石化企業(yè)VOCs精細化管理若干要點

朱鈺敏(上海格林曼環(huán)境技術有限公司，上海 200001)

0 引言

VOCs的治理攻堅是改善環(huán)境空氣質量，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的重要任務[1]。我國在“十三五”期間狠抓VOCs管控，其污染防治也將在“十四五”期間得以延續(xù)。

石化行業(yè)是VOCs的重點排放源之一，目前已出臺大量管控其VOCs排放的政策、法規(guī)和標準[2-3]。根據(jù)《關于印發(fā)〈石化行業(yè)VOCs污染源排查工作指南〉及〈石化企業(yè)泄漏檢測與修復工作指南〉的通知》(環(huán)辦〔2015〕104號)[4]，石化企業(yè)的VOCs排放主要包括以下幾個源項：(1)設備動靜密封點泄漏；(2)有機液體儲存與調和揮發(fā)損失；(3)有機液體裝載揮發(fā)損失；(4)廢水集輸、儲存、處理處置過程逸散；(5)燃燒煙氣排放；(6)工藝有組織排放；(7)工藝無組織排放；(8)采樣過程排放；(9)火炬排放；(10)非正常工況(含開停工及維修)排放；(11)冷卻塔、循環(huán)水冷卻系統(tǒng)釋放；(12)事故排放。

VOCs管控一般從源頭削減、過程控制、末端治理三個角度展開，應優(yōu)先考慮源頭削減和過程控制，最后采用末端治理。比如，采用浮頂罐以控制儲存與調和揮發(fā)損失，一般在項目設計階段已納入考慮；泄漏檢測與修復(LDAR)在石化企業(yè)已廣泛開展，可大幅降低動靜密封點泄漏；有組織工藝廢氣經(jīng)處理后排放早已是監(jiān)管的重點。在石化企業(yè)VOCs源頭削減和過程控制方面，尚有不少值得優(yōu)化的細節(jié)，VOCs排放量未必低，但往往不受重視。

筆者基于多年為石化企業(yè)提供環(huán)境咨詢的的工作經(jīng)驗，結合2015年至今參與的上海市VOCs一廠一方案1.0版和2.0版的工作心得，分析在源頭削減和過程控制中容易被忽視但值得深入挖掘的若干要點，為石化企業(yè)的VOCs精細化管理提供思路和借鑒。

1 源頭削減

1.1 無泄漏/低泄漏設備

低泄漏設備概念源于美國環(huán)保部(EPA)的《泄漏檢測與修復最佳實踐指南》和增強型LDAR計劃(Enhanced LDAR Programs，ELP)，定義為在五年使用期限內，密封點泄漏檢測值不超過100 mg/L的設備。《泄漏檢測與修復最佳實踐指南》中列舉了一些常見的低泄漏設備類型，并指出工廠可以通過使用無泄漏/低泄漏組件達到控制設備泄漏排放的目的。ELP中則規(guī)定工廠在新建裝置中應采用低泄漏設備(包括低泄漏閥門、低泄漏泵等)。根據(jù)EPA對工廠安裝低泄漏設備的成本評估，低泄漏設備(設備費、安裝費等)的基建費用比非低泄漏設備高約5%～15%，不過5年總費用(還包括維修費、監(jiān)測費和排污費等)會下降約1%～3%。

GB 37822—2019[5]鼓勵企業(yè)采用先進的工藝設備，從源頭減少或消除VOCs無組織排放。根據(jù)GB 37822—2019，使用以下低泄漏/無泄漏設備(泵、壓縮機、攪拌機、閥門)的，可免予泄漏檢測：屏蔽泵、磁力泵、隔膜泵、波紋管泵；屏蔽壓縮機、磁力壓縮機、隔膜壓縮機；屏蔽攪拌機、磁力攪拌機；屏蔽閥、隔膜閥、波紋管閥。因此石化企業(yè)在新改擴建項目或大修時，可以考慮選用低泄漏/無泄漏設備。

