罐區(qū)油氣收集系統(tǒng)主要設(shè)備選用

王洪萍（中海油石化工程有限公司，山東 青島266100）

隨著石化行業(yè)VOCs 整治的全面開展，大幅減少VOCs 排放，對于改善環(huán)境質(zhì)量具有重要作用[1]。為滿足國家及地方的達標排放和環(huán)境質(zhì)量要求，石化行業(yè)越來越重視對儲罐無組織排放的罐頂油氣進行集中收集并處理。油氣收集技術(shù)應(yīng)選用安全、成熟、節(jié)能、經(jīng)濟、操作簡便的技術(shù)，合理設(shè)置及選用設(shè)備，從而實現(xiàn)油氣收集系統(tǒng)控制方便可靠，達到安全節(jié)能的效果。

1 油氣收集系統(tǒng)工藝流程

如圖1 所示，罐區(qū)油氣收集系統(tǒng)工藝流程包括單呼閥控制和壓力調(diào)節(jié)閥控制兩種方案[2]。

單個儲罐儲存一種油品的情況，采用單呼閥控制方案。單個儲罐罐頂收集的油氣經(jīng)罐頂油氣收集支管在罐區(qū)內(nèi)匯集至油氣收集總管，在儲罐油氣收集支管上設(shè)置單呼閥。它只向外呼氣，不向內(nèi)吸氣，從而確保儲存不同油品的儲罐之間不會串氣。

多個儲罐儲存同種油品，采用壓力調(diào)節(jié)閥控制方案。儲存同一品種的多個儲罐罐頂收集的油氣經(jīng)各自罐頂油氣收集支管匯集至油氣聯(lián)通管道，在油氣聯(lián)通管道的末端設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，儲存同種油品的儲罐通過油氣聯(lián)通管道維持罐內(nèi)氣相平衡。

罐頂油氣收集后并入罐組收集總管，經(jīng)鼓風機加壓后輸送至油氣處理設(shè)施。

圖1 罐區(qū)油氣收集系統(tǒng)工藝流程

2 油氣收集系統(tǒng)控制閥設(shè)置

合理控制儲罐與油氣收集管道的壓力，對于保證儲罐的本質(zhì)安全、順利收集油氣具有重要作用。

2.1 罐頂控制閥

（1）每座儲罐設(shè)獨立的氮封閥組和旁路，以及時補氣，防止儲罐形成負壓，吸入空氣。當罐內(nèi)壓力低于氮封閥開啟壓力200Pa 時，氮封閥打開，向罐內(nèi)補充氮氣；當罐內(nèi)壓力達到氮封閥關(guān)閉壓力500Pa時，氮封閥關(guān)閉[3]。

（2）每座儲罐罐頂設(shè)置呼吸閥，當罐內(nèi)壓力升高太快，來不及通過油氣收集管道外排，造成超過呼吸閥全開啟壓力1765 Pa時，呼吸閥打開，向罐外排氣；當?shù)忾y失靈不能及時開啟，造成罐內(nèi)壓力降至呼吸閥全關(guān)閉壓力-295 Pa時，呼吸閥打開，向罐內(nèi)補充空氣。

（3）每座儲罐罐頂設(shè)置緊急泄壓人孔，緊急泄放閥定壓1900Pa。當儲罐遇到事故時，能迅速排放，確保安全。

2.2 管道控制閥

（1）單個儲罐儲存一種油品的情況，在每座儲罐油氣收集支管上設(shè)置單呼閥，單呼閥全開啟壓力1270Pa，回座壓力765Pa。

（2）多個儲罐儲存同一品種的情況，每一個品種儲罐的油氣收集支管均通過各自的油氣聯(lián)通管道相連，在油氣聯(lián)通管道上設(shè)置壓力調(diào)節(jié)閥，維持正常壓力1150Pa，全開啟壓力1270Pa，全關(guān)閉壓力1080Pa。

