氣囊式鶴管密封裝置在某原油裝車過程中的應(yīng)用

張帥，鄧海發(fā)，于示林，陳斌，蕭力夫

氣囊式鶴管密封裝置在某原油裝車過程中的應(yīng)用

張帥，鄧海發(fā)，于示林，陳斌，蕭力夫

（中海油節(jié)能環(huán)保服務(wù)有限公司， 天津 30045）

重點(diǎn)介紹了常用上裝鶴管的密封形式及各自形式優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合原油裝車的特點(diǎn)，以氣囊式鶴管密封裝置在某原油裝車過程中的應(yīng)用為例，通過對比分析改造前后罐車口的泄漏數(shù)據(jù)、治理設(shè)施進(jìn)出口非甲烷總烴濃度、VOCs減排量數(shù)據(jù)，說明了氣囊式鶴管密封裝置能夠達(dá)到良好的密封效果，極大改善現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，并為后端的VOCs治理裝置提供了保障，同時也提出了一些改進(jìn)和使用維護(hù)建議。

揮發(fā)性有機(jī)物； 鶴管； 氣囊式密封裝置； 密閉裝車

近年來，隨著國家政策、法律法規(guī)的調(diào)整和修改，特別是隨著《環(huán)保法》、《大氣污染防治法》等一系列法律法規(guī)的修訂，排污企業(yè)肩負(fù)的責(zé)任越來越大，環(huán)境合規(guī)管理也成為企業(yè)在開展各項活動過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的任務(wù)。同時碳達(dá)峰、碳中和工作已經(jīng)列為我國2021年經(jīng)濟(jì)工作八項重點(diǎn)任務(wù)之一[1]，并納入我國生態(tài)文明建設(shè)整體布局，生態(tài)文明建設(shè)和環(huán)境治理成為我國發(fā)展的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，國家要實現(xiàn)2035年生態(tài)環(huán)境根本好轉(zhuǎn)的目標(biāo)，各級政府必將依照各項環(huán)保法規(guī)加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)管，政府執(zhí)法力度將進(jìn)一步加大。揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）已成為“十四五”城市空氣質(zhì)量考核新指標(biāo)，依照生態(tài)環(huán)境部頒布的《關(guān)于加快解決當(dāng)前揮發(fā)性有機(jī)物治理突出問題的通知》要求，國家對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的重視程度又上升了一個新臺階，各個地方和企業(yè)都在不斷地加大對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的管控力度。特別是石化行業(yè)中對VOCs排放量影響較大的有機(jī)液體儲存與調(diào)和過程中VOCs揮發(fā)損失、有機(jī)液體裝載過程中VOCs揮發(fā)損失、廢水集輸、儲存、處理處置過程中VOCs逸散、設(shè)備動靜密封點(diǎn)泄漏造成的VOCs損失這四大源項的管控日趨嚴(yán)格。本文在這里重點(diǎn)討論的是有機(jī)液體裝載過程中VOCs揮發(fā)損失這一源項中的汽車裝車過程氣體收集控制措施。

1 常用上裝鶴管密封形式

揮發(fā)性有機(jī)液體裝載過程中VOCs揮發(fā)是指物料在裝載過程中，汽車、火車或船舶（包括輪船和駁船）內(nèi)的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）氣體被裝載物料置換時所產(chǎn)生的排放。根據(jù)物料運(yùn)輸和裝載方式不同，可分為汽車裝載過程、火車裝載過程和船舶裝載過程。無論采用哪種裝載運(yùn)輸方式，裝載過程中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）氣體收集控制的主要措施是密封裝置，它決定著裝車過程的密閉效果，更關(guān)系著油氣回收系統(tǒng)或VOCs治理系統(tǒng)的運(yùn)行效果。目前國內(nèi)汽車裝車發(fā)油過程氣體收集控制的主要措施是鶴管密封裝置，上裝鶴管[2]主要有旋臂式和桁架式，下裝鶴管主要是旋臂式；火車裝車發(fā)油過程氣體收集控制的主要措施是采用桁架式上裝鶴管及密封裝置，船舶裝船過程中氣體收集控制的主要措施是輸氣臂。

