重污油儲罐尾氣治理技術(shù)改造的應(yīng)用與探討

王 鑫

（遼寧省石油化工規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

在重污油儲罐運(yùn)營過程中，因?yàn)橛袡C(jī)氣體的揮發(fā)，大多會排放出各種混合氣體，若是在設(shè)計(jì)中并未設(shè)置專門處理措施而直接向大氣中排放，不但會浪費(fèi)有效的成分資源，還會在一定程度上污染環(huán)境，極有可能引發(fā)安全問題。油氣回收技術(shù)就是利用獨(dú)特的工藝基礎(chǔ)，合理處理各種有害氣體，回收利用其中存在的有效成本，并且發(fā)揮凈化排放氣體的作用，避免環(huán)境污染問題。所以，深入研究重污油儲罐尾氣治理技術(shù)改造方案非常有必要。

1 石油化工行業(yè)油氣回收現(xiàn)狀概述

近年來，因?yàn)榭諝馕廴締栴}導(dǎo)致很多地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)霧霾，相關(guān)人員越來越重視大氣污染防控工作[1]。對于石油化工企業(yè)油氣處理設(shè)備排放揮發(fā)性有機(jī)化合物的問題，相關(guān)部門出具了越來越嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和控制指標(biāo)。通過分析相關(guān)指標(biāo)變化情況可知，相關(guān)企業(yè)尾氣排放方面的要求越來越嚴(yán)格，而傳統(tǒng)油氣回收裝置在工程配置、工藝流程等方面因素的影響下，大多已經(jīng)無法達(dá)到相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。出于保護(hù)環(huán)境的目的，國家發(fā)改委、環(huán)保部等部門出臺了《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染防治工作方案》，在方案中指出應(yīng)從多方面優(yōu)化回收治理油氣的工作。在此情況下升級與改造油氣回收裝置勢在必行[2]。

在油氣回收方面，各化工企業(yè)通常采用的方法包含：冷凝法、吸附法、吸收法、膜分離法這4 種及這4 種方法的組合方式等。油氣處理主要采用燃燒法、氧化法、等離子體法等，燃燒法分為直接燃燒、動力燃燒或蓄熱燃燒；氧化法分為催化氧化、蓄熱氧化等；等離子體法分為低溫等離子、高溫等離子體等。不同的尤其處理技術(shù)處理油氣的原理不同，這些方法優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)各不相同，但是對于現(xiàn)行排放控制標(biāo)準(zhǔn)來說，僅單純使用單一技術(shù)很難滿足相關(guān)要求[3]。

2 重污油儲罐尾氣治理技術(shù)改造技術(shù)應(yīng)用

2.1 基本情況

某化工廠內(nèi)七號罐區(qū)有正處于生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的重污油罐3 臺，均為拱頂罐，在其運(yùn)行過程中會產(chǎn)生重污油和焦化污油尾氣。污油掃線采用220～250 ℃、1.3 MPa 低壓過熱蒸汽。使用蒸汽吹掃管線和設(shè)備內(nèi)存在的重污油后，經(jīng)過污油管線運(yùn)輸?shù)街匚塾凸迌?nèi)。由于在開展蒸汽掃線時(shí)儲罐和管道內(nèi)介質(zhì)會擁有越來越高的溫度，會提升污油中輕組分揮發(fā)量，在罐頂通氣孔中會排放出大量含有惡臭的油氣，將在很大程度上污染附近大氣環(huán)境[4]。而且，在進(jìn)入罐體后由于掃線出現(xiàn)的蒸汽和污油會達(dá)到110～120 ℃的溫度，明顯比設(shè)計(jì)溫度90 ℃更高，若是長期在此種溫度下運(yùn)行儲罐很可能出現(xiàn)安全事故。

