加油站二次油氣回收氣液比波動問題的分析及對策

騰天驕

〔中國石化河北石油分公司 河北石家莊 050021〕

汽油是多種碳氫化合物的混合物，其中的烴類組分具有較強的揮發性，在汽油揮發過程中產生的VOCs(揮發性有機化合物)與大氣中的二氧化硫、氮氧化物發生光化學反應形成光化學煙霧，這是造成霧霾的重要原因之一。為降低汽油儲存、運輸、銷售環節的大氣污染，我國于2007年左右開始在全國施行成品油庫、運輸車輛及加油站的油氣回收改造工作，相繼出臺了《GB20950—2007 儲油庫大氣污染物排放標準》、《GB20951—2007 汽油運輸大氣污染物排放標準》、《GB20952—2007 加油站大氣污染物排放標準》等系列國家及地方標準、規章，對油氣回收系統的改造、安裝、使用及檢測進行指導與約束。

1 國家標準對油氣回收系統檢測指標的相關要求

加油站油氣回收系統由卸油油氣回收系統(一次回收)、加油油氣回收系統(二次回收)、油氣排放處理裝置(三次回收)、在線監測系統構成。按照《加油站大氣污染物排放標準》要求每年對油氣回收管線液阻、油氣回收系統密閉性、油氣回收系統氣液比進行一次檢測。同時，按照地方政府環保監管部門的要求，部分加油站安裝了油氣排放處理裝置和在線監測系統，每年需要對處理裝置的油氣排放濃度檢測、在線監測系統校驗一次。

1.1 氣液比

氣液比(A/L)是指加油時通過二次回收設備收集的油氣體積與同時加入油箱內的汽油體積的比值。氣液比是反映二次回收系統是否能夠有效收集揮發油氣的關鍵指標。《加油站大氣污染物排放標準》規定，二次回收系統氣液比均應在大于等于1.0和小于等于1.2范圍內。在線監測系統對氣液比要求超出0.9 ～1.3范圍(即超標10 %)進行輕度警告，若連續7 d處于輕度警告狀態應報警；超出0.6～1.5范圍(即超標40 %)時進行重度警告，若連續24 h處于重度警告狀態應報警。

1.2 液阻

液阻是指油氣回收管線因溫度、壓力等條件變化形成凝析液體或管道坡度變化等原因，在管道內對氣體流通造成的阻力。液阻較大會嚴重影響回氣效果，也會間接影響氣液比指標。

1.3 密閉性

密閉性是指油氣回收系統在一定氣體壓力狀態下的密閉程度。《加油站大氣污染物排放標準》規定，所有影響密閉性的部件，包括管線、法蘭、閥門、快速接頭以及其他相關部件都應保證在小于750 Pa時不漏氣，油氣回收在線監測系統也同時利用壓力傳感器監測油氣回收系統的密閉性。密閉

性是檢驗加油站環節整個油氣回收系統是否有效的重要指標，二次回收系統存在密閉性較差的問題也會影響氣液比指標。

在實際檢測過程中，氣液比、密閉性和液阻三項指標中，氣液比指標的達標率遠低于密閉性和液阻兩項指標；在實際維保過程中發現，影響密閉性和液阻指標的因素較少，而影響氣液比指標的因素較多。氣液比是油氣回收系統中最重要、技術含量最高、檢測頻率最高、達標率最低，且爭議最多的控制指標[1]。

2 美國和德國相關標準對氣液比指標的要求

美國、日本等國家對油氣回收系統的研究起步較早，自20世紀60、70年代就研制出了基于活性炭吸附、貧油吸收等工藝為基礎的油氣回收裝置，后期德國也推出了基于膜分離技術的油氣回收裝置。我國的油氣回收研究起步于80、90年代，并在2007年前后編制了以北京市地標為基礎的國家標準。與國外標準相比較，我國對二次回收的氣液比指標主要借鑒了美國CARB的標準要求。

2.1 美國

美國對油氣回收的相關標準的制定可以追溯到聯邦和州兩個層面。聯邦層面主要以EPA的要求為主，州層面以加州CARB的標準要求最為嚴格，大部分州均參照CARB制定相關標準，CARB還出臺了一系列較為嚴格的認證程序對加油站實施油氣回收認證。CARB在二次回收認證中要求對靜壓性能、溢油量、車載油氣回收系統兼容性、液體殘油、加油槍“噴濺”、油罐壓力等指標進行了具體約束。特別對氣液比指標進行規定，要求氣液比由申請人提出，依照氣液比測試試驗進行驗證，沒有后處理裝置的最大氣液比認證不應超過1.00，有后處理裝置的最大氣液比認證不應超過1.30；要求二次油氣回收系統的碳氫化合物排放因子和效率應達到夏季效率95 %并且碳氫化合物泄漏量≤0.38 lb/1 000 gals，冬季效率95 %或者碳氫化合物泄漏量≤0.38 lb/1 000 gals的要求。

