油品儲罐油氣收集處理工藝分析

高 曉，楊洪麗，王振華，趙曉晨

(中海油石化工程有限公司 儲運室，山東 青島 266000)

隨著我國對環(huán)境保護的日益重視，近些年出臺的法律、法規(guī)和規(guī)范對油氣排放提出更高要求?！吨腥A人民共和國大氣污染防治法》(自2016年1月1日起實施)要求儲油儲氣庫、加油加氣站、原油成品油碼頭、原油成品油運輸船舶和油罐車、氣罐車等，應當按照國家有關(guān)規(guī)定安裝油氣回收裝置并保持正常使用。《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》(GB 31570-2015)和《石油化學工業(yè)污染物排放標準》(GB 31571-2015)要求有機廢氣排放口非甲烷總烴去除效率≥95%。為滿足環(huán)保要求，近些年石油化工企業(yè)和儲油庫開始嘗試對油品儲罐排放出的油氣進行收集處理[1]。

目前針對油氣回收設(shè)施的工藝技術(shù)研究較多，而對儲罐油氣的收集工藝、壓力控制問題、能耗問題和安全問題關(guān)注較少。本文針對油品儲罐油氣回收工藝現(xiàn)狀 ，從控制、安全、能耗角度分析目前存在的問題，提出解決問題的建議及今后儲罐油氣回收研究的方向。

1 儲罐油氣收集處理工藝介紹

儲罐油氣收集處理設(shè)施包括儲罐氮封系統(tǒng)、儲罐氣體收集系統(tǒng)、油氣處理系統(tǒng)。圖1為典型的儲罐油氣回收流程。本文以某罐組設(shè)計壓力為-0.5～2.0kPa的內(nèi)浮頂儲罐為例，介紹儲罐油氣收集處理的流程。

1.1 儲罐氮封系統(tǒng)

在每臺儲罐上應設(shè)置氮封閥組和限流孔板旁路，氮封閥正常壓力設(shè)定范圍為0.2～0.5kPa。正常情況下使用氮封閥組維持罐內(nèi)氣相空間壓力在0.3kPa左右，當氣相空間壓力高于0.5kPa時，氮封閥關(guān)閉，停止氮氣供應；當氣相空間壓力低于0.2kPa時，氮封閥開啟，開始補充氮氣。當?shù)忾y需要檢修或故障時，使用限流孔板旁路給儲罐內(nèi)補充氮氣。

當?shù)忾y事故失靈不能及時關(guān)閉，造成罐內(nèi)壓力超過1.5kPa時，通過帶阻火器的呼吸閥外排；當?shù)忾y事故失靈不能及時開啟時，造成罐內(nèi)壓力降低至-0.3kPa時，通過帶阻火器呼吸閥向罐內(nèi)補充空氣，確保罐內(nèi)壓力不低于儲罐的設(shè)計壓力低限(-0.5kPa)。

為確保設(shè)置氮封儲罐事故工況下的安全排放，應在儲罐上設(shè)置事故泄壓設(shè)備(緊急卸放人孔)，緊急泄放閥定壓不應高于儲罐的設(shè)計壓力上限(2.0kPa)。

1.2 儲罐氣體收集系統(tǒng)

儲存同類油品儲罐的氣相通過連通管道并入罐組收集總管。各儲罐氣相支線上設(shè)阻火器和切斷閥。在罐組收集總管上設(shè)置在線氧分析儀，判斷儲罐氮封系統(tǒng)的可靠性，并滿足后續(xù)油氣處理設(shè)施的安全性。

在罐組收集總管上設(shè)置切斷閥，其開啟和關(guān)閉由收集總管上的壓力變送器進行聯(lián)鎖控制。當罐組收集總管上的壓力達到設(shè)定高限壓力值(1.2kPa)時打開切斷閥將油氣送至油氣回收裝置進行回收；當罐組收集總管上的壓力達到設(shè)定低限壓力值(0.3kPa)時關(guān)閉切斷閥。

收集后的油氣通過液環(huán)壓縮機增壓后輸往油氣處理設(shè)施。油氣回收裝置的啟停與裝置入口的油氣壓力進行聯(lián)鎖。

1.3 油氣處理系統(tǒng)

目前油氣回收工藝包括吸收法、吸附法、冷凝法、膜法、催化氧化法和催化燃燒法，以及這幾種方法的組合[1-7]。其中吸收法和吸附法適用于低濃度油氣，冷凝法適用于高濃度油氣。在實際應用中，靠單一方法難以實現(xiàn)油氣回收率≥95%的目標，因而多采用多種方法組合，其中冷凝+吸附法應用較為廣泛。為達到更嚴格的排放要求，最近冷凝+催化氧化技術(shù)、吸收+催化燃燒技術(shù)逐步開始應用。

