海港已建码头新增油气回收设施方案研究

张素杰，张鹏，王冯帅，郑晓升，郑玉洁

（1.青岛实华原油码头有限公司，山东 青岛 266400；2.青岛港油港国际有限公司，山东 青岛 266400；3.山东科技大学，山东 青岛 266590）

1 项目背景

随着社会的发展，人民生活水平的提高，人们对生活环境的要求也日益提高。引起环境变化、生态破坏的重要的一个原因，就是工业快速发展所带来的各种粉尘、污染物的超标排放。后工业时代，人们意识到了生态环境遭到严重破坏，在发展过程中必须保护大自然，实现“金山银山还是绿水青山”的转化。

2013年9月印发的《大气污染防治行动计划》要求：在油品及液化品码头积极开展油气回收治理。2016年1月新修订实施的《中华人民共和国大气污染防治法》，提出：储油储气库、原油成品油码头等，应当按照国家有关规定安装油气回收装置并保持正常使用。《交通运输部关于印发船舶与港口污染防治专项行动实施方案（2015-2020年）的通知》要求：积极开展港口作业污染专项治理，推进原油成品油码头油气回收治理。《山东省深入打好蓝天保卫战行动计划（2021—2025年）》，要求：2022年年底前，万吨级以上原油、成品油码头全部完成油气回收治理。

此外，国家陆续颁布实施了《码头油气回收设施建设技术规范》（JTS196-12-2017）、《码头油气回收船岸安全装置标准》（JT/T 1333-2020）、《船舶油气回收安全技术要求》（JT/T 1346-2020）、《储油库大气污染物排放标准》（GB20950-2020）、《油品运输大气污染物排放标准》（GB20951-2020）等标准规范。

因此本项目对已建油码头4 个泊位新增油气回收系统开展设计和方案研究工作。

2 项目的必要性

国家对VOCs 治理工作高度重视，生态环境部明确指出，“十四五”期间，我国将深入打好污染防治攻坚战，在继续强化PM2.5 污染防治的同时，加快补齐O3污染治理短板，坚定不移地推进NOx 和VOCs 协同减排，深入开展VOCs 综合治理和源头替代，推动PM2.5 与O3浓度共同下降，实现协同控制。

本项目所涉及码头年装船量约1000 万吨，年均产生VOCs 气体约1330 万m³。增设码头油气回收装置后可减少VOCs 排放量约1263 万m³，如按油气平均浓度150g/m³折算，约减少非甲烷总烃排量约为1895t，为环境保护将做出积极贡献。因此，项目的建设既符合国家环保部、交通运输部、山东省对环境保护的要求，又满足了打造绿色低碳港口的要求，是企业履行环保治理责任的体现。

3 工程现状及方案

3.1 平面布局

本工程主要设计内容为海港某港区已建的一油码头（含2 个泊位）和液体化工码头（含2 个泊位）4 个泊位增设2 套油气回收系统，每两个泊位共用一套系统。主要设备为船岸安全装置、1#和2#油气回收装置，为原油、成品油等装船时产生的油气进行回收处理。

图1 本工程油气回收装置位置

油气回收设施区由油气回收装置、集水池、挡水坎组成。其周围设置围栏、围网，靠近道路一侧设施防撞护栏以及反光标识。

一油码头的1#油气回收设施布置于码头引桥根部，氮气加压站西侧腾退出的空地。油气回收设施占地面积约50m2，其周围设置围栏、围网。油气回收装置西侧距离氮气加压站32m，东侧距离浮船码头37m，北侧距离海侧护岸13.1m，南侧距离路侧围墙10m、距离储罐31.1m。油气回收设施南侧临近既有消防道路，宽度约10m，净空大于5m，道路转弯半径大于6m。[1][3][4][5]

图2 1#油气回收装置平面示意图

液体化工码头的2#油气回收设施布置于码头后方罐区南侧辅建区内，将已建的桶装仓库等设施拆除后腾退出的空地安装油气回收装置。油气回收设施占地面积约322m2，其周围设置围栏、围网。油气回收装置西侧距离敞开式罐车泵11.9m、距离装车平台33.9m，南侧距离门卫室21.5m、距离地磅房12.8m。油气回收设施临近既有消防道路，宽度约7m，净空大于5m，道路弯曲半径大于6m。[1][3][4][5]

图3 2#油气回收装置平面示意图

3.2 装船货种物性参数

一油码头考虑回收的货种为汽柴油和航煤；液体化工泊位泊位考虑回收的货种为原油、汽柴油和航煤。需回收货种物性参数详见表1：

表1 物性参数表

3.3 油气回收系统

装船过程中产生的挥发性有机物VOCs，经码头输气臂或软管、船岸安全装置后，进入码头平台上设置的油气收集管道，经油气输送装置进入油气回收装置进行处理。油气经过（脱硫）+冷凝+吸附后的达标气体进行排放。

