苯罐區氮封裝置VOCs治理方案

隨著石化行業的迅速發展， 在石油產品煉制、 儲存過程中產生了大量的揮發性有機物(VOCs),揮發性有機物與大氣中的氮氧化物等會發生一系列反應， 導致霧霾等大氣污染問題頻繁發生。以洛陽石化涉苯儲罐產生的揮發性有機物為對象， 對目前釆用的將揮發性有機物送入低壓瓦斯系統并經增壓后再進行焚燒治理的措施進行分析和探討。通過分析發現存在源頭揮發性有機物產生量大、 氮氣消耗量大、 能耗高， 以及安全風險大等問題， 提出了相應的解決措施：檢修儲罐密封附件， VOCs產生量降低了 0.92t/a,N2消耗平均減少230m3/h ；做好罐體內部防腐和外部保溫，VOCs產生量降低了 1.95t/a；減少物料收發頻次， 降低VOCs排放量0.Olt/a；采取優化操作措施， 保證揮發性有機物治理設施“ 安穩長滿優"運行， 目前VOCs的去除效率可穩定在99%以上， 滿足297%的控制標準；新增氧含量分析儀表， 組成新的儀表控制回路， 將儲罐安全風險降到。

1苯罐區氮封裝置VOCs治理方案前言

VOCs(Volatile Organic Compounds)是揮發性有機物的總稱。近年來， 我國石油化工行業迅速發展，石油產品在生產制造、 儲存及使用過程中會產生大量的VOCs,而VOCs作為PM2.5的前體物， 大量的排放引發諸多問題， 使得我國多地受霧霾等大氣環境問題的危害日益嚴重， 也對人們的日常生活、 身體健康和環境質量造成極大影響另外， 由于石化行業具有原輔材料眾多、 工藝復雜等特點， 造成排放源較多， 尤其是無組織泄漏揮發情況相對比較嚴重。為此， 國家針對石化行業提出了《石化行業揮發性有機物綜合整治方案》 、 GB 37822—2019(揮發性有機物無組織排放控制標準》 等相關制度和標準， 隨之也產生了吸收法、 吸附法、 冷凝法、 燃燒法、生物法及低溫等離子體法等不同的VOCs處理方法冋。不同企業可結合自身實際， 按照經濟合理、 技術可行的原則， 選擇處理技術治理VOCs。本文以中國石化洛陽石化公司涉苯罐區為例，對其處理VOCs過程中存在的問題進行分析和探討， 并提出相應的解決措施， 以取得良好的經濟效益和環保效益。

常壓儲罐氮封系統氮封閥的作用是防止儲罐揮發性有毒或可燃氣體泄放到罐外危害安全，以一定的微壓氮氣在罐內保持一定的壓力，氮封閥是設在罐頂的。取壓點的介質經導壓管引入檢測機構反饋結構的設計使得介質直接經閥蓋進入檢測機構，在罐頂的罐呼吸閥能起安全作用，一般泄氮閥的壓力設定點略大于供氮閥的壓力設定點，以免供、泄氮裝置頻繁工作。在流量控制方面每個閥門都配有控制流里百分比的固定板孔，氣體密封系統的每個閥門尺寸根據氣體流里表排列，根據提供的穩定氣體壓力計算適應特定需要氣體密封的流里.氮封閥中的氮氣可以起到置換裝置介質、平衡系統的壓力等功能，用于保持容器頂部保護氣的壓力恒定，一般的氮氣壓力是常壓，主要作用在于減少揮發，如苯罐，二是防止介質與空氣的反應，如堿罐。