2.2 德國

德國機動車加油過程中所產生的碳氫化合物排放限值法令規定，油氣回收系統的氣液比范圍為0.95～1.05；同時，不允許新鮮空氣經由汽油泵前的任何設備進入油氣回收管道。目的在于只對油箱內液體揮發的油氣進行有效收集，避免對新鮮空氣造成污染。

3 氣液比波動問題的原因分析

選取同一地區5座安裝在線監測系統的加油站(分別以A、B、C、D、E表示)，加油站之間距離小于20 km，調取同一天24 h的監控數據進行統計，5座加油站73條汽油加油槍24 h共計加油2739筆，其中氣液比>1.2的筆數189筆，<1.0的筆數666筆，合格率僅為68.78 %，波動范圍為0.44～2.67。經過進一步分析看出，C、D兩座站達標率較高，且達標率較高的時段加油相對集中，異常時段多出現在加油頻率較低時期；A、D、E三座站氣液比變化波動較大，未發現特定規律。詳細統計見表1。

表1 同一地區5座加油站氣液比數據統計

數據顯示，加油站氣液比指標在不進行適時調節的情況下，很難實現穩定在1.0～1.2的控制范圍。這充分說明只有在特定條件下，才能對氣液比進行有效的控制。假設一條校準過的加油槍，加油流速為38 L/min，有一臺校準后確保每分鐘回收38 L油氣的真空泵，所有連接部件密閉性完好。在汽車油箱內的油品與加油站對應油罐內汽油的油品組分、雷特蒸氣壓(RVP)、溫度等條件全部一致的情況下，才能實現加注1 L汽油可以收回1 L的油氣。但是在現實情況下，這些假設條件根本不可能完全相同，所以氣液比會存在動態變化的問題，主要原因：

3.1 油品組分的影響

汽油是一種混合物，主要成分是C4～C12的輕烴，易溶于苯和醇類。正是由于汽油組分的復雜性，所以當兩種油品進行混合后，形成的新混合物體積不可以采用簡單的加和方式來計算。例如：一個50 L的汽油油箱，已經裝有10 L 92號汽油，再加入10 L 95號汽油。由于兩種汽油的組分不能夠保證完全相同，所以混合后的液體體積不能為20 L整。不僅是不同標號的油品由于組分不同會影響混合物體積，而且我國在部分地區已經推廣了乙醇汽油，含有10 %乙醇的汽油與不含有乙醇的高清潔油品進行混合時，混合后的情況將更為復雜，更不可能為簡單地體積加和方式。所以，不能夠簡單的把氣液比指標設置為加入1 L油會有1 L油氣被排出。

3.2 汽油揮發率的影響

汽油是一種易揮發物質，汽油的揮發率隨著溫度的變化而變化。隨著溫度的升高，汽油揮發率隨之增高；相反，溫度越低汽油的揮發率也會隨之降低。例如：一個裝滿汽油的油罐在22 ℃時，油氣體積濃度為35 %，但當溫度升高至36 ℃時，油氣體積濃度會達到59 %。汽油溫度的差異會使回收率受到較大的影響。假設地下油罐的溫度為25 ℃，而加油車輛油箱內的溫度是10 ℃，意味著油罐內油氣濃度高于汽車油箱中的油氣濃度。當汽油從油罐加入汽車油箱時，油箱內的油氣平衡條件會被打破。汽車油箱中的汽油溫度升高而產生新的平衡狀態。由于溫度升高汽油揮發率上升，油氣揮發量會隨之增加。在這種情況下，氣液比在試驗狀態下大約會升高至1.3，甚至更高。反之，如果油箱內的汽油溫度高于油罐內的汽油溫度，在此工況下氣液比會低于1.0。

不僅溫度會影響汽油的揮發，揮發率也會隨著季節性變化的RVP而變化，在冬季汽油所含的揮發性化學成分要比在夏天的時候多，所以在夏天為了防止因高溫而造成的過度蒸發排放，部分國家政府部門會要求降低RVP。除此之外，影響汽油揮發率的因素較多，甚至磁化作用也會對汽油的揮發造成影響。所以，揮發情況的不斷變化會導致二次回收時收集到的油氣體積不斷變化，氣液比也會隨之變化。

