基于加油站二次油气回收系统气液比控制的设备选型探讨

张 洁

(中国石化销售股份有限公司广东石油河源分公司,广东河源 517000)

1 加油站二次油气回收系统概述及气液比存在问题

1.1 加油站二次油气回收系统[1-3]概述

加油站二次油气回收系统一般由油气回收加油枪、油气回收拉断阀、油气回收同轴胶管、油气分离器、油气回收真空泵、油气回收油气管路和控制器构成。二次油气回收系统的工作原理为:安装于油气回收管路中的油气回收泵在油气回收气路上产生真空负压,将在给汽车油箱加汽油时产生的油气通过具备油气回收气路的加油枪从油箱中抽出,通过油气回收拉断阀、油气回收同轴胶管、油气分离器以及与油罐连通的油气回收油气管路回收至油罐中。在整个油气回收系统中,对油气回收性能起决定作用的核心部件是油气回收加油枪和油气回收泵。

1.2 加油站二次油气回收系统气液比控制存在问题

依据GB 20952—2020《加油站大气污染排放标准》的规定,加油站油气回收系统的监测和检测指标主要有3个,即加油气液比、系统气密闭性、油气回收管线液阻,并要求每年检测一次。其中气液比(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,它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。

经调研统计,目前加油站二次油气回收系统气液比控制存在的主要问题如下。

a) 加油枪气液比不达标现象频发。如某企业加油站在2015年7月对10条加油枪进行气液比检测,其中7条加油枪的检测结果超过了GB 20952—2020《加油站大气污染物排放标准》中加油站二次油气回收系统气液比均应在1.0～1.2范围内的规定,判定不合格。因违反《中华人民共和国大气污染防治法》,最终被市环保部门罚款5万元,并要求限期整改。

b) 现有加油站二次油气回收系统的稳定性偏低,存在二次油气回收不彻底、气液比漂移现象频发、设备效率低下等问题[4]。如某成品油销售企业共有汽油加油站129座,2020年1月至3月期间,企业组织了油气回收系统年度检测,其中检测了53座加油站,共计839条汽油枪,并采集分析了检测结果。从检测结果来看,加油站油气回收系统的密闭性和管线液阻合格率均能达到100%,但是在已检测的汽油枪中,有22%存在气液比不合格的问题,说明加油枪的气液比出现了波动,油气回收存在不达标的情况。在经过维修并调整了气液比设置后,再次检测的汽油枪气液比不合格率降为6%。同时,通过调查已检加油站的日常检维修情况,发现近半年内有近40%的油枪维修或调整过气液比调节阀,并有4%的油气回收真空泵进行过维修或更换。

气液比是否达标是油气回收系统回收效果的直观体现。从现场检测和日常检维修情况来看,油气回收系统设备故障率较高,在使用过程中需要高频次地进行调整和更换。要解决该问题,需要从加油站二次油气回收设备选型着手,选用合适的气液比控制设备和最佳油气回收系统,且重点应从油气回收真空泵和加油枪气液比调节阀着手实现系统气液比的稳定性。

2 油气回收系统选型测试

2.1 选型测试的方法

选择了典型的8种油气回收系统,具体见表1,其中分散式变频泵油气回收系统A和B之间的主要区别在于品牌不同,B的稳定性优于A。使用在线监测系统对其气液比超标率进行了实时监测。

2.2 选型测试条件

测试所选择的加油站均进行气液比现场月检和定期检查,排除操作和设备突发故障的影响因素,汽油加油枪数量相近,使用相同在线监测系统,测试期间在线监测系统稳定。

2.3 选型测试结果与分析

从表1数据得知:

a) 集中式油气回收系统超标率最高,超标率25%～50%的加油枪8支,超标率50%的加油枪4支,在36支汽油加油枪里气液比超标率超过25%的加油枪占比33%。

b) 分散式油气回收系统气液比合格率整体好于集中式油气回收系统。单泵双枪分散式机械泵油气回收系统中,32支加油枪里有8支超标率超过25%,占比25%;23支枪超标率超过10%,占比72%。在分散式机械泵油气回收系统中,机械调节阀和固定调节阀对气液比的影响较小,两者的超标率差别不大。

