油罐揮發(fā)氣回收工藝技術(shù)探討

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北油田分公司第二采油廠， 河北 霸州 065700）

原油在集輸、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)將溶解在其中的溶解氣揮發(fā)出來(lái)，這部分揮發(fā)氣主要成分是甲烷和乙烷，另外還有少量的丁烷、戊烷等長(zhǎng)鏈烷烴組分，其中以儲(chǔ)油罐的揮發(fā)氣量最大。儲(chǔ)油罐揮發(fā)氣按照原理可分為大呼吸損耗和小呼吸損耗，其中小呼吸損耗主要是指晝夜溫差、儲(chǔ)罐內(nèi)外壁溫差造成的，這部分呼吸損耗與地理環(huán)境和儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)有關(guān)，通常不好控制，同時(shí)氣量也較?。淮蠛粑鼡p耗是指儲(chǔ)罐在收發(fā)油、裝卸油過(guò)程中因罐內(nèi)液位上升或下降造成的呼吸損耗，這部分呼吸損耗占總體損耗的95%，因此是重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。同時(shí)，如果儲(chǔ)罐位于地勢(shì)低洼地帶，會(huì)造成揮發(fā)氣聚集，形成爆炸條件，危及油氣站場(chǎng)的安全。因此，對(duì)儲(chǔ)油罐揮發(fā)氣進(jìn)行有效回收利用可確保站場(chǎng)安全，提升經(jīng)濟(jì)效益，減少環(huán)境污染。

1 抽氣技術(shù)工藝及原理

目前，儲(chǔ)罐頂部均配備了呼吸閥和阻火閥，可自行調(diào)節(jié)呼吸閥的真空度和壓力值，當(dāng)儲(chǔ)罐進(jìn)油時(shí)，隨著罐內(nèi)液位的不斷上升，儲(chǔ)罐上

方的油氣空間不斷減小，揮發(fā)氣被壓縮，當(dāng)儲(chǔ)罐揮發(fā)氣正壓力高于呼吸閥啟動(dòng)壓力，則揮發(fā)氣從呼吸閥溢出；同理，當(dāng)儲(chǔ)罐卸油時(shí)，隨著罐內(nèi)液位的不斷下降，油氣空間不斷增大，壓力降低，當(dāng)壓力達(dá)到呼吸閥的真空度時(shí)，呼吸閥打開(kāi)，吸入新鮮空氣與罐內(nèi)氣體混合形成新的平衡狀態(tài)。呼吸閥在一定程度上保證了原油儲(chǔ)罐的運(yùn)行安全，但大量的油品蒸汽散發(fā)在大氣中，形成嚴(yán)重的污染環(huán)境，并構(gòu)成潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)，威脅崗位人員安全。

抽氣技術(shù)主要是將原油儲(chǔ)罐中揮發(fā)出的輕烴成分進(jìn)行收集、壓縮，再送到天然氣站處理或燃?xì)饧訜釥t，以達(dá)到節(jié)約能源，防止空氣污染，實(shí)現(xiàn)原油密閉集輸?shù)哪康摹?/p>

圖1 壓縮分離抽氣工藝流程

如圖1所示，儲(chǔ)罐揮發(fā)氣達(dá)到進(jìn)氣壓力0.001-0.003MPa時(shí)經(jīng)來(lái)氣管線輸送到壓縮機(jī)房現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)過(guò)氣液分離將儲(chǔ)罐揮發(fā)氣中的液體（主要成分是輕質(zhì)油和冷凝水）分離出來(lái)，氣體進(jìn)入壓縮機(jī)，液體積累到一定液位高度后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示操作者排液，當(dāng)液位達(dá)到限制高度時(shí)，報(bào)警停機(jī)，防止液體進(jìn)入壓縮機(jī)。氣體進(jìn)入壓縮機(jī)后，被壓縮的氣體中會(huì)產(chǎn)生一些液體，因此在壓縮機(jī)的出口設(shè)置一套小型分離器，經(jīng)過(guò)分離，氣體進(jìn)入站內(nèi)的天然氣系統(tǒng)；液體經(jīng)過(guò)管道排放至液體收集罐。由于儲(chǔ)罐裝卸油量和時(shí)間不固定，導(dǎo)致氣量不穩(wěn)定，壓縮機(jī)頻發(fā)啟停，同時(shí)儲(chǔ)罐對(duì)該裝置最佳狀態(tài)應(yīng)處于微正壓，但卸油過(guò)程中儲(chǔ)罐易造成負(fù)壓，這兩種情況容易造成壓縮機(jī)損壞，因此從出口分離器的出口端（保證干氣不含水）引一條補(bǔ)氣管線在壓縮機(jī)入口處，當(dāng)儲(chǔ)罐系統(tǒng)壓力達(dá)到補(bǔ)氣壓力時(shí)，電磁閥動(dòng)作，補(bǔ)氣調(diào)節(jié)單元開(kāi)通向油罐內(nèi)補(bǔ)氣，恢復(fù)儲(chǔ)罐壓力。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)及主要技術(shù)指標(biāo)

裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)及主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)參數(shù)及主要技術(shù)指標(biāo)

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)

該裝置的自動(dòng)化控制主要由一二次儀表、壓力變送器、溫度變送器、液位控制器、壓力開(kāi)關(guān)、電磁閥、調(diào)壓閥、變頻器、PLC（西門(mén)子或三菱）、控制柜等組成。

一次儀表有壓力和溫度儀表，在壓縮機(jī)房?jī)?nèi)現(xiàn)場(chǎng)直讀壓縮機(jī)進(jìn)出口溫度、分離器出口壓力和溫度值。壓力變送器包括總?cè)肟趬毫ψ兯推?、分離器出口壓力變送器。

壓縮機(jī)入口壓力變送器安裝在壓縮機(jī)總?cè)肟谔?，將?chǔ)罐來(lái)氣壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成4-20ma電流信號(hào)遠(yuǎn)傳至控制柜，在控制柜內(nèi)PLC對(duì)來(lái)氣信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)給變頻器，使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的快慢取決于來(lái)氣壓力的大小，控制柜數(shù)字儀表連續(xù)顯示來(lái)氣壓力數(shù)值。

分離器出口壓力變送器用于整個(gè)裝置出口壓力的監(jiān)視。

溫度變送器分別安裝在兩臺(tái)壓縮機(jī)的出口位置，用來(lái)將壓縮機(jī)的出口溫度轉(zhuǎn)換成4-20ma電流信號(hào)遠(yuǎn)傳至控制柜，通過(guò)PLC連續(xù)監(jiān)控壓縮機(jī)出口溫度，同時(shí)數(shù)字儀表連續(xù)顯示出口溫度數(shù)值。

液位控制器控制壓縮機(jī)入口及出口分離器的液位，當(dāng)分離器中的液位達(dá)到排液高度時(shí)，發(fā)出控制信號(hào)，開(kāi)啟聯(lián)動(dòng)保護(hù)。

壓力和溫度開(kāi)關(guān)分別安裝在兩臺(tái)壓縮機(jī)及其潤(rùn)滑油泵的出口位置，開(kāi)關(guān)信號(hào)遠(yuǎn)傳至電控柜，用于壓縮機(jī)出口超壓、超溫和潤(rùn)滑油欠壓的停機(jī)報(bào)警及聯(lián)動(dòng)控制。

變頻器安裝在控制柜內(nèi)，在PLC的控制下，輸出三相變頻動(dòng)力電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)，使壓縮機(jī)的排氣量與油罐的揮發(fā)氣量相適應(yīng)，保證系統(tǒng)可靠穩(wěn)定工作。

PLC安裝在控制柜中，整個(gè)抽氣裝置由PLC自動(dòng)監(jiān)視控制。它接受來(lái)自壓縮機(jī)房的壓力、溫度及開(kāi)關(guān)量信息，經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)的計(jì)算和邏輯判斷實(shí)時(shí)輸出模擬型號(hào)和開(kāi)關(guān)量控制信號(hào)，控制變頻器繼電器等控制設(shè)備，使整個(gè)儲(chǔ)罐抽氣裝置運(yùn)行自動(dòng)化。

控制柜集中了PLC、變頻器、繼電器、接觸器、隔離器件以及壓縮機(jī)壓力、溫度、運(yùn)行狀態(tài)顯示儀表等各種電器控制設(shè)備，是大罐抽氣裝置的控制中心，與大罐抽氣裝置壓縮機(jī)房通過(guò)控制和動(dòng)力電纜連接。

4 效益分析

通過(guò)本次改造，將四個(gè)站共15具儲(chǔ)油罐的烴蒸氣全部回收，各站總回收氣量可達(dá)4600m3/d左右，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)300多萬(wàn)元。同時(shí)該項(xiàng)目的實(shí)施還使部分聯(lián)合站的天然氣處理裝置原料氣中增加了10%左右的罐烴蒸汽，因其含C3以上組分較多，故使輕烴收率也有所提高，日增產(chǎn)混合輕烴1.5噸左右，年創(chuàng)效益219萬(wàn)元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)還消除了安全隱患，減少環(huán)境污染，節(jié)約了能源。

5 結(jié)論

（1）該抽氣裝置使用簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)，又徹底杜絕了發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，降低了環(huán)境污染，保證了生產(chǎn)安全。

（2）該裝置應(yīng)用了先進(jìn)的設(shè)備及儀表自控系統(tǒng)，不僅保證了裝置的安全生產(chǎn)和平穩(wěn)運(yùn)行，還減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。