石化行業(yè)石油煉制儲罐揮發(fā)性有機(jī)物污染治理設(shè)計探討

楊旭鈞

摘 要：介紹了石化行業(yè)石油煉制儲罐揮發(fā)性有機(jī)物采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范問題及目前VOCs治理采用的技術(shù)，提出了回收裝置平面布置、儲罐附件選用存在的問題及建議。

關(guān)鍵詞：儲罐;揮發(fā)性有機(jī)物;VOCs治理技術(shù);平面布置;呼吸閥;阻火器;泄壓設(shè)備

國內(nèi)煉油企業(yè)早已開始對儲罐VOCs污染物進(jìn)行治理，但一直缺失相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，下文通過石化行業(yè)石油煉制儲罐VOCs治理設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，提出了設(shè)計中應(yīng)該關(guān)注的事項(xiàng)和建議。

1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

1.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

目前，針對石化行業(yè)儲罐揮發(fā)性有機(jī)物污染治理的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范較少，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50759《油氣回收處理設(shè)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》目前還在征求意見稿中，暫未確定發(fā)布時間。

中國石油化工股份公司煉油事業(yè)部于2016年發(fā)布了《石油化工儲運(yùn)罐區(qū)VOCs治理項(xiàng)目油氣連通工藝實(shí)施方案及安全措施指導(dǎo)意見》中國石化煉發(fā)函﹝2016﹞127號、于2017年發(fā)布了《關(guān)于加快推進(jìn)煉油企業(yè)VOCs提標(biāo)治理工作的通知》股份工單煉能﹝2017﹞546號（下文簡稱546號文），中國石油化工集團(tuán)公司安全監(jiān)管局于2018年發(fā)布了《石油化工企業(yè)儲運(yùn)罐區(qū)罐頂油氣連通安全技術(shù)要求（試行）》中國石化安技﹝2018﹞33號（以下簡稱中石化33號文），以上幾個文件是指導(dǎo)石化行業(yè)石油煉制儲罐揮發(fā)性有機(jī)物治理的主要文件，其中中石化33號文對適用范圍、基本原則、具體要求等方面做了相對詳細(xì)的條文說明，對設(shè)計人員有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1.2 環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

國務(wù)院2013年發(fā)布《大氣污染治理行動計劃》（國發(fā)[2013]37號），環(huán)境保護(hù)部等部委發(fā)布《石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物綜合治理方案》，2015年環(huán)保部印發(fā)GB31570-2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB31571-2015《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，2017年環(huán)保部等六部委聯(lián)合印發(fā)《“十三五”揮發(fā)性有機(jī)物污染治理工作方案》。各省市地方政府也相繼發(fā)布了地方標(biāo)準(zhǔn)，如京津冀、長三角等都發(fā)布了地方排放標(biāo)準(zhǔn)，中石化在546號文提出了內(nèi)控指標(biāo)。石化行業(yè)石油煉制儲罐揮發(fā)性有機(jī)物治理裝置的排放標(biāo)準(zhǔn)主要針對苯、甲苯、二甲苯、非甲烷總烴以及硫化物氮化物等提出了具體的排放要求，呈現(xiàn)出地方政府標(biāo)準(zhǔn)要求比國家標(biāo)準(zhǔn)要求高，中石化要求比地方政府標(biāo)準(zhǔn)要求高的現(xiàn)象。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地方環(huán)保部門、石化行業(yè)的排放要求等，確定VOCs回收裝置的排放標(biāo)準(zhǔn)，同一種排放物原則上執(zhí)行高標(biāo)準(zhǔn)。

2 VOCs治理技術(shù)

石化行業(yè)VOCs治理技術(shù)主要有回收技術(shù)和降解技術(shù)，其中VOCs回收技術(shù)包括吸附法、吸收法、冷凝法和膜分離等技術(shù);VOCs降解技術(shù)包括燃燒法（包括直接燃燒法、蓄熱燃燒法、催化燃燒法等）、光催化氧化法、生物法和等離子體等技術(shù)。

