李一慶

(中國石油化工股份有限公司廣東石油分公司，廣州510145)

在石油庫運(yùn)行中汽油等易揮發(fā)輕質(zhì)油品在裝車等過程中由于油氣置換會(huì)揮發(fā)大量的油蒸氣.據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)的不加油氣回收裝置的裝車方式，汽油油品損失約占裝車總量的1.29‰～1.9‰.由于大部分輕質(zhì)油品屬于揮發(fā)性易燃易爆物質(zhì)，易聚積、易沉聚積于洼地或者管溝之中，易造成危險(xiǎn)隱患.而石油庫各區(qū)的火災(zāi)發(fā)生率統(tǒng)計(jì)結(jié)果中發(fā)油區(qū)為36.10%，可知在發(fā)油區(qū)發(fā)生的事故在油庫事故中的比例相當(dāng)高了.同時(shí)，油品的蒸發(fā)還會(huì)造成油品數(shù)量的減少以及油品質(zhì)量的下降.從環(huán)保的角度看，大量的油蒸氣直接排放到空氣中既污染環(huán)境又影響人們的健康.隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，油氣治理已逐步成為了人們非常關(guān)注和急需解決的問題.

1 油庫油氣回收

目前油氣回收常規(guī)方法主要有吸收法、膜分離法、冷凝法和吸附法.有些是兩種或者幾種方法的綜合利用.

1)冷凝式油氣回收原理:冷凝一般分一級(jí)冷凝、二級(jí)冷凝、三級(jí)冷凝等步驟，利用冷凝式油氣回收裝置對(duì)裝卸油品時(shí)所產(chǎn)生的油氣進(jìn)行冷凝回收.將混合氣體中高沸點(diǎn)組分的氣體通過低溫冷凝為液體，而低沸點(diǎn)組分將保持為氣體狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)氣液分離.在不同的溫度下將得到相應(yīng)的分離產(chǎn)品，以實(shí)現(xiàn)回收利用.

2)膜分離油氣回收原理:膜法氣體分離的基本原理就是根據(jù)輕質(zhì)油油氣分子各組分在壓力的推動(dòng)下透過膜的速率差異較大，從而達(dá)到分離目的[1].膜分離技術(shù)通常是壓縮、冷凝法和選擇性滲透膜技術(shù)的結(jié)合.由于油氣與空氣混合物的分子大小不同，在某些薄膜中的滲透速率不一樣，膜分離技術(shù)就是利用薄膜這一物理特性來實(shí)現(xiàn)油氣分子與空氣分子的分離.也就是混合氣中的油分子經(jīng)膜的“過濾作用”，根據(jù)油氣優(yōu)先透過膜得以“脫除”回收.

3)吸收法油氣回收原理:吸收法是一種重要的混合物分離方法，吸收過程是有機(jī)化合物進(jìn)入液體吸收劑后所發(fā)生的傳質(zhì)過程.氣液兩相之間的濃度差是傳質(zhì)過程的推動(dòng)力，同樣待吸收有機(jī)化合物的實(shí)際濃度與平衡濃度之間的差值越大則吸收率也就越大.吸收法油氣回收技術(shù)是高效吸收液選擇性吸收在油品裝卸過程中置換或者揮發(fā)出來的油蒸汽.目前吸收法油氣回收系統(tǒng)研究的重點(diǎn)在于篩選和開發(fā)研制出性能良好的高效吸收液.

4)吸附法油氣回收原理:吸附法油氣回收裝置由吸附系統(tǒng)、解吸系統(tǒng)和吸收系統(tǒng)組成.裝置由兩個(gè)交替工作的活性炭床組成，以活性炭作為吸附材料(單位體積活性炭吸附表面積極大，具有良好的吸附性能).在裝卸過程中所置換或者揮發(fā)的輕質(zhì)油油氣進(jìn)入吸附器后，首先被活性炭吸附.當(dāng)吸附器出口體積分?jǐn)?shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，吸附器的出口閥門自動(dòng)關(guān)閉，真空解析閥門打開同時(shí)真空泵啟動(dòng).在負(fù)壓力作用下，油氣分子從活性炭的孔隙中脫離出來，經(jīng)過真空泵被輸送到吸收塔中.進(jìn)入吸收塔的油氣與來自罐區(qū)的貧油逆流充分接觸后被吸收，吸收油氣后所形成的富液被輸送回低標(biāo)號(hào)儲(chǔ)油罐.未被吸收的油氣與置換或者揮發(fā)的輕質(zhì)油油氣混合后再次進(jìn)入活性炭床重復(fù)上述過程[2].

