加油站二次油气回收气液比波动问题的分析及对策

腾天骄

〔中国石化河北石油分公司 河北石家庄 050021〕

汽油是多种碳氢化合物的混合物，其中的烃类组分具有较强的挥发性，在汽油挥发过程中产生的VOCs(挥发性有机化合物)与大气中的二氧化硫、氮氧化物发生光化学反应形成光化学烟雾，这是造成雾霾的重要原因之一。为降低汽油储存、运输、销售环节的大气污染，我国于2007年左右开始在全国施行成品油库、运输车辆及加油站的油气回收改造工作，相继出台了《GB20950—2007 储油库大气污染物排放标准》、《GB20951—2007 汽油运输大气污染物排放标准》、《GB20952—2007 加油站大气污染物排放标准》等系列国家及地方标准、规章，对油气回收系统的改造、安装、使用及检测进行指导与约束。

1 国家标准对油气回收系统检测指标的相关要求

加油站油气回收系统由卸油油气回收系统(一次回收)、加油油气回收系统(二次回收)、油气排放处理装置(三次回收)、在线监测系统构成。按照《加油站大气污染物排放标准》要求每年对油气回收管线液阻、油气回收系统密闭性、油气回收系统气液比进行一次检测。同时，按照地方政府环保监管部门的要求，部分加油站安装了油气排放处理装置和在线监测系统，每年需要对处理装置的油气排放浓度检测、在线监测系统校验一次。

1.1 气液比

气液比(A/L)是指加油时通过二次回收设备收集的油气体积与同时加入油箱内的汽油体积的比值。气液比是反映二次回收系统是否能够有效收集挥发油气的关键指标。《加油站大气污染物排放标准》规定，二次回收系统气液比均应在大于等于1.0和小于等于1.2范围内。在线监测系统对气液比要求超出0.9 ～1.3范围(即超标10 %)进行轻度警告，若连续7 d处于轻度警告状态应报警；超出0.6～1.5范围(即超标40 %)时进行重度警告，若连续24 h处于重度警告状态应报警。

1.2 液阻

液阻是指油气回收管线因温度、压力等条件变化形成凝析液体或管道坡度变化等原因，在管道内对气体流通造成的阻力。液阻较大会严重影响回气效果，也会间接影响气液比指标。

1.3 密闭性

密闭性是指油气回收系统在一定气体压力状态下的密闭程度。《加油站大气污染物排放标准》规定，所有影响密闭性的部件，包括管线、法兰、阀门、快速接头以及其他相关部件都应保证在小于750 Pa时不漏气，油气回收在线监测系统也同时利用压力传感器监测油气回收系统的密闭性。密闭

性是检验加油站环节整个油气回收系统是否有效的重要指标，二次回收系统存在密闭性较差的问题也会影响气液比指标。

在实际检测过程中，气液比、密闭性和液阻三项指标中，气液比指标的达标率远低于密闭性和液阻两项指标；在实际维保过程中发现，影响密闭性和液阻指标的因素较少，而影响气液比指标的因素较多。气液比是油气回收系统中最重要、技术含量最高、检测频率最高、达标率最低，且争议最多的控制指标[1]。

2 美国和德国相关标准对气液比指标的要求

美国、日本等国家对油气回收系统的研究起步较早，自20世纪60、70年代就研制出了基于活性炭吸附、贫油吸收等工艺为基础的油气回收装置，后期德国也推出了基于膜分离技术的油气回收装置。我国的油气回收研究起步于80、90年代，并在2007年前后编制了以北京市地标为基础的国家标准。与国外标准相比较，我国对二次回收的气液比指标主要借鉴了美国CARB的标准要求。

2.1 美国

美国对油气回收的相关标准的制定可以追溯到联邦和州两个层面。联邦层面主要以EPA的要求为主，州层面以加州CARB的标准要求最为严格，大部分州均参照CARB制定相关标准，CARB还出台了一系列较为严格的认证程序对加油站实施油气回收认证。CARB在二次回收认证中要求对静压性能、溢油量、车载油气回收系统兼容性、液体残油、加油枪“喷溅”、油罐压力等指标进行了具体约束。特别对气液比指标进行规定，要求气液比由申请人提出，依照气液比测试试验进行验证，没有后处理装置的最大气液比认证不应超过1.00，有后处理装置的最大气液比认证不应超过1.30；要求二次油气回收系统的碳氢化合物排放因子和效率应达到夏季效率95 %并且碳氢化合物泄漏量≤0.38 lb/1 000 gals，冬季效率95 %或者碳氢化合物泄漏量≤0.38 lb/1 000 gals的要求。

