儲(chǔ)罐油氣回收熱力焚燒技術(shù)評(píng)析

羅偉強(qiáng) 鄭海林 韓文華 龔朝兵

(中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

針對(duì)石化行業(yè)排放源較多、工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，國(guó)家提出了《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》(環(huán)發(fā)[2014]177號(hào))、《揮發(fā)性有機(jī)物無(wú)組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 37822—2019)等制度和標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)油氣回收治理要求，對(duì)具有回收價(jià)值的工藝廢氣、儲(chǔ)罐呼吸氣和裝卸廢氣進(jìn)行回收利用，對(duì)難以回收利用的廢氣按照相關(guān)要求處理。

由于單一的回收方法處理效果不理想，企業(yè)一般采用吸附法、冷凝法、吸收法、膜法等的組合工藝進(jìn)行達(dá)標(biāo)處置，如吸收+膜分離+變壓吸附、冷凝+吸附等[1-3]。但存在系統(tǒng)運(yùn)行能耗高、投資大、系統(tǒng)復(fù)雜的問題，目前將罐區(qū)各儲(chǔ)罐罐頂氣獨(dú)立密閉收集，利用增壓風(fēng)機(jī)引入低壓瓦斯管網(wǎng)或作為配風(fēng)送至加熱爐進(jìn)行焚燒處理，該方法相對(duì)簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)合理，已逐漸成為優(yōu)選的處置方式[4-6]。

1 技術(shù)路線

每座儲(chǔ)罐頂部設(shè)置油氣回收支管，各支管靠近儲(chǔ)罐根部設(shè)置截?cái)嚅y、阻爆轟型阻火器、切斷閥組等，各儲(chǔ)罐油氣支管收集后進(jìn)油氣分液罐再經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)加壓后進(jìn)入油氣管網(wǎng)總線，由油氣管網(wǎng)總線通往氣柜或生產(chǎn)裝置燃燒。高硫的油氣組分可進(jìn)氣柜回收，利用瓦斯管網(wǎng)的脫硫設(shè)施進(jìn)行脫硫處理后與全廠燃料系統(tǒng)混合后回收利用，但需要考慮系統(tǒng)瓦斯氣的熱值問題。低硫的油氣組分如苯類罐區(qū)揮發(fā)的油氣可就近進(jìn)入加熱爐燃燒處置，即接入加熱爐鼓風(fēng)機(jī)入口或直接進(jìn)入加熱爐火嘴燃燒。罐區(qū)揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)收集焚燒治理工藝流程示意見圖1。

儲(chǔ)罐油氣排至罐組收集總管的控制可采用切斷閥控制方案或單呼閥方案，一般采用切斷閥方案，油氣進(jìn)油氣回收處理裝置前宜設(shè)分液罐。

當(dāng)油氣回收設(shè)施氧體積分?jǐn)?shù)不滿足要求時(shí)，由于該設(shè)施屬于有組織排放源，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮退守狀態(tài)。如中國(guó)石油化工股份有限公司旗下的某公司中間油品罐區(qū)罐頂氣采用密閉收集、經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)低壓瓦斯管網(wǎng)處理的方案[4]，在氧體積分?jǐn)?shù)不滿足要求時(shí)，將廢氣引入原用于治理減頂油罐和航煤加氫原料罐惡臭氣體的旋流降膜堿洗脫臭設(shè)施。中海石油寧波大榭石化有限公司(以下簡(jiǎn)稱寧波大榭)對(duì)儲(chǔ)罐油氣采用收集后作為配風(fēng)進(jìn)加熱爐焚燒的方案，在氧體積分?jǐn)?shù)不滿足要求時(shí)，采用活性炭吸附罐作為應(yīng)急處理設(shè)施，處理后的油氣排空，同時(shí)打開氮?dú)夥创甸y組(設(shè)置在分液罐)并打開油氣總管切斷閥[7]。

圖1 罐區(qū)VOCs治理工藝流程示意

2 壓力控制方案

2.1 增壓風(fēng)機(jī)壓力控制方案

當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力升至900 Pa時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)啟動(dòng)將油氣引入低壓瓦斯管網(wǎng)；當(dāng)增壓風(fēng)機(jī)入口壓力降至500 Pa時(shí)，增壓風(fēng)機(jī)停運(yùn)，油氣停止外送。由于操作負(fù)荷變化較大，增壓風(fēng)機(jī)的電機(jī)應(yīng)采用變頻調(diào)速裝置。

