環(huán)保型鐵路罐車清洗系統(tǒng)設計

史興鎮(zhèn)

[摘? ? 要]本文介紹鐵路罐車清洗系統(tǒng)根據(jù)目前環(huán)保要求適應性改造的新工藝。從抽殘液及蒸車作業(yè)環(huán)節(jié)，新工藝的做法及優(yōu)點。根據(jù)洗車作業(yè)的特點，油氣回收工藝路線的選擇。在保證洗車作業(yè)前提下，杜絕不合格廢氣的排放、降低蒸汽消耗，提高操作人員的本質(zhì)安全。

[關鍵詞]罐車清洗;密閉蒸車;掃倉作業(yè);環(huán)保工藝

[中圖分類號]U298 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）09–00–03

[Abstract]This paper introduces the new technology of the railway tank car cleaning system adapted to the current environmental protection requirements. The method and advantages of the new process are introduced from the aspects of residual liquid extraction and steaming operation. According to the characteristics of car washing operation， the selection of oil and gas recovery process route. Reduce the exhaust gas emission and ensure the safety of the operation.

[Keywords]tank car cleaning; airtight steamer; warehouse sweeping operation; environmental protection technology

1 概述

目前，大部分石油化工企業(yè)鐵路罐車清洗設施還沿用20世紀90年代洗車工藝。通過對中石化齊魯分公司儲運廠煉油洗罐站洗車工藝調(diào)研，煉油洗罐站主要負責勝利煉油廠鐵路輕油產(chǎn)品運輸用槽車的刷洗工作，作業(yè)分為普洗作業(yè)、特洗作業(yè)、污油回收、污水收集及外排。據(jù)統(tǒng)計，2017年共計洗車46096臺，其中特洗2462臺，普洗43634臺。

目前洗車操作程序如下：

特洗操作程序：對車→靜電消除→真空膠管抽殘液→蒸車→高壓清洗（冬季熱水）→熱風干燥→檢驗。

普洗操作程序：對車→靜電消除→（冬季化冰）→真空膠管抽殘液→人工清掃→檢驗。

污油回收流程：槽車殘液→真空罐→泵送油至污油罐。

污水收集及外排：洗車污水→污水池→污水泵→污水處理場。

根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染排放標準》（GB31570-2015）中5.4.3條“用于集輸、儲存和處理含揮發(fā)性有機物、惡臭物質(zhì)的廢水設施應密閉，產(chǎn)生的廢氣應接入有機廢氣回收或處理裝置”。主要矛盾是特洗臺蒸車時為敞口蒸車，蒸車蒸汽直接排入大氣中，散發(fā)異味污染周圍環(huán)境，影響職工身體健康。[1]污油罐、含油污水池揮發(fā)廢氣均直排大氣。

根據(jù)《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB31570-2015）中5.4.6條“用于含揮發(fā)性有機物容器真空保持的真空泵排氣應接入有機廢氣回收或處理裝置”。主要矛盾是真空抽殘液系統(tǒng)，真空泵將真空罐抽真空過程中外排大量廢氣，污染環(huán)境。

2 工藝設計

2.1 洗車工藝的確定

目前對環(huán)境不利的作業(yè)環(huán)節(jié)主要為：抽殘液作業(yè)、蒸車作業(yè)、污水污油儲運環(huán)節(jié)[2]。

（1）抽殘液工藝：將真空抽殘液環(huán)節(jié)改為掃倉泵抽殘液。目前采用的為真空抽殘液系統(tǒng)，真空泵排氣量為1920 m3/h，真空泵同時3臺操作，若考慮真空廢氣收集引入油氣回收裝置，裝置處理量為6000 m3/h，規(guī)模太大，不經(jīng)濟。

洗車作業(yè)中抽殘液工藝采用掃倉泵抽殘液，一臺掃倉泵對應4個車位，每臺泵流量80 m3/h，揚程50m，將罐車中殘液直接送至污油罐。整個作業(yè)過程不再外排廢氣[3]。

（2）抽殘液工藝：特洗作業(yè)的蒸車環(huán)節(jié)改為密閉蒸車，因特洗車輛要求嚴格，需進行蒸車作業(yè)，蒸車采用密閉蒸車裝置進行，每個洗車位配置一臺密閉蒸車裝置。