2苯罐區氮封裝置VOCs治理方案涉苯罐區概況

目前， 石化的涉苯罐區有兩個， 分別是15號罐區、 17號罐區， 其中，15號罐區有9臺儲罐， 儲罐結構均為內浮頂， 儲存介質為苯、 對二甲苯、 重芳桂， 儲存溫度30T±10T,正常收、 發油量為30n?/h、30m3/h， 收、 發油量為 140m3/h、 140nP/h ；17 號罐區有14臺儲罐， 儲罐結構均為內浮頂， 儲存介質為鄰二甲苯、 回煉芳怪、 歧化原料等， 儲存溫度為常溫， 正常收、 發油量為50m3/h、40n?/h， 大收、 發油量為 120m7h J50m7ho罐區部分儲罐呼吸閥處的惡臭氣體監測數據見表1。由表1可知，15號、 17號罐區在儲運過程中揮發產生了大量油氣， 如果不對其進行有效地回收利用， 一是會造成較大的油氣損失、 減少經濟效益；二是部分儲罐油氣中的苯、 二甲苯、 乙基苯及其他碳氫化合物被工作人員吸入后， 可對人體健康構成較大威脅；三是儲罐揮發出來的芳桂蒸氣被紫外線照射以后， 會與空氣中其他有害氣體發生一系列光化學反應， 形成毒性更大的污染物， 帶來更嚴重的環境問題。

3苯罐區氮封裝置VOCs治理方案涉苯罐區VOCs治理工藝簡介

為滿足相關要求， 按照“資源化、 無害化" 的原則， 充分利用煉油廠現有瓦斯回收系統的優勢， 通過增上引風機收集各儲罐罐頂氣， 將收集到的油氣進行分液后送至低壓瓦斯系統， 再到氣柜增壓后送入高壓瓦斯系統， 最終作為加熱爐燃料進行焚燒。

其中， 氮封系統的控制方案是：當罐內壓力降至200Pa時， 氮封閥開啟向罐內補充氮氣；當罐內壓力升至500Pa時， 氮封閥關閉停止補充氮氣。油氣回收系統的控制方案是：每個罐組油氣匯總線上的氣動閥與該罐組油氣回收匯總線上的壓力遠傳及每個罐上的壓力遠傳信號聯鎖， 即一個罐組中N個儲罐壓力中有一個達到1100Pa（900Pa）時， 且匯總線壓力同時達到該值時， 切斷閥打開（關閉） ， 即單罐壓力N選一， 然后互與總管壓力二選二。變頻風機的控制方案是：風機出口切斷閥（DN150）與電機聯鎖， 風機電機與風機入口氧含量檢測儀表、 壓力遠 傳、 風機出口壓力遠傳、 遠傳溫度計信號聯鎖， 具體過程為： ①當風機出口的壓力升至80kPa時， 先風機停運， 再風機出口切斷閥關閉。 ②當風機出口溫度達90紀時， 先風機停運， 再風機岀口切斷閥關閉。③當風機入口氧含量M2%時， 先風機停運， 再風機出口切斷閥關閉。 ④其他事故狀態下， 先風機停運，再風機出口切斷閥關閉。 ⑤當風機進口壓力高于900Pa時， 變頻電機為電流狀態； 當風機進口壓力低于500Pa時， 變頻電機為最小電流狀態。

4苯罐區氮封裝置VOCs治理方案存在的問題

4.1源頭VOCs產生量大

罐密封變差導致源頭VOCs產生量較大。

① 密封圈老化等導致密封變差。目前， 涉苯罐區的儲罐均采用內浮頂+氮封技術。在實際存儲中，由于大多數浮盤密封圈的材質是橡膠， 年久老化，且浮盤密封圈和罐壁的長時間摩擦和變形， 導致密封效果變差， 罐內浮盤之上氣相空間內的苯、 甲苯和二甲苯等揮發量就會增加， 在源頭上增加了VOCs的產生量， 加大了后續VOCs處理負荷。

② 化學腐蝕導致罐密封變差。由于儲罐內介質揮發出的不穩定氣態桂中含有不飽和怪， 可造成罐壁的化學腐蝕；加上環境氣溫的變化， 儲罐內水蒸氣易在罐頂、 內壁形成凝結水膜， 儲罐內氣體中含有的雜質也會溶解在水膜中， 形成電解質溶液， 使罐內空氣中的氧氣通過水膜擴散到罐體金屬表面，并在罐壁發生電化學腐蝕閩。罐壁腐蝕造成罐內壁附著大量浮銹， 使罐內浮盤與罐壁密封不好， 并導致油氣揮發量增加， 亦在源頭增加了 VOCs產生量。

