提高加油站油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定性的思考和建議

王金余

中國石化銷售股份有限公司上海石油分公司

0 引言

近些年來，隨著我國機(jī)動(dòng)車保有量的快速增長，汽油等汽車燃料的年消費(fèi)量也不斷增高。汽油油氣是典型的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs），是造成光化學(xué)污染的主要原因之一，在光照作用下很容易與NOx等反應(yīng)形成臭氧。此外，加油站等工作場所油氣揮發(fā)不僅容易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，而且會(huì)造成油氣資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。因此，我國于2007年頒布了《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20952-2007）。全國各地陸續(xù)開展了加油站汽油卸油及加油環(huán)節(jié)的油氣回收技術(shù)改造工作，分別稱為“一次油氣回收和二次油氣回收”，油氣污染治理取得了較好的成效。2020年我國對上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂，發(fā)布了《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20952-2020），與2007年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)相比，新標(biāo)準(zhǔn)增加了“對油氣回收系統(tǒng)檢查維護(hù)和大氣污染物排放相關(guān)指標(biāo)監(jiān)測”的要求，表明了我國對加油站油氣污染治理工作已轉(zhuǎn)移到對油氣污染治理設(shè)施正常運(yùn)行、維護(hù)的日常監(jiān)督與檢查方面。

為了進(jìn)一步提高治理效果，保證加油站油氣治理設(shè)施正常運(yùn)行，截至2020年上海地區(qū)汽油銷售量2 000 t以上的加油站已陸續(xù)安裝了油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)用后表明，在線監(jiān)測可以直觀地監(jiān)控汽油槍加注油品過程中氣液比、油罐壓力與溫度等性能指標(biāo)是否正常，大幅減輕了加油站人員日常維保工作量，保證了加油過程中逸散油氣的高效回收。

1 油氣回收與在線監(jiān)測系統(tǒng)

加油站油氣回收系統(tǒng)主要由卸油油氣回收系統(tǒng)、汽油密閉儲(chǔ)存、加油油氣回收系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)的主要作用是將汽油在卸油、加油環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的油氣，通過回氣管道密閉收集回收到油罐車或埋地油罐中，從而實(shí)現(xiàn)控制油氣超標(biāo)排放的目標(biāo)。

在線監(jiān)測系統(tǒng)是指“在線監(jiān)測加油油氣回收過程中的氣液比以及油氣回收系統(tǒng)的密閉性是否正常的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可提醒操作人員采取相應(yīng)的措施，并能記錄、儲(chǔ)存、處理和傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)?！盵1]

2 國內(nèi)外在線監(jiān)測系統(tǒng)推廣簡介

美國是最早開展油氣污染治理，也是油氣回收技術(shù)最先進(jìn)的國家之一。從20世紀(jì)40年代起，美國的石油公司和環(huán)保部門已經(jīng)開始采取措施來降低油品的蒸發(fā)損耗。1975年美國政府要求加強(qiáng)汽車加油過程中油氣散溢管控，計(jì)劃在全美空氣品質(zhì)最差的地區(qū)采用加油油氣回收技術(shù)作為控制油氣逸散的策略措施。但美國加州環(huán)保部門在推行加油油氣回收技術(shù)過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有加油站的油氣回收裝置只是將油氣混合物回收到儲(chǔ)油罐中，但仍然可以通過油罐呼吸閥排到大氣中，油氣回收裝置的有效率，油氣回收系統(tǒng)有90%出現(xiàn)泄漏，油氣回收系統(tǒng)故障率為4．8%～47．4%，加州地區(qū)有相當(dāng)一部分加油站油氣回收系統(tǒng)處在低于認(rèn)證效率的狀況工作，對周圍大氣環(huán)境仍構(gòu)成污染。因此，在2001年，美國加州空氣資源委員會(huì)推出了“強(qiáng)化油氣回收法令”，該法令對汽油卸油環(huán)節(jié)、加油環(huán)節(jié)的油氣回收效率作了更嚴(yán)格的要求，同時(shí)該法令要求“年加油量大于60萬加侖（約1 700 t)的加油站必須安裝站內(nèi)監(jiān)測診斷系統(tǒng)”[2]。

歐盟對油氣回收排放的控制始于20世紀(jì)80年代。歐盟對加油站油氣回收系統(tǒng)在線監(jiān)控要求是從2007年開始的，要求加裝有加油油氣回收系統(tǒng)的加油站要同步建設(shè)在線監(jiān)控系統(tǒng)。

我國對加油站油氣污染治理主要始于2007年。2007年國家環(huán)保總局批準(zhǔn)發(fā)布了《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，明確了加油站在油罐車卸油、加油過程中的油氣控制工藝與排放標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，北京、廣東、上海等地方政府陸續(xù)下發(fā)通知，全面啟動(dòng)了加油站油氣污染治理工作。2017年，北京、上海地區(qū)開始了油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝啟動(dòng)工作。截至2020年，上海地區(qū)汽油年銷售量2 000 t以上的加油站已完成了在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝、上線工作。