常用上裝鶴管的密封形式有平面密封、錐形密封、專用密封、鎖緊式密封和氣囊式密封5大類。上裝鶴管平面密封是利用自身重力壓緊進(jìn)行密封或利用氣缸進(jìn)行壓緊密封，它的密封面是在罐車口凸緣，該密封型式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是該密封型式會受到人孔蓋鉸軸等附件的阻礙而無法完全密封且密封不能隨槽罐車沉降自動調(diào)節(jié)從而造成油氣溢出。上裝鶴管錐形密封也是利用自身重力壓緊進(jìn)行密封或利用氣缸進(jìn)行壓緊密封，它的密封面是在罐車口內(nèi)沿，該密封型式的優(yōu)點(diǎn)是適用罐口的范圍寬，并可以使用氣缸輔助壓緊，密封性較好，缺點(diǎn)是該密封型式的密封也不能隨槽罐車沉降自動調(diào)節(jié)從而造成油氣溢出。上裝鶴管專用密封是根據(jù)罐口尺寸特定設(shè)計加工而成，壓緊方式采用專用快開接頭，該密封型式的優(yōu)點(diǎn)是密封面密封性較好，缺點(diǎn)是罐口適用范圍窄，需對汽車槽罐車口進(jìn)行改造，投資較高。上裝鶴管鎖緊式密封是利用氣缸鎖舌機(jī)構(gòu)進(jìn)行壓緊密封，密封面在罐車口凸緣，該密封裝置能夠隨罐車自身高度變化調(diào)整，既保證了高效的密封性能，又有效解決了罐車自身高度變化對密封面壓緊力干擾的關(guān)鍵問題[3]，缺點(diǎn)是投資費(fèi)用較高且罐口只能在一定范圍內(nèi)適用。上裝鶴管氣囊式密封是采用氣囊充氣膨脹進(jìn)行壓緊密封，密封面在罐車口內(nèi)壁，該密封形式的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、密封效果好、使用方便且罐口適用范圍較寬，缺點(diǎn)是氣囊容易破損、老化， 嚴(yán)重影響密封的使用壽命，后期維護(hù)成本偏高。

綜上，各種上裝鶴管密封形式都有一定的適應(yīng)性和局限性，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)嚴(yán)峻的環(huán)保形勢和越來越嚴(yán)格的減排要求，建議企業(yè)在進(jìn)行選型時，可從物料特性、上裝鶴管密封壓緊方式、槽罐車罐口規(guī)格尺寸、密封性能、投資及維護(hù)成本等方面綜合考慮擇優(yōu)選擇。同時因鶴管設(shè)計并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各廠家密封裝置不能兼容，密封裝置設(shè)備互換性底，這也是今后需要進(jìn)一步解決和改進(jìn)的方向[4]。

2 原油裝車的特點(diǎn)

原油是一種具有特殊氣味的黏稠性油狀液體，是烷烴、環(huán)烷烴、 芳香烴和烯烴等多種液態(tài)烴的混合物，相對其他輕質(zhì)油具有密度大、黏度高、凝固點(diǎn)高的特點(diǎn)，因此原油在管道輸送或裝車過程中需加熱裝車，對輸送溫度和裝載溫度要求較高。正是由于原油的這些特性，使得原油裝車[5]不能像汽油、液化氣等輕質(zhì)油或液體化工品裝車一樣采用汽車底部裝車鶴管及氣相平衡技術(shù)來實現(xiàn)密閉裝車，雖然采用汽車底部裝車鶴管及氣相平衡技術(shù)既可以有效地回收揮發(fā)性有機(jī)物，又可以保證裝車安全，但該技術(shù)對像類似原油這種物質(zhì)特性的裝車過程揮發(fā)VOCs氣體收集卻不太適用。這一類主要有原油、瀝青等重質(zhì)油以及液體硫磺等，因此針對這一類的化工品的收集密閉方式還有待進(jìn)一步的研究。同時，因不同企業(yè)所采用的罐車型號不同，罐車車口尺寸不統(tǒng)一，罐車口上的附件設(shè)施（如單呼閥、人孔蓋鉸軸等）位置設(shè)置不規(guī)則，導(dǎo)致實現(xiàn)原油密閉裝車對鶴管密封選型要求較高。

