罐區(qū)油氣回收系統(tǒng)控制方案設(shè)計

張曉靜

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

在石化產(chǎn)品的生產(chǎn)制造及使用過程中會產(chǎn)生大量的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)，隨之使得大氣中顆粒物和臭氧的濃度得以增加，導(dǎo)致灰霾等大氣污染問題頻頻發(fā)生。因此，2014年12月5日，環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》，該方案指出： 全面開展石化行業(yè)VOCs綜合整治，大幅減少石化行業(yè)VOCs排放，促進(jìn)環(huán)境空氣質(zhì)量改善。嚴(yán)格控制工藝廢氣排放、生產(chǎn)設(shè)備密封點泄漏、儲罐和裝卸過程揮發(fā)損失等環(huán)節(jié)及非正常工況排污。通過實施工藝改進(jìn)、生產(chǎn)環(huán)節(jié)密閉性改造、設(shè)備泄漏檢測與修復(fù)(LDAR)、罐型和裝卸方式改進(jìn)等措施，從源頭減少VOCs的泄漏排放；對具有回收價值的工藝廢氣、儲罐揮發(fā)氣和裝卸廢氣進(jìn)行回收利用；對難以回收利用的廢氣按照相關(guān)要求處理。

按要求，到2017年，全國石化行業(yè)需基本完成VOCs綜合整治工作，建成VOCs監(jiān)測監(jiān)控體系，滿足國家及地方的達(dá)標(biāo)排放和環(huán)境質(zhì)量要求。根據(jù)GB 31571—2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，油氣中污染物的排放指標(biāo)需滿足表1的規(guī)定。

表1 污染物排放指標(biāo)

該方案同時還指出： 揮發(fā)性有機(jī)液體儲存設(shè)施應(yīng)在符合安全等相關(guān)規(guī)范的前提下，采用壓力罐、低溫罐、高效密封的浮頂罐或安裝頂空聯(lián)通置換油氣回收裝置的拱頂罐，其中苯、甲苯、二甲苯等危險化學(xué)品應(yīng)在內(nèi)浮頂罐基礎(chǔ)上安裝油氣回收裝置等處理設(shè)施。

本文中煉油廠芳烴中間罐區(qū)T-551/552/553/554均采用內(nèi)浮頂?shù)墓绊敼?，主要存儲苯、甲苯、二甲苯，均為有毒的有機(jī)化合物，苯為劇毒致癌物質(zhì)，甲苯的毒性主要影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，二甲苯的毒性主要表現(xiàn)為腎、生殖和神經(jīng)毒性[1]。由于苯、甲苯、二甲苯易揮發(fā)，毒性大，因此揮發(fā)到空氣中不僅污染空氣，也對現(xiàn)場操作人員的健康危害極大，帶來很大的安全隱患。此外，芳烴類產(chǎn)品的大量揮發(fā)也會造成能源浪費，造成經(jīng)濟(jì)損失[2]。因此，按照環(huán)保部要求需要增加油氣回收設(shè)施。1套完整的油氣回收系統(tǒng)包括油氣收集系統(tǒng)和油氣回收系統(tǒng)兩部分[3]，下面分別從兩部分詳細(xì)介紹。

1 油氣回收工藝流程簡介

1.1 油氣收集部分流程簡介

芳烴聯(lián)合裝置中間罐區(qū)現(xiàn)有4座5×103m3內(nèi)浮頂罐，設(shè)有氮封裝置，存儲介質(zhì)為苯、甲苯、二甲苯。當(dāng)芳烴介質(zhì)由罐內(nèi)外送時，儲罐呼吸閥啟動，雖然有內(nèi)浮盤，但因介質(zhì)的特殊性液面處仍然是氣液兩相共存[4]。隨著罐內(nèi)介質(zhì)外送，罐內(nèi)液面蒸氣壓因罐內(nèi)氣液體積比加大而降低，介質(zhì)蒸發(fā)量加大。儲罐內(nèi)的苯類液體表面一直存在著氣體揮發(fā)，一旦氣溫變化或有介質(zhì)外送等情況，會出現(xiàn)芳烴類氣體揮發(fā)量加大，罐上部氣體空間壓力加大，超出罐頂部呼吸閥的開啟正壓時，芳烴氣體就排出罐外。本文正是探討回收這部分氣體。

為進(jìn)行油氣收集，在4座儲罐罐頂透光口處，增設(shè)管嘴及單向呼吸閥，開啟壓力為500 Pa；各儲罐VOCs氣相支線靠近儲罐位置設(shè)置防爆轟型阻火器，阻火器兩端設(shè)置切斷閥和金屬軟管[5]；為了保持壓力平衡，避免單一儲罐進(jìn)料壓力升高而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)頻繁啟停和儲罐壓力震蕩的情況[6]，油氣支管匯入油氣聯(lián)通管道，聯(lián)通管設(shè)置氣動切斷閥。4座儲罐的罐頂油氣收集匯總后進(jìn)入油氣分液罐。氣動切斷閥UV-01/02/03/04選型均為氣動開關(guān)球閥，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)。罐區(qū)油氣收集流程如圖1所示。