③ 環境溫度變化導致密封變差。由于儲罐外部的保溫層破裂或保溫效果下降， 不能保證儲罐內部溫度和壓力的相對穩定， 當外部環境的氣溫與儲存介質溫度有較大溫差時， 儲存介質就要進行“小呼吸" ， 勢必增加了 VOCs產生。

4.2 M消耗量大

根據氮封的設計原理， 氮封消耗N2主要分為三個部分：一是儲罐在發料過程中， 由于儲罐氣相空間發生變化， 此時需要補充大量％來補充儲罐 壓力， 理論上需要補充的弘量就等于發料體積；二是靜止儲罐由于氣溫的變化導致其氣相空間變化，2需要補入， 理論上這部分的用氣量遠遠小于部分；三是呼吸閥、 泄壓人孔閥等故障造成N?跑損。通過氮封運行情況發現， 涉苯罐區每個儲罐的平均弘消耗量折合為34.4m7h,存在N?消耗量過大的情況， 其主要原因就是呼吸閥、 泄壓人孔閥的橡膠密封圈老化、 變形， 氣密效果變差， 導致大量弘泄漏， 為維持罐內氣相空間壓力， 2就要源源不斷進行補充， 造成弘消耗量大。

4.3安全風險大

涉苯罐區是苯、 甲苯、 二甲苯等產品的主要儲存設備， 且儲存介質均屬于危險化學品， 大多具有易燃、 易爆、 易揮發、 易積聚靜電等特性， 一旦發生危險， 會造成巨大危害。因此， 為使涉苯罐區VOCs治理設施安全有效運行， 在處理流程的增壓風機前設置了氧含量分析儀表， 并與風機電機及風機出口的切斷閥聯鎖， 即當風機入口氧含量M2%（體積比） 時， 先風機停運，再風機出口切斷閥關閉。在氧含量分析儀表出現故障， 尤其是油氣中氧含量超過2%時， 如果引風機沒有聯鎖停運， 大量空氣就可能進入儲罐， 形成爆炸空間， 存在重大安全風險。

5苯罐區氮封裝置VOCs治理方案解決對策

5.1源頭削減VOCs產生

5.1.1檢修儲罐密封附件

儲罐中VOCs產生的多少， 與其附件的浮盤密封圈好壞， 呼吸閥、 泄壓人孔閥的開合效果， 以及罐體內壁的腐蝕程度有較大關系。因此， 為解決VOCs產生量大的問題， 需要從儲罐本身進行改造或更換， 在源頭上減少VOCs的產生。通過檢修和緊固浮盤蓋板的搭接面， 減少浮盤搭接面之間的縫隙，縮小油氣揮發空間；更換呼吸閥、 泄壓人孔閥和量導管護筒， 以及浮盤密封圈， 保證相應附件的密封及靈活活動的效果， 降低儲罐內因“動" “靜" 密封效果不佳而造成的VOCs泄漏冋。另外， 還可減少2消耗， 節約資源。2019年6月份， 進行倒罐、 檢修作業， 對附件進行了檢修或更換后， 據核算，23臺儲罐的VOCs產生量降低了 0.92t/a,N2消耗平均減少230m3/ho

5.1.2做好罐體內部防腐和外部保溫

在儲罐內部， 需要重點做好內壁防腐工作。通過日常巡檢， 及時發現腐蝕情況， 再通過倒罐， 對腐蝕嚴重儲罐進行除銹， 對易腐蝕的部位完成重點防腐作業， 確保罐內浮盤與罐壁密封良好， 減少油氣揮發量空間， 從源頭削減VOCs產生。在儲罐外部， 尤其要保證罐體的保溫效果。由于儲罐保溫是一個系統工程， 要取得好的保溫效果， 應該從保溫涉及的各個環節入手， 解決其中的薄弱環節：