3.3 設備完好率的影響

二次回收系統由油氣回收加油槍、加油膠管、油氣分離器、真空泵、回收管線等設備組成。由于設備較多，且工藝較為復雜，所以設備的完好率和連接部位的密閉性都會對整個二次回收系統造成影響，而且會集中體現在氣液比指標的變化中。常見的問題：

一是集氣罩破損或不匹配。油氣回收加油槍的集氣罩如果出現破損，在加油過程中產生的油氣就無法進行有效收集。由于汽車油箱口標準暫未實現統一，所以會出現加油槍集氣罩與油箱口不匹配的問題，導致集氣罩無法覆蓋油箱口，油氣無法實現有效收集。

二是加油槍及膠管損壞。由于油氣回收加油槍采用雙層管設計，在兩層管的中間層為回氣的氣相空間，在加油槍管上部開有回氣孔。由于雙層管的強度不及單層管，在日常使用過程中加油、掛槍環節會發生加油槍與油箱口、加油槍與加油機的碰撞，有時可能會發生加油槍墜落、加油膠管被碾壓、過度彎折等問題。在這個過程中會造成加油槍管受損，氣相空間被破壞、回氣孔被堵塞等問題，影響回氣量。

三是振動引發的密閉性破壞。加油機在工作狀態下由于自吸泵、潛油泵、真空泵的運轉會產生一定的振動。若設備故障振動過大，會造成法蘭及管線的連接部位發生松動，導致密閉性被破壞。

四是真空泵功率下降。真空泵在運行一段時間后，由于設備頻繁啟動、停止，長期運行產生的磨損，造成功率下降，致使整個二次回收系統回氣量降低。

4 提高氣液比達標率的改進方法

由于影響氣液比的因素較多，且溫度、RVP、油品組分等客觀不可控因素較多，所以提高油氣回收氣液比的達標率，需要從操作行為和設備完好率兩方面進行重點考慮。

4.1 規范進行加油操作

在操作過程中，要將加油槍集氣罩完全覆蓋油箱口，避免產生間隙，破壞油箱口密閉性，更不可以為追求加注更多的油品，在加油跳槍后將加油槍提出，使集氣罩脫離油箱口，提高自封高度強制再次加油；在操作過程中也要盡可能減少加油槍管的碰撞，避免膠管產生過度彎折，更要杜絕加油槍跌落與膠管被碾壓，從而提高達標率。

4.2 集中式改為分散式油氣回收

通過檢查發現，集中式油氣回收的氣液比達標率遠低于分散式油氣回收的達標率，這由其原理所致。集中式油氣回收不可避免地會存在“一泵多槍”的問題，而且大部分真空泵不能實現變頻調節，這也就人為造成了加油槍流量與真空泵吸氣能力不匹配，所以很難實現多條槍同時加油的氣液比達標，而且液阻也會對真空泵產生較大影響。而分散式油氣回收，特別是采用了DURR型真空泵的“單泵單槍”形式會有效解決此類問題。

4.3 推廣電子式氣液比調節閥

氣液比調節閥分為機械式和電子式。機械式調節閥需要手工操作對安裝在回氣管線上的閥門進行流量大小調節，而進行手工調節的前置條件是需要對加油槍的氣液比進行檢測，通過檢測數值的大小進行相應調節。電子式調節閥可將加油泵、真空泵的運行參數傳輸至PLC，由PLC來控制氣液比調節閥。所以電子式氣液比調節閥比機械式調節閥更方便、更及時、更準確。

4.4 提高二次回收設備的完好性

針對管線、法蘭等連接部位容易因松動漏氣導致密閉性被破壞的問題，可以定期采用便攜式VOCs檢測儀器對可能發生松動的連接部位進行檢測，及時發現問題并進行整改，通過提高設備的密閉性提高達標率。

5 小結

由于氣液比的不可控因素較多，特別是溫度、RVP、油品組分等客觀因素的影響是產生氣液比波動的主要原因，即使大家采取了規范操作和提高設備完好率的方式，在日常作業中也只能有限度地提高氣液比的達標率，不可能實現完全控制。只有在檢測和認證條件下，通過相對穩定的工況條件，進行有效的干預調節后，才能夠實現標準要求1.0～1.2的認證值。考慮氣液比的不可控性，從環境保護的角度分析，關注氣體排放情況的更關鍵指標為密閉性，建議《加油站大氣污染物排放標準》在修訂過程中，取消對加油站二次回收氣液比達標范圍的要求，或通過充分的調研論證和技術分析，放寬對氣液比達標范圍要求，從而有效地指導企業做好油氣回收工作。