2.2 德国

德国机动车加油过程中所产生的碳氢化合物排放限值法令规定，油气回收系统的气液比范围为0.95～1.05；同时，不允许新鲜空气经由汽油泵前的任何设备进入油气回收管道。目的在于只对油箱内液体挥发的油气进行有效收集，避免对新鲜空气造成污染。

3 气液比波动问题的原因分析

选取同一地区5座安装在线监测系统的加油站(分别以A、B、C、D、E表示)，加油站之间距离小于20 km，调取同一天24 h的监控数据进行统计，5座加油站73条汽油加油枪24 h共计加油2739笔，其中气液比>1.2的笔数189笔，<1.0的笔数666笔，合格率仅为68.78 %，波动范围为0.44～2.67。经过进一步分析看出，C、D两座站达标率较高，且达标率较高的时段加油相对集中，异常时段多出现在加油频率较低时期；A、D、E三座站气液比变化波动较大，未发现特定规律。详细统计见表1。

表1 同一地区5座加油站气液比数据统计

数据显示，加油站气液比指标在不进行适时调节的情况下，很难实现稳定在1.0～1.2的控制范围。这充分说明只有在特定条件下，才能对气液比进行有效的控制。假设一条校准过的加油枪，加油流速为38 L/min，有一台校准后确保每分钟回收38 L油气的真空泵，所有连接部件密闭性完好。在汽车油箱内的油品与加油站对应油罐内汽油的油品组分、雷特蒸气压(RVP)、温度等条件全部一致的情况下，才能实现加注1 L汽油可以收回1 L的油气。但是在现实情况下，这些假设条件根本不可能完全相同，所以气液比会存在动态变化的问题，主要原因：

3.1 油品组分的影响

汽油是一种混合物，主要成分是C4～C12的轻烃，易溶于苯和醇类。正是由于汽油组分的复杂性，所以当两种油品进行混合后，形成的新混合物体积不可以采用简单的加和方式来计算。例如：一个50 L的汽油油箱，已经装有10 L 92号汽油，再加入10 L 95号汽油。由于两种汽油的组分不能够保证完全相同，所以混合后的液体体积不能为20 L整。不仅是不同标号的油品由于组分不同会影响混合物体积，而且我国在部分地区已经推广了乙醇汽油，含有10 %乙醇的汽油与不含有乙醇的高清洁油品进行混合时，混合后的情况将更为复杂，更不可能为简单地体积加和方式。所以，不能够简单的把气液比指标设置为加入1 L油会有1 L油气被排出。

3.2 汽油挥发率的影响

汽油是一种易挥发物质，汽油的挥发率随着温度的变化而变化。随着温度的升高，汽油挥发率随之增高；相反，温度越低汽油的挥发率也会随之降低。例如：一个装满汽油的油罐在22 ℃时，油气体积浓度为35 %，但当温度升高至36 ℃时，油气体积浓度会达到59 %。汽油温度的差异会使回收率受到较大的影响。假设地下油罐的温度为25 ℃，而加油车辆油箱内的温度是10 ℃，意味着油罐内油气浓度高于汽车油箱中的油气浓度。当汽油从油罐加入汽车油箱时，油箱内的油气平衡条件会被打破。汽车油箱中的汽油温度升高而产生新的平衡状态。由于温度升高汽油挥发率上升，油气挥发量会随之增加。在这种情况下，气液比在试验状态下大约会升高至1.3，甚至更高。反之，如果油箱内的汽油温度高于油罐内的汽油温度，在此工况下气液比会低于1.0。

不仅温度会影响汽油的挥发，挥发率也会随着季节性变化的RVP而变化，在冬季汽油所含的挥发性化学成分要比在夏天的时候多，所以在夏天为了防止因高温而造成的过度蒸发排放，部分国家政府部门会要求降低RVP。除此之外，影响汽油挥发率的因素较多，甚至磁化作用也会对汽油的挥发造成影响。所以，挥发情况的不断变化会导致二次回收时收集到的油气体积不断变化，气液比也会随之变化。