對于全流程VOCs回收裝置項(xiàng)目，綜合考慮儲罐揮發(fā)性有機(jī)物特性、VOCs回收裝置平面布置、VOCs治理技術(shù)的一次投資、處理效果、運(yùn)行成本等，目前，石化行業(yè)儲罐VOCs治理很少采用上述單一技術(shù)，以兩種或三種組合技術(shù)居多，比如冷凝法+變壓吸附法、吸收法+膜分離+變壓吸附、低溫吸收法+催化燃燒法等。對于已投入運(yùn)行的、而排放不能達(dá)到現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)VOCs回收裝置，為徹底解決未來VOCs回收裝置排放是否滿足標(biāo)準(zhǔn)問題，石化行業(yè)廣泛采用燃燒法深度凈化有機(jī)廢氣。設(shè)計中應(yīng)注意，若廢氣中含有Cl、S、N等元素，采用直接燃燒法處理易產(chǎn)生二次污染;蓄熱燃燒法適用于可燃有機(jī)物質(zhì)含量較低的有機(jī)廢氣凈化;催化燃燒法常用于處理低濃度VOCs氣體，如苯類、醛類、酮類、醇類等廢氣及惡臭氣體，不能用于處理含有有機(jī)氯、有機(jī)硫的化合物以及沸點(diǎn)高、相對分子量大的有機(jī)物。

3 平面布置及排氣筒

GB50074-2014《石油庫設(shè)計規(guī)范》中明確了焚燒式可燃?xì)怏w回收裝置應(yīng)按有明火及散發(fā)火花的建（構(gòu)）物及地點(diǎn)執(zhí)行，其他形式的可燃?xì)怏w回收處理裝置應(yīng)按甲、乙類液體泵房執(zhí)行，而GB50160-2008（2018年版）《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》未明確回收裝置與其他設(shè)備設(shè)施及建（構(gòu)）物等的防火間距，也未提出回收裝置可參考何種類型設(shè)備設(shè)施考慮防火間距，這就造成了石化行業(yè)VOCs治理裝置的防火間距無可執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范難題。

回收技術(shù)是一個物理過程，無化學(xué)過程發(fā)生，回收裝置的安全性相對較高，石化行業(yè)回收裝置可根據(jù)GB50074-2014中按“其他形式的可燃?xì)怏w回收處理裝置應(yīng)按甲、乙類液體泵房執(zhí)行”。燃燒法是石化行業(yè)廣泛采用的降解技術(shù)，其中直接燃燒法溫度可達(dá)1100℃、蓄熱燃燒法溫度通常500～900℃、催化燃燒法溫度通常300～500℃;生物法設(shè)備占地面積較大，對溫度、pH值、水分氣流速度等運(yùn)行條件苛刻，應(yīng)用范圍較小;等離子體技術(shù)運(yùn)行成本較高，技術(shù)不成熟，目前尚未進(jìn)行工業(yè)化推廣。降解技術(shù)中溫度操作較溫和的催化燃燒法溫度已達(dá)到300℃以上，如果將VOCs回收裝置GB50074-2014中按“其他形式的可燃?xì)怏w回收處理裝置應(yīng)按甲、乙類液體泵房執(zhí)行”安全性存在一定的隱患，如果將VOCs回收裝置按明火及散發(fā)火花的建（構(gòu)）物及地點(diǎn)執(zhí)行，現(xiàn)有的石化行業(yè)治理儲罐所在罐組周圍很難對裝置進(jìn)行平面布置，在GB/T50759未發(fā)布前，此類裝置的平面布置仍然無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可依，需要多方面評估安全性。對于蓄熱燃燒法、直接燃燒法，建議將初步處理的尾氣接入位于工藝裝置區(qū)域的焚燒爐焚燒。