3 實例與應(yīng)用

某企業(yè)原有4個原油裝車鶴位，裝載方式為上裝浸沒式汽車裝車，裝載原油時采用的社會車輛罐車型號不統(tǒng)一，罐車口尺寸不一致，鶴管密封形式為錐形密封，密閉性不好且沒有油氣收集回路，揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）直排大氣，現(xiàn)場氣味較大且不符合環(huán)保要求。該企業(yè)在2019年對原油裝車鶴管進(jìn)行升級改造并增加治理設(shè)施[6]，主要治理思路是通過對原油裝車鶴管進(jìn)行改造，采用氣囊式鶴管密封裝置保證原油裝車時能夠密閉收集揮發(fā)出的氣體，通過收集管道將氣體引至治理設(shè)備進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放[7]，其中治理設(shè)備主要工藝為冷凝吸附工藝[8]和催化氧化工藝[9]，通過兩級組合治理工藝來實現(xiàn)對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的治理。

裝車時密封氣囊通過氮?dú)膺M(jìn)行充氣，氣囊逐漸漲開并最終將罐車口緊密包裹，密封面較好的貼合在罐車帽口內(nèi)壁實現(xiàn)密閉裝車[10]，極大的降低現(xiàn)場揮發(fā)性有機(jī)物排放，并有效地確保揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的收集，進(jìn)而為后段VOCs治理提供穩(wěn)定氣源保障。

3.1 密閉效果分析

改造之前，采用揮發(fā)性有毒氣體檢測儀（TVA2020C）設(shè)備在錐型密封的罐車口進(jìn)行揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）泄漏檢測，因泄漏量較大導(dǎo)致?lián)]發(fā)性有毒氣體檢測儀（TVA2020C）經(jīng)常爆表，無法正常測出實際數(shù)據(jù)。經(jīng)采用氣袋取樣后送入實驗室進(jìn)行分析，測得平均濃度約為3.815×105mg·m-3。改造后，采用揮發(fā)性有毒氣體檢測儀（TVA2020C）設(shè)備對氣囊式密封操車口進(jìn)行檢測，泄漏檢測值均不高于500μmol·mol-1，滿足《石油煉制企業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015）及《石油化學(xué)企業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571—2015）中關(guān)于泄漏的認(rèn)定限值。該企業(yè)自使用氣囊式密閉裝車鶴管后，密封效果良好，現(xiàn)場油氣濃度大大降低，極大地改善了現(xiàn)場工作環(huán)境，有效地解決了該廠鶴管裝車過程中揮發(fā)性有機(jī)物氣體逸散排放的問題。

3.2 治理效果分析

對揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）治理裝置進(jìn)出口同時進(jìn)行取樣分析，測定非甲烷總烴濃度見表1。

表1 治理裝置進(jìn)出口濃度

由檢測結(jié)果可知：揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）進(jìn)口質(zhì)量濃度最大值為800 g·m-3，經(jīng)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）治理裝置處理后，排放的氣體中非甲烷烴類最大值為45.6 mg·m-3，低于《石油煉制企業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31570—2015）要求的80 mg·m-3，治理效果明顯。

3.3 減排量計算

依據(jù)《石化行業(yè)VOCs核算方法》關(guān)于有機(jī)液體裝載揮發(fā)損失中VOCs產(chǎn)生量計算方式，該企業(yè)按原油年周轉(zhuǎn)量為220 000 t·a-1，原油裝載溫度按40 ℃計，經(jīng)核算，改造前有機(jī)液體裝載揮發(fā)損失這一源項造成的VOCs氣體排放量約為28.8 t·a-1，改造后有機(jī)液體裝載揮發(fā)損失這一源項造成的VOCs氣體排放量約為2.88 t·a-1，減排效果明顯。