3.3 设备完好率的影响

二次回收系统由油气回收加油枪、加油胶管、油气分离器、真空泵、回收管线等设备组成。由于设备较多，且工艺较为复杂，所以设备的完好率和连接部位的密闭性都会对整个二次回收系统造成影响，而且会集中体现在气液比指标的变化中。常见的问题：

一是集气罩破损或不匹配。油气回收加油枪的集气罩如果出现破损，在加油过程中产生的油气就无法进行有效收集。由于汽车油箱口标准暂未实现统一，所以会出现加油枪集气罩与油箱口不匹配的问题，导致集气罩无法覆盖油箱口，油气无法实现有效收集。

二是加油枪及胶管损坏。由于油气回收加油枪采用双层管设计，在两层管的中间层为回气的气相空间，在加油枪管上部开有回气孔。由于双层管的强度不及单层管，在日常使用过程中加油、挂枪环节会发生加油枪与油箱口、加油枪与加油机的碰撞，有时可能会发生加油枪坠落、加油胶管被碾压、过度弯折等问题。在这个过程中会造成加油枪管受损，气相空间被破坏、回气孔被堵塞等问题，影响回气量。

三是振动引发的密闭性破坏。加油机在工作状态下由于自吸泵、潜油泵、真空泵的运转会产生一定的振动。若设备故障振动过大，会造成法兰及管线的连接部位发生松动，导致密闭性被破坏。

四是真空泵功率下降。真空泵在运行一段时间后，由于设备频繁启动、停止，长期运行产生的磨损，造成功率下降，致使整个二次回收系统回气量降低。

4 提高气液比达标率的改进方法

由于影响气液比的因素较多，且温度、RVP、油品组分等客观不可控因素较多，所以提高油气回收气液比的达标率，需要从操作行为和设备完好率两方面进行重点考虑。

4.1 规范进行加油操作

在操作过程中，要将加油枪集气罩完全覆盖油箱口，避免产生间隙，破坏油箱口密闭性，更不可以为追求加注更多的油品，在加油跳枪后将加油枪提出，使集气罩脱离油箱口，提高自封高度强制再次加油；在操作过程中也要尽可能减少加油枪管的碰撞，避免胶管产生过度弯折，更要杜绝加油枪跌落与胶管被碾压，从而提高达标率。

4.2 集中式改为分散式油气回收

通过检查发现，集中式油气回收的气液比达标率远低于分散式油气回收的达标率，这由其原理所致。集中式油气回收不可避免地会存在“一泵多枪”的问题，而且大部分真空泵不能实现变频调节，这也就人为造成了加油枪流量与真空泵吸气能力不匹配，所以很难实现多条枪同时加油的气液比达标，而且液阻也会对真空泵产生较大影响。而分散式油气回收，特别是采用了DURR型真空泵的“单泵单枪”形式会有效解决此类问题。

4.3 推广电子式气液比调节阀

气液比调节阀分为机械式和电子式。机械式调节阀需要手工操作对安装在回气管线上的阀门进行流量大小调节，而进行手工调节的前置条件是需要对加油枪的气液比进行检测，通过检测数值的大小进行相应调节。电子式调节阀可将加油泵、真空泵的运行参数传输至PLC，由PLC来控制气液比调节阀。所以电子式气液比调节阀比机械式调节阀更方便、更及时、更准确。

4.4 提高二次回收设备的完好性

针对管线、法兰等连接部位容易因松动漏气导致密闭性被破坏的问题，可以定期采用便携式VOCs检测仪器对可能发生松动的连接部位进行检测，及时发现问题并进行整改，通过提高设备的密闭性提高达标率。

5 小结

由于气液比的不可控因素较多，特别是温度、RVP、油品组分等客观因素的影响是产生气液比波动的主要原因，即使大家采取了规范操作和提高设备完好率的方式，在日常作业中也只能有限度地提高气液比的达标率，不可能实现完全控制。只有在检测和认证条件下，通过相对稳定的工况条件，进行有效的干预调节后，才能够实现标准要求1.0～1.2的认证值。考虑气液比的不可控性，从环境保护的角度分析，关注气体排放情况的更关键指标为密闭性，建议《加油站大气污染物排放标准》在修订过程中，取消对加油站二次回收气液比达标范围的要求，或通过充分的调研论证和技术分析，放宽对气液比达标范围要求，从而有效地指导企业做好油气回收工作。