王金余
中國(guó)石化銷(xiāo)售股份有限公司上海石油分公司
近些年來(lái),隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的快速增長(zhǎng),汽油等汽車(chē)燃料的年消費(fèi)量也不斷增高。汽油油氣是典型的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs),是造成光化學(xué)污染的主要原因之一,在光照作用下很容易與NOx等反應(yīng)形成臭氧。此外,加油站等工作場(chǎng)所油氣揮發(fā)不僅容易發(fā)生火災(zāi)爆炸事故,而且會(huì)造成油氣資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。因此,我國(guó)于2007年頒布了《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB20952-2007)。全國(guó)各地陸續(xù)開(kāi)展了加油站汽油卸油及加油環(huán)節(jié)的油氣回收技術(shù)改造工作,分別稱為“一次油氣回收和二次油氣回收”,油氣污染治理取得了較好的成效。2020年我國(guó)對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂,發(fā)布了《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB20952-2020),與2007年發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)相比,新標(biāo)準(zhǔn)增加了“對(duì)油氣回收系統(tǒng)檢查維護(hù)和大氣污染物排放相關(guān)指標(biāo)監(jiān)測(cè)”的要求,表明了我國(guó)對(duì)加油站油氣污染治理工作已轉(zhuǎn)移到對(duì)油氣污染治理設(shè)施正常運(yùn)行、維護(hù)的日常監(jiān)督與檢查方面。
為了進(jìn)一步提高治理效果,保證加油站油氣治理設(shè)施正常運(yùn)行,截至2020年上海地區(qū)汽油銷(xiāo)售量2 000 t以上的加油站已陸續(xù)安裝了油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),系統(tǒng)運(yùn)用后表明,在線監(jiān)測(cè)可以直觀地監(jiān)控汽油槍加注油品過(guò)程中氣液比、油罐壓力與溫度等性能指標(biāo)是否正常,大幅減輕了加油站人員日常維保工作量,保證了加油過(guò)程中逸散油氣的高效回收。
加油站油氣回收系統(tǒng)主要由卸油油氣回收系統(tǒng)、汽油密閉儲(chǔ)存、加油油氣回收系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。該系統(tǒng)的主要作用是將汽油在卸油、加油環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的油氣,通過(guò)回氣管道密閉收集回收到油罐車(chē)或埋地油罐中,從而實(shí)現(xiàn)控制油氣超標(biāo)排放的目標(biāo)。
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是指“在線監(jiān)測(cè)加油油氣回收過(guò)程中的氣液比以及油氣回收系統(tǒng)的密閉性是否正常的系統(tǒng),當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)可提醒操作人員采取相應(yīng)的措施,并能記錄、儲(chǔ)存、處理和傳輸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。”[1]
美國(guó)是最早開(kāi)展油氣污染治理,也是油氣回收技術(shù)最先進(jìn)的國(guó)家之一。從20世紀(jì)40年代起,美國(guó)的石油公司和環(huán)保部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始采取措施來(lái)降低油品的蒸發(fā)損耗。1975年美國(guó)政府要求加強(qiáng)汽車(chē)加油過(guò)程中油氣散溢管控,計(jì)劃在全美空氣品質(zhì)最差的地區(qū)采用加油油氣回收技術(shù)作為控制油氣逸散的策略措施。但美國(guó)加州環(huán)保部門(mén)在推行加油油氣回收技術(shù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有加油站的油氣回收裝置只是將油氣混合物回收到儲(chǔ)油罐中,但仍然可以通過(guò)油罐呼吸閥排到大氣中,油氣回收裝置的有效率,油氣回收系統(tǒng)有90%出現(xiàn)泄漏,油氣回收系統(tǒng)故障率為4.8%~47.4%,加州地區(qū)有相當(dāng)一部分加油站油氣回收系統(tǒng)處在低于認(rèn)證效率的狀況工作,對(duì)周?chē)髿猸h(huán)境仍構(gòu)成污染。因此,在2001年,美國(guó)加州空氣資源委員會(huì)推出了“強(qiáng)化油氣回收法令”,該法令對(duì)汽油卸油環(huán)節(jié)、加油環(huán)節(jié)的油氣回收效率作了更嚴(yán)格的要求,同時(shí)該法令要求“年加油量大于60萬(wàn)加侖(約1 700 t)的加油站必須安裝站內(nèi)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)”[2]。