圖1 油氣收集流程示意

1.2 油氣回收部分流程簡介

油氣回收部分新增1臺油氣分液罐(V-501)，2臺液環(huán)鼓風(fēng)機(jī)(K-556A/B，各配1臺變頻器)，1臺污油泵(111-P-555)及其配套設(shè)施。

自罐區(qū)來的混合油氣首先進(jìn)入油氣分液罐進(jìn)行油氣分離，液態(tài)油分離到分液罐底部，經(jīng)污油泵送入附近污油管線；頂部油氣經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送入低壓廢氣管網(wǎng)；當(dāng)氧氣含量高時，油氣通過罐頂放空閥UV-11排入吸附罐(D-01)，吸附罐內(nèi)采用活性炭進(jìn)行吸附，對苯及其他烴類吸附效率達(dá)99.5%以上，吸附后再排入大氣中[7]。分液罐配備氮氣保護(hù)系統(tǒng)，氮氣來自廠區(qū)氮氣管網(wǎng)。

考慮到回收油氣需要避免氧氣進(jìn)入，以免達(dá)到爆炸極限發(fā)生閃爆，油氣分液罐氣相設(shè)置2臺氧含量在線監(jiān)測儀表AT-11/12，監(jiān)控分液罐上部氧氣濃度，同時在液環(huán)鼓風(fēng)機(jī)出口總管(油氣去低壓管網(wǎng)總線)上也要設(shè)置1臺氧含量在線監(jiān)測儀表AT-13。3臺氧分析儀與分液罐頂放空閥(UV-11)、氮氣線控制閥(UV-17)、分液罐入口閥(UV-12)、風(fēng)機(jī)(K-556A/B)及風(fēng)機(jī)出口閥(XV-14/15)、油氣至低壓管網(wǎng)總線切斷閥進(jìn)行聯(lián)鎖，以確保油氣輸送的安全性。油氣回收流程如圖2所示。

2 控制方案設(shè)計

2.1 油氣總線壓力控制方案設(shè)計

罐區(qū)油氣匯總后，總管管線進(jìn)油氣分液罐的管線上新增1臺壓力變送器(PT-16)和1臺氣動切斷閥(UV-12)，當(dāng)檢測壓力升到1.3 kPa時開UV-12閥，油氣進(jìn)入油氣分液罐，當(dāng)壓力降到0.3 kPa時關(guān)UV-12閥，并觸發(fā)油氣回收裝置停運。油氣總線壓力控制邏輯如圖3所示。

圖3所示邏輯中，關(guān)閉UV-12閥的條件有三個： DCS或現(xiàn)場操作柱一鍵切斷關(guān)閥；3臺氧分析儀中任意1臺檢測值不小于2%；進(jìn)油氣分液罐總管壓力不大于0.3 kPa。打開UV-12閥的條件有兩個： DCS遠(yuǎn)程手動復(fù)位；進(jìn)油氣分液罐總管壓力不小于1.3 kPa。

2.2 氧含量分析的控制方案設(shè)計

油氣分液罐氣相處設(shè)置2臺氧含量分析儀AT-11/12，在液環(huán)鼓風(fēng)機(jī)出口總管上設(shè)置1臺氧含量分析儀AT-13，當(dāng)3臺中任1臺測得氧體積分?jǐn)?shù)超過2%時，聯(lián)鎖打開油氣分液罐放空閥和氮氣線控制閥，關(guān)閉油氣分液罐入口處閥，停風(fēng)機(jī)K-556A/B，并關(guān)閉火炬線的氣動切斷閥。氧含量分析控制邏輯如圖4所示。

圖4所示邏輯中，關(guān)閉UV-11閥和UV-17閥的條件有2個： DCS或現(xiàn)場操作柱一鍵操作緊急停泵關(guān)閥；DCS遠(yuǎn)程手動復(fù)位(聯(lián)鎖發(fā)生時不允許手動復(fù)位關(guān)閥)。打開UV-11閥和UV-17閥的條件是： 3臺氧分析儀中任意1臺的檢測值不小于2%。

圖2 油氣回收流程示意

圖3 油氣總線壓力控制邏輯示意

圖4 氧含量分析控制邏輯示意

2.3 油氣分液罐頂壓力控制方案設(shè)計

油氣分液罐頂設(shè)置1臺放空閥和1臺壓力變送器PT-11，在油氣中氧含量正常的前提下，當(dāng)壓力升高至1.3 kPa時，風(fēng)機(jī)K-556A/B調(diào)至額定頻率；壓力降到0.6 kPa時，風(fēng)機(jī)頻率調(diào)至30%；壓力低于0.3 kPa時，風(fēng)機(jī)停運，并關(guān)閉UV-13閥。分液罐頂壓力控制邏輯如圖5所示。

