苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐廢氣及裝車油氣隱患治理

易春玲

摘 要：本文介紹了中國石化茂名分公司苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐大小呼吸產(chǎn)生的廢氣及乙苯裝車時產(chǎn)生油氣隱患治理情況，對國內(nèi)石化企業(yè)芳烴罐區(qū)及裝車廢氣治理有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：苯；甲苯；苯乙烯；廢氣；芳烴罐區(qū)

芳烴是我國上游化工企業(yè)的主要產(chǎn)品之一，主要包括三苯（苯、甲苯、二甲苯），均為有毒的有機化合物，苯為劇毒致癌物，甲苯主要影響神經(jīng)中樞系統(tǒng)功能，而二甲苯的毒性主要表現(xiàn)為腎毒性、胚胎或生殖毒性和神經(jīng)毒性[1]。由于三苯揮易揮發(fā)，毒性大，因此在儲運過程中對作業(yè)人員的健康危害極大；由于三苯均為易燃易爆介質(zhì)，其揮發(fā)氣聚集在地面空間會帶來較大安全隱患。主要介紹了中國石化茂名分公司苯乙烯裝置苯、甲苯、苯乙烯、乙苯等儲罐大小呼吸產(chǎn)生的廢氣及乙苯裝車時產(chǎn)生油氣隱患治理，對化工企業(yè)芳烴類氣體回收處理有一定的借鑒。

1 系統(tǒng)儲罐區(qū)及裝車

1.1系統(tǒng)儲罐區(qū)油氣揮發(fā)量確定

儲罐的蒸發(fā)損耗主要包括大呼吸損耗（油品進(jìn)、出罐時產(chǎn)生的油品損耗及呼氣量）及和小呼吸損耗（由于外界環(huán)境溫度影響產(chǎn)生的油品損耗及呼氣量）兩部分。影響其蒸發(fā)損耗的主要因素有：油品的飽和蒸氣壓、儲罐中的溫度變化、儲罐的油氣空間（滿罐、半罐、空罐）、儲罐的直徑、儲罐的進(jìn)出油時間、大氣壓變化、大氣溫度變化等。儲罐區(qū)油氣揮發(fā)量既要考慮每種油品進(jìn)罐時的大呼吸揮發(fā)量，也要考慮每臺儲罐由于溫升等因素引起的小呼吸揮發(fā)量。大呼吸揮發(fā)量和小呼吸揮發(fā)量進(jìn)行合理疊加后方可確定油氣揮發(fā)總量。通過計算得出儲罐區(qū)總呼吸量為284.5 m3/h，考慮工藝裝置的最大操作彈性（110%），進(jìn)而確定儲罐區(qū)最大油氣揮發(fā)量為320 m3/h。

1.2裝車油氣揮發(fā)量確定

苯乙烯車間乙苯年裝車量較大，為9918.2 t/a，是非密閉裝車形式，裝車時的油氣直接排放到大氣中。根據(jù)《油品裝載系統(tǒng)油氣回收設(shè)施設(shè)計規(guī)范》GB50759-2012，油品裝車時，最大小時揮發(fā)量即為最大小時裝車量1.0～1.1倍。乙苯裝車時揮發(fā)的油氣揮發(fā)量為30 m3/h。

綜上所述，苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐廢氣及裝車油氣回收治理量為350m3/h。

通過對固定頂、內(nèi)浮頂儲罐中油氣性質(zhì)的取樣化驗分析，由于儲罐中儲存介質(zhì)、儲罐選型、操作工況的不同，各儲罐中油氣的非甲烷總烴濃度也不盡相同，油罐進(jìn)料或循環(huán)工況非甲烷總烴含量達(dá)到200 g/m3，苯含量達(dá)到934 mg/m3，甲苯含量達(dá)到122 mg/m3，二甲苯含量達(dá)到230 mg/m3。遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過排放限值的要求。

