储罐区VOCs治理规范和方法(之一)

储罐区VOCs治理规范和方法----之一：规范、标准、实施方法张丽邹松林摘要：储罐呼出排放VOCs不但造成资源损失，还污染大气环境。治理储罐区VOCs排放是节约资源减少损失的需要，保护大气环境的需要。治理主要方法是安装顶空联通气相管路和末端油气回收装置，油气回收处理装置的尾气达标排放。安装罐顶联通管路系统，必须正确选型储罐保护的罐顶配置、合理设置氮封和各种保护配置的压力控制区间、稳妥做好群罐防火防爆的系统设计。关键词：呼吸阀、氮封控制、防爆轰型阻火器1，关注储罐区VOCs排放石油化工和煤化工的液态油品产品在储罐进料发料和储存过程，不断地会发生VOCs的排放。被称为“大呼吸”的呼出排放和“小呼吸”的呼出排放。“大呼吸”呼出排放是储罐在进料时，液体进入储罐内，罐内液位升高，挤压罐内空间，当空间压力超过“呼吸阀”的呼出控制压力时，将VOCs气体排放到大气环境。“小呼吸”呼出排放则是随着气温升高的热胀冷缩效应，罐内液体气体体积膨胀过程，将空间VOCs气体排放到大气环境。与呼出排放对应，还有储罐发料过程的“大呼吸”吸入和“小呼吸”吸入空气，稀释罐内空间气体浓度，加剧液面蒸发，再次形成饱和浓度的挥发气体，待下次发生大小呼出排放时，将VOCs气体排放到大气环境，同时造成液态油品化工品的损耗。储罐呼出排放VOCs，不但造成资源损失，还污染大气环境。治理储罐区VOCs排放，不但是节约资源减少损失的需要，更是保护大气环境的需要。2，储罐VOCs治理的法规标准环保部“十二五”规划就提出要求对储罐区呼吸排放的VOCs加以控制。根据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》制定的《重点区域大气污染联防联控“十二五”规划》规定：“加强石化生产、输送和储存过程挥发性有机物泄漏的监测和监管；严格控制储罐、运输环节的呼吸损耗，原料、中间产品、成品储存设施应全部采用高效密封的浮顶罐，或安装顶空联通置换油气回收装置（即储罐尾气联通并回收处理）”。要求“原料、中间产品与成品应密闭储存，对于实际蒸汽压大于2.8kpa、储量大于100m³的有机液体储罐，”都要采取控制措施。2015年4月颁布的国家标准《石油化学工业污染物排放标准》（GB31571-2015）第5章“大气污染物排放控制要求”在“5.2挥发性有机液体储罐污染控制要求”规定：“储存真实蒸气压≥76.6kPa的挥发性有机液体应采用压力储罐。”“储存真实蒸气压≥5.2kPa但＜27.6kPa的设计容积≥150m3的挥发性有机液体储罐，以及储存真实蒸气压≥27.6kPa但＜76.6kPa的设计容积≥75m3的挥发性有机液体储罐”采用内浮顶罐的，内浮顶罐的浮盘与罐壁之间应采用液体镶嵌式、机械式鞋形、双封式等高效密封方式。采用固定顶罐的，应安装密闭排气系统至有机废气回收或处理装置。2016年1月1日起施行的新修订的《中华人民共和国大气污染防治法》规定：储油储气库、加油加气站、原油成品油码头、原油成品油运输船舶和油罐车、气罐车等，应当按照国家有关规定安装油气回收装置并保持正常使用。否则将受到停产整顿和重度罚款的处理。2016年10月25日出台的《石油化工储运区VOCs治理项目油气联通工艺实施方案及安全措施指导意见》(127号函)（以下简称《指导意见》），对不同储罐型式的联通实施方法、呼出排放的稳定控制、罐顶附件的基本配置、管路材料的选择、防止罐群安全事故等的控制措施、以及氮封系统平衡控制等，给出了具体的意见。