歐盟對(duì)油氣回收排放的控制始于20世紀(jì)80年代。歐盟對(duì)加油站油氣回收系統(tǒng)在線監(jiān)控要求是從2007年開(kāi)始的,要求加裝有加油油氣回收系統(tǒng)的加油站要同步建設(shè)在線監(jiān)控系統(tǒng)。
我國(guó)對(duì)加油站油氣污染治理主要始于2007年。2007年國(guó)家環(huán)??偩峙鷾?zhǔn)發(fā)布了《加油站大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》,明確了加油站在油罐車(chē)卸油、加油過(guò)程中的油氣控制工藝與排放標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后,北京、廣東、上海等地方政府陸續(xù)下發(fā)通知,全面啟動(dòng)了加油站油氣污染治理工作。2017年,北京、上海地區(qū)開(kāi)始了油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝啟動(dòng)工作。截至2020年,上海地區(qū)汽油年銷(xiāo)售量2 000 t以上的加油站已完成了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝、上線工作。
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常由三大模塊組成,主要包含傳感器、數(shù)據(jù)采集器、站內(nèi)監(jiān)控平臺(tái)(見(jiàn)圖1)。
圖1 油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖
主要包括油氣流量傳感器、壓力傳感器、油氣濃度傳感器、溫度傳感器等。
1)油氣流量傳感器。安裝在加油機(jī)真空泵油氣回收管路上,用于檢測(cè)加油時(shí)汽油油氣體積回收量的儀器。
2)壓力傳感器。安裝在汽油罐通氣管上,檢測(cè)油罐內(nèi)氣體空間壓力,判斷油罐密閉性是否合格的儀器;以及安裝在油氣回收管線末端,用于測(cè)量液阻是否合格的儀器。
3)油氣濃度傳感器。安裝在卸油口、油罐操作井等部位,檢測(cè)上述部位設(shè)備設(shè)施是否有油氣滲漏的儀器。
4)溫度傳感器。安裝在汽油罐通氣管上,檢測(cè)周邊環(huán)境溫度和油罐內(nèi)油氣溫度的儀器。
用于采集各類(lèi)傳感器信號(hào)及加油脈沖信號(hào),并將收集的信號(hào)轉(zhuǎn)換為相關(guān)數(shù)據(jù)后,傳送給加油站監(jiān)控平臺(tái)。
用于監(jiān)測(cè)、顯示整個(gè)油氣回收系統(tǒng)工作情況的主機(jī),安裝于加油站室內(nèi)??梢灾庇^地顯示并查詢各汽油油槍氣液比數(shù)據(jù)、油罐密閉性數(shù)據(jù)及油氣回收管線液阻數(shù)據(jù)等。
系統(tǒng)能檢測(cè)、計(jì)算、分析加油過(guò)程中汽油加油槍油氣回收量、加油量,實(shí)現(xiàn)汽油加油槍氣液比監(jiān)控;顯示油氣回收系統(tǒng)氣體空間壓力,具備油氣回收系統(tǒng)密閉性等指標(biāo)的監(jiān)控功能;具備監(jiān)測(cè)汽油油罐車(chē)卸油過(guò)程以及日常作業(yè)過(guò)程中,卸油口油氣排放濃度是否超標(biāo)功能;具備管線液阻監(jiān)控等擴(kuò)展功能。當(dāng)氣液比、油罐氣體空間壓力、油氣濃度超標(biāo)時(shí),能按要求發(fā)出預(yù)警、報(bào)警信號(hào)。站內(nèi)監(jiān)控平臺(tái)應(yīng)能顯示當(dāng)前及歷史油氣回收系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)、表格或圖形,并存儲(chǔ)和打印一段時(shí)間內(nèi)所要求的全部監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。
安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后能實(shí)時(shí)判斷加油站油氣回收裝置運(yùn)行狀態(tài)是否正常。根據(jù)美國(guó)環(huán)保署在2000年左右的調(diào)查結(jié)果,美國(guó)的加油站油氣回收裝置的正常工作狀態(tài)僅在60%左右,而安裝油氣回收在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后,能在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)提醒加油站工作人員采取相應(yīng)的維保措施,從而提高油氣回收裝置的有效性,運(yùn)行效率可提升到95%以上。
根據(jù)《中國(guó)加油站VOC排放污染現(xiàn)狀及控制》文獻(xiàn)中提到的VOC排放因子數(shù)值,未安裝油氣回收裝置的加油站,汽柴油的排放系數(shù)平均值為“汽油4.95 kg/t、柴油0.075 kg/t”,其中加油過(guò)程的排放系數(shù)平均值為“汽油2.49 kg/t、柴油0.048 kg/t”[3]。
結(jié)合上述裝置完好率及排放系數(shù)平均值,以某加油站年銷(xiāo)售汽油量7 000 t計(jì),如該站未安裝在線監(jiān)測(cè)裝置,其加油油氣回收裝置有效率僅60%,安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后,裝置有效率將提升到95%。計(jì)算數(shù)值如下:
通過(guò)以上計(jì)算,安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)促進(jìn)裝置運(yùn)行有效率提升后,該加油站每年在加油過(guò)程中可減少VOC排放量6.1 t。以每噸汽油進(jìn)貨成本7 000元計(jì),年節(jié)約成本4萬(wàn)余元。