1.3苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐及裝車情況

苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐及裝車現(xiàn)有狀況如下。

（1）苯乙烯TA-501A/B罐、乙苯TA-505A/B罐、焦油/殘油TA-506罐的油品進(jìn)料時排放的油氣直接排放到大氣中。

（2）苯罐TA-502、脫氫混合液罐TA-503、甲苯混合液罐TA-504、不合格乙苯罐TA-508油品進(jìn)料時排放的油氣經(jīng)罐區(qū)放空冷卻器EA-503后去高點排放。

（3）乙苯罐TA-507的油品進(jìn)料時排放的油氣經(jīng)罐區(qū)放空冷卻器EA-504后去高點排放。

（4）苯乙烯車間乙苯年裝車量較大，為9918.2 t/a，目前是非密閉裝車形式，裝車時的油氣直接排放到大氣中。

所以，對其油氣進(jìn)行密閉收集并進(jìn)行集中治理后方可達(dá)到直接排放的要求。

2 廢氣治理方案

根據(jù)中石化股份工單煉能（2017） 546號文“關(guān)于加快推進(jìn)煉油企業(yè)VOCs提標(biāo)治理工作的通知”的要求，其大氣污染物排放限值符合下列規(guī)定：

（1）非甲烷總烴的排放質(zhì)量濃度不得高于50 mg/m3；（2）苯的排放質(zhì)量濃度不得高于2 mg/m3；（3）甲苯的排放質(zhì)量濃度不得高于8 mg/m3；（4）二甲苯的排放質(zhì)量濃度不得高于10 mg/m3。

苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐及裝車油氣的非甲烷總烴質(zhì)量濃度達(dá)到200 g/m3以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過排放限值（120 mg/m3）的要求。儲罐區(qū)、裝車區(qū)靠近化工分部廠區(qū)的4#，8#，9#主干道，油氣直接排放到大氣中，逸散出來的臭氣，影響裝置及周邊的環(huán)境，直接造成空氣污染，對人身健康構(gòu)成一定的危害。

涉苯類氣體因排放濃度指標(biāo)的數(shù)值低，簡單的吸收與過濾己不能滿足要求，廢氣治理的原則方案為：初級回收，末端深度處置。末端深度處置：優(yōu)先考慮通過現(xiàn)有設(shè)施處置廢氣。

苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐及裝車的油氣濃度較高，須將VOCs濃度降低到爆炸極限下限質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%以下，引入焚燒設(shè)備；通過大量的空氣、氮氣稀釋高濃度VOCs氣體，將VOCs濃度降低到爆炸極限下限質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%以下然后進(jìn)入苯乙烯裝置內(nèi)的蒸汽過熱爐BA-301焚燒設(shè)備焚燒。

初級回收：通過合理確定儲罐附件及其排放壓力，使儲罐的油氣排放由無組織排放變成有組織回收。

將乙苯裝車非密閉上部裝車鶴管更換為密閉下部裝車鶴管且?guī)в蜌馐占Q管，將排放的油氣有效收集起來進(jìn)行集中處理。

2.1儲罐及其附件選用

根據(jù)SH/T3007《石油化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計規(guī)范》中對儲罐選型規(guī)定。

儲存沸點大于或等于45℃或在37.8℃時飽和蒸氣壓不大于88 kPa的甲B、乙A類液體，應(yīng)選用浮頂儲罐或內(nèi)浮頂儲罐。其他甲B、乙A類液體化工品有特殊儲存需要時，可以選用固定頂儲罐、低壓儲罐和容量小于或等于100m3的臥式儲罐，但應(yīng)采取下列措施之一。

（1）設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)，密閉收集處理罐內(nèi)排出的氣體。（2）設(shè)置氮氣密封保護(hù)系統(tǒng)，控制儲存溫度低于液體閃點5℃及以下。

苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐區(qū)的儲罐容積為100～1400m3，均為常壓（2 kPa）儲罐。除苯乙烯罐設(shè)置有氮封系統(tǒng)（氮氣調(diào)節(jié)閥）和阻火呼吸閥，其他儲罐均僅設(shè)置通氣孔。