2 油氣回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

油庫簡介:廣東某成品油油庫為在用油庫，目前以長輸管線方式進(jìn)庫，汽車運(yùn)輸方式出庫(采用上裝鶴管)，主要經(jīng)營93#、97#汽油以及柴油.現(xiàn)對(duì)汽車發(fā)油臺(tái)進(jìn)行改造，改造后采用下裝鶴管底部密閉裝車，并采用吸附法油氣回收裝置對(duì)裝汽車時(shí)所產(chǎn)生的汽油油氣進(jìn)行回收.

2.1 吸附法油氣回收裝置流程

圖1 吸附法油氣回收系統(tǒng)工藝流程圖

本油氣回收裝置是一種變壓吸附流程(圖1)，以活性炭作為吸附材料，它由兩個(gè)交替工作的兩個(gè)活性炭床(活性碳床至于圖1中的吸附容器A、B中)組成，活性炭的再生則通過液環(huán)真空泵提供的抽真空操作來完成，并在再生循環(huán)的最后通過空氣吹掃閥對(duì)炭床進(jìn)行吹掃.再生過程中，從活性炭床解吸下來的油氣通過兩個(gè)過程實(shí)現(xiàn)回收，首先在液環(huán)真空泵中被壓縮，然后進(jìn)入吸收塔，通過進(jìn)入裝置的貧汽油噴淋吸收.另一方面作為液環(huán)真空泵封液的換熱介質(zhì).

2.2 油氣回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖2、3(以1號(hào)車位為例)所示，公路發(fā)油區(qū)改造后設(shè)有7車位通過式公路發(fā)油亭1座，采用下裝發(fā)油方式，共設(shè)14套下裝密閉發(fā)油鶴管(其中每個(gè)車位布置2套鶴管).其中3個(gè)車位發(fā)汽油(設(shè)6套鶴管)，4個(gè)車位發(fā)柴油(設(shè)8套鶴管)，鶴管口徑均為DN100.本工藝系統(tǒng)原則上采用專管專線泵送發(fā)油工藝，發(fā)汽油、柴油共設(shè)14臺(tái)100GY25A型管道泵(每個(gè)發(fā)油泵對(duì)應(yīng)1套鶴管)，每個(gè)發(fā)油鶴管前均設(shè)流量計(jì)、電液閥，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制定量裝車.

100GY25A型管道泵，額定流量為85 m3/h.根據(jù)《油氣回收系統(tǒng)工程技術(shù)導(dǎo)則》Q/SH0117－2007計(jì)算:

其中:Q為汽油裝車設(shè)施計(jì)算排氣量，Nm3/h;K為汽油發(fā)油鶴管同時(shí)工作系數(shù)，可取K=0.6～1.0，本次設(shè)計(jì)K=0.85;Σq為所有汽油發(fā)油鶴管排氣量之和，Nm3/h，由于是密閉發(fā)油，6臺(tái)汽油泵同時(shí)工作發(fā)油量510 m3/h，可置換出汽油油氣Σq=510 m3/h.

該油庫所需油氣回收裝置處理能力計(jì)算式如下:

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)油氣回收裝置處理能力可定為500 m3/h.根據(jù)吸附法油氣回收原理，增加實(shí)現(xiàn)油氣一次、二次收集的油氣回收裝置，相應(yīng)鋪設(shè)發(fā)油區(qū)及罐區(qū)油氣回收工藝管道.油氣回收管道上設(shè)置阻火器、止回閥以保證管道安全運(yùn)行.在油氣回收裝置前，新建配有液位計(jì)、全天候防爆阻火呼吸閥、手搖泵的0.5 m3凝液管.

本油庫共經(jīng)營93#、97#兩個(gè)標(biāo)號(hào)汽油:該汽油回收系統(tǒng)工藝采用兩個(gè)低標(biāo)號(hào)油罐(93#汽油)，作為收集回收的汽油，當(dāng)站臺(tái)開始裝車時(shí)，裝車中產(chǎn)生的油氣通過密閉裝車系統(tǒng)，沿油氣管道進(jìn)入油氣回收裝置，貧汽油(93#汽油)來自罐區(qū)流入油氣回收裝置，通過噴淋方式吸收汽油油氣;吸收油氣后的貧汽油變?yōu)楦黄土骰毓迏^(qū).