①保溫材料的各項指標及其使用必須符合設計要求和有關標準規定， 嚴禁曝曬、 雨淋、 受潮。

②安裝要盡量采用無熱橋或少熱橋的保溫結構， 并盡可能對罐頂進行保溫， 保證運行安全和減少VOCs產生。

③分層保溫時， 要注意錯縫、 搭接、障礙處理等細節的落實， 避免直通縫的存在， 確保保溫效果。對儲罐內壁進行了除銹作業， 對外壁增加了保溫措施， 據核算，23臺儲罐的VOCs產生量降低了 1.95t/a。

5.1.3減少物料收發頻次

儲罐收受、 儲存介質時， 由于“大呼吸" 作用， 可大幅增加油氣的揮發及VOCs的產生。因此， 可通過優化排產計劃， 增加直供料流程， 降低對二甲苯等物料儲存量， 減少呼吸作用產生的VOCs,還可降低公用介質消耗， 降低加工成本， 提高經濟效益。據核算,2019年較2018年減少了 10000t的儲存介質周轉量， 降低VOCs排放量0.01t/a。

5.2末端治理VOCs

為保證VOCs的處理效果， 需要采取措施保證現有治理設施“安穩長滿優" 運行：①嚴格按照操作規程行事， 定期巡檢， 及時發現問題和解決問題。②制定突發事件應急預案， 保證治理實施一旦出現突發事故， 可將事故的影響控制在一定范圍內， 不對員工和外部環境造成危害；定期進行事故演練， 提高員工在事故狀態下處理應急事故的能力。③開展勞動競賽， 以班組為單位， 對各班組的操作水平、 處理問題能力進行考核和排名， 增強員工的綜合業務素質。據核算， 目前VOCs的去除效率可穩定在99%以上， 滿足M97%的控制標準。

5.3做好安全風險防控

由于增壓風機前設置了一臺氧含量分析儀表 當出現故障時， 會存在嚴重的安全風險。因此， 在增壓風機前再增設第二臺氧含量分析儀表， 也與風機電機及風機出口的切斷閥聯鎖， 并和臺儀表組成“二選二" 儀表控制回路， 當兩臺分析儀表同時故障時， 才關閉風機電機及風機出口切斷閥， 保證儲罐內氧含量達標， 以及儲罐安全。

常壓儲罐閥芯與閥座，不管修理或者更換，密封面都須進行研磨。彈簧若有裂縫跡象，須更換。密封墊片與0型圈每次檢修時全部更換，膜片根據檢查結果而定。閥門平時維護，只有觀察閥后導壓器上的壓力表是否符合設計值要求即可。另外若發現各連接處有滲漏，可擰緊螺母與螺釘或更換密封墊片與0型圈。6苯罐區氮封裝置VOCs治理方案結語

① 通過檢修儲罐密封附件， 做好罐體內部防腐和外部保溫， 減少物料收發， 在源頭削減VOCs產生， 減輕后續處理壓力。

② 通過采取定期巡檢、 制定突發環境事件應急演練、 開展勞動競賽活動等措施， 保證末端治理實施“安穩長滿優" 運行。

③ 通過新增氧含量分析儀表， 組成新的儀表控制回路， 保證儲罐安全， 將儲罐安全風險降到。

常壓儲罐氮封系統氮封閥安裝及日常維護，安裝前，檢查整機零件是否缺損或者松動對管道應進行清洗，介質流向應與閥體箭頭指向一致。為便于現場維修與操作，閥四周應留有適當的空間。閥門應正立垂直安裝在水平管道上，閥體與管道的法蘭連接，要注意軸度，并應安裝在環境溫度不超過-25~55℃的場合使用。開啟閥前截止閥，使介質緩慢流入閥體。擰開指揮器護罩，松開指揮器調節螺釘。調節指揮器主彈簧，使閥后壓力定值。固定指揮器調節螺釘，裝好護，調壓閥即可開始工作。不用時，關閉閥前截止閥。拆卸閥門時，要保護好零件的表面，拆裝閥座時，要使用專用工具。