抽殘油作業(yè)后，洗車工人將密閉蒸車裝置與槽車對位、密封鎖緊，緩慢打開蒸汽進汽閥，使壓力緩慢升至0.05 MPa，關閉進汽閥。待槽車內(nèi)壓力低于0.04 MPa，緩慢開啟蒸汽閥進行蒸汽加注，升至0.05 MPa，關閉蒸汽閥。如此反復蒸煮，持續(xù)15min后緩慢開啟排污閥，確認排污正常，開啟蒸汽閥進行補壓，使罐內(nèi)壓力維持在0.05 MPa，將蒸車污水通過管道密閉排放至污水池。待排污管無液體流出，排污結(jié)束，關閉蒸汽閥，進行泄壓、密閉蒸車裝置歸位作業(yè)。

（3）將污水池、污油罐廢氣密閉收集引入油氣回收裝置。將污油罐、污水池尾氣密閉收集，引入油氣回收裝置，油氣回收裝置主要處理100 m3污油罐、400 m3污水池揮發(fā)廢氣;污油罐最大收料量360 m3/h，污水池最大收料量360 m3/h;因污油罐與污水池不會同時收料，污油罐無氣相平衡措施，收料時會對儲罐內(nèi)氣相空間造成較大波動，由于污油罐一次收料時間約5～10min，裝置處理能力取污油罐最大進液量+熱呼吸+氣相空間波動（余量），核算油氣回收處理能力480 m3/h。

裝置排放指標：非甲烷總烴去除率>97 %，非甲烷總烴濃度≤15 mg/m3;苯濃度≤2 mg/m3。

油氣回收裝置采用“預處理+催化氧化”處理工藝，其中預處理包括活性炭吸附+冷凝、膜脫附，該工藝在保證排放尾氣達標的基礎上，能夠充分減少膜處理量、催化氧化處理量，降低裝置能耗，裝置布置緊湊，節(jié)約占地。

2.2 主要設計參數(shù)的確定

根據(jù)儲運廠2018年5月對煉油調(diào)運車間污水池、污油罐采樣分析，揮發(fā)廢氣組成如表1所示。

油氣回收裝置內(nèi)設備參數(shù)核算按照進氣濃度27 000 mg/m3計算。

由于洗車工藝特殊，掃倉泵啟動5～10min就停止，間歇性操作，導致污油罐廢氣排放不均衡、不持續(xù)。裝置內(nèi)設備頻繁啟停，膜分離單元及催化氧化單元處理量均按照廢氣最大量考慮，處理量均為480 m3/h，分離膜面積需約180 m2。若有機氣體先進行活性炭吸附，再用冷凝+膜慢慢解析，解吸時間設置為1天，可保證設備連續(xù)運行。解析時分離膜單元處理量80 m3/h，分離膜需約36 m2，減少用電功率約35 kW，減少占地40 m2。

此工藝方法為組合工藝，來氣首先進入預處理單元，經(jīng)過換熱器預冷后進入吸附設備，換熱器預冷環(huán)節(jié)已將混合氣中的水分及少量重碳烴類組分冷凝下來，吸附設備的進氣濃度相對較低，所以有效的避開了活性炭不利因素。經(jīng)活性炭吸附后的尾氣濃度在有機氣體爆炸下限的25 %以下，可直接進入催化氧化單元處理。所以催化氧化單元處理量為500 m3/h，遠低于單獨采用催化氧化工藝處理量。

此系統(tǒng)吸附塔裝填量設置為1d，經(jīng)真空泵解析后的有機氣體進入冷凝單元冷凝至0 ℃。冷凝后再經(jīng)分離膜處理，有機氣體濃度可降低至5 400 mg/m3以下，可直接進入催化氧化單元無需配風，為保證設備安全，催化氧化裝置入口含配風風機，根據(jù)氣體濃度確定是否配風。

裝置內(nèi)各個單元處理廢氣濃度、流量計算如表2所示：

由表2可以看出，活性炭吸附后廢氣和活性炭解析經(jīng)冷凝+膜處理后廢氣濃度均可直接進入催化氧化單元，且不需配風，催化氧化單元處理量為500 m3/h，膜處理單元處理量為80 m3/h。裝置規(guī)模最小，流程最優(yōu)，占地小且能耗低。