增壓風(fēng)機(jī)停機(jī)控制方案：①當(dāng)風(fēng)機(jī)入口氧體積分?jǐn)?shù)≥2%時(shí)；②當(dāng)風(fēng)機(jī)出口的壓力升至80 kPa時(shí)；③當(dāng)風(fēng)機(jī)出口溫度達(dá)90 ℃時(shí)；④其他事故狀態(tài)下。先風(fēng)機(jī)停運(yùn)，再關(guān)閉風(fēng)機(jī)出口切斷閥。

在油氣分液罐或增壓風(fēng)機(jī)前設(shè)置兩臺(tái)氧含量分析儀(二取二)且與風(fēng)機(jī)電機(jī)及風(fēng)機(jī)出口的切斷閥聯(lián)鎖，當(dāng)兩臺(tái)分析儀同時(shí)故障時(shí)，關(guān)閉風(fēng)機(jī)電機(jī)及風(fēng)機(jī)出口切斷閥，保證儲(chǔ)罐內(nèi)氧含量達(dá)標(biāo)和儲(chǔ)罐安全。

2.2 氮封閥壓力設(shè)定

根據(jù)已實(shí)施案例，中國(guó)石油化工股份有限公司旗下的長(zhǎng)嶺煉化分公司、天津分公司、洛陽(yáng)分公司氮封閥設(shè)定壓力如表1所示。

表1 氮封閥壓力設(shè)定

從表1可知，補(bǔ)氮壓力在0.2 kPa(或0.3 kPa)，停止補(bǔ)氮壓力在0.5 kPa(或0.4 kPa)。

2.3 呼吸閥壓力設(shè)定

儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力大致在-0.5～1.5 kPa或-0.5～2 kPa，部分企業(yè)呼吸閥壓力設(shè)定見表2。長(zhǎng)嶺分公司苯罐區(qū)設(shè)計(jì)壓力在2 kPa，其呼吸閥呼出壓力在1.375 kPa左右；天津分公司涉苯罐區(qū)設(shè)計(jì)壓力在1.5 kPa，其呼吸閥壓力在1.375 kPa，后由1.375 kPa調(diào)整為1.350 kPa。呼吸閥選用阻火呼吸閥，呼吸閥所帶阻火器選擇管端耐長(zhǎng)時(shí)間燃燒型。

表2 呼吸閥壓力設(shè)定

2.4 油氣支管壓力設(shè)定

根據(jù)已實(shí)施案例，部分企業(yè)油氣回收支管道設(shè)定壓力如表3所示。從表3可知：壓力高報(bào)值在1.1 kPa，低報(bào)值在0.9(0.6) kPa。

表3 油氣支管壓力設(shè)定

3 應(yīng)急安全措施

3.1 儲(chǔ)罐呼氣量計(jì)算

儲(chǔ)罐油氣呼出量參考《石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH/T 3007—2014)第5.1.6款規(guī)定的通氣管或呼吸閥的通氣量計(jì)算。

當(dāng)液體閃點(diǎn)(閉口)高于45 ℃時(shí)，應(yīng)按最大進(jìn)液量的1.07倍考慮；當(dāng)液體閃點(diǎn)(閉口)低于45 ℃時(shí)，應(yīng)按最大進(jìn)液量的2.14倍考慮；當(dāng)液體進(jìn)入采用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)的內(nèi)浮頂儲(chǔ)罐造成的罐內(nèi)氣體呼出時(shí)，應(yīng)按最大進(jìn)液量考慮；因大氣最大溫升導(dǎo)致罐內(nèi)氣體膨脹而呼出氣體時(shí)，按推薦值采用。

各儲(chǔ)罐油氣正常呼出量疊加原則，參考《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH 3009—2013)6.2.1款，罐區(qū)最大油氣呼出量按最大呼出量介質(zhì)儲(chǔ)罐與其余介質(zhì)儲(chǔ)罐油氣呼出量30%之和計(jì)算，且不小于兩種介質(zhì)儲(chǔ)罐油氣呼出量之和。

