某数据中心应急柴油发电机组柴油储罐废气的环境影响评价方法

(中冶南方工程技术有限公司 能源环境与经济评价中心，武汉 430074)

0 引 言

随着近年来金融业的高速发展，其对信息存储和处理能力的要求越来越高。金融业的各种服务都依赖于对信息的管理和分析。数据中心作为支持信息化应用的平台，将扮演越来越重要的角色。电力供应是数据中心服务器正常运行的基础保障，数据中心一旦出现供电故障，数据丢失引发的后果将是灾难性的。因此，应急电源系统是数据中心不可或缺的重要设备之一。柴油发电机系统是数据中心广泛采用的应急电源。在市政断电的突发事件时，数据中心的UPS或高压直流后备蓄电池进入放电模式，保持服务器供电的连续性。与此同时，数据中心配置的柴油发电机组迅速启动、完成并机，向数据中心提供电力保障。因此，数据中心前期设计规划过程中，应根据数据中心外市电引入容量，配置柴油发电机组作为灾备应急供电保障。柴油储罐是确保柴油发电机组功能正常运行的关键设施，由于柴油储罐一般设置于地下，且储油量较大，其对地下水环境影响重大。

文中计算了柴油储罐大小呼吸废气产生源强，在此基础上根据大气新导则分析了其对外环境的污染影响，并重点分析了该类项目环境影响评价中的核心问题——地下水污染防治措施，为该类项目及与柴油储罐有关项目的环境影响评价工作提供了科学指导和依据。

1 实例项目概况

某数据中心建设项目，新建8栋机房大楼，设高压柴油发电机组作为应急电源，设计容量均按N+1配置，共设置72台1 800 kW的柴油发电机。正常供电时数据中心内每座高配的两路高压电源各承担约1/2负荷。当其中一路电源失去时，通过设置在高压系统的母联开关的自动切换装置，将失电负载转移到另外一路电源，此时运行电源承担本高配约100%负荷。当每座高配的两路电源均失电后，柴油发电机自启动，发电机并机成功后，向变电所两段10 kV母线供电。常用电源和应急电源间设自动切换装置，常用电源失电后，切换装置自动切换(先分后合)，常用电源和应急电源不并列运行。应急电源(蓄电池)后备时间单边15分钟，此时间是为了保证在柴油发电机启动期间，相关关键设备的正常运行。柴油发电机启动时间及与两路10 kV电源切换时间小于120秒。

根据设计，单台1 800 kW的柴油发电机柴油耗量为0.525 m3/h，则满足单台发电机8小时连续运行要求的年总用油量为3.57 kg(4.2 m3)，数据中心发电机8小时连续运行要求的年总用油量为257 040 kg(302.4 m3)。项目共设8个50 m3柴油储罐，装量系数为0.9。柴油储罐采用固定顶储罐，柴油罐尺寸为∅2.82×8 m，储存介质为轻柴油，密度为850 kg/m3。

2 柴油储罐大小呼吸废气

柴油储罐大小呼吸：夜晚或暴雨天气等使罐区储罐温度下降，罐内气体收缩，油气凝结，罐内压力随之下降，当压力降到呼吸阀允许真空值时，空气进入罐内，使气体空间的油气浓度降低，又为温度升高后油气蒸发创造条件。这样反复循环，就形成了油罐的“小呼吸”损失。当从油罐输出油料时，罐内液体体积减少，罐内气体压力降低，当压力降至呼吸阀负压极限时，吸进空气。这种由于输转油料致使油罐排除油蒸气和吸入空气所导致的损失叫“大呼吸”损失。文中根据美国公式[1]计算柴油储罐大小呼吸废气。