3 在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成與功能

在線監(jiān)測系統(tǒng)通常由三大模塊組成，主要包含傳感器、數(shù)據(jù)采集器、站內(nèi)監(jiān)控平臺(tái)（見圖1）。

圖1 油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

3.1 傳感器

主要包括油氣流量傳感器、壓力傳感器、油氣濃度傳感器、溫度傳感器等。

1）油氣流量傳感器。安裝在加油機(jī)真空泵油氣回收管路上，用于檢測加油時(shí)汽油油氣體積回收量的儀器。

2）壓力傳感器。安裝在汽油罐通氣管上，檢測油罐內(nèi)氣體空間壓力，判斷油罐密閉性是否合格的儀器；以及安裝在油氣回收管線末端，用于測量液阻是否合格的儀器。

3）油氣濃度傳感器。安裝在卸油口、油罐操作井等部位，檢測上述部位設(shè)備設(shè)施是否有油氣滲漏的儀器。

4）溫度傳感器。安裝在汽油罐通氣管上，檢測周邊環(huán)境溫度和油罐內(nèi)油氣溫度的儀器。

3.2 數(shù)據(jù)采集器

用于采集各類傳感器信號(hào)及加油脈沖信號(hào)，并將收集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為相關(guān)數(shù)據(jù)后，傳送給加油站監(jiān)控平臺(tái)。

3.3 站內(nèi)監(jiān)控平臺(tái)

用于監(jiān)測、顯示整個(gè)油氣回收系統(tǒng)工作情況的主機(jī)，安裝于加油站室內(nèi)?？梢灾庇^地顯示并查詢各汽油油槍氣液比數(shù)據(jù)、油罐密閉性數(shù)據(jù)及油氣回收管線液阻數(shù)據(jù)等。

3.4 系統(tǒng)總體功能

系統(tǒng)能檢測、計(jì)算、分析加油過程中汽油加油槍油氣回收量、加油量，實(shí)現(xiàn)汽油加油槍氣液比監(jiān)控；顯示油氣回收系統(tǒng)氣體空間壓力，具備油氣回收系統(tǒng)密閉性等指標(biāo)的監(jiān)控功能；具備監(jiān)測汽油油罐車卸油過程以及日常作業(yè)過程中，卸油口油氣排放濃度是否超標(biāo)功能；具備管線液阻監(jiān)控等擴(kuò)展功能。當(dāng)氣液比、油罐氣體空間壓力、油氣濃度超標(biāo)時(shí)，能按要求發(fā)出預(yù)警、報(bào)警信號(hào)。站內(nèi)監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)能顯示當(dāng)前及歷史油氣回收系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)、表格或圖形，并存儲(chǔ)和打印一段時(shí)間內(nèi)所要求的全部監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

4 安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)后的節(jié)能減排意義

安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)后能實(shí)時(shí)判斷加油站油氣回收裝置運(yùn)行狀態(tài)是否正常。根據(jù)美國環(huán)保署在2000年左右的調(diào)查結(jié)果，美國的加油站油氣回收裝置的正常工作狀態(tài)僅在60%左右，而安裝油氣回收在線監(jiān)測系統(tǒng)后，能在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)提醒加油站工作人員采取相應(yīng)的維保措施，從而提高油氣回收裝置的有效性，運(yùn)行效率可提升到95%以上。

根據(jù)《中國加油站VOC排放污染現(xiàn)狀及控制》文獻(xiàn)中提到的VOC排放因子數(shù)值，未安裝油氣回收裝置的加油站，汽柴油的排放系數(shù)平均值為“汽油4．95 kg/t、柴油0．075 kg/t”，其中加油過程的排放系數(shù)平均值為“汽油2．49 kg/t、柴油0．048 kg/t”[3]。

結(jié)合上述裝置完好率及排放系數(shù)平均值，以某加油站年銷售汽油量7 000 t計(jì)，如該站未安裝在線監(jiān)測裝置，其加油油氣回收裝置有效率僅60%，安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)后，裝置有效率將提升到95%。計(jì)算數(shù)值如下：

通過以上計(jì)算，安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)促進(jìn)裝置運(yùn)行有效率提升后，該加油站每年在加油過程中可減少VOC排放量6．1 t。以每噸汽油進(jìn)貨成本7 000元計(jì)，年節(jié)約成本4萬余元。