根據(jù)江蘇省DB32/3151-2016《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》，當(dāng)排氣筒高度<15m時，最高允許排放濃度需按廠界揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)控點(diǎn)濃度限值5倍執(zhí)行，如苯為0.6mg/m3、甲苯為3mg/m3、二甲苯為1.5mg/m3、非甲烷總烴為20mg/m3，而排氣筒高度15m時的最高允許排放濃度苯為6.0mg/m3、甲苯為25mg/m3、二甲苯為40mg/m3、非甲烷總烴為80mg/m3，故一般排氣筒高度不小于15m。考慮到石化行業(yè)裝置及設(shè)備設(shè)施布置密集，采用燃燒法技術(shù)的VOCs回收裝置排氣筒熱氣與周圍散發(fā)氣體匯集時可能會產(chǎn)生危險，排氣筒熱氣可能會對周圍相鄰設(shè)備設(shè)施等操作平臺造成影響，排氣筒的高度還應(yīng)參考SH3011-2011《石油化工工藝裝置布置設(shè)計規(guī)范》中“煙囪頂部應(yīng)高出20m范圍內(nèi)的操作平臺或建筑物3.5m以上;位于20m以外的操作平臺或建筑物應(yīng)仰角45°范圍內(nèi)不得設(shè)平臺”。

4 罐頂附件

4.1 阻火器、呼吸閥

儲罐罐頂氣相空間在設(shè)置氮封系統(tǒng)后，氣相空間有可能存在爆炸性氣體，為保證儲罐安全，需在儲罐罐頂氣相呼吸閥上裝設(shè)阻火器，阻火器主要目的是防止儲罐外部火源進(jìn)入儲罐氣相空間，選用阻爆燃阻火器即可滿足安全要求。目前國內(nèi)阻火器、呼吸閥的規(guī)范有SY/T0511.1-2010《石油儲罐附件第1部分：呼吸閥》、GB13347-2010《石油氣體管道阻火器》、GB5908-2005《石油儲罐阻火器》，而帶阻火器的呼吸閥沒有相應(yīng)規(guī)范，一體式阻火呼吸閥整體進(jìn)行爆燃和耐燒阻火性能及流量測試也缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

目前GB/T13347-2010與ISO16852-2016在管道爆轟阻火器測試方面存在一定差距，滿足國標(biāo)不一定滿足ISO16852-2016，GB/T13347-2010對火焰速度沒有具體要求，僅僅要求不低于廠家提供的安全阻火速度值，同時對爆轟型阻火器也未要求進(jìn)行燃燒測試。ISO16852-2016規(guī)定測試火焰?zhèn)鞑ニ俣缺仨殱M足爆轟特征，碳?xì)浠衔?空氣混合物（ⅡA，ⅡB1，ⅡB2，ⅡB3）火焰速度≥1600m/s;氫氣-空氣混合物（ⅡB，ⅡC）火焰速度≥1900m/s;兩組火焰檢測器測試的火焰速度為常量，火焰?zhèn)鞑ニ俣绕畈荒艹^10%;爆轟型阻火器還應(yīng)經(jīng)過5次爆燃測試。同時還規(guī)定了相關(guān)帶節(jié)流的爆轟型阻火器測試要求。

儲罐罐頂氣相支線上應(yīng)設(shè)管道爆轟型阻火器，爆轟型阻火器有穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩種，目前，氣相連通儲罐管道上所選用阻火器為穩(wěn)態(tài)型阻火器，無法阻止非穩(wěn)態(tài)爆轟。因此管道爆轟型阻火器的安裝要避開可能得非穩(wěn)態(tài)爆轟位置。

阻火器內(nèi)部阻火元件多為細(xì)密阻火盤，重質(zhì)物料儲罐阻火器阻火盤很容易被物料堵，影響阻火效果，可采用夾套阻火器或伴熱措施，夾套阻火器價格較不夾套高，重量較重，而目前VOCs治理的絕大部分儲罐罐頂承壓能力較弱，采用伴熱措施是較為經(jīng)濟(jì)和安全的方式，同時，伴熱受伴熱介質(zhì)、伴熱規(guī)格等影響，管理部門必須定期檢查阻火器堵塞情況。