圖5 油氣分液罐頂壓力控制邏輯示意

圖5所示邏輯中，停風(fēng)機(jī)K-556A/B并同時關(guān)出口電動閥XV-14和XV-15的條件有6個： DCS或現(xiàn)場操作柱一鍵操作緊急停泵關(guān)閥；3臺氧分析儀中任意1臺檢測值不小于2%；油氣分液罐壓力低于0.3 kPa；風(fēng)機(jī)出口總管壓力高于0.2 MPa；風(fēng)機(jī)出口總管溫度高于90 ℃；DCS手動停風(fēng)機(jī)。為安全起見，聯(lián)鎖發(fā)生后經(jīng)操作人員手動復(fù)位后才可現(xiàn)場啟泵。

2.4 油氣去低壓廢氣管網(wǎng)總管控制方案設(shè)計

2臺風(fēng)機(jī)出口管線匯合的總管上安裝1臺一體化溫度變送器(TT-14)，1臺智能壓力變送器(PT-14)，1臺氣動切斷閥(UV-13)，1臺氧含量分析儀AT-13。當(dāng)PT-14示值大于200 kPa或TT-14示值大于90 ℃，則2臺風(fēng)機(jī)都停運，并關(guān)閉XV-14閥和XV-15閥。

2.5 分液罐液位控制方案設(shè)計

V-501罐罐底污油抽出線接污油泵P-555入口，泵出口設(shè)置1臺電動開關(guān)閥(XV-16)。罐體下部液相部分設(shè)置雙法蘭液位差壓變送器(LT-11)監(jiān)測液位，液位低于10%時聯(lián)鎖停P-555泵并關(guān)閉泵出口XV-16閥，液位高于85%時聯(lián)鎖啟泵P-555并打開泵出口XV-16閥。

3 安全方案設(shè)計

1)油氣回收系統(tǒng)急停設(shè)置。在風(fēng)機(jī)K-556A/B附近安裝防爆操作柱一個，操作柱上安裝現(xiàn)場急停按鈕，在控制室設(shè)置該系統(tǒng)一鍵切斷按鈕，當(dāng)有火災(zāi)報警或其他緊急情況出現(xiàn)時，現(xiàn)場和中控室都可一鍵切斷油氣回收系統(tǒng)所有閥門、風(fēng)機(jī)和污油泵。

2)可燃/有毒氣體檢測器設(shè)置。設(shè)置9臺可燃/有毒氣體檢測器，其中1臺可燃(甲苯/二甲苯)氣體檢測器，另8臺有毒(苯)氣體檢測器，并在液環(huán)鼓風(fēng)機(jī)附近安裝現(xiàn)場聲光報警器1個，當(dāng)任一臺檢測器高高報警時，現(xiàn)場聲光報警器動作。

3)氧含量分析儀設(shè)置。氧含量分析儀常見種類有磁氧分析儀和激光氧分析儀，磁氧分析儀價格相對便宜，但需考慮排放和放空；激光分析儀價格相對貴，但測量不受水分和一些氣體濃度的影響，采用原位安裝省掉了采樣和預(yù)處理過程，更加的方便簡潔，精度更高。由于該芳烴罐區(qū)油氣回收介質(zhì)中含苯，無法進(jìn)行密閉排放，因此選擇激光氧分析儀。

4)開關(guān)閥設(shè)置。共設(shè)置了7臺氣動開關(guān)球閥，3臺電動閘閥。4個儲罐油氣收集支管、混合油氣進(jìn)分液罐管線、分液罐頂放空線、油氣進(jìn)低壓廢氣管網(wǎng)管線設(shè)置氣動球閥，共4臺。1臺污油泵和2臺風(fēng)機(jī)出口管線各設(shè)置1臺電動開關(guān)閘閥。

5)控制系統(tǒng)。罐區(qū)原有儀表信號已接入DCS中，本次新增儀表信號利用原系統(tǒng)，使用原卡件備用通道或增加新卡件進(jìn)行擴(kuò)容。該項目新增的壓力變送器、氣動開關(guān)閥信號、雙法蘭液位變送器、氧含量分析儀、溫度變送器、泵的狀態(tài)、啟泵停泵信號和風(fēng)機(jī)的故障、運行、頻率指示、頻率調(diào)節(jié)信號全部接入芳烴聯(lián)合裝置現(xiàn)有的DCS中，通過組態(tài)實現(xiàn)油氣回收系統(tǒng)的控制。

4 結(jié)束語

回收設(shè)施運行經(jīng)濟(jì)效益較小，可根據(jù)情況間斷運行，達(dá)到既能減少環(huán)境污染，又能降低運行費用的目的[8]；油氣回收系統(tǒng)作為儲運罐區(qū)的附屬設(shè)施，要求減少或不需人員操作[9]，以減少人工成本。本文所設(shè)計的系統(tǒng)實現(xiàn)了油氣回收的自動控制，投用至今運行穩(wěn)定，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)運行又降低成本的目的。

該油氣回收系統(tǒng)控制方案在DCS中組態(tài)實現(xiàn)邏輯控制，實現(xiàn)了油氣回收系統(tǒng)的生產(chǎn)操作和要求，減少了污染廢氣的排放，提高了污油的利用率和回收率；減少了有毒污染物的排放，降低了對環(huán)境的污染，滿足了國家環(huán)保部門達(dá)標(biāo)排放量的要求。