苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案

苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案

隨著石化行業(yè)的迅速發(fā)展， 在石油產(chǎn)品煉制、 儲存過程中產(chǎn)生了大量的揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs),揮發(fā)性有機(jī)物與大氣中的氮氧化物等會發(fā)生一系列反應(yīng)， 導(dǎo)致霧霾等大氣污染問題頻繁發(fā)生。以洛陽石化涉苯儲罐產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物為對象， 對目前釆用的將揮發(fā)性有機(jī)物送入低壓瓦斯系統(tǒng)并經(jīng)增壓后再進(jìn)行焚燒治理的措施進(jìn)行分析和探討。通過分析發(fā)現(xiàn)存在源頭揮發(fā)性有機(jī)物產(chǎn)生量大、 氮?dú)庀牧看蟆?能耗高， 以及安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題， 提出了相應(yīng)的解決措施：檢修儲罐密封附件， VOCs產(chǎn)生量降低了 0.92t/a,N2消耗平均減少230m3/h ；做好罐體內(nèi)部防腐和外部保溫，VOCs產(chǎn)生量降低了 1.95t/a；減少物料收發(fā)頻次， 降低VOCs排放量0.Olt/a；采取優(yōu)化操作措施， 保證揮發(fā)性有機(jī)物治理設(shè)施“ 安穩(wěn)長滿優(yōu)"運(yùn)行， 目前VOCs的去除效率可穩(wěn)定在99%以上， 滿足297%的控制標(biāo)準(zhǔn)；新增氧含量分析儀表， 組成新的儀表控制回路， 將儲罐安全風(fēng)險(xiǎn)降到。

1苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案前言

VOCs(Volatile Organic Compounds)是揮發(fā)性有機(jī)物的總稱。近年來， 我國石油化工行業(yè)迅速發(fā)展，石油產(chǎn)品在生產(chǎn)制造、 儲存及使用過程中會產(chǎn)生大量的VOCs,而VOCs作為PM2.5的前體物， 大量的排放引發(fā)諸多問題， 使得我國多地受霧霾等大氣環(huán)境問題的危害日益嚴(yán)重， 也對人們的日常生活、 身體健康和環(huán)境質(zhì)量造成極大影響另外， 由于石化行業(yè)具有原輔材料眾多、 工藝復(fù)雜等特點(diǎn)， 造成排放源較多， 尤其是無組織泄漏揮發(fā)情況相對比較嚴(yán)重。為此， 國家針對石化行業(yè)提出了《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治方案》 、 GB 37822—2019(揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制標(biāo)準(zhǔn)》 等相關(guān)制度和標(biāo)準(zhǔn)， 隨之也產(chǎn)生了吸收法、 吸附法、 冷凝法、 燃燒法、生物法及低溫等離子體法等不同的VOCs處理方法冋。不同企業(yè)可結(jié)合自身實(shí)際， 按照經(jīng)濟(jì)合理、 技術(shù)可行的原則， 選擇處理技術(shù)治理VOCs。本文以中國石化洛陽石化公司涉苯罐區(qū)為例，對其處理VOCs過程中存在的問題進(jìn)行分析和探討， 并提出相應(yīng)的解決措施， 以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

常壓儲罐氮封系統(tǒng)氮封閥的作用是防止儲罐揮發(fā)性有毒或可燃?xì)怏w泄放到罐外危害安全，以一定的微壓氮?dú)庠诠迌?nèi)保持一定的壓力，氮封閥是設(shè)在罐頂?shù)摹Ｈ狐c(diǎn)的介質(zhì)經(jīng)導(dǎo)壓管引入檢測機(jī)構(gòu)反饋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使得介質(zhì)直接經(jīng)閥蓋進(jìn)入檢測機(jī)構(gòu)，在罐頂?shù)墓藓粑y能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)略大于供氮閥的壓力設(shè)定點(diǎn)，以免供、泄氮裝置頻繁工作。在流量控制方面每個(gè)閥門都配有控制流里百分比的固定板孔，氣體密封系統(tǒng)的每個(gè)閥門尺寸根據(jù)氣體流里表排列，根據(jù)提供的穩(wěn)定氣體壓力計(jì)算適應(yīng)特定需要?dú)怏w密封的流里.氮封閥中的氮?dú)饪梢云鸬街脫Q裝置介質(zhì)、平衡系統(tǒng)的壓力等功能，用于保持容器頂部保護(hù)氣的壓力恒定，一般的氮?dú)鈮毫κ浅海饕饔迷谟跍p少揮發(fā)，如苯罐，二是防止介質(zhì)與空氣的反應(yīng)，如堿罐。

2苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案涉苯罐區(qū)概況

目前， 石化的涉苯罐區(qū)有兩個(gè)， 分別是15號罐區(qū)、 17號罐區(qū)， 其中，15號罐區(qū)有9臺儲罐， 儲罐結(jié)構(gòu)均為內(nèi)浮頂， 儲存介質(zhì)為苯、 對二甲苯、 重芳桂， 儲存溫度30T±10T,正常收、 發(fā)油量為30n?/h、30m3/h， 收、 發(fā)油量為 140m3/h、 140nP/h ；17 號罐區(qū)有14臺儲罐， 儲罐結(jié)構(gòu)均為內(nèi)浮頂， 儲存介質(zhì)為鄰二甲苯、 回?zé)挿脊帧?歧化原料等， 儲存溫度為常溫， 正常收、 發(fā)油量為50m3/h、40n?/h， 大收、 發(fā)油量為 120m7h J50m7ho罐區(qū)部分儲罐呼吸閥處的惡臭氣體監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。由表1可知，15號、 17號罐區(qū)在儲運(yùn)過程中揮發(fā)產(chǎn)生了大量油氣， 如果不對其進(jìn)行有效地回收利用， 一是會造成較大的油氣損失、 減少經(jīng)濟(jì)效益；二是部分儲罐油氣中的苯、 二甲苯、 乙基苯及其他碳?xì)浠衔锉还ぷ魅藛T吸入后， 可對人體健康構(gòu)成較大威脅；三是儲罐揮發(fā)出來的芳桂蒸氣被紫外線照射以后， 會與空氣中其他有害氣體發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)， 形成毒性更大的污染物， 帶來更嚴(yán)重的環(huán)境問題。

3苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案涉苯罐區(qū)VOCs治理工藝簡介

為滿足相關(guān)要求， 按照“資源化、 無害化" 的原則， 充分利用煉油廠現(xiàn)有瓦斯回收系統(tǒng)的優(yōu)勢， 通過增上引風(fēng)機(jī)收集各儲罐罐頂氣， 將收集到的油氣進(jìn)行分液后送至低壓瓦斯系統(tǒng)， 再到氣柜增壓后送入高壓瓦斯系統(tǒng)， 最終作為加熱爐燃料進(jìn)行焚燒。

其中， 氮封系統(tǒng)的控制方案是：當(dāng)罐內(nèi)壓力降至200Pa時(shí)， 氮封閥開啟向罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)猓划?dāng)罐內(nèi)壓力升至500Pa時(shí)， 氮封閥關(guān)閉停止補(bǔ)充氮?dú)狻Ｓ蜌饣厥障到y(tǒng)的控制方案是：每個(gè)罐組油氣匯總線上的氣動閥與該罐組油氣回收匯總線上的壓力遠(yuǎn)傳及每個(gè)罐上的壓力遠(yuǎn)傳信號聯(lián)鎖， 即一個(gè)罐組中N個(gè)儲罐壓力中有一個(gè)達(dá)到1100Pa（900Pa）時(shí)， 且匯總線壓力同時(shí)達(dá)到該值時(shí)， 切斷閥打開（關(guān)閉） ， 即單罐壓力N選一， 然后互與總管壓力二選二。變頻風(fēng)機(jī)的控制方案是：風(fēng)機(jī)出口切斷閥（DN150）與電機(jī)聯(lián)鎖， 風(fēng)機(jī)電機(jī)與風(fēng)機(jī)入口氧含量檢測儀表、 壓力遠(yuǎn) 傳、 風(fēng)機(jī)出口壓力遠(yuǎn)傳、 遠(yuǎn)傳溫度計(jì)信號聯(lián)鎖， 具體過程為： ①當(dāng)風(fēng)機(jī)出口的壓力升至80kPa時(shí)， 先風(fēng)機(jī)停運(yùn)， 再風(fēng)機(jī)出口切斷閥關(guān)閉。 ②當(dāng)風(fēng)機(jī)出口溫度達(dá)90紀(jì)時(shí)， 先風(fēng)機(jī)停運(yùn)， 再風(fēng)機(jī)岀口切斷閥關(guān)閉。③當(dāng)風(fēng)機(jī)入口氧含量M2%時(shí)， 先風(fēng)機(jī)停運(yùn)， 再風(fēng)機(jī)出口切斷閥關(guān)閉。 ④其他事故狀態(tài)下， 先風(fēng)機(jī)停運(yùn)，再風(fēng)機(jī)出口切斷閥關(guān)閉。 ⑤當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力高于900Pa時(shí)， 變頻電機(jī)為電流狀態(tài)； 當(dāng)風(fēng)機(jī)進(jìn)口壓力低于500Pa時(shí)， 變頻電機(jī)為最小電流狀態(tài)。

4苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案存在的問題

4.1源頭VOCs產(chǎn)生量大

罐密封變差導(dǎo)致源頭VOCs產(chǎn)生量較大。

① 密封圈老化等導(dǎo)致密封變差。目前， 涉苯罐區(qū)的儲罐均采用內(nèi)浮頂+氮封技術(shù)。在實(shí)際存儲中，由于大多數(shù)浮盤密封圈的材質(zhì)是橡膠， 年久老化，且浮盤密封圈和罐壁的長時(shí)間摩擦和變形， 導(dǎo)致密封效果變差， 罐內(nèi)浮盤之上氣相空間內(nèi)的苯、 甲苯和二甲苯等揮發(fā)量就會增加， 在源頭上增加了VOCs的產(chǎn)生量， 加大了后續(xù)VOCs處理負(fù)荷。

② 化學(xué)腐蝕導(dǎo)致罐密封變差。由于儲罐內(nèi)介質(zhì)揮發(fā)出的不穩(wěn)定氣態(tài)桂中含有不飽和怪， 可造成罐壁的化學(xué)腐蝕；加上環(huán)境氣溫的變化， 儲罐內(nèi)水蒸氣易在罐頂、 內(nèi)壁形成凝結(jié)水膜， 儲罐內(nèi)氣體中含有的雜質(zhì)也會溶解在水膜中， 形成電解質(zhì)溶液， 使罐內(nèi)空氣中的氧氣通過水膜擴(kuò)散到罐體金屬表面，并在罐壁發(fā)生電化學(xué)腐蝕閩。罐壁腐蝕造成罐內(nèi)壁附著大量浮銹， 使罐內(nèi)浮盤與罐壁密封不好， 并導(dǎo)致油氣揮發(fā)量增加， 亦在源頭增加了 VOCs產(chǎn)生量。

③ 環(huán)境溫度變化導(dǎo)致密封變差。由于儲罐外部的保溫層破裂或保溫效果下降， 不能保證儲罐內(nèi)部溫度和壓力的相對穩(wěn)定， 當(dāng)外部環(huán)境的氣溫與儲存介質(zhì)溫度有較大溫差時(shí)， 儲存介質(zhì)就要進(jìn)行“小呼吸" ， 勢必增加了 VOCs產(chǎn)生。

4.2 M消耗量大

根據(jù)氮封的設(shè)計(jì)原理， 氮封消耗N2主要分為三個(gè)部分：一是儲罐在發(fā)料過程中， 由于儲罐氣相空間發(fā)生變化， 此時(shí)需要補(bǔ)充大量％來補(bǔ)充儲罐 壓力， 理論上需要補(bǔ)充的弘量就等于發(fā)料體積；二是靜止儲罐由于氣溫的變化導(dǎo)致其氣相空間變化，2需要補(bǔ)入， 理論上這部分的用氣量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于部分；三是呼吸閥、 泄壓人孔閥等故障造成N?跑損。通過氮封運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)， 涉苯罐區(qū)每個(gè)儲罐的平均弘消耗量折合為34.4m7h,存在N?消耗量過大的情況， 其主要原因就是呼吸閥、 泄壓人孔閥的橡膠密封圈老化、 變形， 氣密效果變差， 導(dǎo)致大量弘泄漏， 為維持罐內(nèi)氣相空間壓力， 2就要源源不斷進(jìn)行補(bǔ)充， 造成弘消耗量大。