從近年來(lái)加油站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警、報(bào)警情況來(lái)看,系統(tǒng)對(duì)于油罐內(nèi)氣體壓力、油氣濃度的預(yù)警均比較準(zhǔn)確,有助于設(shè)備維保人員及時(shí)判斷、處理油氣回收系統(tǒng)中密閉性存在的故障,如機(jī)械呼吸閥損壞、卸油口或計(jì)量口管線閥門(mén)沒(méi)有關(guān)緊等。
但在油槍氣液比數(shù)值預(yù)警方面,由于影響油氣回氣量的因素較多,往往需要仔細(xì)排查原因。
從目前在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)氣液比預(yù)警后,排查出的故障類(lèi)型看,主要有五方面原因。
安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí),由于某型號(hào)加油機(jī)內(nèi)部空間較小,安裝人員將油氣流量計(jì)安裝在油氣回收真空泵上口進(jìn)氣端,由于該真空泵回氣總管連接了兩把加油槍?zhuān)趦砂鸭佑蜆屩丿B工作時(shí),由于真空泵上口真空度較大,且由于油槍出油瞬間,流速要經(jīng)過(guò)從慢到快的過(guò)程,加油結(jié)束以后,氣液比數(shù)值經(jīng)常出現(xiàn)偏大預(yù)警情況。經(jīng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廠家人員與油氣回收檢測(cè)機(jī)構(gòu)多次比對(duì)氣液比數(shù)值后,確認(rèn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的氣液比采集數(shù)據(jù)出現(xiàn)了誤差。
加油站安裝的是分散式油氣回收系統(tǒng),原則每把槍上應(yīng)安裝一臺(tái)油氣流量計(jì),確實(shí)因加油機(jī)內(nèi)部空間影響的,可以將共用一臺(tái)真空泵的多把油槍匯合起來(lái),共用一臺(tái)油氣流量計(jì),測(cè)算氣液比時(shí),應(yīng)將多把槍回收的氣體體積與加出的油品體積進(jìn)行匯總后計(jì)算。無(wú)論是單槍單臺(tái)油氣流量計(jì)還是多槍共用一臺(tái)油氣流量計(jì),在安裝時(shí)盡量把油氣流量計(jì)安裝在真空泵出口端,避免啟動(dòng)時(shí)由于真空度過(guò)大造成影響。由于安裝位置影響只能安裝在真空泵進(jìn)口端時(shí),擬在數(shù)據(jù)采集器上對(duì)油氣流量計(jì)設(shè)置修正值,修正值大小應(yīng)請(qǐng)第三方專(zhuān)業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)協(xié)助確定。
部分加油站安裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后,發(fā)現(xiàn)站級(jí)平臺(tái)監(jiān)控器上部分汽油槍數(shù)據(jù)為灰色,顯示“通信故障”,且對(duì)應(yīng)油槍氣液比數(shù)值顯示為“無(wú)數(shù)據(jù)”,維保人員檢修后發(fā)現(xiàn)該型號(hào)氣液比數(shù)據(jù)采集器與加油機(jī)計(jì)量器上脈沖發(fā)生器數(shù)據(jù)不兼容,經(jīng)重新調(diào)試后,系統(tǒng)恢復(fù)正常。
由于油品中含有微量膠質(zhì)成分,油氣流量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,其過(guò)濾網(wǎng)會(huì)被膠質(zhì)成分堵塞造成回氣量減少,引起氣液比數(shù)值偏小。某加油站在查看站級(jí)平臺(tái)時(shí)發(fā)現(xiàn)兩把汽油槍在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上顯示氣液比數(shù)值偏小,站內(nèi)人員檢查后發(fā)現(xiàn)真空泵溫度較高,經(jīng)清洗真空泵濾網(wǎng)后,數(shù)值仍未恢復(fù)正常。加油機(jī)廠家與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)人員共同檢查后發(fā)現(xiàn),油氣流量計(jì)濾網(wǎng)被堵塞,造成數(shù)據(jù)采集器氣體體積數(shù)據(jù)采集量減少。
加油站安裝的油氣流量計(jì)精度較高,如果不在油氣流量計(jì)前安裝過(guò)濾器,油氣液化之后,油品中的膠質(zhì)會(huì)黏結(jié)在流量計(jì)內(nèi)部,長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后,會(huì)導(dǎo)致油氣流量計(jì)卡住或出現(xiàn)流量計(jì)轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)偏慢情況,影響氣體體積數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。安裝過(guò)濾器后,維保人員應(yīng)定期清洗真空泵與油氣流量計(jì)過(guò)濾器,避免膠質(zhì)積聚,引起回氣量數(shù)值出現(xiàn)偏差。
