储罐连通油气收集处理技术的应用分析

吴建蓓(中海油惠州石化有限公司储运部，广东 惠州 516086)

1 背景

为贯彻落实《大气污染防治行动计划》，大力推进石化行业挥发性有机物VOCs污染治理，环保部制定《石化行业挥发性有机物综合整治方案》，通过实施工艺改进、生产环节密闭性改造等措施，从源头减少VOCs的泄漏排放[1]。

根据《石油炼制工业污染物排放标准》GB 31570—2015以及《石油化学工业污染物排放标准》GB 31571—2015的要求，非甲烷总烃排放浓度不高于120 mg/Nm³，去除率≥97%，甲苯排放浓度不高于15 mg/m³，二甲苯排放浓度不高于20 mg/m³。

此整治方案于2014年提出，对于多数的在用储罐，实施改造的难度较大。一是在用罐区有油品收付，日常进行施工改造存在较大安全隐患，且周期较长；二是储罐油气排放属于动态组成，受大小呼吸影响较大，天气、温度，甚至是同一油品不同时刻的性质变化都会影响排放量和组成，油气回收和处理的工艺选型较难。

以本文作者所在炼厂实际情况介绍，位置在广东惠州，罐区VOCs排放有如下特点：

(1) 排放点分散；

(2) 排放不规律，以间歇排放为主；

(3) 排放点的VOCs浓度差别大，浓度范围从102～106mg/Nm³；

(4) 排放点的流量波动大。

因此，选择合适的油气收集处理方式，是提高现场作业安全，缩短作业周期，以至于环保达标排放的关键因素。

2 油气收集处理方案介绍

目前国内油气回收采用的主要工艺技术有：冷凝吸附吸收类，如活性炭吸附工艺、柴油吸附工艺等。焚烧处理工艺，如RTO、CO工艺等。或者组合工艺，如机械冷凝+吸附组合工艺、液氨冷凝+CO组合工艺、吸附+吸收组合工艺等。

2.1 常规的预处理方法介绍

(1) 吸附技术：对浓度高的油气有一定局限性，且较难做到达标排放；

(2) 吸收技术：一般使用柴油作为吸收剂，采用加压并冷凝吸收，对于组份较重的废气可做到8 g/m³以下；

(3) 膜分离技术：适合处理小流量废气，能耗高，较难独立使用；

(4) 冷凝技术：适用范围较宽，但往往受冷凝深度和结霜等问题困扰，投资和运行成本偏高。

2.2 常规末端处理方法介绍

(1) 热力氧化法(TO)：操作温度较高，约850 ℃，可直接达标排放，但不适合间断操作，且需要大量补充天然气，属于明火设备，不仅能耗高，而且对平面布置有很高的要求；

(2) 蓄热氧化法(RTO)：操作温度约800 ℃，可直接达标排放，但同样不适合间断操作，入口油气操作范围约为2～8 g/m³，必要时需要补充天然气稀释，属于明火设备，对平面布置有很高的要求；

(3) 催化氧化法(CO)：操作温度约400 ℃，可直接达标排放，可以间断操作，入口油气操作范围约3～6 g/m³，必要时需要电加热或者稀释。

3 储罐连通油气收集处理技术分析

以文章此罐区为例分析，该罐区为4台轻污油储罐，轻污油罐区接收炼油各装置及储运罐区所有排送污油，具有成分复杂、性质变化大、气相组份蒸气压变化范围大等特点。特别是有别于其他产品组份，轻污油具有接收来料量不稳定、间断收料、装置异常期间大量收料等极端特点，使用普通的油气回收方式很难进行工艺路线选择。储罐相关数据表如表1所示[2]。

表1 储罐数据表

根据轻污油含轻组分较多，油气可利用程度高、热值较好的特点，罐区的油气处理方式采用储罐连通后，油气经鼓风机增压后送至全厂火炬放空管网，最终进入气柜后作为燃料气回收。四罐气相连通，每台储罐设置氮封系统，在正常小呼吸情况下，通过储罐气相平衡，即可保持整体油气平衡稳定。当收付料差异较大，或者夏季白天温度高，呼吸损耗增大时，储罐压力超过油气总管压力控制设定值，调节阀打开，油气进入回收系统，经在线氧含量分析合格，联锁启动鼓风机，将油气增压后排至全厂瓦斯放空系统进入气柜回收。当储罐付料速度快压力下降至储罐设定压力下限时，氮封系统自力式调压阀打开，氮气补充进储罐，维持压力相对稳定。

