重污油儲罐尾氣治理技術改造的應用與探討

王 鑫

（遼寧省石油化工規劃設計院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

在重污油儲罐運營過程中，因為有機氣體的揮發，大多會排放出各種混合氣體，若是在設計中并未設置專門處理措施而直接向大氣中排放，不但會浪費有效的成分資源，還會在一定程度上污染環境，極有可能引發安全問題。油氣回收技術就是利用獨特的工藝基礎，合理處理各種有害氣體，回收利用其中存在的有效成本，并且發揮凈化排放氣體的作用，避免環境污染問題。所以，深入研究重污油儲罐尾氣治理技術改造方案非常有必要。

1 石油化工行業油氣回收現狀概述

近年來，因為空氣污染問題導致很多地區經常出現霧霾，相關人員越來越重視大氣污染防控工作[1]。對于石油化工企業油氣處理設備排放揮發性有機化合物的問題，相關部門出具了越來越嚴格的標準和控制指標。通過分析相關指標變化情況可知，相關企業尾氣排放方面的要求越來越嚴格，而傳統油氣回收裝置在工程配置、工藝流程等方面因素的影響下，大多已經無法達到相關排放標準。出于保護環境的目的，國家發改委、環保部等部門出臺了《“十三五”揮發性有機物污染防治工作方案》，在方案中指出應從多方面優化回收治理油氣的工作。在此情況下升級與改造油氣回收裝置勢在必行[2]。

在油氣回收方面，各化工企業通常采用的方法包含：冷凝法、吸附法、吸收法、膜分離法這4 種及這4 種方法的組合方式等。油氣處理主要采用燃燒法、氧化法、等離子體法等，燃燒法分為直接燃燒、動力燃燒或蓄熱燃燒；氧化法分為催化氧化、蓄熱氧化等；等離子體法分為低溫等離子、高溫等離子體等。不同的尤其處理技術處理油氣的原理不同，這些方法優點和缺點各不相同，但是對于現行排放控制標準來說，僅單純使用單一技術很難滿足相關要求[3]。

2 重污油儲罐尾氣治理技術改造技術應用

2.1 基本情況

某化工廠內七號罐區有正處于生產運行狀態的重污油罐3 臺，均為拱頂罐，在其運行過程中會產生重污油和焦化污油尾氣。污油掃線采用220～250 ℃、1.3 MPa 低壓過熱蒸汽。使用蒸汽吹掃管線和設備內存在的重污油后，經過污油管線運輸到重污油罐內。由于在開展蒸汽掃線時儲罐和管道內介質會擁有越來越高的溫度，會提升污油中輕組分揮發量，在罐頂通氣孔中會排放出大量含有惡臭的油氣，將在很大程度上污染附近大氣環境[4]。而且，在進入罐體后由于掃線出現的蒸汽和污油會達到110～120 ℃的溫度，明顯比設計溫度90 ℃更高，若是長期在此種溫度下運行儲罐很可能出現安全事故。

2.2 尾氣治理技術改造方案

2.2.1 確定尾氣回收處理方法

通過上文分析可知，現在油氣回收主要采用冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法這4 種及這4 種方法的組合方式，油氣處理主要采用燃燒法、氧化法、等離子體法等。冷凝法的油氣回收原理是低溫制冷油氣置換，油氣回收率在95%以上，吸收法的油氣回收原理主要是吸收劑對油氣的吸附和解吸，油氣回收率在90%以上，吸附法的油氣回收原理主要是活性炭對油氣的吸附和解吸，油氣回收率在98%以上，膜分離法回收油氣的原理主要是溶解擴散原理，利用膜對油氣和空氣的選擇性分離，油氣回收率在98%以上；氧化法分為催化氧化、蓄熱氧化等，催化氧化原理主要是通過高能紫外線使有機物化學鍵開環和斷裂等多種反應，降解轉變成二氧化碳、水等低分子化合物。目前油氣回收處理工作中大多會使用膜分離法、冷凝法、催化氧化法、吸附法、回收法等方法，但是若僅使用單一的方法很難達到理想的油氣回收處理效果，化工企業需有機結合各種方法，在充分發揮優勢的情況下彌補不足[5]。針對該化工廠內七號罐區的尾氣處理實際情況，在充分考慮重污油罐區物料入罐溫度、掃線油氣所含組分的情況下，以企業發展目標、生產特點、工藝技術為依據，綜合決定使用“催化氧化+低溫柴油吸收+堿液脫硫+冷凝分液”的方法回收處理重污油罐尾氣。