c) 单泵单枪的分散式机械泵电子调节阀油气回收系统在分散式机械泵油气回收系统中的超标率最低。36把汽油枪中气液比超标率超过10%的只有2把,气液比超标率集中分布于1%～10%之间,不存在气液比超标率25%以上的情况。

d) 在8种类型的加油站二次油气回收系统中,两座采用分散式变频泵油气回收系统A和B的数据均优于其他系统,多数加油枪气液比超标率在5%以内。

e) 分散式变频泵油气回收系统A的变频泵稳定性较差,在安装油气回收在线监测系统的200余天时间里,经常因为油气回收变频泵吸气能力衰减而需要调大变频泵的电位计以使气液比合格。分散式变频泵油气回收系统B的变频泵稳定性更好,在安装油气回收在线监测系统的260多天的时间里,34条汽油枪中33条油枪气液比超标率在1%以下。唯一一条气液比超标率超过1%的油枪气液比超标率未超过2%,主要是该枪的油气回收胶管在一段时间内被压扁所致。重要的是,该系统没有出现一起因为油气回收泵吸气能力衰减而需要调大变频泵的电位计以使气液比合格的情况。

3 气液比控制设备的选型验证和建议

通过比较不同类型油气回收系统的超标率,可以看出,加油站二次油气回收系统气液比稳定的优选,建议采用稳定性好的油气回收变频泵匹配稳定可靠的电子式油气回收枪的分散式油气回收系统。

3.1 气液比控制设备的选型验证

选择了2款泵(DVP-60和SVP60-1)进行了运行测试,并对其效果进行了验证和讨论。

分散式变频泵油气回收系统B采用的是变频泵DVP-60。图1为2款油气回收泵最大回气流速(连接4.5 m油气回收胶管和油气回收加油枪)随总回气量变化关系图。

图1 两款油气回收泵最大回气流速随总回气量变化

从图1可以看出,变频泵DVP-60在连接4.5 m油气回收胶管和油气回收加油枪的情况下,初始最大回气流速达到58 L/min,而变频泵SVP60-1在连接4.5 m油气回收胶管和油气回收加油枪的情况下,初始最大回气流速更加出色,能够达到65 L/min。

由图1可见,DVP-60型油气回收泵在总回气量达到1 000×104L时,连接4.5 m油气回收胶管和油气回收加油枪的最大回气量超过51 L/min,SVP60-1型油气回收泵在总回气量达到1 000×104L时,连接4.5 m油气回收胶管和油气回收加油枪的最大回气量超过57 L/min。目前加油站在加油时大部分的流速在35 L/min左右,这意味着,安装这两款油气回收泵的加油机在加油1 000×104L后,DVP60型油气回收泵和油气回收加油枪的最大气液比依然能够达到1.46,SVP60型油气回收泵和油气回收加油枪的最大气液比高达1.63。

由此可见,DVP-60和SVP60-1在正常工况下,使用总量达到1 000×104L加油量时,依然能够维持油气回收系统气液比合格。

图2为油气回收泵特性曲线,可以看出特性曲线稍平,燃油流速(编码器脉冲)变化量不会造成油气回收泵回气流速大幅变化,油气回收泵回气流速随燃油流速基本呈线性变化,其控制精度较高,能够在流速5～60 L/min的范围内均保持良好的回气流速线性变化,偏差不超过3%,能够很好地满足气液比1.0～1.2的要求,这是分散式变频泵油气回收系统B在加油站复杂使用条件下整体气液比稳定的重要保障。

图2 油气回收泵特性曲线

3.2 选型建议

由上述气液比控制设备的选型测试结果,建议采用稳定性好的油气回收变频泵匹配稳定可靠的电子式油气回收枪的分散式变频泵油气回收系,这是加油站油气回收气液比达标的首选解决方案。