3.2 油氣管道氧體積分?jǐn)?shù)控制

SH 3009—2013的5.1.3款要求：氧體積分?jǐn)?shù)大于2%的可燃?xì)怏w不應(yīng)排入全廠可燃性氣體排放系統(tǒng)。氧體積分?jǐn)?shù)控制一般指標(biāo)設(shè)定為不超過2%。

根據(jù)《碼頭油氣回收設(shè)施建設(shè)技術(shù)規(guī)范》(JTS 196-12—2017)第4.3.3.5款，管道內(nèi)油氣含氧體積分?jǐn)?shù)高于6%時(shí)需報(bào)警，并同時(shí)開啟閥門補(bǔ)入惰性氣體。因此某石化企業(yè)氧體積分?jǐn)?shù)聯(lián)鎖值設(shè)定為6%，當(dāng)氧體積分?jǐn)?shù)超標(biāo)時(shí)聯(lián)鎖關(guān)閉罐區(qū)內(nèi)各儲(chǔ)罐油氣管線切斷閥，保證各儲(chǔ)罐不能連通，并關(guān)閉風(fēng)機(jī)及出口氣動(dòng)閥。

烷烴中氧氣的體積分?jǐn)?shù)下限為10%～11.7%、氫氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)下限為4%，按50%的安全余量原則，烷烴和氫氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)下限分別為5%和2%，對(duì)于石化火炬氣通常限定氧氣的體積分?jǐn)?shù)下限6%以下，氫氣中限定氧氣的體積分?jǐn)?shù)下限2%以下。因此建議以2%作為氧體積分?jǐn)?shù)上限的控制指標(biāo)。

3.3 油氣管道烴含量控制

如果罐區(qū)油氣回收由罐區(qū)油氣支管經(jīng)罐區(qū)油氣總管送入加熱爐鼓風(fēng)機(jī)的入口，與吸入口空氣混合進(jìn)入加熱爐燃燒。在鼓風(fēng)機(jī)的入口，總烴含量指標(biāo)是關(guān)鍵。油氣處理裝置進(jìn)口的油氣體積濃度按規(guī)定不得高于爆炸下限的25%。根據(jù)某煉油廠儲(chǔ)罐油氣回收送焚燒爐工藝的運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其油氣總管總烴體積分?jǐn)?shù)在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為1%～13%，均值為5%～8%。據(jù)報(bào)道，其油氣回收總管總烴體積分?jǐn)?shù)聯(lián)鎖值設(shè)定為15%，該值設(shè)置相對(duì)太高[7]。油氣回收總管總烴體積分?jǐn)?shù)控制在4.5%以下，如果超出4.5%，則啟動(dòng)聯(lián)鎖并用氮?dú)夥创礫8-9]。

3.4 其他安全措施

寧波大榭采用熱力焚燒工藝治理儲(chǔ)罐呼吸氣時(shí)，對(duì)裝置加熱爐或鼓風(fēng)機(jī)故障設(shè)置了聯(lián)鎖控制：聯(lián)鎖關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)入口控制閥，打開管網(wǎng)緊急放空線控制閥，并打開氮?dú)夥创甸y。此外，該公司在罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)及控制室設(shè)有一鍵緊急關(guān)斷按鈕，在緊急情況下可以一鍵關(guān)斷罐區(qū)油氣管線的啟動(dòng)切斷閥，關(guān)閉風(fēng)機(jī)機(jī)組。

4 結(jié)語(yǔ)

儲(chǔ)罐油氣收集后進(jìn)行回收或銷毀是VOCs治理的要求，采用儲(chǔ)罐油氣井收集后并入瓦斯管網(wǎng)或就近并入加熱爐，燃燒工藝相對(duì)簡(jiǎn)單易行、經(jīng)濟(jì)合理，文章對(duì)其相關(guān)的運(yùn)行案例進(jìn)行收集，對(duì)壓力設(shè)置方案和應(yīng)急安全措施進(jìn)行了優(yōu)化討論，有助于儲(chǔ)罐油氣收集后進(jìn)行熱力燃燒方案的完善。