《石化行业挥发性有机物综合整治方案》（环发〔2014〕177号）中“二-（四）-4”也要求“苯、甲苯、二甲苯等危险化学品应在内浮顶罐基础上安装油气回收装置等处理设施”3，实施储罐VOCs治理的方法实施储罐VOCs治理的主要方法，是把呼出排放的VOCs收集起来，进行处理。简言之，就是要在罐顶“安装密闭排气系统至有机废气回收或处理装置”。简而言之，实施储罐VOCs治理的方法，主要就是“罐顶联通”。将罐区多个储罐罐顶VOCs呼出排放口，用气相管路密闭联通，并汇集到一起，然后在气相管路汇集的末端安装VOCs气体回收治理设备。如何安装密闭排气系统至有机废气回收或处理装置，一方面，罐体呼吸排放口的外部安装了密闭气相管路，呼吸排气增加一定阻力，会带来储罐罐体承压的安全问题，另一方面，多个罐顶联通，如何防备万一其中一个储罐发生火灾意外而殃及其他储罐，如何控制罐顶联通所造成群罐防火防爆的安全隐患，确保罐体的运行安全、杜绝意外事故对罐区安全的影响，是实施储罐VOCs治理研究的重要课题。综合考虑火灾危险性、污染源距离、废气组成、浓度及气量、能耗、运行费用等因素，储罐呼出排放的VOCs，宜分区域、分种类集中收集。4，罐顶基本配置罐顶基本配置主要有安全压力控制的配置和防火控制的配置。基本的压力保护设施有全天候呼吸阀、单呼阀、紧急呼吸阀。全天候呼吸阀是确保罐体承压安全的基本设施，单呼阀是安装密闭排气系统专用的单向阀件，紧急呼吸阀是防止储罐遇到意外情况（包括操作原因或天气原因发生的意外情况）时，保护罐体安全的关键设施。根据罐体设计技术条件，紧急呼吸阀有呼吸式、泄放式、吸入式。5，罐顶配置简化罐顶安装密闭收集管路，先要确认原有呼吸阀参数（呼吸阀是“呼气阀”与“吸气阀”合为一体的罐顶附件），确认呼吸阀“开启压力”（“呼出”或“吸入”状态时的压力）参数与设计安装气相密闭管路后所设定的压力是否合理。在项目实施中，对罐顶压力保护设施的配置简化，将呼吸阀进行改造，保留呼吸阀吸入口，将呼出口改为法兰连接方式。不用单呼阀。简化的方法，有利于设置罐顶保护设施的控制压力区间。6，氮封压力控制储罐氮封的作用主要是为了防止储罐出现负压而从呼吸阀吸入空气，以保持罐内微正压；《石油化工储运系统罐区设计规范》（SH/T3007-2014）规定：“储存Ⅰ、Ⅱ级毒性的甲B、乙A类液体储罐不应大于10000m³，且应设置氮气或其他惰性气体密封保护系统”。石化行业在实际操作中，凡是甲B、乙A类中间原料储罐、芳烃类储罐、轻污油储罐、酸性水罐、排放气中含有较高浓度油气和硫化物等的需要对排放气体进行收集治理的储罐，都要求设置氮气密封系统。《指导意见》关于氮封的控制方案:1）在每台储罐上设置氮封阀组和限流孔板旁路，正常情况下使用氮封阀组维持罐内气相空间压力在0.3kPa左右，当气相空间压力高于0.5kPa时，氮封阀关闭，停止氮气供应；当气相空间压力低于0.2kPa时，氮封阀开启，开始补充氮气。当氮封阀需要检修或故障时，使用限流孔板旁路给储罐内补充氮气。2）当氮封阀事故失灵不能及时关闭，造成罐内压力超过1.5kPa时，通过带阻火器的呼吸阀外排；当氮封阀事故失灵不能及时开启时，造成罐内压力降低至-0.3kPa时，通过带阻火器呼吸阀向罐内补充空气，确保罐内压力不低于储罐的设计压力低限（-0.5kPa）。