3 油氣收集系統(tǒng)阻火器選用

罐頂油氣聯(lián)通后，要重點防止發(fā)生群罐火災(zāi)。在油氣收集支管靠近儲罐位置設(shè)置阻火器，阻止火焰蔓延[4]。如圖2所示，火焰在管道上隨著距離的傳播分三個階段，爆燃、非穩(wěn)態(tài)爆轟、穩(wěn)態(tài)爆轟。其中，非穩(wěn)態(tài)爆轟的破壞性最大，危害最嚴重。根據(jù)火源與阻火器之間的距離選用阻火器類型，但由于爆燃和穩(wěn)態(tài)爆轟的位置并不好確定，因此選用防非穩(wěn)態(tài)爆轟的阻火器，其安裝位置不受限制，阻火元件性能更高級，能提供更安全的保證。

圖2 火焰?zhèn)鞑ペ厔?/p>

4 油氣收集系統(tǒng)鼓風機選用

鼓風機是油氣收集系統(tǒng)的主要動力設(shè)備，也是主要的耗能設(shè)備，鼓風機選擇的正確與否，直接影響油氣處理成本的高低。設(shè)計時，依據(jù)油氣壓縮量、進口溫度、進口壓力、出口壓力等參數(shù)，對鼓風機進行選型，從而確定鼓風機轉(zhuǎn)速、軸功率及配套電機。

4.1 鼓風機壓縮量確定

鼓風機壓縮量即為油氣收集系統(tǒng)通氣量，合理計算通氣量，對鼓風機選型具有重要作用。如何確定儲罐通氣量，迄今為止尚無確定通氣量的國家標準，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)研及咨詢國內(nèi)資深的油氣回收廠家得到的信息：夏季一天當中早晨5點～7點溫升最快，約從25℃升至40℃，其余時間溫升引起的油氣體積膨脹量很小。

各儲罐正常吸氣量及呼氣量，包含液體進出量及因大氣溫度變化而引起的通氣量之和[5]。儲罐因大氣溫升產(chǎn)生的最大呼氣量，因大氣溫降產(chǎn)生的最大吸氣量均按2小時內(nèi)，溫度從25℃至40℃的變化計算。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT，溫度T1=298K，對應(yīng)的儲罐氣體體積為V1（取0.5 倍的罐容），溫度T2=313K，對應(yīng)的體積為V2，壓力P 視為不變，則

以6000m3儲罐為例，V1=0.5×6000=3000 m3，V2=3000=3151 m3，2 小時內(nèi)儲罐因溫升導(dǎo)致的氣體體積變化ΔV=V2-V1=151 m3，呼氣量Q=ΔV/2=76 m3/h。

4.2 鼓風機出口壓力確定

油氣收集后，經(jīng)鼓風機增壓后輸送至油氣處理設(shè)施。鼓風機出口壓力是鼓風機選型的一個重要參數(shù)，通過Pipephase軟件計算。如圖3所示，建立簡單壓降模型，已知流量、終點壓力、管線長度，試設(shè)定起點壓力、管徑。如圖4所示，運行后，根據(jù)運行結(jié)果，調(diào)整起點壓力與管徑大小，計算終點壓力與設(shè)定終點壓力（大氣壓1.01Bar）基本符合的為所需要的值。

圖3 鼓風機壓降計算模型

圖4 鼓風機壓降計算結(jié)果

4.3 鼓風機形式選用

選用鼓風機時，效率高、壽命長、便于調(diào)節(jié)是必要的考慮因素。鼓風機形式多種多樣，油氣收集系統(tǒng)建議采用高效節(jié)能型羅茨鼓風機（容積式），其具有如下特點[6]：

（1）流量分檔密，覆蓋范圍廣，壓力具有自適應(yīng)性。

（2）葉輪采用新型線，密封性好，高效節(jié)能。

（3）規(guī)格種類多，密封形式多樣，能夠滿足不同介質(zhì)需要。

（4）產(chǎn)品加工精度高、性能好、運行可靠。結(jié)構(gòu)簡單，保養(yǎng)維護方便。

5 結(jié)語

文章介紹了油氣收集系統(tǒng)工藝流程，分析了罐頂控制閥、管道控制閥對油氣收集的控制作用，描述了阻火器的選用依據(jù)，給出了鼓風機壓縮量、出口壓力確定方法及選型。從控制、安全、節(jié)能三個方面，較全面地總結(jié)了油氣收集系統(tǒng)主要設(shè)備的設(shè)置及選用。