①储罐大呼吸废气

项目柴油储罐大呼吸废气可由下式估算：

LW=4.188×10-7×M×P×KN×KC

式中，LW为固定顶罐的工作损失(kg/m3投入量)；M为储罐内蒸气的分子量，取92.14；P为在大量液体状态下，真实的蒸气压力(Pa)，取12 300 Pa；KN为周转因子(无量纲)，取值按年周转次数(K)确定；K≤36，KN=1；36220，KN=0.26；KC为产品因子(石油原油KC取0.65，其他的有机液体取1.0)。

项目设置有8台双层卧式钢制50 m3地下油罐，装量系数0.9，则平均每个地下油罐进油1次。因此项目大呼吸废气计算公式里储油罐的年周转次数计为1次，项目每年柴油投入量为302.4 m3。在公式计算基础上，根据项目罐型、罐容和存储油品性质计算出储罐大呼吸排放的非甲烷总烃为143.34 kg/a。

项目在柴油槽车卸车时采用带气相回收管的底部卸车鹤管。在卸车过程中，槽车内的液相柴油通过液相管路自流至柴油地下储罐，柴油地下储罐内的气相介质通过气相管路返回至槽车内。卸油时油气回收的回收效率为95%，则项目大呼吸废气排放量为7.167 kg/a。

②储罐小呼吸废气

项目单个储罐小呼吸可以用以下公式计算：

LB=0.191×M(P/(100910-P))0.68×

D1.73×H0.51×ΔT0.45×FP×C×KC

式中，LB为固定顶罐的呼吸排放量(kg/a)；M为储罐内蒸气的分子量；P为在大量液体状态下，真实的蒸气压力(Pa)；D为罐的直径(m)，取2.82；H为平均蒸气空间高度(m)，项目为卧式储罐，根据装量系数、罐体尺寸计算项目柴油储罐平均蒸气空间高度约为0.3 m；ΔT为一天之内的平均温度差(℃)，由于项目采用的柴油储罐为地下式，约为地下1.5 m深的位置，平均温度差很小，取8 ℃；FP为涂层因子(无量纲)，根据油漆状况取值在1～1.5之间；C为用于小直径罐的调节因子(无量纲)；直径在0～9 m之间的罐体，C=1-0.0123(D-9)2；罐径大于9 m的C=1；KC为产品因子(石油原油KC取0.65，其他的有机液体取1.0)。

项目单个柴油储罐小呼吸废气产生量为27.423 kg/a，项目共有8台双层卧式钢制50 m3地下油罐，则储罐小呼吸排放的非甲烷总烃为219.384 kg/a。

因此，通过上述方法计算出的数据中心柴油储罐大小呼吸排放的非甲烷总烃总量为226.551 kg/a。

3 环境影响预测分析

采取《环境影响评价技术导则大气环境》(HJ2.2-2018)[2]中推荐的估算模式对柴油储罐大小呼吸废气的环境影响进行预测计算，项目排放的废气污染物非甲烷总烃在其污染源下风向的预测最大浓度为13.992 μg/m3，占标率为0.7%，浓度贡献值均非常小。

项目柴油储罐采用油气回收系统，根据项目实际情况，主要为密闭卸油阶段。密闭卸油是指项目柴油储罐区在油罐车卸油时采用卸油油气回收系统，将油罐车与地下储油罐采用输油管及油气回收管道连接成密闭系统，将地下储油罐装料产生的油气通过油气回收管道回收至油罐车中，其油气回收率可达95%，可减少大呼吸油气排放量。

项目储油罐采用地埋式双层油罐，罐体密闭性较好，顶部有1.5 m的覆土，周围回填的沙子和细土厚度也不小于0.3 m，因此储油罐罐室内气温比较稳定，受大气环境稳定影响较小，可减少油罐小呼吸蒸发损耗，延缓油品变质[3]。

根据工程分析，采取双层地下储罐、卸油油气回收系统等措施后，项目柴油储罐大小呼吸排放的非甲烷总烃总量为226.551 kg/a。由于油气产生量很小，通过加强储油区的通风、保持地面开阔等措施加速油气的扩散，项目油罐大小呼吸对周边大气环境影响轻微。