根據(jù)上述要求并配合油氣密閉回收要求，首先需封堵所有儲罐通氣孔，完善油氣密閉回收系統(tǒng)配套儲罐附件。詳細(xì)儲罐附件配置如下。

（1）對于苯乙烯TA-501A/B儲罐利用現(xiàn)有阻火呼吸閥：改造現(xiàn)有氮封系統(tǒng)，將氮氣調(diào)節(jié)閥組變更為開一關(guān)型氮封閥：新增單呼閥+管道阻火器、緊急泄放閥。

（2）對于苯乙烯車間9座儲罐的附件進(jìn)行改造：儲罐原有的通氣孔需封堵；增設(shè)儲罐頂壓力高低就地指示及報警，新增氮封系統(tǒng)，對儲罐原有的罐頂氣相管道進(jìn)行改造，新增單呼閥及阻爆轟型管道阻火器，增加廢氣收集管道DN100，新增阻火呼吸閥和緊急泄放閥。

2.2工藝流程改造

苯乙烯車間的10座儲罐的油氣、乙苯裝車時的油氣是涉苯類VOCs氣體，苯乙烯車間儲罐區(qū)現(xiàn)有2臺罐區(qū)油氣放空冷凝器，裝置內(nèi)有蒸汽過熱爐，本著盡可能利用現(xiàn)有設(shè)施，保持現(xiàn)有設(shè)施功能不變，在原有的基礎(chǔ)上對局部流程進(jìn)行改造，一級處置采用冷凝器低溫冷凝；冷凝后的低濃度含苯VOCs氣體進(jìn)入二級焚燒設(shè)備加熱爐燃燒。

保留車間儲罐原有的油氣排放流程：苯罐TA-502、脫氫混合液罐TA-503、甲苯混合液罐TA-504、不合格乙苯罐TA-508油品進(jìn)料時排放的油氣經(jīng)罐區(qū)放空冷凝器EA-503后去高點排放；混合凝液回流進(jìn)脫氫混合液罐TA-503罐。

把苯乙烯TA-501A/B罐及焦油/殘油TA-506罐的油氣收集管道DN100接入此系統(tǒng)。即利用罐區(qū)已有的放空冷凝器EA-503，對苯乙烯TA-501A/B罐、苯罐TA-502、脫氫混合液罐TA-503、甲苯混合液罐TA-504、焦油/殘油TA-506罐、不合格乙苯罐TA-508大小呼吸產(chǎn)生的油氣進(jìn)行預(yù)處理：冷凝器低溫冷凝；對冷凝器EA-503后去高點排放的管道進(jìn)行封堵。

保留車間乙苯罐TA-507原有的油氣排放流程，乙苯罐TA-507的油品進(jìn)料時排放的油氣經(jīng)罐區(qū)放空冷凝器EA-504后去高點排放；乙苯凝液回流進(jìn)乙苯罐TA-507。

把乙苯罐TA-505A/B的油氣管道接入此系統(tǒng)。即利用罐區(qū)已有的放空冷凝器EA-504，對乙苯罐TA-505A/B罐、乙苯罐TA-507罐大小呼吸產(chǎn)生的油氣進(jìn)行預(yù)處理：冷凝器低溫冷凝：對冷凝器EA-504后去高點排放的管道進(jìn)行封堵。

在罐區(qū)東側(cè)管廊下增設(shè)2臺變頻羅茨風(fēng)機CA-513，513S（成套設(shè)備，一開一備，風(fēng)量Q=0～350 m3/h）：對10座儲罐的油氣進(jìn)行提壓；增設(shè)羅茨風(fēng)機CA-514（成套設(shè)備，風(fēng)量Q=0～60 m3/h），對乙苯裝車的油氣進(jìn)行提壓。

儲罐在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機廢氣體與氮封用的氮氣通過罐頂氣相線進(jìn)入油氣收集總管。在油氣收集總管上安裝壓力變送器，當(dāng)油氣管道上的壓力達(dá)到設(shè)定限壓力值時[0.6 kPa （G）]開啟羅茨風(fēng)機CA-513，513S，514，到設(shè)定低限壓力值[0.1 kPa （G）]時關(guān)閉羅茨風(fēng)機CA-513，513S，514。