1.2 儲罐呼吸閥

固定頂罐在使用過程中，因外環(huán)境溫度變化會導致物料蒸發(fā)靜置損失(小呼吸)，接受物料過程中因液位變化會產(chǎn)生工作損失(大呼吸)。呼吸閥主要由壓力閥和真空閥組成，安裝在儲罐頂板，可維持罐內氣壓平衡，防止儲罐發(fā)生超壓或負壓等失穩(wěn)狀態(tài)，是保護儲罐安全的重要附件，也可在一定程度上減少VOCs的揮發(fā)損耗。若采用高效密封呼吸閥，彈簧剛性增強，閥盤起跳容差從75%增加至90%，可以加強儲罐的密封可靠性，減少呼吸氣逸散。

儲罐呼吸閥的安裝和使用有以下6個注意要點：

(1)呼吸閥應安裝在儲罐頂板的最高點，以便呼吸氣直接順暢地通向呼吸閥。

(2)若物料呼吸量較大，單個呼吸閥不能滿足要求時，可設置兩個及以上呼吸閥，它們與罐頂中心的距離應相等，即在罐頂對稱布置。

(3)當罐內物料的環(huán)境風險較高、儲罐容積較大、或者物料對生產(chǎn)極為重要時，為防止單臺呼吸閥因故障導致儲罐出現(xiàn)超壓或負壓，也可安裝兩臺呼吸閥。一般將兩臺呼吸閥的吸入和排出壓力進行梯度設計，一臺工作，另一臺備用，以增加儲罐運行的安全性。

(4)若呼吸閥內設有阻火器，則應考慮阻火器的壓降對呼吸閥排出壓力的影響，以免儲罐發(fā)生超壓。

(5)若儲罐還設置氮封，則氮氣供氣管的接口應遠離呼吸閥接口；氮氣供氣管從罐頂插入儲罐內約200 mm，可以使氮氣進入儲罐后不直接通過呼吸閥排出，達到氮封的作用。

(6)當石化企業(yè)所在區(qū)域的歷年月最低溫度平均值≤0 ℃時，應對呼吸閥增設防凍措施，防止閥盤凍結或阻塞而導致儲罐進氣不足或排氣不暢，造成低壓癟罐或超壓鼓罐。

1.3 密閉采樣

石化企業(yè)在采集具有毒性、揮發(fā)性、腐蝕性、爆炸性的樣品時，確保整個采樣流程密閉，既可防止VOCs等污染物逸散進入大氣環(huán)境，也可降低采樣人員的暴露風險。此外，密閉采樣可降低樣品的揮發(fā)和受外界污染的可能，使樣品的檢測分析結果更加準確可靠。石油煉制、石油化學、合成樹脂等行業(yè)的污染物排放標準中明確規(guī)定，對于含VOCs、惡臭物質的物料，其采樣口應采用密閉采樣或等效設施[6-8]。采樣時，可使用雙閥取樣器、真空取樣器等密閉采樣設備；或者將采樣作業(yè)區(qū)域密閉，將采樣廢氣收集處理后排放。密閉采樣器的主要優(yōu)點包括：(1)采樣瓶與管線設有快接頭，連接安全方便；(2)排空吹掃口可排盡管線內的殘余物料，使采樣量更準確；(3)采集高溫(低溫)物料時一般需冷卻(加熱)至室溫，密閉采樣器可以配備冷卻(加熱)系統(tǒng)，能更有效地采集高溫(低溫)物料。密閉采樣系統(tǒng)可以實現(xiàn)采樣過程中污染物對外環(huán)境的近零排放，正確操作下，采樣過程不會出現(xiàn)可視的物料滴漏。