4 地下水污染防治措施

4.1 地下水污染预防措施

参照环保部《关于加快推进加油站地下油罐防渗改造工作的通知》(环办水体函[2017]1860号)及《加油站地下水污染防治技术指南(试行)》的有关规定，项目柴油储罐应符合《汽车加油加气站设计与施工规范》(GB 50156)的要求，设置时可进行自行检查，检查内容见《加油站地下水污染防治技术指南(试行)》[4]的附录D。

4.2 双层罐设置

采用双层钢制油罐、双层玻璃纤维增强塑料油罐、内钢外玻璃纤维增强塑料双层油罐。双层钢制油罐和内钢外玻璃纤维增强塑料双层油罐的内层罐的罐体结构设计，可按现行行业标准《钢制常压储罐第一部分：储存对水有污染的易燃和不易燃液体的埋地卧式圆筒形单层和双层储罐》(AQ 3020)的有关规定执行，并应符合《汽车加油加气站设计与施工规范》(GB 50156)的其他规定。

与土壤接触的钢制油罐外表面，其防腐设计应符合现行行业标准《石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范》(SH 3022)的有关规定，且防腐等级不应低于加强级。双层油罐系统的渗漏检测可参考《双层罐渗漏检测系统》(GB/T30040)中的渗漏检测方法。

在储油罐内设置液位计，此液位计具有高液位报警功能，确保不会因为加油过多而造成油品外溢而对地下水和土壤造成污染。

埋地钢质工艺管道外表面的防腐设计符合国家现行标准《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范》(SH/T3022-2011)的有关规定，并采用加强级的防腐绝缘保护层。

4.3 地下水日常监测

项目建设单位需要开展渗漏检测，设置常规地下水监测井，开展地下水常规监测。参照《加油站地下水污染防治技术指南(试行)》的有关规定，项目处于地下水饮用水水源保护区和补给径流区外，可设一个地下水监测井。

污染源监测点：地下水监测井应设在埋地油罐区地下水流向的下游，在保证安全的情况下，尽可能靠近埋地油罐。根据建设提供的岩土工程勘察报告中各勘探点的地下稳定水位，项目地块地下水流场流向为由东向西，因此地下水监测井设在储罐区西侧。地下水监测井结构采用一孔成井工艺。设计需结合当地水文地质条件，并充分考虑区域10年内地下水位变幅，滤水管长度和设置位置应覆盖水位变幅。监测井设置的其他要求可参照《场地环境监测技术导则》(HJ/T 25.2)执行。

监测指标及频率：

①定性监测。可通过肉眼观察、使用测油膏、便携式气体监测仪等其他快速方法判定地下水监测井中是否存在油品污染，定性监测每周一次。

②定量监测。若定性监测发现地下水存在油品污染，立即启动定量监测；若定性监测未发现问题，则每季度监测1次。具体监测指标为萘、苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间(对)二甲苯、甲基叔丁基醚。

4.4 应急响应

若发现油品泄漏，需启动环境预警和开展应急响应。应急响应措施主要有油品阻隔和泄漏油品回收。在1天内向环境保护主管部门报告，在5个工作日内提供项目的初始环境报告，包括责任人的名称和电话号码，泄漏物的类型、体积和地下水污染物浓度，采取应急响应措施。

5 结束语

随着备用柴油发电机组越来越多应用于金融业及对电力供应要求严格的行业，配套的柴油储罐作为确保柴油发电机组功能正常运行的关键设施也一并考虑在项目前期设计规划过程中。由于场地限制、厂区美观等原因，柴油储罐一般设置于地下，对地下水及土壤环境影响重大。因此，在项目环境影响评价中不仅要关注柴油储罐大小呼吸废气对大气环境的影响，更要重点关注地下水污染预防措施的合理性和可行性，以降低事故状态下柴油储罐泄漏对周边地下水及土壤环境的影响。