2.2 尾氣治理技術(shù)改造方案

2.2.1 確定尾氣回收處理方法

通過上文分析可知，現(xiàn)在油氣回收主要采用冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法這4 種及這4 種方法的組合方式，油氣處理主要采用燃燒法、氧化法、等離子體法等。冷凝法的油氣回收原理是低溫制冷油氣置換，油氣回收率在95%以上，吸收法的油氣回收原理主要是吸收劑對油氣的吸附和解吸，油氣回收率在90%以上，吸附法的油氣回收原理主要是活性炭對油氣的吸附和解吸，油氣回收率在98%以上，膜分離法回收油氣的原理主要是溶解擴(kuò)散原理，利用膜對油氣和空氣的選擇性分離，油氣回收率在98%以上；氧化法分為催化氧化、蓄熱氧化等，催化氧化原理主要是通過高能紫外線使有機(jī)物化學(xué)鍵開環(huán)和斷裂等多種反應(yīng)，降解轉(zhuǎn)變成二氧化碳、水等低分子化合物。目前油氣回收處理工作中大多會使用膜分離法、冷凝法、催化氧化法、吸附法、回收法等方法，但是若僅使用單一的方法很難達(dá)到理想的油氣回收處理效果，化工企業(yè)需有機(jī)結(jié)合各種方法，在充分發(fā)揮優(yōu)勢的情況下彌補(bǔ)不足[5]。針對該化工廠內(nèi)七號罐區(qū)的尾氣處理實(shí)際情況，在充分考慮重污油罐區(qū)物料入罐溫度、掃線油氣所含組分的情況下，以企業(yè)發(fā)展目標(biāo)、生產(chǎn)特點(diǎn)、工藝技術(shù)為依據(jù)，綜合決定使用“催化氧化+低溫柴油吸收+堿液脫硫+冷凝分液”的方法回收處理重污油罐尾氣。

2.2.2 尾氣回收處理工藝流程

利用污油管線將焦化裝置掃線的重污油運(yùn)送到重污油冷卻器，在循環(huán)水的影響下降低其溫度，在將其溫度控制的80 ℃以下時(shí)在輸送到重污油罐。當(dāng)某臺重污油罐接收到滿足設(shè)定高壓值條件的油氣壓力和掃線蒸汽時(shí)，將會立即開啟空冷器風(fēng)機(jī)、尾氣管線開關(guān)閥以及油氣引風(fēng)機(jī)，抽出重污油罐內(nèi)的油氣和蒸汽，空冷器將會再次對他們進(jìn)行散熱降溫處理，之后運(yùn)輸?shù)接蜌夥忠汗蓿划?dāng)罐頂壓力值在設(shè)定低壓值以下時(shí)，將會同時(shí)關(guān)閉空冷器風(fēng)機(jī)、尾氣管線開關(guān)閥以及油氣引風(fēng)機(jī)，抽氣終止[6]。在分液罐罐頂設(shè)置了根據(jù)壓力聯(lián)鎖控制的開關(guān)閥，超壓開啟閥門，經(jīng)過氣相管線輸出不凝油氣到達(dá)尾氣處理裝置內(nèi)處理；在分液罐壓力低于罐頂設(shè)置的壓力時(shí)，將會關(guān)閉開關(guān)閥，尾氣也不會繼續(xù)輸送向尾管。在重污油罐頂尾氣管線上需要加設(shè)啟動開關(guān)閥和壓力變送器，并連鎖控制空冷器、開關(guān)閥、油氣引風(fēng)機(jī)、壓力信號等。

本次改造的重污油罐尾氣處理主要以現(xiàn)有油品罐為其回收處理裝置為依托。此套裝置使用的是撬裝設(shè)備和“低溫柴油吸收+堿液脫硫、脫硫均催化氧化法”處理技術(shù)。通過分析尾氣回收裝置在工作中的實(shí)際情況可知，該套尾氣回收處理裝置的富裕能力為700 m3·h-1，當(dāng)3 臺污油罐為處理量均為200 m3·h-1時(shí)可滿足要求。另外，尾氣回收裝置在前期建設(shè)工作中已預(yù)留接頭，現(xiàn)場根據(jù)規(guī)范要求連接預(yù)留尾氣總管和新增尾氣支管即可，從而有效回收與處理重污油罐尾氣[7]。

2.2.3 工藝設(shè)備技術(shù)改造

1）重污油罐改造方案。在每臺重污油儲罐中都增設(shè)了氮封系統(tǒng)、罐頂引出尾氣管道以及緊急泄壓人孔、呼吸閥、阻火器等安全裝置，并且使用了雷達(dá)液位計(jì)替代了原本的鋼帶液位計(jì)，在新增的罐頂尾氣管道上安裝了啟動開關(guān)閥和壓力變送器，借此有效檢測儲罐油氣液位以及壓力等情況，能夠?yàn)閮x表連鎖控制和長距離傳送信號提供方便。改造重污油罐實(shí)際情況如表1 所示。