油气回收工艺流程如下：

船舶油气→输气臂/软管→船岸安全装置→油气回收装置（含油气输送装置）→达标气体排放。

由于一油码头为已有老旧码头，现场无装卸臂预留基础，经研究拟利旧两台不再使用的输油臂，经过管道改造后作为输气臂使用。

液体化工泊位输油臂全部在役，且码头平台无法在增加输油臂基础，由于泊位吨级较大，也无法使用软管，经过研究考虑和原油装卸臂共用，这样需对输油臂链接的工艺管道进行改造，改造方案为：将与SYB-03 连接的码头平台工艺支管道进行改造，留旁通管与油气回收气相管道相连接，旁通管道做成立管后设电动阀门，在阀门前设吹扫口，每次作业完成后气相支管和液相支管都关闭第一道阀门，并将装卸臂和第一道阀之间的管道排空，气相支管和液相支管上的两道电动阀门不可同时开启。

3.4 油气回收处理方案

油气回收装置采用的工艺通常有：吸附法、吸收法、冷凝法、膜分离法；由于单独使用其中一种回收工艺很难达到现行国家标准，所以通常联合使用。

该项目执行《储油库大气污染物排放标准》（GB 20950-2020），非甲烷总烃浓度：≤25g/m3，油气处理效率：≥95%。经过对比分析采用“冷凝+吸收”方法，由于回收货种有原油含硫，因此增加了脱硫模块。[2]

3.4.1 油气回收装置

“冷凝+吸附”法油气回收工艺是结合制冷技术和吸附技术的优势，先在冷凝单元中将油气逐级从常温冷却至-65～-75℃左右，使混合气体中的大部分油气直接液化回收，油气中的 NMHC 浓度可降至80g/m3左右，效率95%以上。在吸附单元中，剩余非常少量的油气通过特定吸附工艺和空气进行吸附分离。整机系统通过以上过程不断循环，从而达到油气连续冷却分凝回收，同时确保终端被处理油气达到标准后安全排放。

油气通过油气主管道，经由防爆引风机送入油气回收装置的冷凝单元，引风机和装在油气主管上的压力传感器连锁，根据输送气量的大小自动变频运行。当管道压力达到设定值时，低频启动引风机，如果压力不断上升，则不断提高频率，当输送量减小时，管道压力下降，引风机频率也相应降低直至停止。

油气进入回热气-气换热器，与冷凝处理后的低温气体进行回热交换，利用余冷实现初降温，接着进入冷凝单元进行多级梯度冷凝，分离出绝大部分物料后的低温贫油气体再次回到换热器、回热气-气换热器进行余冷回收，温度升到接近常温时，进入到吸附系统，吸附系统由两吸附罐交替进行吸附—脱附—吹扫过程，在常压下1 罐吸附废气中的剩余物料组分，当吸附饱和后，系统自行切换到2 罐进行吸附处理，同时1 罐进行真空脱附，使吸附剂获得再生，脱附出的高浓度气体回到冷凝单元入口进行下一个循环处理，经过吸附系统分离出来的达标尾气经过阻火器安全排空。

液体化工泊位含原油废气回收，其废气中含硫，需考虑设置脱硫模块，废气进入脱硫模块，脱硫模块的设置是为了脱掉废气中的硫化物，以免对后级模块产生不良影响。该模块由双罐组成，但工作时只是单罐吸附，当一个罐内脱硫剂吸附饱和后，另一个罐开始进行吸附。

3.4.2 船岸安全模块

为保护船舶、码头和油气回收装置的安全，在码头平台装卸区需设置船岸安全装置，船岸安全装置应满足《码头油气回收船岸安全装置》（JT/T 1333-2020）中相关规定。船岸安全装置应在进气端、出气端之间的管道上按照顺序和操作要求安装。船岸安全装置由卖方成套提供，采用撬装布置。

船岸安全装置的油气浓度、含氧量、压力、温度、流量等监测信号，以及紧急切断阀等工作状态信号，应与油气输送装置的引风设备、油气回收装置的控制系统合并设计、安装，由油气回收装置单元总控制系统集中控制、联锁。

船岸安全装置的自动控制系统、检测报警系统应能自控和遥控，对油气回收系统开启和关闭、船舶压力和含氧量异常、油气回收系统故障、人员误操作、静电等设置应急控制动作。

3.5 水工建筑物

本次改造主要在泊位原有的码头结构上，分别新增船岸安全装置基础墩台。一油码头：单个船岸安全装置基础墩台长3m，宽1.8m，高0.3m，并通过三根现浇钢筋混凝土立柱，后植钢筋入下方沉箱墩台形成整体，其中混凝土立柱高0.8m，半径0.5m。

液体化工泊位：单个船岸安全装置基础墩台长6m，宽1.8m，高0.3m，通过后植钢筋与码头结构形成整体。

4 结语

（1）从平面布置上，兼顾已建设施，满足现行规范要求的前提下，两套油气回收设施能够合理布局。

（2）对于该改造项目所选用的“冷凝+吸附”工艺的油气回收装置可满足现行相关规范对非甲烷总烃排放限值的要求。