圖1 儲罐油氣回收工藝流程

2 儲罐油氣收集處理問題探討

雖然近幾年儲罐油氣處理技術(shù)得到廣泛的推廣和應用，但仍有一些技術(shù)問題值得深入探討。

2.1 壓力控制問題

由于內(nèi)浮頂罐屬于常壓儲罐，罐頂氣相壓力很低，難以按理想狀況對罐頂壓力進行控制。在實際過程中，罐頂壓力稍有波動，便會造成氮封閥和收集總管上的切斷閥頻繁開啟，容易損壞。在實際過程中還存在氮封閥和總管上的切斷閥同時開啟的現(xiàn)象，造成氮氣消耗量過大。造成這種現(xiàn)象的原因是罐頂壓力控制的范圍窄，壓力控制的精度不滿足要求。

針對罐頂壓力控制問題，有兩種途徑。一是提高儲罐罐頂設(shè)計壓力，擴大氮封閥和收集總管上的切斷閥的壓力設(shè)定范圍。按照API650，內(nèi)浮頂儲罐設(shè)計可以為-0.5～18kPa，相應氮封閥正常壓力設(shè)定范圍為0.2～2kPa，收集總管上的切斷閥壓力設(shè)定范圍為2～8kPa。壓力范圍擴大后，氮封閥和切斷閥開啟的頻率就會降低，罐頂壓力控制的精度要求也降低。二是提高儲罐壓力控制精度。將儲罐氮封系統(tǒng)和油氣收集系統(tǒng)作為一個整體進行分析，研究。通過實驗，根據(jù)儲罐大小呼吸過程中壓力波動情況，分析不同類型的氮封閥和切斷閥的靈敏度和精度，調(diào)整罐頂壓力控制的范圍，以滿足控制精度要求。

2.2 氣相連通安全問題

為減少儲罐油氣揮發(fā)，將儲罐氣相連通是有效的辦法。但儲罐氣相連通也帶來安全問題[8]。當一臺儲罐發(fā)生火災時，容易引燃與其氣相連通的其它儲罐。工程設(shè)計過程中采取的辦法是在每臺儲罐氣相連通線上安裝防爆轟型阻火器。目前國內(nèi)儲罐阻火器執(zhí)行的規(guī)范為《石油氣體管道阻火器》(GB 13347-2010)。該規(guī)范與ISO 16852-2008相比，對阻火器的性能測試項目和手段尚不完善。并且國內(nèi)尚未有阻火器性能測試的專業(yè)機構(gòu)和完整的測試系統(tǒng)，且相關(guān)的性能測試方法還不完善，降低了阻火器在使用過程中的可靠性[9]。

建議開展阻火器性能測試方法的試驗性研究，完善相關(guān)規(guī)范，建立阻火器專業(yè)檢測機構(gòu)。

2.3 油氣收集處理能耗問題

儲罐油氣收集過程中，增壓或引壓設(shè)備消耗電能；液環(huán)壓縮機還消耗冷卻水和工作液。油氣處理過程中，各種工藝均消耗電能；此外，各種油氣回收工藝中吸附法消耗活性炭等吸附劑，吸收法消耗柴油等吸收劑，催化氧化法消耗催化劑。各種廢劑會造成二次污染。電廠發(fā)電過程中也會產(chǎn)生污染，消耗電能也相當于產(chǎn)生污染。

建議相關(guān)部門在制定有機廢氣排放標準時，結(jié)合油氣收集處理技術(shù)現(xiàn)狀，綜合考慮能耗和二次污染問題，以達到最優(yōu)的節(jié)能環(huán)保效果。如果僅僅提高有機廢氣排放標準，而忽視能耗和二次污染，將得不償失。

3 結(jié)論與建議

(1)建議提高拱頂儲罐和內(nèi)浮頂儲罐的設(shè)計壓力，從而提高罐頂呼吸閥的定壓，從根本上減少呼吸閥的排放。

(2)建議完善阻火器相關(guān)規(guī)范，建立完整的測試系統(tǒng)，為阻火器在儲罐油氣收集處理系統(tǒng)上應用提供保障。

(3)建議相關(guān)部門在制定儲罐有機廢氣排放標準時，結(jié)合油氣收集處理技術(shù)現(xiàn)狀，綜合考慮能耗和二次污染問題，以達到最優(yōu)的節(jié)能環(huán)保效果。

[1] 黃維秋.油氣回收技術(shù)的若干關(guān)鍵問題[J].油氣儲油，2017，36(6)：606-616.

[2] 王 珊,黃維秋,董軍波.儲油過程中的油品蒸發(fā)及回收[J].油氣儲油，2008，27(12)：56-60.

[3] 李榮強，劉國榮，周季乾,等.油氣回收技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].過濾與分離，2009，19(3)：45-48.

[4] 王慧銘.膜分離技術(shù)在油氣回收過程中的應用[J].油氣田地面工程，2009，28(6)：44-45.

[5] 劉忠生,廖昌建,方向晨,等.柴油低溫臨界吸收油氣回收技術(shù)的應用[J].石油煉制與化工，2013，44(8)：37-40.

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[8] 張加成，劉 藝，胡乃科,等.輕質(zhì)油品罐區(qū)油氣密閉收集系統(tǒng)的設(shè)計及安保措施，油氣儲油，2016，35(2)：167-172.

[9] 孫少辰,畢樹明,劉剛,等.阻火器性能測試方法試驗性研究[J].化工學報，2014，65(S1):441-450.