2.3 主要設備的設計

2.3.1 掃倉泵

本項目掃倉泵選用轉(zhuǎn)子泵，轉(zhuǎn)子泵是具有低轉(zhuǎn)速、高揚程、高效率的容積泵，泵腔內(nèi)并列安裝有一對相同無間隙配合的螺旋轉(zhuǎn)子，原動機通過變速、傳動機構(gòu)將動力傳遞給泵的主動軸，主動軸齒輪驅(qū)動從動軸齒輪做同步相對應運動，形成吸入腔、封閉腔、排出腔。隨著一對轉(zhuǎn)子的相對運動，泵在吸入腔形成真空，流體不斷被吸入，流經(jīng)封閉腔由排出腔排出，形成流量。

轉(zhuǎn)子泵具有超強自吸能力，最高吸程可達8m，且無需灌泵，允許空載運行15min以上，結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小;可輸送氣、液、固相混合介質(zhì)。

鑒于以上特點，轉(zhuǎn)子泵能很好克服罐車抽底油及抽污水時的“氣阻”難題，且不產(chǎn)生廢氣排放問題。利用其替代真空抽殘液系統(tǒng)不僅簡化了工藝流程，且避免了廢氣排放，與國家倡導的節(jié)約型、環(huán)保型社會目標一致，具有深遠的意義。

2.3.2 密閉蒸車

蒸汽密閉洗車裝置主要由擺臂式鶴管（包括平衡缸、外臂、內(nèi)臂、立柱等）、密封裝置（包括連接組件、鎖緊馬達、蓋板組件、鎖舌組件、蒸汽伸縮管、鋼絲繩滑輪組件、污水伸縮管及伸縮管固定鏈等）及氣動控制箱組件、壓力控制單元等組成。

密封裝置是整個蒸汽密閉洗車裝置的核心部件，它關系到洗車的安全性、密閉性、清洗效果及加注蒸汽、排出污水等多項性能;密封裝置的垂管連接組件與鶴管相連接，通過鶴管與火車罐車口進行對位，蓋板組件設置有大小車口密封蓋板及密封橡膠墊，適用火車罐車不同的罐車口。

蒸汽密閉洗車裝置設蒸汽伸縮管及污水伸縮管，蒸汽管可以伸縮至罐底，蒸汽出口設置在離罐底300 mm處，有利于加強蒸煮清洗效果。排污管可直達罐底，清洗后污水可通過罐內(nèi)壓力由污水伸縮管自動排出。伸縮管伸縮由鋼絲繩滑輪組機構(gòu)完成，伸縮管下降依靠伸縮管自重實現(xiàn)伸出，伸縮管收攏依靠伸縮氣缸完成。蒸煮壓力控制由壓力控制儀進行控制，在罐內(nèi)壓力達到0.05 MPa（可調(diào)）時，蒸汽閥自動關閉，在壓力降低至0.04 MPa（可調(diào)）時蒸汽閥自動打開進汽，避免人為操作失誤。罐內(nèi)蒸車污水排放由罐內(nèi)壓力自動壓出，無需人工抽排。

2.3.3 高壓水清洗

高壓洗槽機由柱塞泵和高壓清洗槍組成，水流經(jīng)水槍噴出后形成30°～50°均勻扇面，有效清洗區(qū)域為水槍噴嘴150 mm范圍內(nèi)，距水槍噴嘴150 mm外的扇面基本霧化，水流輕柔。水槍開關設置在把手處，為連續(xù)式開關，即松開開關，水槍停止工作，保證了在操作過程中，水槍不慎脫手，不會對操作人員造成傷害，同時，該設備設有水循環(huán)系統(tǒng)，即在停槍過程中，不產(chǎn)生壓力。

高壓清洗機使用前需檢查靜電接地線、地腳螺栓、回流管、進水管及高壓出水管等連接處無松動、無破損;檢查機泵潤滑油，確保油位正常。

打開高壓水槍，將高壓水槍放入罐車內(nèi)，人進入罐車后雙手握槍，使槍口離罐壁保持10～20 cm，收起定位銷，扣住扳機，清除罐壁上的污物。清洗順序為：先兩端后中間，然后頂部再側(cè)面后底部，便于油泥、銹渣從油窩中抽出，抽水與清洗作業(yè)同時進行。