2.3 下裝裝車油氣收集接口設(shè)計(jì)

如圖2所示:油氣回收鶴管是發(fā)油泵在工作時(shí)候負(fù)責(zé)收集從汽車油罐車中置換出來的油氣，是油氣回收系統(tǒng)的前端設(shè)備，對(duì)油氣正?；厥掌鹬陵P(guān)重要的作用.其中，下裝密閉鶴管的收集接口由連接油氣管路與罐車底部油氣排放口的軟管和快速接頭組成.快速接頭帶有自動(dòng)閉合閥芯，能夠防止非工作狀態(tài)時(shí)的油氣泄漏.為了防止油氣倒流需在分支管路與油氣收集接口之間安裝單向止回閥或者受發(fā)油控制室發(fā)油信號(hào)控制而聯(lián)動(dòng)連鎖的電磁閥等，本工藝流程在每個(gè)油氣回收支管道上安裝了止回閥[3].

2.4 對(duì)油氣輸送管路設(shè)計(jì)

油氣輸送管路經(jīng)過計(jì)算后選擇適宜的口徑，油氣輸送管路上所有閥門、阻火器等以及安全和計(jì)量設(shè)備選用合適的工作參數(shù)，不能產(chǎn)生影響油氣輸送的過大阻力.該工藝所選用的止回閥，其氣動(dòng)效果需經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)，確保油氣能順暢通過止回閥.

該工藝油氣輸送管路采用地下埋設(shè)方式，油氣輸送管路容易產(chǎn)生的問題是液阻.當(dāng)油氣在相對(duì)低溫和管壁摩擦的作用下會(huì)凝結(jié)為油液，油液積留在管路低處就形成液阻.在油氣處理裝置前安裝地下集油管，輸送管路整體要坡向集油管，油氣經(jīng)過該集油管空間以后再進(jìn)入油氣處理裝置便可解決液阻問題，當(dāng)集油管里的油液達(dá)到一定容量的時(shí)候，可用手搖泵將油液抽出.

油氣回收系統(tǒng)工藝流程設(shè)計(jì)內(nèi)容還包括:

1)油氣回收主管道的直徑應(yīng)根據(jù)油罐車的承壓能力、油氣回收裝置及其油氣回收管道系統(tǒng)允許的壓力損失，經(jīng)水力計(jì)算確定，可參照表1選用[4].由于最大發(fā)油量為510 m3/h，所以油氣回收主管道選為DN250.

表1 油氣回收主管道直徑選取

2)油氣回收管道的水平段應(yīng)坡向油氣收集裝置，并宜有不小于5‰的坡度，任何情況下管道敷設(shè)坡度不應(yīng)小于2‰.若線路中間有低點(diǎn)，管道應(yīng)坡向低點(diǎn)，并應(yīng)在低點(diǎn)處設(shè)置凝液收集容器.

3)每個(gè)汽油裝車鶴管所配置的油氣回收支管道直徑宜比發(fā)油鶴管直徑小一個(gè)規(guī)格等級(jí)，本油庫采用DN100鶴管，因?yàn)槊總€(gè)車位都是兩個(gè)鶴管同時(shí)可以工作，所以用DN100油氣回收支管.

4)設(shè)置凝液管目的:①為了收集油氣中的液體(包括液化的汽油和水);②當(dāng)油氣回收設(shè)備出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以通過凝液管上排氣管排出，排氣管口應(yīng)高出周圍地面4 m，并且應(yīng)安裝全天候防爆阻火呼吸閥.

5)以該汽油回收系統(tǒng)工藝采用兩個(gè)低標(biāo)號(hào)罐(93#汽油)，能夠確保全天侯為油氣回收裝置提供所必需的貧汽油.

3 油氣回收功效

3.1 油品損耗測算

該油庫改造前為上裝鶴管裝汽車，通過表2從檢測的氣體排放量看，在通常情況下，油氣不經(jīng)過回收所排放質(zhì)量濃度為880～1 407 g/m3，單次裝卸揮發(fā)損耗率:0.133%～0.217%.

3.2 油庫汽油油氣回收量

該地區(qū)單次裝卸揮發(fā)損耗率以夏季揮發(fā)量0.2%、冬季揮發(fā)量0.1%、過度季節(jié)0.15%，每年運(yùn)行350 d計(jì)算:汽油年經(jīng)營量30萬t，將產(chǎn)生大約450 t的汽油油氣損耗.根據(jù)《油氣回收體統(tǒng)規(guī)程技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，本油氣回收設(shè)備需滿足在不低于20℃的環(huán)境溫度下，油氣處理效率≥95%，預(yù)計(jì)每年可收回汽油428 t，以每噸汽油0.5萬元計(jì)算，回收的汽油經(jīng)濟(jì)價(jià)值為0.5×428=214萬元.

