的影響

儲罐在無操作條件下，隨著外界氣溫、壓力在一天內(nèi)的升降變化，儲罐內(nèi)氣體空間溫度、蒸發(fā)速率和濃度以及蒸汽壓力也隨時發(fā)生著變化。這樣，由于日照的影響，儲罐白天溫度高，晚上溫度低，會導(dǎo)致儲罐內(nèi)白天和晚上溫度壓力不同，引起VOCs的揮發(fā)。

操作溫度的波動會影響介質(zhì)的飽和蒸汽壓，從而對其揮發(fā)性造成影響。

此外，儲罐頂部不密閉的儲罐會受到風(fēng)壓產(chǎn)生的自然對流影響造成VOCs揮發(fā)加劇。

2 VOCs管控下的改造措施

按照VOCs管控的要求，石化行業(yè)儲存揮發(fā)性有機液體的固定頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐分別應(yīng)安裝油氣回收裝置和采用高效的密封形式，對于盛裝苯、甲苯、二甲苯等危險化學(xué)品的儲罐在加裝內(nèi)浮頂基礎(chǔ)上還應(yīng)加裝安裝油氣回收裝置。

具體改造措施如下：

(1)封閉通氣孔，增設(shè)氮封

氮封以恒定的壓力，作為儲罐的氣封保護系統(tǒng)，起到防止物料揮發(fā)，避免物料與空氣接觸的作用。

采用與接管所處壁板等厚、材料強度不得低于該處壁板的板材，對罐壁或罐頂?shù)耐饪走M行封堵，在封堵后對其焊縫進行相關(guān)檢測以保證儲罐密封性。

(2)設(shè)置呼吸閥、事故泄壓人孔等安全泄放裝置

針對頂部帶有呼吸閥的內(nèi)浮頂罐，由于其內(nèi)部存在有VOCs的積聚效應(yīng)，只有其內(nèi)部浮盤上方氣體壓力到達(dá)一定數(shù)值后，其內(nèi)部積聚的揮發(fā)性介質(zhì)才會從該呼吸閥進行泄放，會存在短時間VOCs排放速率超標(biāo)的可能，因此，在其泄放閥增設(shè)高筒排氣塔，底部伴有5～15℃的冷凝水，實現(xiàn)揮發(fā)性介質(zhì)的無壓降的自然排放，進而保證其排放速率達(dá)標(biāo)。

事故泄壓人孔通常與罐頂安全閥配套使用，定壓吸入、定壓排放，超壓或真空時啟動，避免儲罐破損發(fā)生事故。

(3)更換高效密封的內(nèi)浮頂

按照石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，儲存真實蒸氣壓≥5.2kPa但＜27.6kPa的設(shè)計容積≥150m3的揮發(fā)有機物儲罐，可采用高吸密封結(jié)構(gòu)的內(nèi)浮頂，因此，內(nèi)浮頂和罐壁之間采用雙封式、機械式鞋型、液體鑲嵌式等高效密封方式；

(4)采用全接液式內(nèi)浮頂

裝配式內(nèi)浮頂可分為非全接液式和全接液式兩種類型。

非全接液式內(nèi)浮頂雖然具有方便安裝、維修且造價低廉的技術(shù)特點，但由于其底部和邊緣存在較大的氣體空間，必然存在加大的呼吸損耗。

全接液內(nèi)浮頂?shù)牡撞坑筛鹘M件組裝后形成完整的圓面，整個全封閉腔室平貼在介質(zhì)上，與液面形成全接觸狀態(tài)，沒有油氣揮發(fā)空間，從而減低了介質(zhì)的揮發(fā)損耗，起到預(yù)防火災(zāi)的作用。

因此，采用全接液式內(nèi)浮頂可降低VOCs排放。

(5)增加檢查及驗收試驗

整改后的儲罐需采用真空箱法對罐頂焊縫進行嚴(yán)密性試驗，無滲漏為合格。罐頂與包邊角鋼的焊縫用真空箱法試驗困難時，應(yīng)采用煤油試漏。改造后進行罐體的水壓試驗。

3 改造方案需要注意的問題

(1)慎重對待無設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的儲罐

使用已經(jīng)達(dá)到設(shè)計年限的常壓內(nèi)浮頂儲罐，如果需繼續(xù)使用，應(yīng)縮短定期檢驗周期。且此類儲罐在設(shè)計時，可能尚未頒布設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，僅有施工驗收標(biāo)準(zhǔn)，因此，如檢驗合格維持原操作工況使用尚可，不宜進行提高設(shè)計工況的改造。

(2)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的選取

對于定期檢驗合格且不改變設(shè)計工況的在用常壓內(nèi)浮頂儲罐，改造的設(shè)計計算可依照原設(shè)計規(guī)范進行校核，但對抗風(fēng)及抗震的核算工作應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。

(3)罐體材料的選取

因部分儲罐已使用多年，改造儲罐的材料有很多采用的是沸騰鋼，如Q235AF。因沸騰鋼存在一定弊端，如內(nèi)部雜質(zhì)物較多，存在化學(xué)成分偏析，焊接性能不是很好，鋼材的韌性較差。沸騰鋼在現(xiàn)行的儲罐設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)不能作為罐體材料使用。

(4)對新工況的核算

提高設(shè)計工況的常壓內(nèi)浮頂儲罐的改造，在定期檢驗合格后，宜依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、檢驗及驗收。

4 結(jié)語

通過上述的改造措施，可以達(dá)到油氣回收，源頭控制的目的，降低VOCs對大氣的污染，消除儲罐運行的排放隱患，保證了環(huán)境和人體健康。

[1]SH∕T3007-2014，石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)[S].

[2]GB∕T31571-2015,石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].