4 使用維護(hù)建議

雖然氣囊式鶴管密封裝置在密封性能和罐口適用性方面有一定的優(yōu)勢，但氣囊易老化、易破損的缺點(diǎn)也不容忽視[11]。該企業(yè)原油裝車過程中氣囊磨損較高，經(jīng)分析主要原因如下:

1)氣囊材質(zhì)為導(dǎo)靜電丁腈橡膠，在高溫下長期工作容易老化。該企業(yè)裝車時原油裝車溫度約為50 ℃左右，氣囊在此溫度下長期受熱，會造成橡膠老化，承壓能力降低，縮短氣囊使用壽命。

2)汽車車口頸高較小，基本在20 mm左右，使氣囊無法充分利用膨脹，易造成過度膨脹脫離限位筒。

3)現(xiàn)場存在操作不規(guī)范現(xiàn)象，操作不當(dāng)會使氣囊受到嚴(yán)重?fù)p傷甚至損。

為提高氣囊的使用壽命，可以從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)：

1)對氣囊材料進(jìn)行改良，選用耐油性、耐曲撓性、耐熱老化性、耐臭氧性的氯醇膠提高氣囊的高溫使用壽命。

2)在滿足工藝要求的情況下盡量降低原油的裝車溫度，使氣囊的工作溫度降低，提高氣囊的使用壽命。

3)制作安裝支腿加高件，加高支撐腿高度50 mm，使氣囊膨脹最大處接近罐車頸高處，充分利用膨脹，避免過度膨脹脫離支撐筒。

4)控制裝車速度，防止氣囊過度憋壓漲破氣囊。

5)規(guī)范操作，操作人員嚴(yán)格按操作規(guī)程操作鶴管及密封裝置，及時調(diào)整氣囊供氣壓力，避免因操作不當(dāng)損壞氣囊。

通過上述改進(jìn)，在后續(xù)實際使用過程中，氣囊破損率高這一現(xiàn)象有較大的改善。

5 結(jié)束語

氣囊式鶴管密封裝置能夠達(dá)到良好的密封效果，該密封裝置對于上裝汽車罐車罐口適應(yīng)能力強(qiáng)，同時克服了裝車過程中鶴管受外力或震動、罐車沉降等情況對密封裝置的影響。原油裝車過程揮發(fā)性有機(jī)物氣體收集的關(guān)鍵是選擇鶴管密封型式，保證原油裝車過程中的密閉性將成為各企業(yè)考慮的首要條件。作為企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對罐車的管理，建議采用統(tǒng)一規(guī)格型號罐車，從而幫助企業(yè)做出更好的選擇；作為設(shè)備生產(chǎn)廠家和科研人員，可以從鶴管密封裝置兼容性、互換性方向進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。各企業(yè)應(yīng)結(jié)合自身情況綜合考慮，真正做到密閉裝車，高效收集原油裝車過程中揮發(fā)性有機(jī)物氣體。

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［5］李立平.原油密閉裝卸工藝的思考[J].化工管理,2018(11):189．

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Application of Bladder-type Sealed Loading Arm Device in the Crude Oil Loading Process

（CNOOC Energy Conservation and Environmental Protection Service Co., Ltd., Tianjin 300456, China）

Several common seal forms of top-loading arm were introduced as well as their advantages and disadvantages. Combined the characteristics of crude oil loading, taking the applications of bladder-type sealed loading arm device in the process of crude oil loading as a case, the leakage data of tank vehicle outlet before and after the transformation were compared and analyzed, as well as the concentration of non-methane hydrocarbon at treatment facilities inlet and outlet, emission reduction data of volatile organic compounds (VOCs). The results illustrated that the bladder-type sealed loading arm device had more reliable sealing and improved the operation environment, providing a guarantee for the back-end VOCs treatment units. Finally, some improvement and maintenance suggestions for top-loading arm development were put forward.

Volatile organic compounds (VOCs); Loading arm; Bladder-type sealing; Sealed loading

2021-12-02

張帥（1987-），男，河南省南陽市人，工程師，碩士，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）安全技術(shù)及工程專業(yè)，長期從事?lián)]發(fā)性有機(jī)物污染防治技術(shù)研究工作。

TE832

A

1004-0935（2022）03-0358-04