表2 油品損耗測算數(shù)據(jù)

下面是該庫在2011年度實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù):

油庫年度發(fā)出汽油量為28.505萬t，回收率約為0.11%，汽油量累計(jì)數(shù)為313.56 t;根據(jù)電表讀數(shù)，累計(jì)年度為14 406 kWh.

回收油品按7 500元/t計(jì)算，年度共計(jì)收入:313.56×750 0=235 170 0元;

按工業(yè)用電每千瓦時(shí)電1.65元計(jì)算，年度支出電費(fèi)為:14 406×1.45=20 888.7元;

年度回收油品的收入為:235 170 0－20 888.7=2 330 811.3元.

3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

該油氣回收裝置及改造工程費(fèi)用總成本為450萬元，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，年度收入約為233萬元.由此可見，該油庫進(jìn)行油氣回收系統(tǒng)改造后大約在2 a內(nèi)便可收回成本，經(jīng)濟(jì)效果非常顯著.

3.4 社會(huì)效益

油庫在引入油氣回收裝置后，減少了大氣污染，保障了油品品質(zhì)，提高了資源利用率、降低了油庫危險(xiǎn)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)了清潔、安全生產(chǎn)，滿足了環(huán)保、節(jié)能及安全等方面的需要，也充分體現(xiàn)了企業(yè)對(duì)周邊地區(qū)及社會(huì)的責(zé)任感.

3.5 從安全角度看

發(fā)油臺(tái)裝車為下裝密閉裝車，發(fā)油區(qū)油氣濃度大大下降，不但其爆炸危險(xiǎn)區(qū)域縮小，提高了作業(yè)場所的安全性，而且在很大程度上減少了操作人員附近的有害氣體，保障了人身健康.

3.6 注意事項(xiàng)

1)優(yōu)化工藝，保證油氣回收管道水平段以不小于5‰的坡度坡向汽油凝液管，當(dāng)管路過長時(shí)可考慮在管路中間增加凝液罐以減小液阻，以保證油氣輸送管道的暢通.

2)保障油氣輸送管路上支管上的止回閥工作參數(shù)選用得當(dāng)，保障裝車時(shí)置換的油氣輸送壓力能順利啟動(dòng)止回閥;當(dāng)采用球閥等切斷閥門的時(shí)候，且未受發(fā)油信號(hào)控制時(shí)，要注意當(dāng)鶴管不工作時(shí)，關(guān)閉油氣回收鶴管上的切斷閥，以防止油氣泄漏.

3)油氣回收系統(tǒng)完好的密閉措施是保證油氣回收效果的重要因素，所以連接部件應(yīng)該滿足國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在保證連接部件有效密封的同時(shí)，能夠相互匹配.

4)考慮到當(dāng)油罐進(jìn)油的時(shí)候油罐不宜同時(shí)出油或者當(dāng)油罐內(nèi)無油時(shí)不能提供吸收油氣所必需的貧汽油，所以油氣回收系統(tǒng)工藝建議采用兩個(gè)低標(biāo)號(hào)罐(93#汽油)，為油氣回收裝置吸收油氣提供貧汽油.

4 結(jié)語

油庫油氣回收工藝簡單、舊庫改造容易，工藝過程為自動(dòng)化控制，油氣回收裝置多為撬裝裝置，占地面積較小，油氣回收效率較高，一般幾年內(nèi)能回收成本，日后經(jīng)濟(jì)效益明顯.引入油氣回收裝置后，發(fā)油區(qū)油氣含量大大降低，不但保護(hù)了環(huán)境，消除了安全隱患，提高了發(fā)油區(qū)周圍工作的安全性，而且有助于操作人員的身體健康.油庫油氣回收既響應(yīng)國家政策，又增強(qiáng)企業(yè)責(zé)任感，能夠體現(xiàn)安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的多重功效.

[1]周勇軍，廖傳華，黃振仁.膜法油氣回收過程的工藝模擬[J].石油與天然氣化工，2005，34(3):149－151.

[2]張 宏，孫 禾.油氣回收系統(tǒng)在石油庫的應(yīng)用[J].石油庫與加油站，2004，13(3):32－34.

[3]鄒松林.油氣回收管路的密閉和暢通[J].石油庫與加油站，2007，16(2):37－39.

[4]中國石油化工集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).油氣回收工程技術(shù)導(dǎo)則Q/SH 0117－2007[S].北京:中國石油化工集團(tuán)公司，2007.