部分加油站安裝系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn),在運(yùn)行一段時(shí)間后,站級(jí)平臺(tái)監(jiān)控器上氣液比數(shù)值出現(xiàn)偏小預(yù)警情況。維保人員及第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)通過(guò)專(zhuān)業(yè)儀器人工檢測(cè)后,顯示氣液比數(shù)值均在正常范圍之內(nèi),后經(jīng)深入排查,主要原因在于人工比對(duì)用的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的專(zhuān)業(yè)儀器比較靈敏,在加油結(jié)束真空泵停止運(yùn)行2 min之內(nèi),回氣管內(nèi)仍有油氣緩慢進(jìn)入檢測(cè)儀器,檢測(cè)儀器仍在收集并讀取氣體體積數(shù)據(jù),此時(shí)氣液比數(shù)值顯示為合格。而在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在真空泵停止運(yùn)行后,由于進(jìn)氣壓力不足以推動(dòng)油氣流量計(jì)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng),導(dǎo)致在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集器收集的氣體體積數(shù)值偏小,此時(shí)產(chǎn)生了數(shù)值誤差。經(jīng)專(zhuān)業(yè)人員對(duì)數(shù)據(jù)采集器設(shè)置了氣體體積修正值以后,系統(tǒng)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。
第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)氣液比的儀器為專(zhuān)業(yè)儀器,且經(jīng)過(guò)國(guó)家專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)。設(shè)置采集器修正值時(shí)應(yīng)以第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)值作為參考依據(jù)。每次加油結(jié)束后,專(zhuān)業(yè)儀器收集的氣體體積值約在0.05~0.15L之間,可以取其平均數(shù)作為修正值,輸入到數(shù)據(jù)采集器中對(duì)體積進(jìn)行修正,減少數(shù)據(jù)誤差。
日常加油過(guò)程中,操作人員不當(dāng)操作也會(huì)引起氣液比數(shù)值超標(biāo)。如部分工作人員啟動(dòng)加油機(jī)時(shí)習(xí)慣用油槍槍管挑起加油機(jī)開(kāi)關(guān)把,易造成油槍中回氣管路密封圈損壞,導(dǎo)致氣路進(jìn)油。使用長(zhǎng)膠管的加油站,加油結(jié)束后,員工沒(méi)有及時(shí)盤(pán)好加油膠管,導(dǎo)致膠管被車(chē)輛碾壓引起回氣管路變形,造成進(jìn)氣量減少。
作業(yè)人員在啟動(dòng)加油機(jī)加油時(shí)不要用槍管挑起開(kāi)關(guān)把;加油結(jié)束后,盡量將膠管盤(pán)好掛在加油機(jī)面板掛鉤上;日常工作中要定期檢查集氣罩、真空泵、閥門(mén)是否完好,發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)報(bào)修。
加油站油氣蒸發(fā)是VOC排放的重要來(lái)源之一,油氣回收裝置的安裝使用是控制油氣排放的有效手段,而在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是有效監(jiān)控加油站油氣回收裝置氣液比、密閉性、油氣濃度等性能指標(biāo)是否正常的信息化管理手段,系統(tǒng)各點(diǎn)位傳感器的預(yù)警、報(bào)警,可以為加油站工作人員和設(shè)備設(shè)施維保人員精準(zhǔn)開(kāi)展設(shè)備檢修提供便利,保障了加油站油氣污染治理設(shè)施的維修及時(shí)性。
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用可以大幅降低加油站油品蒸發(fā)損耗,提高加油站節(jié)能降耗管理水平。以上海地區(qū)為例,該地區(qū)加油站年汽油銷(xiāo)售量一般在400萬(wàn)t左右,在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用后,可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施油氣逸散點(diǎn),精準(zhǔn)開(kāi)展設(shè)備設(shè)施維修,為此可使上海地區(qū)加油站每年VOC排放量降低約3 500 t,年節(jié)約成本約2 400萬(wàn)元。
在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與政府生態(tài)環(huán)境部門(mén)聯(lián)網(wǎng)后,為環(huán)保監(jiān)督管理部門(mén)日常監(jiān)管帶來(lái)了極大的方便。通過(guò)平臺(tái)上預(yù)警、報(bào)警數(shù)據(jù),環(huán)保監(jiān)管部門(mén)可以直觀地看到加油站油氣回收裝置日常運(yùn)行中存在的問(wèn)題,為精準(zhǔn)執(zhí)法提供了依據(jù)。同時(shí),通過(guò)一段時(shí)間的大數(shù)據(jù)分析后,環(huán)保監(jiān)管部門(mén)可以更好地為企業(yè)油氣回收裝置的升級(jí)改造提供參考數(shù)據(jù)與技術(shù)支撐。