5 系統(tǒng)運(yùn)行中存在的主要問題與解決措施

從近年來加油站在線監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)警、報(bào)警情況來看，系統(tǒng)對于油罐內(nèi)氣體壓力、油氣濃度的預(yù)警均比較準(zhǔn)確，有助于設(shè)備維保人員及時(shí)判斷、處理油氣回收系統(tǒng)中密閉性存在的故障，如機(jī)械呼吸閥損壞、卸油口或計(jì)量口管線閥門沒有關(guān)緊等。

但在油槍氣液比數(shù)值預(yù)警方面，由于影響油氣回氣量的因素較多，往往需要仔細(xì)排查原因。

從目前在線監(jiān)測系統(tǒng)氣液比預(yù)警后，排查出的故障類型看，主要有五方面原因。

5.1 油氣流量計(jì)的安裝位置不同導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤差

安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，由于某型號(hào)加油機(jī)內(nèi)部空間較小，安裝人員將油氣流量計(jì)安裝在油氣回收真空泵上口進(jìn)氣端，由于該真空泵回氣總管連接了兩把加油槍，在兩把加油槍重疊工作時(shí)，由于真空泵上口真空度較大，且由于油槍出油瞬間，流速要經(jīng)過從慢到快的過程，加油結(jié)束以后，氣液比數(shù)值經(jīng)常出現(xiàn)偏大預(yù)警情況。經(jīng)在線監(jiān)測系統(tǒng)廠家人員與油氣回收檢測機(jī)構(gòu)多次比對氣液比數(shù)值后，確認(rèn)在線監(jiān)測系統(tǒng)的氣液比采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)了誤差。

加油站安裝的是分散式油氣回收系統(tǒng)，原則每把槍上應(yīng)安裝一臺(tái)油氣流量計(jì)，確實(shí)因加油機(jī)內(nèi)部空間影響的，可以將共用一臺(tái)真空泵的多把油槍匯合起來，共用一臺(tái)油氣流量計(jì)，測算氣液比時(shí)，應(yīng)將多把槍回收的氣體體積與加出的油品體積進(jìn)行匯總后計(jì)算。無論是單槍單臺(tái)油氣流量計(jì)還是多槍共用一臺(tái)油氣流量計(jì)，在安裝時(shí)盡量把油氣流量計(jì)安裝在真空泵出口端，避免啟動(dòng)時(shí)由于真空度過大造成影響。由于安裝位置影響只能安裝在真空泵進(jìn)口端時(shí)，擬在數(shù)據(jù)采集器上對油氣流量計(jì)設(shè)置修正值，修正值大小應(yīng)請第三方專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)協(xié)助確定。

5.2 采集器系統(tǒng)不兼容導(dǎo)致氣液比數(shù)據(jù)出錯(cuò)

部分加油站安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)后，發(fā)現(xiàn)站級(jí)平臺(tái)監(jiān)控器上部分汽油槍數(shù)據(jù)為灰色，顯示“通信故障”，且對應(yīng)油槍氣液比數(shù)值顯示為“無數(shù)據(jù)”，維保人員檢修后發(fā)現(xiàn)該型號(hào)氣液比數(shù)據(jù)采集器與加油機(jī)計(jì)量器上脈沖發(fā)生器數(shù)據(jù)不兼容，經(jīng)重新調(diào)試后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

5.3 油品膠質(zhì)堵塞油氣流量計(jì)過濾網(wǎng)導(dǎo)致數(shù)值出現(xiàn)偏差

由于油品中含有微量膠質(zhì)成分，油氣流量計(jì)長時(shí)間運(yùn)行后，其過濾網(wǎng)會(huì)被膠質(zhì)成分堵塞造成回氣量減少，引起氣液比數(shù)值偏小。某加油站在查看站級(jí)平臺(tái)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩把汽油槍在線監(jiān)測系統(tǒng)上顯示氣液比數(shù)值偏小，站內(nèi)人員檢查后發(fā)現(xiàn)真空泵溫度較高，經(jīng)清洗真空泵濾網(wǎng)后，數(shù)值仍未恢復(fù)正常。加油機(jī)廠家與在線監(jiān)測系統(tǒng)維護(hù)人員共同檢查后發(fā)現(xiàn)，油氣流量計(jì)濾網(wǎng)被堵塞，造成數(shù)據(jù)采集器氣體體積數(shù)據(jù)采集量減少。

加油站安裝的油氣流量計(jì)精度較高，如果不在油氣流量計(jì)前安裝過濾器，油氣液化之后，油品中的膠質(zhì)會(huì)黏結(jié)在流量計(jì)內(nèi)部，長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，會(huì)導(dǎo)致油氣流量計(jì)卡住或出現(xiàn)流量計(jì)轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)偏慢情況，影響氣體體積數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。安裝過濾器后，維保人員應(yīng)定期清洗真空泵與油氣流量計(jì)過濾器，避免膠質(zhì)積聚，引起回氣量數(shù)值出現(xiàn)偏差。