表1 改造重污油罐實(shí)際情況

2）合理選擇新增設(shè)備類型。想要將裝置降低掃線過程中進(jìn)罐蒸汽和污油的溫度，在相關(guān)介質(zhì)進(jìn)入罐前應(yīng)使用1 臺重污油冷卻器進(jìn)行處理，在生產(chǎn)循環(huán)水的作用下降低溫度，保證進(jìn)入污油罐內(nèi)的蒸汽和污油約80 ℃溫度，保證相關(guān)介質(zhì)的溫度始終處于設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)。因?yàn)橹匚塾偷姆悬c(diǎn)較高，且存在較小揮發(fā)性，在罐頂尾氣中大部分為掃線蒸汽，同時(shí)存在少量油氣，在原有基礎(chǔ)上加設(shè)1 套油氣冷凝分液措施，其主要作用就是完成油氣和蒸汽的冷凝與分液處理，之后向尾氣處理裝置中輸送不凝油氣，經(jīng)過污油泵重新將凝液污油輸送到重污油罐[8]。表2 為主要的新增設(shè)備。

表2 主要新增設(shè)備

3）增設(shè)儲罐安全附件。第一，阻火器。選擇阻爆轟型、管端、保證其擁有2 h 以上耐燒時(shí)間。使用的阻火器必須具有阻火試驗(yàn)測試詳細(xì)數(shù)據(jù)和相關(guān)部門的認(rèn)定證書[9]。為了降低相關(guān)設(shè)備維修難度，優(yōu)先選擇能夠拆卸的阻火元件，即使在使用過程中出現(xiàn)了堵塞情況，也能直接通過拆卸進(jìn)行更換和清洗。第二，呼吸閥。選擇全天候防凍阻火型單吸閥和單呼閥，在確定呼吸量參數(shù)時(shí)應(yīng)以相關(guān)流量要求為依據(jù)，根據(jù)儲罐設(shè)計(jì)壓力梯級明確管徑和壓力值，必須控制低于10%的超壓比值、85%以上回座壓力定壓值，借助API2000 標(biāo)準(zhǔn)確定泄漏量和執(zhí)行相關(guān)試驗(yàn)。第三，緊急泄壓人孔：出于避免儲罐產(chǎn)生超壓緊急情況的目的，所有儲罐頂都應(yīng)設(shè)置緊急泄壓人孔，當(dāng)出現(xiàn)比設(shè)計(jì)限值更高的壓力時(shí)，其能夠?qū)崟r(shí)完成罐內(nèi)壓力泄放。在實(shí)際操作中，化工企業(yè)應(yīng)在充分考慮儲罐設(shè)計(jì)承壓能力和容積的情況下確定緊急泄壓人孔的公稱直徑、呼出壓力以及最大流量。第四，安全閥。在各種壓力容器特種設(shè)備中安全閥扮演著重要角色，其可以為設(shè)備安全運(yùn)行提供有效保障[10]。在新增的分液罐中配備了安全閥，當(dāng)出現(xiàn)超出設(shè)定泄放壓力的罐內(nèi)壓力時(shí)，安全閥能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行動作，確保不會由于分液罐壓力過高而發(fā)生安全事故。

2.2.4 加設(shè)儲罐氮封系統(tǒng)

該廠3 臺重污油罐硫化物含量均處于較高水平，且并不存在氮封系統(tǒng)，在此次技術(shù)改造中加設(shè)氮封設(shè)施也屬于非常重要的內(nèi)容。增加氮封后在大多情況下罐內(nèi)能夠保持100～200 Pa 壓力，當(dāng)壓力達(dá)到500 Pa 以上時(shí)，氮封閥將關(guān)閉，氮?dú)夤?yīng)也將終止；當(dāng)壓力處于200 Pa 以內(nèi)時(shí)，氮封閥開啟，氮?dú)鈱⑤斔偷焦迌?nèi)。

2.2.5 系統(tǒng)壓力控制方案

在充分考慮各方面實(shí)際情況后，最終確定了如表3 所示的系統(tǒng)壓力控制方案。

表3 系統(tǒng)壓力控制方案 kPa

3 結(jié)語

綜上所述，尾氣治理技術(shù)改造在運(yùn)行過程中具有非常重要的作用。在完成施工工作后，試運(yùn)行了該重污油罐尾氣回收系統(tǒng)，證明其可滿足各項(xiàng)工藝指標(biāo)，尾氣在經(jīng)過處理后可達(dá)到排放要求，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。