在冬季，可以開啟新鮮水管線上加熱器，加熱新鮮水，使用高壓水槍進行洗車作業(yè)。

罐車清洗完成后，停止掃倉泵，關閉殘液入口閥，取出吸油膠管并擺放整齊，再用干凈拖布將罐車內(nèi)壁擦干。

2.3.4 油氣回收

密閉收集的廢氣通過進氣管線進入油氣回收裝置，混合氣進入吸附單元，首先混合氣進入冷凝器，經(jīng)冷凝器冷凝后去除混合氣中的水分及重碳烴組分。之后進入活性炭吸附設施，經(jīng)吸附后的有機氣體濃度小于0.1 %（2700 mg/m3），低于爆炸下限25 %，然后進入催化氧化單元，經(jīng)催化氧化后達標排放。

當來氣處理完畢后，真空泵對吸附單元的碳罐進行解析，解析氣體通過真空泵進入到冷凝單元。有機氣體首先進入到預冷器，然后進入到冷凝器，在預冷器中被冷凝器排出的不凝氣預冷后進入冷凝器被冷卻到0 ℃，在冷凝器中有機氣體的蒸汽分壓將大大超過其相應的飽和蒸汽分壓，此時大約50 %～70 %的有機組分冷凝成液態(tài)。不凝氣體作為冷源經(jīng)過預冷器后進入膜分離單元，經(jīng)膜分離單元分離后的濃度較高的一側(cè)氣體進入冷凝單元入口重新冷凝處理，濃度較低一側(cè)再次進入催化氧化單元。

進入催化氧化單元的氣體通過阻火器，然后經(jīng)預熱器及電加熱器加熱到一定溫度（約260 ℃）后，進入催化氧化單元（CO反應器）。在CO反應器內(nèi)，含VOCs尾氣在催化劑的作用下，發(fā)生完全氧化分解，生產(chǎn)無害的氣體CO2+H2O，同時釋放出反應熱，反應后凈化氣經(jīng)預熱器初步降溫后再進入冷卻器冷卻后經(jīng)排氣管道，通過煙囪達標排放到大氣中。保證有機氣體完全燃燒氧化，有機廢氣的凈化率達到97 %以上，達標排放。

油氣回收工藝路線如圖1所示。

2.4 該工藝的特點

將掃倉泵抽殘液代替真空系統(tǒng)抽殘液，取消了洗車作業(yè)中的真空泵，從根本上杜絕了真空泵外排廢氣。

該工藝將原特洗作業(yè)中敞口蒸車作業(yè)改為密閉蒸車，蒸汽密閉蒸車設施的高效鎖緊機械密封，避免蒸車過程氣體的揮發(fā)，保護環(huán)境;密閉蒸車比敞口蒸車更能維持罐車內(nèi)溫度，提高蒸車效果，節(jié)約蒸汽消耗。

該工藝充分考慮洗車作業(yè)的特點，滿足排放要求的前提下，選用更優(yōu)油氣回收工藝路線，減少其處理量、節(jié)約占地、減少電耗。

3 結(jié)論

通過介紹石油化工企業(yè)洗罐站的作業(yè)組成，特洗及普洗的作業(yè)環(huán)節(jié)，主要介紹了洗車作業(yè)中污染環(huán)境的作業(yè)環(huán)節(jié)弊端。

該工藝為環(huán)保改造，相對于原洗車工藝，真空抽殘液系統(tǒng)改為掃倉泵抽殘液，杜絕了真空泵排放廢氣;不過相對于真空抽殘液系統(tǒng)，掃倉泵抽殘液需要作業(yè)時間長、頻繁啟停泵、泵入口過濾器頻繁清洗等缺點。在保護環(huán)境的前提下，犧牲生產(chǎn)的便利性。敞口蒸車改為密閉蒸車，杜絕了蒸車環(huán)節(jié)外排廢氣;為污油罐、污水池新建油氣回收裝置，減少了無組織廢氣排放。

該工藝對洗罐站作業(yè)環(huán)節(jié)中污染環(huán)境的改造提供設計思路和方法，可供石油化工企業(yè)鐵路洗車系統(tǒng)環(huán)保改造設計參考。

參考文獻

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