4.3安全風(fēng)險(xiǎn)大

涉苯罐區(qū)是苯、 甲苯、 二甲苯等產(chǎn)品的主要儲存設(shè)備， 且儲存介質(zhì)均屬于危險(xiǎn)化學(xué)品， 大多具有易燃、 易爆、 易揮發(fā)、 易積聚靜電等特性， 一旦發(fā)生危險(xiǎn)， 會造成巨大危害。因此， 為使涉苯罐區(qū)VOCs治理設(shè)施安全有效運(yùn)行， 在處理流程的增壓風(fēng)機(jī)前設(shè)置了氧含量分析儀表， 并與風(fēng)機(jī)電機(jī)及風(fēng)機(jī)出口的切斷閥聯(lián)鎖， 即當(dāng)風(fēng)機(jī)入口氧含量M2%（體積比） 時(shí)， 先風(fēng)機(jī)停運(yùn)，再風(fēng)機(jī)出口切斷閥關(guān)閉。在氧含量分析儀表出現(xiàn)故障， 尤其是油氣中氧含量超過2%時(shí)， 如果引風(fēng)機(jī)沒有聯(lián)鎖停運(yùn)， 大量空氣就可能進(jìn)入儲罐， 形成爆炸空間， 存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。

5苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案解決對策

5.1源頭削減VOCs產(chǎn)生

5.1.1檢修儲罐密封附件

儲罐中VOCs產(chǎn)生的多少， 與其附件的浮盤密封圈好壞， 呼吸閥、 泄壓人孔閥的開合效果， 以及罐體內(nèi)壁的腐蝕程度有較大關(guān)系。因此， 為解決VOCs產(chǎn)生量大的問題， 需要從儲罐本身進(jìn)行改造或更換， 在源頭上減少VOCs的產(chǎn)生。通過檢修和緊固浮盤蓋板的搭接面， 減少浮盤搭接面之間的縫隙，縮小油氣揮發(fā)空間；更換呼吸閥、 泄壓人孔閥和量導(dǎo)管護(hù)筒， 以及浮盤密封圈， 保證相應(yīng)附件的密封及靈活活動的效果， 降低儲罐內(nèi)因“動" “靜" 密封效果不佳而造成的VOCs泄漏冋。另外， 還可減少2消耗， 節(jié)約資源。2019年6月份， 進(jìn)行倒罐、 檢修作業(yè)， 對附件進(jìn)行了檢修或更換后， 據(jù)核算，23臺儲罐的VOCs產(chǎn)生量降低了 0.92t/a,N2消耗平均減少230m3/ho

5.1.2做好罐體內(nèi)部防腐和外部保溫

在儲罐內(nèi)部， 需要重點(diǎn)做好內(nèi)壁防腐工作。通過日常巡檢， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕情況， 再通過倒罐， 對腐蝕嚴(yán)重儲罐進(jìn)行除銹， 對易腐蝕的部位完成重點(diǎn)防腐作業(yè)， 確保罐內(nèi)浮盤與罐壁密封良好， 減少油氣揮發(fā)量空間， 從源頭削減VOCs產(chǎn)生。在儲罐外部， 尤其要保證罐體的保溫效果。由于儲罐保溫是一個(gè)系統(tǒng)工程， 要取得好的保溫效果， 應(yīng)該從保溫涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)入手， 解決其中的薄弱環(huán)節(jié)：

①保溫材料的各項(xiàng)指標(biāo)及其使用必須符合設(shè)計(jì)要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 嚴(yán)禁曝曬、 雨淋、 受潮。

②安裝要盡量采用無熱橋或少熱橋的保溫結(jié)構(gòu)， 并盡可能對罐頂進(jìn)行保溫， 保證運(yùn)行安全和減少VOCs產(chǎn)生。

③分層保溫時(shí)， 要注意錯(cuò)縫、 搭接、障礙處理等細(xì)節(jié)的落實(shí)， 避免直通縫的存在， 確保保溫效果。對儲罐內(nèi)壁進(jìn)行了除銹作業(yè)， 對外壁增加了保溫措施， 據(jù)核算，23臺儲罐的VOCs產(chǎn)生量降低了 1.95t/a。

5.1.3減少物料收發(fā)頻次

儲罐收受、 儲存介質(zhì)時(shí)， 由于“大呼吸" 作用， 可大幅增加油氣的揮發(fā)及VOCs的產(chǎn)生。因此， 可通過優(yōu)化排產(chǎn)計(jì)劃， 增加直供料流程， 降低對二甲苯等物料儲存量， 減少呼吸作用產(chǎn)生的VOCs,還可降低公用介質(zhì)消耗， 降低加工成本， 提高經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)核算,2019年較2018年減少了 10000t的儲存介質(zhì)周轉(zhuǎn)量， 降低VOCs排放量0.01t/a。