2.2.2 尾氣回收處理工藝流程

利用污油管線將焦化裝置掃線的重污油運送到重污油冷卻器，在循環水的影響下降低其溫度，在將其溫度控制的80 ℃以下時在輸送到重污油罐。當某臺重污油罐接收到滿足設定高壓值條件的油氣壓力和掃線蒸汽時，將會立即開啟空冷器風機、尾氣管線開關閥以及油氣引風機，抽出重污油罐內的油氣和蒸汽，空冷器將會再次對他們進行散熱降溫處理，之后運輸到油氣分液罐；當罐頂壓力值在設定低壓值以下時，將會同時關閉空冷器風機、尾氣管線開關閥以及油氣引風機，抽氣終止[6]。在分液罐罐頂設置了根據壓力聯鎖控制的開關閥，超壓開啟閥門，經過氣相管線輸出不凝油氣到達尾氣處理裝置內處理；在分液罐壓力低于罐頂設置的壓力時，將會關閉開關閥，尾氣也不會繼續輸送向尾管。在重污油罐頂尾氣管線上需要加設啟動開關閥和壓力變送器，并連鎖控制空冷器、開關閥、油氣引風機、壓力信號等。

本次改造的重污油罐尾氣處理主要以現有油品罐為其回收處理裝置為依托。此套裝置使用的是撬裝設備和“低溫柴油吸收+堿液脫硫、脫硫均催化氧化法”處理技術。通過分析尾氣回收裝置在工作中的實際情況可知，該套尾氣回收處理裝置的富裕能力為700 m3·h-1，當3 臺污油罐為處理量均為200 m3·h-1時可滿足要求。另外，尾氣回收裝置在前期建設工作中已預留接頭，現場根據規范要求連接預留尾氣總管和新增尾氣支管即可，從而有效回收與處理重污油罐尾氣[7]。

2.2.3 工藝設備技術改造

1）重污油罐改造方案。在每臺重污油儲罐中都增設了氮封系統、罐頂引出尾氣管道以及緊急泄壓人孔、呼吸閥、阻火器等安全裝置，并且使用了雷達液位計替代了原本的鋼帶液位計，在新增的罐頂尾氣管道上安裝了啟動開關閥和壓力變送器，借此有效檢測儲罐油氣液位以及壓力等情況，能夠為儀表連鎖控制和長距離傳送信號提供方便。改造重污油罐實際情況如表1 所示。

表1 改造重污油罐實際情況

2）合理選擇新增設備類型。想要將裝置降低掃線過程中進罐蒸汽和污油的溫度，在相關介質進入罐前應使用1 臺重污油冷卻器進行處理，在生產循環水的作用下降低溫度，保證進入污油罐內的蒸汽和污油約80 ℃溫度，保證相關介質的溫度始終處于設計溫度范圍內。因為重污油的沸點較高，且存在較小揮發性，在罐頂尾氣中大部分為掃線蒸汽，同時存在少量油氣，在原有基礎上加設1 套油氣冷凝分液措施，其主要作用就是完成油氣和蒸汽的冷凝與分液處理，之后向尾氣處理裝置中輸送不凝油氣，經過污油泵重新將凝液污油輸送到重污油罐[8]。表2 為主要的新增設備。

表2 主要新增設備

3）增設儲罐安全附件。第一，阻火器。選擇阻爆轟型、管端、保證其擁有2 h 以上耐燒時間。使用的阻火器必須具有阻火試驗測試詳細數據和相關部門的認定證書[9]。為了降低相關設備維修難度，優先選擇能夠拆卸的阻火元件，即使在使用過程中出現了堵塞情況，也能直接通過拆卸進行更換和清洗。第二，呼吸閥。選擇全天候防凍阻火型單吸閥和單呼閥，在確定呼吸量參數時應以相關流量要求為依據，根據儲罐設計壓力梯級明確管徑和壓力值，必須控制低于10%的超壓比值、85%以上回座壓力定壓值，借助API2000 標準確定泄漏量和執行相關試驗。第三，緊急泄壓人孔：出于避免儲罐產生超壓緊急情況的目的，所有儲罐頂都應設置緊急泄壓人孔，當出現比設計限值更高的壓力時，其能夠實時完成罐內壓力泄放。在實際操作中，化工企業應在充分考慮儲罐設計承壓能力和容積的情況下確定緊急泄壓人孔的公稱直徑、呼出壓力以及最大流量。第四，安全閥。在各種壓力容器特種設備中安全閥扮演著重要角色，其可以為設備安全運行提供有效保障[10]。在新增的分液罐中配備了安全閥，當出現超出設定泄放壓力的罐內壓力時，安全閥能夠實時進行動作，確保不會由于分液罐壓力過高而發生安全事故。

2.2.4 加設儲罐氮封系統

該廠3 臺重污油罐硫化物含量均處于較高水平，且并不存在氮封系統，在此次技術改造中加設氮封設施也屬于非常重要的內容。增加氮封后在大多情況下罐內能夠保持100～200 Pa 壓力，當壓力達到500 Pa 以上時，氮封閥將關閉，氮氣供應也將終止；當壓力處于200 Pa 以內時，氮封閥開啟，氮氣將輸送到罐內。

2.2.5 系統壓力控制方案

在充分考慮各方面實際情況后，最終確定了如表3 所示的系統壓力控制方案。

表3 系統壓力控制方案 kPa

3 結語

綜上所述，尾氣治理技術改造在運行過程中具有非常重要的作用。在完成施工工作后，試運行了該重污油罐尾氣回收系統，證明其可滿足各項工藝指標，尾氣在經過處理后可達到排放要求，具有良好的經濟效益和社會效益。