4.2 泄壓設(shè)備

根據(jù)GB50160，對于采用氮?dú)饣蚱渌麣怏w氣封的甲B、乙類液體的儲罐還應(yīng)設(shè)置事故泄壓設(shè)備。根據(jù)SH/T3007，采用氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w密封保護(hù)系統(tǒng)的儲罐應(yīng)直徑不小于DN500的緊急放空人孔蓋或呼吸人孔。緊急放空人孔蓋僅有排氣功能，而呼吸人孔具有呼氣和吸氣的功能。目前，國內(nèi)石化行業(yè)還沒有針對呼吸人孔、緊急放空人孔蓋的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，呼吸人孔只能參考SY/T 0511.1-2010，而緊急放空人孔蓋沒有相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

儲罐進(jìn)行VOCs治理后，絕大部分儲罐罐頂實(shí)施了氮封，正常情況下一體式阻火呼吸閥和泄壓設(shè)備是不啟動的，一體式阻火呼吸閥的開啟壓力范圍比呼吸人孔或泄壓人孔蓋的開啟壓力范圍小，目前呼吸人孔一般未裝設(shè)阻火器，在非正常情況下，罐內(nèi)壓力過低時，氮封閥流量無法滿足儲罐補(bǔ)氮要求，同時呼吸閥也無法滿足儲罐吸入空氣要求時，如儲罐裝設(shè)泄壓人孔蓋，則儲罐存在抽癟的可能性，如儲罐裝設(shè)呼吸人孔，則儲罐通過呼吸人孔吸入空氣，儲罐罐頂可能會形成爆炸性混合氣體，兩者都存在一定的安全隱患。

5 結(jié)語

石化行業(yè)石油煉制儲罐VOCs治理設(shè)計應(yīng)首先立足于環(huán)保，采用成熟合理的工藝技術(shù)和適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件，降低回收裝置的能耗，減少VOCs排放。VOCs回收裝置投用后，建設(shè)方應(yīng)對裝置及系統(tǒng)設(shè)施等按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行檢查維護(hù)，確保設(shè)備設(shè)施完好，對于重要的設(shè)備設(shè)施，還應(yīng)進(jìn)行日常、異常、全面檢查等。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 50160-2008（2018版）.石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2018.

[2] GB 50074-2014.石油庫設(shè)計規(guī)范[S].北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2014.

[3] DB 32/3151-2016.化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2017.

[4]李援.石化行業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物污染治理技術(shù)探討[J].煉油技術(shù)與工程，2018，48（07）：4-7.

[5]廖昌建，王海波，劉忠生.煉油儲罐及污水池排氣治理技術(shù)工業(yè)應(yīng)用[J].煉油技術(shù)與工程，2019，49（01）：58-61.

[6]劉忠生，王海波，王新.煉油廠儲罐VOCs和惡臭治理新技術(shù)[J].煉油技術(shù)與工程，2018（6）：60-64.

[7]劉忠生，王樂，廖昌建，等.《石油煉制廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》釋疑（一）——關(guān)于儲罐、污水處理場廢氣產(chǎn)生量計算方法[J].煉油技術(shù)與工程，2019，49（11）：60.

[8]王樂，劉忠生，廖昌建，等.《石油煉制廢氣治理工程技術(shù)規(guī)范》釋疑（二）——關(guān)于真實(shí)蒸汽壓、加熱爐和焚燒爐、火炬的相關(guān)問題法[J].煉油技術(shù)與工程，2019，49（12）：60.

[9]張尚鎖.化工企業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物控制現(xiàn)狀及對策研究[J].污染防治技術(shù)，2017（4）：9-10.

[10]劉尚銘.揮發(fā)性有機(jī)物治理措施現(xiàn)狀分析[J].化工管理，2019（16）.