5.4 數(shù)據(jù)采集器未設(shè)置修正值導(dǎo)致氣液比數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差

部分加油站安裝系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)行一段時(shí)間后，站級(jí)平臺(tái)監(jiān)控器上氣液比數(shù)值出現(xiàn)偏小預(yù)警情況。維保人員及第三方檢測機(jī)構(gòu)通過專業(yè)儀器人工檢測后，顯示氣液比數(shù)值均在正常范圍之內(nèi)，后經(jīng)深入排查，主要原因在于人工比對用的第三方檢測機(jī)構(gòu)的專業(yè)儀器比較靈敏，在加油結(jié)束真空泵停止運(yùn)行2 min之內(nèi)，回氣管內(nèi)仍有油氣緩慢進(jìn)入檢測儀器，檢測儀器仍在收集并讀取氣體體積數(shù)據(jù)，此時(shí)氣液比數(shù)值顯示為合格。而在線監(jiān)測系統(tǒng)在真空泵停止運(yùn)行后，由于進(jìn)氣壓力不足以推動(dòng)油氣流量計(jì)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致在線監(jiān)測系統(tǒng)采集器收集的氣體體積數(shù)值偏小，此時(shí)產(chǎn)生了數(shù)值誤差。經(jīng)專業(yè)人員對數(shù)據(jù)采集器設(shè)置了氣體體積修正值以后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

第三方檢測機(jī)構(gòu)的檢測氣液比的儀器為專業(yè)儀器，且經(jīng)過國家專業(yè)機(jī)構(gòu)檢測。設(shè)置采集器修正值時(shí)應(yīng)以第三方檢測機(jī)構(gòu)檢測值作為參考依據(jù)。每次加油結(jié)束后，專業(yè)儀器收集的氣體體積值約在0．05～0．15L之間，可以取其平均數(shù)作為修正值，輸入到數(shù)據(jù)采集器中對體積進(jìn)行修正,減少數(shù)據(jù)誤差。

5.5 人員操作不當(dāng)引起氣液比數(shù)值超標(biāo)

日常加油過程中，操作人員不當(dāng)操作也會(huì)引起氣液比數(shù)值超標(biāo)。如部分工作人員啟動(dòng)加油機(jī)時(shí)習(xí)慣用油槍槍管挑起加油機(jī)開關(guān)把，易造成油槍中回氣管路密封圈損壞，導(dǎo)致氣路進(jìn)油。使用長膠管的加油站，加油結(jié)束后，員工沒有及時(shí)盤好加油膠管，導(dǎo)致膠管被車輛碾壓引起回氣管路變形，造成進(jìn)氣量減少。

作業(yè)人員在啟動(dòng)加油機(jī)加油時(shí)不要用槍管挑起開關(guān)把；加油結(jié)束后，盡量將膠管盤好掛在加油機(jī)面板掛鉤上；日常工作中要定期檢查集氣罩、真空泵、閥門是否完好，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)報(bào)修。

6 小結(jié)

加油站油氣蒸發(fā)是VOC排放的重要來源之一，油氣回收裝置的安裝使用是控制油氣排放的有效手段，而在線監(jiān)測系統(tǒng)是有效監(jiān)控加油站油氣回收裝置氣液比、密閉性、油氣濃度等性能指標(biāo)是否正常的信息化管理手段，系統(tǒng)各點(diǎn)位傳感器的預(yù)警、報(bào)警，可以為加油站工作人員和設(shè)備設(shè)施維保人員精準(zhǔn)開展設(shè)備檢修提供便利，保障了加油站油氣污染治理設(shè)施的維修及時(shí)性。

在線監(jiān)測系統(tǒng)的推廣應(yīng)用可以大幅降低加油站油品蒸發(fā)損耗，提高加油站節(jié)能降耗管理水平。以上海地區(qū)為例，該地區(qū)加油站年汽油銷售量一般在400萬t左右，在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用后，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施油氣逸散點(diǎn)，精準(zhǔn)開展設(shè)備設(shè)施維修，為此可使上海地區(qū)加油站每年VOC排放量降低約3 500 t，年節(jié)約成本約2 400萬元。

在線監(jiān)測系統(tǒng)與政府生態(tài)環(huán)境部門聯(lián)網(wǎng)后，為環(huán)保監(jiān)督管理部門日常監(jiān)管帶來了極大的方便。通過平臺(tái)上預(yù)警、報(bào)警數(shù)據(jù)，環(huán)保監(jiān)管部門可以直觀地看到加油站油氣回收裝置日常運(yùn)行中存在的問題，為精準(zhǔn)執(zhí)法提供了依據(jù)。同時(shí)，通過一段時(shí)間的大數(shù)據(jù)分析后，環(huán)保監(jiān)管部門可以更好地為企業(yè)油氣回收裝置的升級(jí)改造提供參考數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。