3）为确保设置氮封储罐事故工况下的安全排放，应在储罐上设置事故泄压设备，紧急泄放阀定压不应高于储罐的设计压力上限（2.0kPa）。4）在厂区收集总管上设置在线氧分析仪，判断储罐氮封系统的可靠性，并满足后续油气处理设施的安全性。氮封控制示意图：在工程中，氮封和呼吸阀配合使用，在呼吸阀吸入口对接氮封管路、呼出口对接VOCs密闭排放管路，如下图：完整的氮封系统有氮封控制阀、带阻火器呼吸阀、VOCs排放管路单呼阀、紧急泄放阀等组成。在带氮封的常压储罐系统安装VOCs排放密闭管路，必须合理设置罐顶呼吸阀、单呼阀、紧急泄放阀等附件的压力控制区间数据，保证各安全附件的动作压力区间不能有交集。《指导意见》给出了参考数据：氮封阀压力定值为200pa开、500pa关，呼吸阀压力定值为1350-1485pa开启、1010-1150回座，单向阀压力定值为900-990pa开启、675-765pa回座，紧急泄放阀压力定值为1800-1980pa开启、1530-1620pa回座。7，在用内浮顶罐目前储罐区实施VOCs治理的项目，很多为难的实际问题是，在用内浮顶罐怎么样实行罐顶密闭排放管路的安装。《石化行业挥发性有机物综合整治方案》（环发〔2014〕177号）中“二-（四）-4”也要求“苯、甲苯、二甲苯等危险化学品应在内浮顶罐基础上安装油气回收装置等处理设施”。《指导意见》第四章“旧罐改造”，对在用内浮顶罐、旧罐实施VOCs治理，意见是：“内浮顶储罐的旧罐改造，首先将罐壁（顶）的排气口等与外界连通的开口封闭，尽量利用储罐原有开口增设VOCs收集管道并完善压力仪表检测措施及紧急泄放设施。”“封闭后的内浮顶储罐承压能力有所不同，需重新校核罐体强度，对储罐结构等进行适应性改造，根据储罐承压能力重新核定呼吸阀进气和排气压力。”如前所述，在用内浮顶罐实施VOCs治理项目，很多为难的实际问题是，在用内浮顶罐怎么样实行罐顶密闭排放管路的安装。因为内浮顶罐或在罐顶边沿、或在罐壁上部外圈，有若干排气口（透气窗），需要将其封闭。封闭的操作绝不可以动火，已经有的储罐区采用预制封板扣在排气口，并采用耐油密封胶涂抹封闭的方法解决这一难题。8，群罐安全保障多个罐顶联通，联通管路中集输的VOCs是易燃易爆气体，如何防备万一其中一个储罐发生火灾意外而殃及其他储罐，保障群罐安全，成为备受关注的重大问题。针对化学品罐区多次发生泄漏、火灾或爆炸事故，国家安监总局监督管理三司于2014/07/16下发了68#通知，要求“立即暂停使用多个化学品储罐尾气联通回收系统，经安全论证合格后方可投用。”要从四个方面控制罐顶联通所造成群罐防火防爆的安全隐患，确保罐体的运行安全、杜绝意外事故对罐区安全的影响，一是各储罐VOCs气相支线靠近储罐位置、废气处理装置入口等必须设置阻爆轰型阻火器，材质应选用不锈钢。二是油气收集技术应选用本质安全的技术，并应确保技术成熟、可靠、节能、经济、操作简便。三是企业应设立VOCs处理设施操作岗位，制订系统运行操作规程和工艺卡片并严格执行。四是针对下游废气处理装置异常和事故时VOCs的控制和处理，建立应急处理机制和措施。选用的阻爆轰型阻火器必须通过现行国际标准ISO16852和国家标准GB/T13347规定的测试要求，并出具第三方实验验证文件。且阻力降不应大于0.3kPa。阻爆轰型阻火器两端宜设置切断阀，并应根据气象条件和油气性质设置清堵、防冻措施。