5.2末端治理VOCs

為保證VOCs的處理效果， 需要采取措施保證現(xiàn)有治理設(shè)施“安穩(wěn)長滿優(yōu)" 運(yùn)行：①嚴(yán)格按照操作規(guī)程行事， 定期巡檢， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。②制定突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案， 保證治理實(shí)施一旦出現(xiàn)突發(fā)事故， 可將事故的影響控制在一定范圍內(nèi)， 不對員工和外部環(huán)境造成危害；定期進(jìn)行事故演練， 提高員工在事故狀態(tài)下處理應(yīng)急事故的能力。③開展勞動競賽， 以班組為單位， 對各班組的操作水平、 處理問題能力進(jìn)行考核和排名， 增強(qiáng)員工的綜合業(yè)務(wù)素質(zhì)。據(jù)核算， 目前VOCs的去除效率可穩(wěn)定在99%以上， 滿足M97%的控制標(biāo)準(zhǔn)。

5.3做好安全風(fēng)險(xiǎn)防控

由于增壓風(fēng)機(jī)前設(shè)置了一臺氧含量分析儀表 當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)， 會存在嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此， 在增壓風(fēng)機(jī)前再增設(shè)第二臺氧含量分析儀表， 也與風(fēng)機(jī)電機(jī)及風(fēng)機(jī)出口的切斷閥聯(lián)鎖， 并和臺儀表組成“二選二" 儀表控制回路， 當(dāng)兩臺分析儀表同時(shí)故障時(shí)， 才關(guān)閉風(fēng)機(jī)電機(jī)及風(fēng)機(jī)出口切斷閥， 保證儲罐內(nèi)氧含量達(dá)標(biāo)， 以及儲罐安全。

常壓儲罐閥芯與閥座，不管修理或者更換，密封面都須進(jìn)行研磨。彈簧若有裂縫跡象，須更換。密封墊片與0型圈每次檢修時(shí)全部更換，膜片根據(jù)檢查結(jié)果而定。閥門平時(shí)維護(hù)，只有觀察閥后導(dǎo)壓器上的壓力表是否符合設(shè)計(jì)值要求即可。另外若發(fā)現(xiàn)各連接處有滲漏，可擰緊螺母與螺釘或更換密封墊片與0型圈。6苯罐區(qū)氮封裝置VOCs治理方案結(jié)語

① 通過檢修儲罐密封附件， 做好罐體內(nèi)部防腐和外部保溫， 減少物料收發(fā)， 在源頭削減VOCs產(chǎn)生， 減輕后續(xù)處理壓力。

② 通過采取定期巡檢、 制定突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急演練、 開展勞動競賽活動等措施， 保證末端治理實(shí)施“安穩(wěn)長滿優(yōu)" 運(yùn)行。

③ 通過新增氧含量分析儀表， 組成新的儀表控制回路， 保證儲罐安全， 將儲罐安全風(fēng)險(xiǎn)降到。

常壓儲罐氮封系統(tǒng)氮封閥安裝及日常維護(hù)，安裝前，檢查整機(jī)零件是否缺損或者松動對管道應(yīng)進(jìn)行清洗，介質(zhì)流向應(yīng)與閥體箭頭指向一致。為便于現(xiàn)場維修與操作，閥四周應(yīng)留有適當(dāng)?shù)目臻g。閥門應(yīng)正立垂直安裝在水平管道上，閥體與管道的法蘭連接，要注意軸度，并應(yīng)安裝在環(huán)境溫度不超過-25~55℃的場合使用。開啟閥前截止閥，使介質(zhì)緩慢流入閥體。擰開指揮器護(hù)罩，松開指揮器調(diào)節(jié)螺釘。調(diào)節(jié)指揮器主彈簧，使閥后壓力定值。固定指揮器調(diào)節(jié)螺釘，裝好護(hù)，調(diào)壓閥即可開始工作。不用時(shí)，關(guān)閉閥前截止閥。拆卸閥門時(shí)，要保護(hù)好零件的表面，拆裝閥座時(shí)，要使用專用工具。