该工艺技术应用主要有如下特点：

(1)储罐经过改造后，采用气相连通的方式，进行油气收集。储罐气相连通的方式，是通过罐顶连接气相线，在储罐收料的情况下，收料罐液位不断升高，气相空间不断压缩，压力升高；而付料罐在付料情况下，液位不断下降，气相空间不断增加，压力下降。正常情况下相同品种通过气相连通，储罐达到一个气相平衡，能减少呼吸排放量，只有当各储罐整体压力升高至设定值后，油气外排处理。优点：这种油气收集技术能有效降低同品种储罐整体的气相损耗，特别是储罐收付料频繁且同时存在收付料情况下，能帮助储罐保持压力相对平衡，降低氮气消耗，降低储运损耗，提高经济效益。缺点：储罐连通存在较高的安全风险，单一储罐出现事故，往往作为单一载体进行处理，但储罐连通后，存在“火烧连营”的缺陷，一旦发生事故，容易通过气相连通线传导至其他储罐，风险更高；(2) 油气收集和排放方式。储罐气相连通，其实是将储罐和油气收集总管作为一个气相储存的容器，压力升高至调节阀压力设定上限后，联锁打开调节阀，并联锁启动鼓风机，打开相关阀门，将油气增压后排放至放空瓦斯系统。优点：油气收集方式简单，且实现联锁控制，无需考虑油气产生量、浓度、组成等因素，设施运行稳定。而且后路是瓦斯气气柜回收，再经全厂燃料气系统，最后作为加热炉燃料进行燃烧，彻底解决油气处理不达标问题，实现环保零排放目标。缺点：储罐虽然实现密闭排放，但如有检修、轻污油来料组份异常等情况，使得油气氧含量超标，当在线氧含量分析仪故障或是检测出氧含量超标但排放流量大、无法及时关闭阀门情况下，会将空气排放至全厂瓦斯系统，存在着较大安全隐患。另外，如果全厂放空管网在极端情况下，背压过高，存在储罐油气无法排放甚至逆流回储罐造成储罐超压的风险；(3) 当在线氧含量分析仪检测出氧含量超标时，控制系统联锁停止鼓风机运行、关闭出口阀门，并打通就地排放和吹扫流程，使用氮气将含氧油气外排，确保后路瓦斯放空系统安全。优点：作为后路全厂系统管网的安全保证措施之一，避免空气进入放空系统管网形成爆炸混合气体。缺点：形成就地直排情况，油气无任何收集处理控制措施，如果周边有动火作业，容易造成事故；(4) 储罐排放的油气，是油气和氮气混合气，热值低，进入全厂燃料气系统后，会影响燃料气热值，影响装置加热炉运行。

4 解决办法及建议

(1) 对于储罐连通后的安全隐患问题，一是罐顶油气连通应根据物料性质、火灾危险性、储存稳定、罐型罐容等因素，选用气相平衡管、单罐单控、单呼阀方案或直接连通共用切断阀方案。要设置联锁紧急关断，确保在紧急情况下，不危及其他储罐。联锁设置储罐气体排气建议采用任一储罐压力及集合管压力达到设定值后共同控制；另外可考虑储罐出口气相线增加水封，起到水封罐作用。二是设计时精确计算，选择合适的防爆轰阻火器。阻燃隔爆的时间和能力，与油气通过的压降成正比，需要精确计算，在不妨碍油气正常压降损失，确保鼓风机正常运行的前提下，选择阻燃隔爆能力最优的阻火器，阻火器的选型应根据VOCs气体的性质(组成、MESG值)、操作条件(稳定、压力、流速及允许压降)、潜在点火源、阻火器安装位置等综合确定。三是设计时考虑细节，储罐气相支线上的管道阻火器应尽量靠近罐顶气相出口，安装应避开非稳态爆轰位置。管道内气体爆炸载荷应根据气体的组份、操作压力、管道结构等因素进行安全分析综合评估确定；(2) 对于油气排放至火炬放空系统的安全隐患问题，一是对于油气热值和含氧量计算，应满足《石油化工可燃性气体排放系统设计规范》SH3009的要求，油气收集管道上必须设置氧含量分析仪，并设置氧含量高高联锁切断。氧含量分析仪和切断阀安装位置的选择，应能防止氧含量超标的VOCs进入火炬放空系统。二是油气在进入火炬放空系统前，应设置防爆轰阻火器，并设置温度检测和联锁停机条件，当检测出进入放空系统的气体温度、流速(压力)不满足放空管网要求时，联锁切停，确保后路安全。另外，应采取防火炬气倒流入罐区的措施，并设置相应的检测和自动切断设施；(3) 对于氧含量超标或其他联锁切断的情况下现场直排问题，可考虑在直排流程上增加其他传统的油气处理设施，比如活性炭吸附等，确保直排的最后一道关口有控制措施。

5 结语

储罐油气收集处理，利用储罐连通后增压去火炬放空系统的方式，处理彻底，实现零排放目标，但同时优点和风险并存，对于储罐安全、火炬系统安全问题也同样突出。就文章作者炼厂已完成改造并投用的轻污油储罐油气回收情况看，运行稳定、高效。至今连续运行一年，氮气消耗量正常，全厂燃料气热值正常，罐区VOCs排放满足了环保要求。