2 過程控制

2.1 裝載方式優(yōu)化

在槽罐車裝載物料過程中，槽罐內的VOCs物料因揮發(fā)可能通過裝卸口進入大氣環(huán)境，因此裝載方式和裝卸口的密封方式至關重要。槽罐車裝載物料的方式包括液下裝載、底部裝載和噴濺式裝載。GB 37822—2019指出，“揮發(fā)性有機液體應采用底部裝載方式；若采用頂部浸沒式裝載，出料管口距離槽(罐)底部高度應小于200 mm”。噴濺式裝載會增強VOCs揮發(fā)，GBT 50483—2019要求“揮發(fā)性有機液體裝車應采用頂部浸沒式或底部裝載方式，嚴禁采用噴濺式裝載”[9]。

常見的裝卸口蓋有平板式、半球式、錐體式等，在鶴管重力作用下密封蓋橡膠面與裝卸口接觸形成密封。由于橡膠面與裝卸口尺寸不匹配、槽罐內VOCs壓強大而將密封蓋頂起、裝載過程中槽罐下沉導致密封蓋與裝卸口脫離等原因，通過裝卸口伸入鶴管裝載時，揮發(fā)的VOCs可能會通過鶴管與裝卸口之間的縫隙逸散。而使用平衡型密封罩、氣囊式密封等可以較好地解決該問題，不過會增加操作難度。

此外，鶴管抽出槽罐后，管內外殘留物料會滴灑，若不及時收集或擦拭鶴管沾染的物料，VOCs隨著時間推移可能全部揮發(fā)。因此，裝載后鶴管及時清理是另一個值得注意的細節(jié)。

2.2 裝卸使用干式快速接頭

槽罐車裝卸口與輸送管道的連接通常采用法蘭、快速接頭、干式快速接頭等。槽罐車底部裝載或卸車過程中，VOCs物料輸送完畢、法蘭或快速接頭脫開后，因為端頭存在空腔，會造成殘留物料流出而導致VOCs揮發(fā)。若采用干式快速接頭，則可以很好地解決物料滴灑問題。

干式快速接頭主要由公端和母端組成。未連接前，公、母端通過閥芯和密封件將管內流體與外界阻隔，防止物料流出。裝卸時，公、母端先連接形成密閉空間，然后內置的閥芯打開，在密閉空間內形成流體通路。裝卸完畢后，在公、母端分離前，兩端內置的閥芯先關閉，切斷流體向外通路，最后公、母端分離，兩端脫開時無物料殘留也不會滴灑。干式快速接頭具備以下幾個主要優(yōu)點：(1)采用直接卡套式連接，驅動手柄壓縮彈簧缸即可操作，方便快捷；(2)公、母端同步打開、同步關閉，脫開后兩端內無空腔、無物料殘留；(3)公、母端對接或脫開時，密封面無摩擦，使用壽命長。

2.3 廢水池頂蓋

石化企業(yè)的工藝廢水污染物濃度較高，會有VOCs揮發(fā)，廢水收集池或處理設施一般密閉。不過，因管線、探頭、閥門等組件可能設置在廢水池上方，廢水池頂蓋與上述組件的夾縫處、頂蓋與池壁的連接處，往往難以做到完全密閉。廢水池內若無抽風造成微負壓，VOCs會通過這些縫隙進入大氣。在縫隙處即使用發(fā)泡膠等封堵，隨著發(fā)泡膠腐蝕老化，也易重新出現(xiàn)縫隙。

GB 37822—2019針對含VOCs廢水的儲存和處理設施，根據(jù)液面上方VOCs的檢測濃度，提出采用浮動頂蓋、固定頂蓋+廢氣收集處理等要求。對于無移動部件的廢水池/處理設施，可安裝浮動蓋板，類似浮頂罐，可減少VOCs的揮發(fā)。如果采用固定頂蓋，除了加強縫隙處的管理，建議負壓收集池內液面上方的廢氣，處理后有組織排放。

3 結語

石化行業(yè)是VOCs管控的重點行業(yè)之一。本文從VOCs源頭削減和過程控制的角度，介紹了無泄漏/低泄漏設備、儲罐呼吸閥、密閉采樣、裝載方式優(yōu)化、裝卸使用干式快速接頭、廢水池頂蓋等值得關注的要點，為石化企業(yè)的VOCs精細化管理提供思路和借鑒。