乙苯裝車鶴管的氣相管道DN80接入羅茨風(fēng)機CA-514，羅茨風(fēng)機CA-514的開啟由原批量裝車線上的乙苯裝車開關(guān)閥的信號進(jìn)行控制，乙苯裝車時同時打開羅茨風(fēng)機CA-514，對乙苯裝車的油氣進(jìn)行提壓，乙苯停止裝車時同時關(guān)閉羅茨風(fēng)機CA-514。

在羅茨風(fēng)機CA-513，513S，514的出口總管上DN150油氣線增設(shè)緊急排放管DN150及緊急放空切斷閥XV-3016，苯乙烯裝置內(nèi)風(fēng)道系統(tǒng)與油氣管道匯合管上設(shè)置可燃?xì)怏w濃度報警儀通過對稀釋后的油氣濃度在線監(jiān)測，當(dāng)濃度超過設(shè)定值時向控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號，當(dāng)濃度超過設(shè)定最高值時聯(lián)鎖自動關(guān)閉進(jìn)裝置蒸汽過熱爐BA-301油氣總管緊急切斷閥XV-3017，并同步打開切斷閥XV-3018，將經(jīng)預(yù)處理后的油氣緊急排至放空線去高處排放。

3 改造后環(huán)保、節(jié)能分析

3.1環(huán)保分析

將乙烯車間苯乙烯罐TA-501A/B、苯罐TA-502、脫氫混合液罐TA-503、甲苯混合液罐TA-504、乙苯TA-505 A/B罐、焦油/殘油TA-506罐、乙苯罐TA-507、不合格乙苯罐TA-508共10座儲罐以及乙苯裝車無組織排放廢氣集中收集，送至原有蒸汽過熱爐BA-301進(jìn)行焚燒處理。通過對苯乙烯裝置的罐區(qū)廢氣、裝車油氣隱患治理改造，有效控制大氣環(huán)境污染，減少油品儲存和裝載過程中的損耗，降低火災(zāi)、爆炸危害程度，滿足企業(yè)安全環(huán)保生產(chǎn)需求，滿足國家、行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等有關(guān)規(guī)定要求。確保裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運行，減少環(huán)境污染，提高企業(yè)的社會效益。

3.2節(jié)能分析

將苯乙烯車間乙苯裝車更換為下部密閉裝車形式，使裝車的油氣排放由無組織排放變成有組織收集并治理，使其尾氣排放符合國家、行業(yè)、地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等有關(guān)規(guī)定要求，不僅能保證職工身體健康，而且減少油品損耗，能創(chuàng)造一定的經(jīng)濟效益。

苯乙烯車間系統(tǒng)儲罐廢氣及裝車油氣隱患治理充分利用苯乙烯車間現(xiàn)有設(shè)施，保持現(xiàn)有設(shè)施功能不變，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，對局部流程進(jìn)行改造：一級處置采用已有2臺罐區(qū)油氣放空冷凝器EA-503，EA-504；冷凝后的較低濃度VOCs氣體進(jìn)入苯乙烯裝置內(nèi)的二級焚燒設(shè)備蒸汽過熱爐BA-301進(jìn)行焚燒處理。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙陽軍，王晴.石油化工儲運罐區(qū)VOCs治理項目油氣連通工藝實施方案及安全措施指導(dǎo)意見（環(huán)發(fā)[2014]177號）[J].基層建設(shè)，2017 （35）：30.

[2]吳魯明.中國石化煉發(fā)函（[2016]127號）.石油化工儲運罐區(qū)VOCs治理項目油氣連通工藝實施方案及安全措施指導(dǎo)意見[J].基層建設(shè)，2018 （5）：21.

[3]劉井新.淺談苯蒸汽回收的必要性和方法[J].煉油與化工，2010（2）：20-22.